Jyväskylän yliopiston tutkijat ovat kehittäneet kiinteäfaasiuuttoprosessin, jonka avulla NdFeB-magneeteissa olevat kriittiset raaka-aineet voidaan ottaa talteen ympäristöystävällisemmin. Kehitetyssä menetelmässä hyödynnetään orgaanista metaanisulfonihappoa, jota on pidetty vihreämpänä vaihtoehtona perinteisille epäorgaanisille hapoille. Ratkaisu osoittautui erittäin tehokkaaksi, ja tieteellisen julkaisun lisäksi se patentoitiin.

Harvinaiset maametallit ovat kriittisiä raaka-aineita, ja erityisesti neodyymin kysyntä on kasvanut räjähdysmäisesti. Neodyymiä hyödynnetään muun muassa datakeskuksissa sekä sähköautojen ja tuulivoimaloiden kestomagneeteissa.

Kiinalla on hallitseva asema harvinaisten maametallien primäärituotannossa, mikä on lisännyt raaka-aineisiin liittyviä geopoliittisia riskejä. Kun tämä riippuvuus yhdistyy nopeasti kasvavaan kysyntään ja toistaiseksi alhaiseen kierrätysasteeseen, on se kannustanut tutkijoita kehittämään uusia talteenottoratkaisuja myös sekundaarilähteistä, kuten käytöstä poistetuista kestomagneeteista ja magneettijätteestä.

– Euroopan unionissa käytetyistä harvinaisista maametalleista kierrätetään tällä hetkellä vain yksi prosentti. Osittain matalaa kierrätysastetta selittää se, että nykyiset menetelmät eivät ole taloudellisesti kannattavia. Tarve uusille menetelmille on siis kiistaton, painottaa tiedotteessa apulaisprofessori Jani Moilanen Jyväskylän yliopistosta, joka johti tutkimusta yhdessä Jyväskylän yliopiston kiertotalouden professori Ari Väisäsen kanssa.

Tutkijoiden kehittämää menetelmää ohjasi alusta alkaen tavoite pitää se mahdollisimman yksinkertaisena ja rakentaa se ympäristöystävällisten kemikaalien varaan.

– Pystyimme hyödyntämään samaa orgaanista metaanisulfonihappoa sekä kestomagneetin liuotuksessa että metallien talteenotossa, minkä ansiosta eri happojen käyttö harvinaisten maametallien talteenottoprosessissa voitiin minimoida. Metaanisulfonihapon lisäksi prosessissa tarvittiin vain kahta muuta vähäriskistä vesiliuosta, jotta myös muut kestomagneetissa olevat raaka-aineet, kuten koboltti, saatiin talteen, selventää tutkimusta tehnyt tutkijatohtori Emilia Virtanen Jyväskylän yliopistosta.

Kehitetty prosessi osoittautui harvinaisten maametallien talteenotossa poikkeuksellisen tehokkaaksi. Yli 96 prosenttia kestomagneeteissa olleista harvinaisista maametalleista saatiin talteen, ja saavutettu puhtausaste ylitti 99 prosentin rajan.

Prosessin kehittämisen ohella tutkittiin myös kiinteäfaasiuutossa käytettyjä 3D-tulostettuja suodattimia useilla eri analyysimenetelmillä. Tutkimuksessa yhdistyivät kemian laitoksen vahva spektroskopian osaaminen ja fysiikan laitoksen röntgentomografian asiantuntemus, joiden avulla suodattimien rakennetta voitiin tarkastella yksityiskohtaisesti aina nanomittakaavaan asti.

– Tomografian avulla saimme tarkkaa tietoa 3D-tulostettujen suodattimien rakenteista mikrokokoluokkaan asti. Näiden havaintojen perusteella pystyimme päättelemään, millaisia rakenteellisia muutoksia filttereissä tapahtuu uuttoprosessien aikana. Mittausten perusteella suodattimet vaikuttavat olevan erittäin kestäviä ja soveltuvat näin ollen teolliseen käyttöön, kertoo tomografian osuuden toteuttanut tutkijatohtori Janne Yliharju.

– Pyyhkäisevällä lähikenttäoptisella mikroskopialla tehdyt mittaukset puolestaan paljastivat, että suodattimissa oleva aktiivinen aine erottui selkeästi kiinteästä, nyloniin perustuvasta polymeerimatriisista. Tämä rakenne mahdollistaa kriittisten raaka-aineiden tehokkaan talteenoton, täydentää tutkimusinsinööri Eero Hulkko Jyväskylän yliopistolta.

Tutkimukseen osallistui myös professori Mika Lastusaaren tutkimusryhmä Turun yliopistosta, jossa suodattimille tehtiin lisämittauksia. Tutkimusta rahoittivat Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiö, Jane ja Aatos Erkon säätiö sekä Suomen Akatemia.

Aamuset-kaupunkimedia (AKM)