Uusi menetelmä mahdollistaa entistä pienempien platinapitoisuuksien talteenoton
Esimerkiksi uusiutuva energia ja sähköinen liikenne kasvattavat kriittisten metallien tarvetta. Pienimmätkin metallimäärät on saatava hyötykäyttöön.
Platinan tarve kasvaa koko ajan kehittyvässä yhteiskunnassa etenkin sen katalyyttisten ominaisuuksien ja korroosionkeston takia. Kasvava sähköautokanta lisää entisestään platinan ja muiden kriittisten metallien tarvetta.
Platinaa ja muita arvometalleja esiintyy muun muassa kupari-, nikkeli- ja sinkkipohjaisissa mineraaleissa, ja näin ollen myös metalliteollisuudessa syntyvissä liuoksissa. Tyypillisesti perusmetalliprosessien liuoksissa pitoisuudet ovat vain niin pieniä, että niiden hyödyntäminen on hyvin vaikeaa. Kiertotalouden periaatteiden mukaisesti sekä arvometallien kasvavan kysynnän, kalliin hinnan ja ehtymisen vuoksi olisi kuitenkin erittäin tärkeää, että jopa hyvin pienet määrät näitä metalleja saataisiin talteen.
Aalto-yliopiston tutkijat ovat professori Mari Lundströmin ja yliopistonlehtori Kirsi Yliniemen johdolla kehittäneet selektiivisen menetelmän platinan talteenottoon teollisista hydrometallurgisista liuoksista.
”Käytimme niin kutsuttua sähkösaostus-korvausreaktiomenetelmää (electrodeposition-redox replacement, EDRR) arvometallien talteenottoon teollisista prosessiliuoksista”, Kirsi Yliniemi kertoo.
”Liuokset sisälsivät suuria määriä nikkeliä ja muita perusmetalleja ja erittäin pieniä määriä (ppb, joka tarkoittaa miljardisosaa) platinaa, palladiumia ja hopeaa. Tämän määräsuhteen takia arvometallien talteenotto tällaisista liuoksista on erittäin hankalaa, ja ilman nyt kehitettyä menetelmää niitä ei saataisi kunnolla hyödynnettyä.”
Prosessissa käytettiin lisäksi aivan uudenlaista elektrodimateriaalia, Aalto-yliopiston professori Sami Franssilan tutkimusryhmässä kehitettyä pyrolisoitua hiiltä (pyrolyzed carbon, PyC). Sen huokoinen pintarakenne takaa monisatakertaisen pinta-alan verrattuna tavallisiin elektrodeihin. Tämä hiilirakenne parantaa menetelmän tehokkuutta huomattavasti.
Ympäristöystävällinen, energiatehokas ja monimuotoinen menetelmä
EDRR-menetelmä perustuu metallien spontaaneihin hapetus-pelkistysreaktioihin, joissa jalompi metalli, kuten platina, hapettaa jo elektrodin pinnalle saostuneen epäjalomman metallin, kuten nikkelin tai kuparin; lopputuloksena platina korvaa pinnalla nikkelin tai kuparin, jotka puolestaan liukenevat takaisin liuokseen.
Koska näissä sulfaattiliuoksissa on arvometalleja hyvin vähän, tarvitaan prosessissa vain vähän energiaa. EDRR-menetelmässä virransyöttö tapahtuukin jatkuvan virransyötön sijaan vain lyhyinä pulsseina, joiden välissä korvausreaktio tapahtuu esimerkiksi platinan ja nikkelin välillä. EDRR-menetelmän korvausreaktioon ei tarvita ulkopuolista energiaa, vaan se tapahtuu spontaanisti ja johtuu nimenomaan metallien jalousasteista. Menetelmää on myös helppo räätälöidä ja tällä tavoin saadaan rakennettua jopa atomitasolta lähtien hyvin puhdas platinapinnoite.
Mari Lundström toteaa, että EDRR-menetelmä avaa uusia mahdollisuuksia kriittisten metallien kiertotaloudelle ja on merkittävä edistysaskel platinan talteenotolle.
"EDRR-menetelmän avulla platina saadaan selektiivisesti talteen teollisista monimetalliliuoksista, joissa sitä on niin pieniä määriä, ettei niitä ole tähän asti edes ajateltu mahdollisiksi platinan lähteiksi. Menetelmä on myös ympäristöystävällinen, koska siinä ei käytetä mitään lisäkemikaaleja, joten ympäristöä kuormittavien kemikaalien kulutus ja myös energiantarve laskee. EDRR-menetelmän etu on myös sen monimuotoisuus; sen sijaan, että platina otetaan vain talteen liuoksesta, menetelmällä voidaan suoraan, ilman lisävaiheita, valmistaa toimivia katalyysipintoja.”
Tutkimuksen on julkaissut ACS Sustainable Chemistry & Engineering, September 2018:
Platinum Recovery from Industrial Process Solutions by Electrodeposition–Redox Replacement
Petteri Halli, Joonas J. Heikkinen, Heini Elomaa, Benjamin P. Wilson, Ville Jokinen, Kirsi Yliniemi, Sami Franssila, Mari Lundström
https://doi.org/10.1021/acssuschemeng.8b03224
Lisätietoja:
Mari Lundström, professori
Aalto-yliopisto
mari.lundstrom@aalto.fi
040 487 3434
Kirsi Yliniemi, yliopistonlehtori
Aalto-yliopisto
kirsi.yliniemi@aalto.fi
050 592 3690
Sami Franssila, professori
sami.franssila@aalto.fi
050 536 1699