Uudet kaupunkikaivostoiminnan menetelmät arvometallien kierrätyksessä

Apulaisprofessori Antti Karttunen (antti.karttunen@aalto.fi)
FM Jarno Linnera (jarno.linnera@aalto.fi)
Aalto-yliopisto, Kemian ja materiaalitieteen laitos

Yksi CloseLoop-hankkeen tavotteista on kehittää menetelmiä, joilla arvokkaita raaka-aineita voitaisiin kerätä lähteistä, joiden hyödyntäminen ei tällä hetkellä ole taloudellisesti järkevää. Esimerkiksi arvokkaiden metallien kierrätysprosesseja pitää kehittää vielä huomattavasti ennen kuin voidaan puhua todellisesta kiertotaloudesta niiden osalta. Yksi merkittävä mielenkiinnon kohde tällä osa-alueella on ns. kaupunkikaivoksen konsepti (engl. Urban mining). Kaupunkikaivostoiminnassa kerätään kiinteän yhdyskuntajätteen sekaan päätyviä arvokkaita raaka-aineita kuten iridiumia, jalometalleja tai harvinaisia maametalleja. Näitä arvokkaita alkuaineita löytyy mm. elektronista laitteista kuten kännyköistä. Tyypillinen älykännykkä sisältää vähintään 40 eri alkuainetta, mm. 300 mg hopeaa, 30 mg kultaa ja myös myrkyllisiä alkuaineita kuten lyijyä ja elohopeaa. Tällä hetkellä näistä alkuaineista alle 30 saadaan kerättyä talteen taloudellisesti järkevällä tavalla. Kaupunkikaivostoiminnan potentiaalista kertoo esimerkiksi se, että kullan pitoisuus kännykässä on monta kertaa suurempi kuin kaivoksissa louhittavassa kultamalmissa. On myös arvioitu, että jätteeksi päätyvässä elektroniikassa on merkittäviä määriä harvinaisia maametalleja, joista alle 1% kierrätetään tällä hetkellä uusiokäyttöön (kuva 1).

Kuva 1. Käytönjälkeiset kierrätystehokkuudet eri metalleille koko maailmantalouden mittakaavassa. Lähde: YK:n ympäristöohjelma, raportti ”Recycling Rates of Metals” (2011) / C&EN 30.5.2011.

 

Viimeisen 20 vuoden aikana elektroniikkajätteen sisältämien arvometallien kierrätystutkimuksessa ovat painottuneet ns. hydrometallurgiset menetelmät. Hydrometallurgisten rikastusprosessien keskeinen osa on uutto, jossa metalleja liuotetaan kiinteästä jätteestä liuokseen. Tyypilllisiä uutossa käytettäviä yhdisteitä ovat syanidit, joiden laajamittainen käyttö voi valitettavasti johtaa ympäristöongelmiin. Kaupunkikaivostoiminnan osalta yksi tärkeä kehityskohde ovatkin syanidivapaat uuttoprosessit, joita tutkitaan mm. Aalto-yliopistossa apulaisprofessori Mari Lundströmin tutkimusryhmässä.

Toinen lähestymistapa kaupunkikaivostoiminnan ongelmiin voisi olla arvometallien ”kuivarikastus”, jossa liuotinjätteen määrä jäisi huomattavasti pienemmäksi. Aalto-yliopiston ja Marburgin yliopiston yhteistyöprojektissa tutkitaan uusia fluoriyhdisteitä, joita voitaisiin hyödyntää kaupunkikaivostoiminnassa elektronisen jätteen käsittelyyn (apulaisprofessori Antti Karttunen ja Prof. Florian Kraus). Tutkimuksessa kehitetään uusia fluoriyhdisteitä ja tutkitaan näiden yhdisteiden käyttöä arvometallien muuntamisessa erilaisiksi metallifluorideiksi rikastusprosessia varten. Tutkimuksen tuloksena on valmistettu useita uusia epäorgaanisia fluoriyhdisteitä, jotka olisivat reaktiivisuutensa ansiosta mielenkiintoisia kandidaatteja kuivarikastusprosessien jatkokehityksessä (kuva 2). Strategisen tutkimuksen uudet tieteelliset läpimurrot tällä alueella voivat tarjota uusia mahdollisuuksia tulevaisuuden kaupunkikaivostoimintaan, edellyttäen että uusien rikastusmenetelmien kaikki ympäristövaikutukset ymmärretään kunnolla.

Kuva 2. Kolme erilaista fluoridobromaatti-anionia. Tetrafluoridobromaatti (vasemmalla), heptafluoridodibromaatti (keskellä), dekafluoridotribromaatti (oikealla). Bromiatomit ovat kuvassa ruskeita, fluoriatomit sinisiä.

 

Share on LinkedInShare on FacebookTweet about this on TwitterShare on Google+