Yhdysvaltain energiaviraston US Department of Energyn Pacific Northwest National Laboratory (PNNL) esitteli toukokuun alussa teknologian, jonka avulla arvokkaat materiaalit, kuten litium, voidaan ottaa talteen magneettisten nanopartikkelien avulla liuoksista, kertoo Mining.com uutisessaan. Litiummineraaleja esiintyy runsaasti suola-aavikoilla ja suolavesijärvissä, joita löytyy muun muassa Chilestä, Argentiinasta ja Yhdysvalloista. Kehitetyn teknologian on lisensoinut käyttöönsä Moselle Technologies –niminen yritys.
Organisaatioiden mukaan teknologian ytimessä oleva nanopartikkeli muodostuu magnetiittina tunnetusta rautaoksidista. Ydinpartikkelia käytetään absorbenttina, joka sitoo valikoidusti halutut yhdisteet liuoksesta, kertoo Mining.com.
Magnetiitti (Fe3O4) on spinelliryhmään kuuluva oksidimineraalit ja tärkeä rautamalmimineraali. Puhdas magnetiitti sisältää 72% rautaa. Se voi sisältää myös prosentin verran vanadiinia tai titaania. Magneettimalmeja esiintyy magmakivissä ja metamorfiiteissa. Suomessa esiintymä on muun muassa Kolarin ja Kemijärven alueilla. Myös Ruotsissa, Intiassa ja Yhdysvalloissa on suurehkoja esiintymiä. (Lähde: Wikipedia)
Kuva 1. Mining.comin sivulla pyörivässä videossa näkyy, miten magneettikenttä hämmentää keitosta. (Kuva: Pacific Northwest National Laboratory / Mining.com)
Lukuisia käyttökohteita
Nanopartikkeleita voidaan käyttää yhdisteiden talteenottoon maalämpövoimaloiden vesistä, tuotantolaitosten ja mineraalikaivosten jätevesistä tai vaikka merivedestä. Nanopartikkelit kaappaavat vapaana kelluvia yhdisteitä nesteestä.
Kun nanopartikkelit joutuvat magneettikenttään, lähtee partikkelin rautaydin viemään sitä kohti magneettia, mukanaan siihen siotutunut kriittinen materiaali, joka näin voidaan suodattaa pois suoloja sisältävästä liuoksesta.
Prosessia säädetään litiumin talteenottoon
PNNL-laboratorion kehittämän ratkaisun patentointi on käynnissä ja menetelmää sovitetaan nimenomaan litiumin talteenottoon.
Nykyisin käytössä olevat menetelmät litiumin talteenottoon esimerkiksi vedestä edellyttävät prosessin vaihetta, jossa suuret määrät vettä – tuhansia litroja minuutissa – pumpataan ioninvaihtimella varustetun suodattaminen läpi. Tämä tekee ratkaisu kuluttaa paljon energiaa ja on myös kallis, kertoo PNNL-laboratorin edustaja Mining.comin artikkelissa.
Nyt kehitetty nanoteknologiaan pohjautuva prosessi mahdollistaa koko talteenottomenetelmän kutistamisen pienee kokoon ja eliminoi samalla tarpeen rakentaa massiivisia ioninvaihtoon perustuvia suodattamia, joita tarvitaan muissa prosesseissa, kiteyttää PNNL:n edustaja ratkaisun hyödyt.
Uudenlaisen absorbentin ansiosta nyt kehitetyllä menetelmällä on mahdollista imeä lähes kaikki litium liuoksesta muutamassa minuutissa. Litium voidaan tämän jälkeen ottaa talteen magneetista, johon se on kertynyt. Tämän jälkeen litium on helppo puhdistaa.
Prosessin odotetaan toimivan erityisen hyvin öljyn ja kaasun tuotannonnossa syntyviin liuoksiin. Näissä oleva litium on nähty Yhdysvalloissa hyödyntämättömänä litiumvarantona.
Kenttätestit alkamassa
Menetelmää on kehitetty useita vuosia laboratorio-olosuhteissa ja tutkijoiden mukaan nyt ollaan valmiita kenttätesteihin. Ne tehdään PNNL:n Richlandin kampuksella Washingtonin osavaltiossa, jossa PNNL tekee yhteistyötä Mosellen lisäksi myös National Resources Canadan (NRCan) ja Conoco Phillipsin kanssa. Kuormitustesteissä tutkitaan magneettisen erottelun toimivuutta pidemmissä testisarjoissa. Tämä testausvaihe on välttämätön matkalla kohti teollisen mittakaavan tuotantoa, kerrotaan Mining.comin artikkelissa.
Menetelmän lisensoinut Moselle Technologies uskoo, että magneettisten nanopartikkelien käyttämien litiumpartikkelin talteenottoon liuoksissa tuottaa puhtaampaa litiumia kuin nykyisillä menetelmillä, mikä pienentää talteenottoprosessin kustannuksia. Mosellen toimitusjohtajan mukaan näin voidaan kustannukset pudottaa jopa puoleen.
Litiumin lisäksi menetelmää testataan myös muilla kriittisillä metalleilla, kuten cesium. Cesium-testejä tehdään Uudessa-Seelanissa.
Toim.huom. Vaikka akkukemiat kehittyvät, litium tulee olemaan jatkossakin kriittinen akkumateriaali. Hienoa nähdä, että kun tarve on suuri, löytyy myös innovatiivisia ratkaisuja. Amerikkalaisten kehittämä menetelmä tuo uudenlaisen näkökulman arvokkaiden yhdisteiden talteenottoon liuoksista. Periaatteessa menetelmä kuulostaa saman tyyppiseltä “metallisiepparilta”, joita käytetään hydrometallurgisissa prosesseissa. Allekirjoittanut muistelee, että myös eräs Aallon professori kehitteli metallien kierrätykseen partikkelitason magneettista erottelua. Puhtaan rautajauheen käyttäminen liuosten puhdistamisessa ei ole uusi ratkaisu: kun kävimme muutama vuosi sitten EIT RawMaterialsin RACE-ohjelman ryhmällä kylässä Höganäsillä, kertoivat he puhtaan rautajauheen kyvystä napata vedestä epäpuhtauksia. Hienoa, että tutkimusalat näin laajasti etsivät ratkaisuja innovaatiokriittisten metallien ja mineraalien tuotantoon neitseellisistä tai kierrätysmateriaaleista.
(Julkaistu 18.5.2021)
Lähteet:
- Magnetic nanoparticles to be used to extract lithium from brines in the US. Mining.com, 10 May 2021.