Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat kehittäneet kiinteäfaasiuuttoprosessin, jonka avulla NdFeB‑magneettien sisältämät kriittiset raaka‑aineet voidaan ottaa talteen ympäristön kannalta hellävaraisesti.
Jyväskyläläismenetelmässä hyödynnetään orgaanista metaanisulfonihappoa, jota on pidetty vihreämpänä vaihtoehtona perinteisille epäorgaanisille hapoille. Ratkaisu osoittautui erittäin tehokkaaksi, ja se on patentoitu.
Menetelmän kehitystä ohjasi alusta alkaen tavoite pitää se mahdollisimman yksinkertaisena ja rakentaa se ekologisten kemikaalien varaan.
”Pystyimme hyödyntämään samaa orgaanista metaanisulfonihappoa sekä kestomagneetin liuotuksessa että metallien talteenotossa, minkä ansiosta eri happojen käyttö harvinaisten maametallien talteenottoprosessissa voitiin minimoida”, kertoo tutkijatohtori Emilia Virtanen.
Metaanisulfonihapon lisäksi prosessissa tarvittiin vain kahta muuta vähäriskistä vesiliuosta. Talteen saatiin myös muut kestomagneetin sisältämät raaka-aineet, kuten koboltti.
Kestävät suodattimet sopivat teolliseen käyttöön
Prosessi osoittautui poikkeuksellisen tehokkaaksi, sillä harvinaisista maametalleista kyettiin poimimaan talteen yli 96 prosenttia. Puhtausaste ylitti 99 prosentin rajan.
Tutkijat analysoivat myös kiinteäfaasiuutossa käytettyjä 3d‑tulostettuja suodattimia useilla eri menetelmillä. Työkaluinaan he käyttivät muun muassa spektroskopiaa ja röntgentomografiaa, joten he saattoivat tarkastella suodattimien rakennetta erittäin yksityiskohtaisesti.
”Tomografian avulla saimme tarkkaa tietoa 3d‑tulostettujen suodattimien rakenteista mikrokokoluokkaan asti. Näiden havaintojen perusteella pystyimme päättelemään, millaisia rakenteellisia muutoksia filttereissä tapahtuu uuttoprosessien aikana”, kertoo tutkijatohtori Janne Yliharju.
”Mittausten perusteella suodattimet vaikuttavat olevan erittäin kestäviä ja soveltuvat näin ollen teolliseen käyttöön.”
Pyyhkäisevällä lähikenttäoptisella mikroskopialla tehdyt mittaukset puolestaan paljastivat, että suodattimien sisältämä aktiivinen aine erottui selkeästi kiinteästä, nailoniin perustuvasta polymeerimatriisista.
Tutkimusinsinööri Eero Hulkon mukaan juuri tämä selittää, miksi rakenne mahdollistaa kriittisten raaka‑aineiden tehokkaan talteenoton.
Uusi menetelmä tulee tarpeeseen
EU:ssa käytettävistä harvinaisista maametalleista kierrätetään tätä nykyä vain yksi prosentti.
”Osittain matalaa kierrätysastetta selittää se, että nykyiset menetelmät eivät ole taloudellisesti kannattavia. Tarve uusille menetelmille on siis kiistaton”, sanoo apulaisprofessori Jani Moilanen.
Moilanen johti tutkimusta yhdessä professori Ari Väisäsen kanssa. Siihen osallistui myös professori Mika Lastusaaren tutkimusryhmä Turun yliopistosta, jossa suodattimille tehtiin lisämittauksia.
Journal of Material Chemistry -lehden julkaisemaa tutkimusta rahoittivat Teknologiateollisuuden 100‑vuotissäätiö, Jane ja Aatos Erkon säätiö ja Suomen Akatemia.
Päivi Ikonen
Aiheesta aiemmin:
Väitös: Harvinaiset maametallit talteen kaivosvesistä ja neodyymimagneeteista aminofosfonaateilla
Tilaa Kemiamedian uutiskirje!
Tilaajana saat sähköpostiisi kerran viikossa kiinnostavimmat uutiset ja tiedot alan tapahtumista ja työpaikoista. Osallistut samalla arvontaan!
