Uusi menetelmä mahdollistaa entistä pienempien platinapitoisuuksien talteenoton

Esimerkiksi uusiutuva energia ja sähköinen liikenne kasvattavat platinan ja muiden kriittisten metallien tarvetta. Pienimmätkin metallimäärät on saatava hyötykäyttöön.
Platinalla pinnoitettu hiilipala / Kuva: Petteri Halli

Aalto-yliopistossa kehitetyllä menetelmällä pienetkin määrät arvometalleja saadaan talteen teollisista prosessiliuoksista. Kuvassa on EDRR-menetelmää käyttäen saatu epäjalompi metalli korvattua platinalla pyrolisoidun hiilen pinnalla. Kuva: Petteri Halli

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.

EDRR-menetelmä avaa uusia mahdollisuuksia kriittisten metallien kiertotaloudelle ja on merkittävä edistysaskel platinan talteenotolle.

Mari Lundström

”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”, Mari Lundström sanoo.

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
[email protected]
040 487 3434

Kirsi Yliniemi, yliopistonlehtori
Aalto-yliopisto
[email protected]
050 592 3690

Sami Franssila, professori
[email protected]
050 536 1699

Lue myös: Ilmastoratkaisuihin tarvitaan metalleja – riittävätkö ne?

  • Julkaistu:
  • Päivitetty:
Jaa
URL kopioitu

Lisää tästä aiheesta

Kuva osoittaa, miten valmistetaan biosynteettistä hämähäkinseittiä suurjännitteen avulla
Aalto Magazine, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Hämähäkkisilkki syntyy, kun mikrobeihin lisätään hämähäkin DNA:ta

Hämähäkki on opettanut tutkijoita tuottamaan synteettistä biomateriaalia, josta voi tulevaisuudessa valmistaa hyvin monenlaisia tuotteita vaatteista autonosiin.
Aalto University professor of practice Jan Blech photo by Jaakko Kahilaniemi
Nimitykset, Tutkimus ja taide Julkaistu:

Jan Blech suunnittelee ohjelmistoja uuteen teolliseen vallankumoukseen

Työelämäprofessori on perustamassa uutta tutkimusalustaa tulevaisuuden tehtaille, joissa robotiikka ja älykkäät koneet ovat arkipäivää.
Apulaisprofessori Arno Solin
Tutkimus ja taide Julkaistu:

”Kiinnostuin koneoppimisesta ennen kuin tiesin, että tällainen käsite on olemassakaan”

Kesällä Suomen Akatemian nuorelle tutkijasukupolvelle suunnatun rahoituksen saanut Arno Solin innostuu koneoppimisesta, sillä sitä kautta pääsee perehtymään teoriaan ja ratkomaan oikean elämän ongelmia.
Yrittäjyyden tutkijatohtori Virva Salmivaara
Tutkimus ja taide Julkaistu:

Virva Salmivaara: Tutkin yrittäjien roolia kestävässä kehityksessä

Yrittäjyyden tutkijan mukaan tutkijalla täytyy olla oma visio, johon uskoo ja jonka saavuttaakseen on valmis tekemään töitä pitkäjänteisesti.