University of Oulu

Harvinaiset maametallit sekä niiden määritys- ja erotusmenetelmät

Saved in:
Author: Karppinen, Antti1
Organizations: 1University of Oulu, Faculty of Science, Chemistry
Format: ebook
Version: published version
Access: open
Online Access: PDF Full Text (PDF, 0.9 MB)
Pages: 24
Persistent link: http://urn.fi/URN:NBN:fi:oulu-202104247619
Language: Finnish
Published: Oulu : A. Karppinen, 2021
Publish Date: 2021-04-28
Thesis type: Bachelor's thesis
Description:

Tiivistelmä

Harvinaisia maametalleja luonnossa esiintyvät metallit, jotka ovat jaksollisessa järjestelmässä järjestysluvultaan 21, 39 ja 57–71. Nimitys harvinainen maametalli on jo hieman vanhanaikainen nimitys, koska niitä löytyykin varsin hyvin maaperästä, mutta erottaminen ja tunnistaminen oli varsinkin ennen hankalaa. Nimitykset ”REE, HREE ja LREE” tulevat englannin kielen sanoista ”light ja heavy rare earth elements”. Harvinaisia maametalleja on siis yhteensä 17 kappaletta. REE-pitoisia eli harvinaisia maametalleja sisältäviä mineraaleja täytyy ensin analysoida esimerkiksi ICP-OES tai ICP-MS-menetelmillä. Kun harvinainen maametalli on tunnistettu näytteessä, täytyy käyttää erotusmenetelmiä, kuten fysikaalisia ja kemiallisia erotusmenetelmiä harvinaisten maametallien talteenottoa varten.

Harvinaisia maametalleja sisältäviä mineraaleja on jopa yli 250 maailmassa. Niitä löytyy myös Skandinaviasta, missä esimerkiksi Kiirunavaaran rautakaivoksessa esiintyviä taloudellisesti tärkeimpinä harvinaisia maametalleja sisältävinä mineraaleja suurien esiintymispitoisuuksien vuoksi ovat Monatsiitti (Ce,La,Nd,Th)PO₄ ja Allaniitti (Ce,Ca,Y)₂(Al,Fe)₂(SiO₄)₃(OH). Kiirunavaarassakin harvinaisia maametalleja louhitaan sivutuotteena, koska monesti harvinaisen maametallien pitoisuus kaivoksilla on niin pieni, että pelkän harvinaisen maametallin kaivaminen ei ole taloudellisesti kannattavaa. Kuitenkin maankuoren luontaisen runsauden suhteen harvinaisten maametallien arvioitu yhteenlaskettu pitoisuus on jopa suurempi kuin hiilen pitoisuus (220 ppm vs. 200 ppm). Tästä nähdään, että harvinaiset maametallit ovatkin varsin yleisiä, mutta niiden erotus käyttöä varten on suurempi ongelma.

Tässä kandidaatintutkielmassa tarkastellaan harvinaisten maametallien analyysimenetelmien puolelta ICP-, MS-, OES-, ICP-MS- ja ICP-OES-tekniikoita tarkemmin. ICP-MS ja ICP-OES ovat suosituimmat analyysimenetelmät, mitä käytetään harvinaisten maametallien määrittämisessä, joten on tärkeää kehittää niidenkin toimintaa entistäkin paremmaksi. Niiden jälkeen tulevat instrumentaaliset neutroniaktivaatioanalyysi- (INAA), röntgenfluoresenssi- (XRF) ja ultravioletti-näkyvä valo -spektroskooppiset (UV-VIS) -menetelmät.

Erotusmenetelmien kannalta tarkastellaan tarkemmin sekä fysikaalisia, että kemiallisia erotusmenetelmiä. Näistä tietenkin tämän kirjoitelman kannalta tärkeämpiä ovat kemialliset erotusmenetelmät, mutta on hyvä tietää myös fysikaalisten erotusmenetelmien toimintaperiaatteita, joita myös kemistitkin hyödyntävät.

Ihmisille tärkeitä käyttökohteita harvinaisille maametalleille on esimerkiksi tietokoneiden ja puhelimien osat, akut, supermagneetit, LED-valot ja MRI-laitteet. Niillä on todella paljon käyttökohteita, koska niiden uniikkeja kemiallisia ominaisuuksia ei saa muualta kuin harvinaisista maametalleista, joten analysointi- ja erotusmenetelmien kehitys on todella tärkeää harvinaisten maametallien riittävyyden kannalta.

see all

Subjects:
Copyright information: © Antti Karppinen, 2021. This publication is copyrighted. You may download, display and print it for your own personal use. Commercial use is prohibited.