1. Topi Tirronen
Metallifoorumi II, 20.9.2016
Porin yliopistokeskus
Pyrometallurgia ja termodynamiikka

2. Paristo- ja akkuhivenaineiden
jakautuminen kuparin sulatuksessa
Topi Tirronen Metallifoorumi II 20.9.2016

3. 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
Topi Tirronen Metallifoorumi II 20.9.2016

4. Kokeellisen työn tarkoitus
• Akkuhivenaineiden jakauma sulatusprosessissa
– Miten paljon menetetään kuonaan?
• Nikkelin ja koboltin parempi saanti olemassa olevissa
prosesseissa
• Kartoittaa, voidaanko uusia menetelmiä hyödyntää
teollisuudessa
Topi Tirronen Metallifoorumi II 20.9.2016

5. 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)
Topi Tirronen Metallifoorumi II 20.9.2016

6. Koejärjestelmä
Topi Tirronen Metallifoorumi II 20.9.2016

7. 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

8. 2Fe3O4 → O2 + 6FeO
FeO + SiO2 → Kuona
FeO-Fe2O3-SiO2
faasitasapaino
Lähde: Rusen et al. 2016
Topi Tirronen Metallifoorumi II 20.9.2016

9. 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
Topi Tirronen Metallifoorumi II 20.9.2016

10. 5 d @ 1250 °C
Topi Tirronen Metallifoorumi II 20.9.2016

11. Topi Tirronen Metallifoorumi II 20.9.2016

12. Topi Tirronen Metallifoorumi II 20.9.2016

13. Topi Tirronen Metallifoorumi II 20.9.2016
1 h @ 1250 °C

14. 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
Topi Tirronen Metallifoorumi II 20.9.2016

15. Liiketoimintamahdollisuudet
• Pienen skaalan sulatusprosessi NiMH- ja
Li-ion jätteelle
Topi Tirronen Metallifoorumi II 20.9.2016

16. Kiitos!
topi.tirronen@aalto.fi
Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu
Materiaalitekniikan laitos