Harvinaiset maametallit akuissa

1. Antti Porvali
Metallifoorumi I 14.6.2016
Porin yliopistokeskus
Harvinaiset maametallit akuissa

2. Työn tausta
• Tavoitteena tutkia teollisuutta hyödyttäviä aspekteja
talteenotossa
• Taloudellisen näkökulman maksimoiminen
• Pääasiallinen tutkimuskohde nikkelimetallihydridiakut (NiMH)
• Nikkeliä on NiMH-akuissa suuri määrä, noin 50 %, harvinaisia
maametalleja noin 10 – 17 %, muita metalleja vaihteleva
määrä.
• Harvinaiset maametallit, nikkeli ja koboltti ovat
kiinnostavimmat
Antti Porvali Metallifoorumi I14.6.2016

3. Harvinaiset maametallit NiMH-akuissa
• Lantanoidit sekä yttrium ja
scandium
• Yleisimmät aktiiviset
elektrodimateriaalit AB5 ja AB2
• AB5 = (LaCePrNdNiCoMnAl)
• AB2 = (VTi-ZrNiCrMnAlSn)
Antti Porvali Metallifoorumi I14.6.2016
https://en.wikipedia.org/wiki/NiMH

4. NiMH-akkujen kierrätys
• Umicorella ja Rhodialla ainoa maailmassa toimiva
kierrätysprosessi, jossa käsitellään NiMH- ja Li-Ion -akkuja
• Japanissa hybridiautojen NiMH-akkujen harvinaisia
maametalleja kierrätetään käyttäen sulasuolaelektrolyysiä
• Kierrätysteknologia on jäänyt näitä lukuunottamatta
laboratoriotasolle
Antti Porvali Metallifoorumi I14.6.2016

5. Hydrometallurginen lähestymistapa
• Mekaaninen erottelu ja karakterisointi
• Liuotus
– Tyypillisimmin käytetyt hapot joko suolahappo tai rikkihappo
• Talteenotto
– Saostus: oksaalihappo, sulfaatti, lämpötilan ja pH:n muutos
– Uutto
– Ioninvaihto
Antti Porvali Metallifoorumi I14.6.2016

6. Hydrometallurginen lähestymistapa
• Ioniset liuokset:
– Täysin kationeista ja anioneista koostuva liuos
– Räätälöityjä tarkoitukseen
– Ympäristöystävällisyydessä potentiaalia
Antti Porvali Metallifoorumi I14.6.2016
D. Parmentier, T.V. Hoogerstraete, S.J. Metz, K. Binnemans, M.C. Kroon, 2015, Selective Extraction of Metals from Chloride Solutions with the
Tetraoctylphosphonium Oleate Ionic Liquid, Ind. Eng. Chem. Res., 54, 5149 – 5158.

7. Haasteet prosessoinnissa
• Harvinaisten maametallien ja transitiometallien erottelu
• Mekaanisen prosessoinnin tarve
• Prosessin optimointi
• Prosessin taloudellisuus ja ympäristöongelmat
• NiMH-väärennökset
Antti Porvali Metallifoorumi I14.6.2016

8. Alustava koesuunnitelma
Antti Porvali Metallifoorumi I14.6.2016

9. Myöhemmät tutkimuskohteet
• Saostuskokeiden edetessä:
– Parametrien optimointi
• Liuotus suolahapolla ja saostus kloridimediasta
– Teollinen konteksti
• Kadmium ongelmana
Antti Porvali Metallifoorumi I14.6.2016

10. Liiketoimintamahdollisuudet
• Oma suomalainen REE-prosessi
– Hydrometallurginen
– Kuonista
• Arvon tuottaminen välituotteilla
– Ni(OH)2 –akkuprekursorin valmistaminen
• Kadmiumin hydrometallurginen poistoprosessi
akkumurskeesta
• Murskatun sekajakeen käsittely
Antti Porvali Metallifoorumi I14.6.2016

11. Kiitos!
antti.porvali@aalto.fi
Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu
Materiaalitekniikan laitos