Embed Size (px)
Citation preview
Topi Tirronen
Metallifoorumi III, 13.12.2016
Porin yliopistokeskus
Pyrometallurgia ja termodynamiikka
Akkuhivenaineiden jakauma ja
talteenottopotentiaali kuparin
sulatuksessa
Topi Tirronen Metallifoorumi III 13.12.2016
Kertausta
• Pyrometallurginen käsittely yleisin
menetelmä akuille ja paristoille – Sulatus (Umicore edelläkävijä)
– Vakuumitislaus (Li, Cd, Zn, Hg ja Pb erottelu)
• Kuonaan hukataan useita
hyödynnettäviä metalleja
Topi Tirronen Metallifoorumi III 13.12.2016 1
Kuva: Tytgat, Jan. Umicore. 2011
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 III 13.12.2016 2
Kupari-kuparikivi-kuona
tasapainotus ampullissa • Näytteen hivenaineet (n. 1 paino%
metalli- tai kuonafaasista)
Ni Co Ag Nd Mn Li
Li-ion NiMH Hopeanappi
Ennen
sulatusta Sulatuksen
jälkeen
1cm
Topi Tirronen Metallifoorumi III 13.12.2016 3
Näytteen sammutus
• Lämpötilan lasku 1300 C alle
sekunnissa
• Suolavesi kylmin
sammutusmedia n. -10 C
• Tiiliskiven avulla näytteen kärki
nopeammin jäähdytetyksi
2x hidastus
Topi Tirronen Metallifoorumi III 13.12.2016 4
Termodynaaminen tasapaino
• Testeissä tasapaino
saavutettu 1 tunnissa
• Cu määrä kuonassa
n. 4-5% tarkoittaa
oikeaa hapen
osapainetta (Fe3O4
faasi läsnä)
• Queenslandin
yliopiston julkaisut
tukee Aalto yliopiston
tuloksia Lähde T. Hidayat et al. 2016
Topi Tirronen Metallifoorumi III 13.12.2016 5
Ampulleissa testaus
• Ampullien teko
– Putsaus sisältä ennen sulkemista
– Kärjen muokkaaminen
– Yhtenäisyys
• Sammutus
– Jääsuolavesi
– Ampullin seinän paksuus
– Tiiliskiven käyttäminen sammutuksessa
• Hapen osapaineen ja kokonaispaineen säätö
– Ampulli ilman tyhjiötä ja reikä ampullin seinämässä
• Samanlaisia tuloksia kuin vakuumissakin
• Faasitasapainot näytteessä
Topi Tirronen Metallifoorumi III 13.12.2016 6
T=1300 °C
Kuparikiven reagointi aggressiivisesti aiheuttaa
vuotoja ampullin seinämään
Kuona
Kivi
Cu
Topi Tirronen Metallifoorumi III 13.12.2016 7
5 d @ 1250 °C
– Pystytään analysoimaan jopa ppb (parts per billion) pitoisuuksia
– Laser haihduttaa hiukkasia näytteestä ja massaspektrometri analysoi nämä hiukkaset
– Haasteita vielä oikeiden standardien kanssa
Lähde: J. Chen et al. 2016
Kuona Kuparikivi
LA-ICP-MS (Laser Ablation Inductively
Coupled Plasma Mass Spectrometry)
Topi Tirronen Metallifoorumi III 13.12.2016 8
Ni 0,4%
Ni
0,03%
Ni
0,25%
Ni
0,8%
Cu 98% Cu 80%
Cu
4,5%
Cu
1%
Co 0,2%
Co
0,002%
Co
0,35%
Co
0,7%
Ag 1% Ag
0,35%
Ag
0,005%
Nd
0,3%
Mn
0,45%
Li
0,3%
KUPARI
KUPARIKIVI KUONA
Magnetiitti
Laser Tasapaino 1250 °C
Topi Tirronen Metallifoorumi III 13.12.2016 9
Jatkosuunnitelmat
• Kokeellisen työn jatkaminen
– EPMA analyysit GTK:lla tammikuussa • Magnetiitti
• Kupari
• Kuparikivi
• Kuona
– Näytteiden vertailu eri lämpötiloissa
– Tieteellinen artikkeli testeistä
Topi Tirronen Metallifoorumi III 13.12.2016 10
Liiketoimintamahdollisuudet
• Li-ion & NiMH akuille pienen skaalan sulatusuuni +
hydrometallurginen jälkikäsittely kuonalle
• Magnetiitin erottelu kuparikuonasta
– 3Fe2SiO4 + O2 → 2Fe3O4 + 3SiO2
– Korkeampi metallipitoisuus verrattuna kuonaan
– Raudan kierrättäminen terästeollisuuteen
– Jäljellä jäävä SiO2 myös kierrätykseen
– Eroon kuonan läjityksestä
Topi Tirronen Metallifoorumi III 13.12.2016 11
