Tutkija Topi Tirronen, Aalto yliopisto

Topi Tirronen

Metallifoorumi II, 20.9.2016

Porin yliopistokeskus

Pyrometallurgia ja termodynamiikka

Paristo- ja akkuhivenaineiden

jakautuminen kuparin sulatuksessa

Topi Tirronen Metallifoorumi II 20.9.2016

Metallifoorumi I 14.6

• Yleisesti käytetyt pyrometallurgiset menetelmät

– Kuilu-uuni, valokaariuuni, rumpu-uuni ja UHT-uuni

– Vakuumitislaus

• Miten eri metallifraktiot jakautuvat eri faaseihin

– Metalli: Ni, Co, Cu ja Fe

– Kuona: Al, Fe, Mn, Li ja REE

– Kaasu: Cd, Hg, Zn, Li ja Pb

• Tutkimussuunnitelma hivenaineiden jakautumisesta sulatuksessa

• Liiketoimintamahdollisuuksia

– Oma pyro- ja hydroprosessi NiMH- ja Li-ion akuille Harjavaltaan

– Vakuumitislausteknologiaa Suomeen


Kokeellisen työn tarkoitus

• Akkuhivenaineiden jakauma sulatusprosessissa

– Miten paljon menetetään kuonaan?

• Nikkelin ja koboltin parempi saanti olemassa olevissa

prosesseissa

• Kartoittaa, voidaanko uusia menetelmiä hyödyntää

teollisuudessa


Koemenetelmät

• Näytteen valmistus SiO2 ampulliin – Syntetisoitu SiO2-Fe3O4 kuona SiO2 ja Fe3O4

saturaatiolla

– Kaupalliset puhtaat kemikaalit: Cu, Cu2S, MnO,

Nd2O3 ja Ag

• Näytteen termodynaaminen tasapainotus – 1250, 1300 ja 1350 °C

– Useita eri uunitusaikoja

• Nopea sammutus kylmään suolaliuokseen

(n. -10 °C)


Koejärjestelmä


Koemenetelmät

• Näytteen valaminen epoksiin,

hiominen, kiillotus ja

hiilipinnoitus

• SEM-EDS analyysi faaseista

ja pitoisuuksista

• Tarkempien pitoisuuksien

saamiseksi lähetettävä

GTK:lle EPMA ja LA-ICP-MS

analyyseihin

Kuva: Näytteet valettuna epoksiin

2Fe3O4 → O2 + 6FeO

FeO + SiO2 → Kuona

FeO-Fe2O3-SiO2

faasitasapaino

Lähde: Rusen et al. 2016


Kokeellisen työn tuloksia

• Onnistunut koemenetelmä konvertointiolosuhteista

ampullin sisällä

• Magnetiitti (Fe3O4) saturaation säilyttäminen haastavaa

– Ampullin kiteytyminen

– Kuparin ja kuparikiven osuus reaktioissa

– Hapen osapaine ampullissa ja kokonaispaine

• Toistaiseksi SEM-EDS analyyseissä:

– Neodyymi ja mangaani päätyvät täysin kuonaan

– Hopea pääosin metallifaasiin ja osittain kuparikiveen


5 d @ 1250 °C





1 h @ 1250 °C

Jatkosuunnitelmat

• Parametrien optimointi

– Termodynaaminen tasapaino

– Ampullin kesto

• Mahdollisesti testataan myös avointa systeemiä

• Oikean menetelmän ja tasapainon löydyttyä tarkemmat

analyysit GTK:lta

• Nikkelin ja koboltin jakautumisen tutkiminen

sulatuksessa


Liiketoimintamahdollisuudet

• Pienen skaalan sulatusprosessi NiMH- ja

Li-ion jätteelle


Kiitos!

[email protected]

Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu

Materiaalitekniikan laitos

Tutkija Topi Tirronen, Aalto yliopisto

Presentations & Public Speaking