topi tirronen/ pyrometallurgia ja termodynamiikka
TRANSCRIPT
Topi Tirronen
Metallifoorumi IV, 28.2.2017
Porin yliopistokeskus
Pyrometallurgia ja termodynamiikka
Lopulliset tulokset akkuhivenaineiden
jakautumisesta kuparin sulatuksessa
Topi Tirronen Metallifoorumi IV 28.2.2017
Projektin kulku
• Metallifoorumi I – Yleiskatsaus pyrometallurgisiin menetelmiin akkujen ja paristojen
kierrätyksessä
• Metallifoorumi II – Tutkimusmenetelmien esittely sekä alustavat testit
– Li-ion ja NiMH hivenaineiden jakautuminen eri faasien välillä
• Metallifoorumi III – Ensimmäisiä tuloksia tarkoilla analyysilaitteilla
– Viimeisten testien optimointi
• Metallifoorumi IV – Yhteistyötä GTK:n kanssa EPMA ja LA-ICP-MS analyysien kanssa
– Datan yhdistäminen ja käsittely sekä lopulliset tulokset
Topi Tirronen Metallifoorumi IV 28.2.2017 1
Tutkimuksen tarkoitus
Ni Co Ag Nd Mn Li
Li-ion NiMH Hopeanappi
Topi Tirronen Metallifoorumi III 13.12.2016 2
• Fokuksena kuparin konvertoinnin
loppuvaihe
– Hapettumiselle herkät elementit
häviää kuonaan -> ei saada
talteen
• Hyvin vähän dataa jakautumisesta
prosessiolosuhteista
– Ag, Ni ja Co jakautumista tutkittu
aikaisemmin
– Li, Mn, Nd ei ollenkaan
– Magnetiittiin (Fe3O4) jakautuminen
Kuparin valmistusprosessi
Lähde: SIMP-projekti 3
Koemenetelmä
Topi Tirronen Metallifoorumi IV 28.2.2017 4
Topi Tirronen Metallifoorumi IV 28.2.2017
Näytteiden mikrorakenne
5
Hivenaineiden pitoisuus kuonassa
1200 1225 1250 1275
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
Meta
llia
pa
ino-%
ku
on
assa
Lämpötila (C)
Li
Mn
Co
Ni
Ag
Nd
Topi Tirronen Metallifoorumi IV 28.2.2017 6
1200 1225 1250 1275
1E-4
0,001
0,01
0,1
1
10
100
1000
Ni
Cu
Co
Ag
Nd
Mn
Jakau
tum
iskerr
oin
(m
eta
lli/k
uo
na
)
Lämpötila (C)
Metalli/Kuona jakauma
Topi Tirronen Metallifoorumi IV 28.2.2017
𝐽𝑎𝑘𝑎𝑢𝑡𝑢𝑚𝑖𝑠𝑘𝑒𝑟𝑟𝑜𝑖𝑛 =𝑝𝑎𝑖𝑛𝑜 − % 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙𝑙𝑖𝑓𝑎𝑎𝑠𝑖𝑠𝑠𝑎
𝑝𝑎𝑖𝑛𝑜 − % 𝑘𝑢𝑜𝑛𝑎𝑓𝑎𝑎𝑠𝑖𝑠𝑠𝑎
7
Topi Tirronen Metallifoorumi IV 28.2.2017 8
1200 1225 1250 1275
0,1
1
10
Ni
Cu
Co
Ag
Nd
Mn
Ja
kau
tum
iske
rroin
(M
eta
lli/k
ivi)
Lämpötila (C)
Metalli/Kivi jakauma
𝐽𝑎𝑘𝑎𝑢𝑡𝑢𝑚𝑖𝑠𝑘𝑒𝑟𝑟𝑜𝑖𝑛 =𝑝𝑎𝑖𝑛𝑜 − % 𝑚𝑒𝑡𝑎𝑙𝑙𝑖𝑓𝑎𝑎𝑠𝑖𝑠𝑠𝑎
𝑝𝑎𝑖𝑛𝑜 − % 𝑘𝑖𝑣𝑖𝑓𝑎𝑎𝑠𝑖𝑠𝑠𝑎
1200 1225 1250 1275
0,1
1
10
100
1000
Ni
Cu
Co
Ag
Nd
Mn
Li
Jakautu
mis
kerr
oin
(K
uona/M
agnetiitti)
Lämpötila (C)
Kuona/Magnetiitti jakauma
Topi Tirronen Metallifoorumi IV 28.2.2017
𝐽𝑎𝑘𝑎𝑢𝑡𝑢𝑚𝑖𝑠𝑘𝑒𝑟𝑟𝑜𝑖𝑛 =𝑝𝑎𝑖𝑛𝑜 − % 𝑘𝑢𝑜𝑛𝑎𝑓𝑎𝑎𝑠𝑖𝑠𝑠𝑎
𝑝𝑎𝑖𝑛𝑜 − % 𝑚𝑎𝑔𝑛𝑒𝑡𝑖𝑖𝑡𝑡𝑖𝑓𝑎𝑎𝑠𝑖𝑠𝑠𝑎
9
Yhteenveto
• Kaikki hivenaineet vahvasti läsnä kuonassa, paitsi Ag
joka jakautuu melkein täysin kupariin tai kiveen
• Karkeasti hieman yli puolet Nikkelistä päätyy
metallifaasiin ja jäljellä jäävästä osuudesta suurin osa
selkeästi magnetiittifaasissa
• Koboltti jakautuu tasaisesti kuonan ja magnetiitin välille
• Mn, Li ja Nd vahvasti kuonafaasiin
Topi Tirronen Metallifoorumi IV 28.2.2017 10
Tulevaisuus • Ni, Co ja Cu tehokkaaseen talteenottoon vaaditaan oma primääri
uuni ja lämpötila 1450 ºC
• Kuparin sulatuksessa talteenotto kuparin lisäksi hopealle ja osittain
nikkelille. Mikäli magnetiitti erotellaan kuonasta ja käsitellään ->
Nikkelille parempi saanti
• Harvinaiset maametallit, Mn ja Li jäävät akkujen primääri- ja
sekundääriprosessoinnissa kuonaan
• Koboltti päätyy kuparin prosessoinnissa kuonaan/magnetiittiin
Topi Tirronen Metallifoorumi IV 28.2.2017 11
Kiitos!
Aalto-yliopiston kemian tekniikan korkeakoulu
Kemian tekniikan ja metallurgian laitos