Harvinaisten metallien talteenotto epäorgaanisista jätevirroista
Tulonen, Miikka (2011)
Tiivistelmä
Taloudellisesti tärkeiden metallien varannot ja tuotanto eivät ole jakautuneet tasaisesti. Maantieteelliset alueet, joilla ei ole omia varantoja ovat riippuvaisia muualta tuoduista raaka-aineista. Euroopan komissio ja USA:n energiaministeriö ovat luokitelleet tietyt metallit kriittisiksi niiden taloudellisen merkittävyyden ja saatavuuteen liittyvien epävarmuustekijöiden johdosta. Tällaisten metallien saatavuutta voitaisiin mahdollisesti parantaa lisäämällä niiden talteenottoa jätteistä. Tutkimuksessa kartoitettiin Euroopan komission kriittiseksi luokittelemien metallien pitoisuuksia eräissä jätevirroissa. Kartoitetut jätteet olivat teollisissa poltto-prosesseissa syntyneitä polttojätteitä, prosessiteollisuuden jätesakkoja ja sähkö- ja elektroniikkajätteitä. Kartoituksen perusteella valittiin lupaavimmat jätteet ja suoritettiin niille talteenottokokeita. Talteenottokokeita suoritettiin kolmelle jätteelle. Yhdestä jätesakasta liuotettiin indiumia rikki- ja suolahapoilla. Kahden eri polttojätteen seoksesta liuotettiin galliumia rikkihapolla. Käytettyjen loisteputkien käsittelyprosessista peräisin olleesta sakasta liuotettiin maametalleja rikki- ja suolahapoilla sekä rikki- ja typpihapon seoksella. Indium liukeni heikosti (korkeintaan 25 %) huoneenlämmössä rikkihapolla. Suolahapolla se liukeni paremmin (68 %). Polttojätteen liuotuskokeissa galliumin talteenottoasteen todettiin riippuvan käytetyn liuottimen määrästä. Loisteputkijätesakasta liukeni yttriumia ja europiumia kaikilla käytetyillä happoliuoksilla noin 70–100 %. Käytetyillä happokonsentraatioilla ei havaittu suuria eroja yttriumin ja europiumin liukoisuuksissa. Näitä metalleja voitaisiin mahdollisesti ottaa talteen tämän tyyppisestä sakasta liuottamalla ne happoliuoksella ja saostamalla oksalaattina. Tarvittaessa liuokset voitaisiin puhdistaa tai metallit erottaa toisistaan neste–nesteuutolla, joka on tärkein maametallien tuotantoon käytetty hydrometallurginen menetelmä. Reserves of economically important metallic raw materials are not distributed evenly around the globe. Areas lacking domestic supply are dependent on imports of these raw materials. Economical importance and possible supply restrictions have led to certain metals being defined as critical by European Commission and United States Department of Energy. Availability of these metals could be enhanced by increasing their recovery from waste materials. In this study, critical metals (European Commission definition) content of some waste streams was analysed. Studied waste materials were residues of industrial combustion processes, residues of process industry and waste electrical and electronic equipment (WEE). Based on the analysis of metal contents, the most promising candidates were selected for recovery experiments. Three sets of leaching experiments were conducted. In the first one, indium was leached from solid residue with sulphuric and hydrochloric acid. In the second set of experiments, gallium was leached with sulphuric acid from a mixture of two incinerator residues. In the third set, rare earth elements were leached from a solid residue originating from a process that recycles used fluorescent tubes. Hydrochloric acid, sulphuric acid and a mixture of sulphuric acid and nitric acid were used. Sulphuric acid leaching of indium at room temperature resulted into a poor recovery rates (max 25 %). With hydrochloric acid, better recovery (68 %) was achieved. The incinerator residue’s leaching data indicated that gallium recovery depends on the quantity of leachate used. Low to moderate recovery rates were achieved with dilute acids. Yttrium and europium dissolved from fluorescent tube waste with all of the acids. The recovery rates were high (70–100 %) for these two metals. Leaching with acid could allow the recovery of these metals from fluorescent tube waste. Metals could be precipitated from purified leach solutions as oxalates. Solution purification and possible separation of individual metals could be done by applying liquid–liquid extraction which is the most important hydro-metallurgical method used for processing rare earth metals.