Skandiumin saannon tutkiminen punaliejun resin-in-leach erotusmenetelmällä

Abstract

Punalieju tai englanniksi red mud (RM) on alumiinin tuotannossa syntyvä emäksinen jätevirta. Punaliejua syntyy vuosittain kasvavissa määrin, noin 1–1,5 tonnia yhtä bauksiittimalmitonnia kohden, minkä takia olisi ajankohtaista keksiä punaliejulle hyödyllisiä käyttökohteita. Punaliejussa onkin tavallista korkeampi määrä harvinaisia maametalleja, englanniksi rare earth elements (REE), kuten skandiumia. Harvinasten maametallien tuotanto on nykyään suurimmilta osin Kiinan hallinnassa, minkä seurauksena vaihtoehtoisten REE-lähteiden tutkiminen maailmalla on ajankohtaista.

Tässä työssä on kirjallisuusosa, jossa tarkastellaan punaliejua, harvinaisia maametalleja ja niiden erästä erotusmenetelmää, resin-in-leachia (RIL). Tarkastellaan myös vaihtoehtoisia RIL-liuottimia ja niistä tehtyä aiempaa tutkimusta.

Työssä on myös kokeellinen osa, jossa suoritettiin 8 koetta kahdella eri liuottimella, suolahapolla ja metaanisulfonihapolla. Kokeet suoritettiin 0,5 M, 3 M ja 6 M molaarisuuksissa. Muut kokeet suoritettiin RIL-prosessina, mutta 0,5 M koe suoritettiin myös vertailun vuoksi ilman hartsia. Kokeista saadut näytteet analysoitiin ICP-MS – analyysilaitteella ja piirrettiin happoliuosten pitoisuuskäyrät skandiumille, alumiinille ja raudalle. Alkuperäinen RM-näyte märkäpoltettiin näytteen massajakauman selvittämiseksi. Kokeista saatiin selville, että alumiinia liukeni HCl- ja MSA-liuoksiin paljon enemmän kuin rautaa tai skandiumia. Skandiumia liuottivat paremmin MSA-liuokset.

Red mud (RM) is an alkaline waste stream produced in the mining production of alumina. It’s produced in increasing amounts every year, about 1-1,5 tons for every ton of bauxite processed, which is why it would be relevant to come up with useful purposes for RM-waste. Red mud contains a higher-than-usual amount of rare earth elements (REE), like for example, scandium. The mining of REEs is currently largely dominated by China, which makes the study of alternative sources for REEs topical.

This bachelor’s thesis includes a literary part in which red mud, rare earth elements and a certain method of separation, resin-in leach (RIL) are discussed. The literary part also eincludes different options for leachates for the RIL process.

The thesis also includes an experimental part, in which 8 experiments were conducted with two different leaching agents, hydrochloric acid and methanesulfonic acid. The experiments were conducted with 0.5 M, 3 M and 6 M molarities. Six of the experiments were RIL ex-periments, but as a point of reference, the 0.5 M experiment was also conducted without the presence of a resin in the reactor. The samples collected from the experiments were analysed with ICP-MS and the concentration graphs for aluminium, iron and scandium were drawn. The original RM-sample was treated with wet combustion to figure out the mass distribution of REEs and the major elements in the RM samples. It was found that aluminium got leached a lot more than iron or scandium, and MSA leached scandium better than HCl.