Harvinaisten maametallien kemialliset erotusmenetelmät
Thitz, Oskari (2017)
Kandidaatintyö
Thitz, Oskari
2017
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201701251313
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201701251313
Tiivistelmä
Harvinaiset maametallit ovat 17 alkuaineen joukko, johon kuuluu skandium, yttrium ja
kaikki lantanoidit. Harvinaisten maametallien useat käyttökohteet korkean teknologian
sovelluksissa tekevät niistä mielenkiintoisen tutkimuskohteen. Mielenkiintoa varsinkin
harvinaisten maametallien kierrätykseen lisää myös Kiinan valtava markkinaosuus
harvinaisten maametallien tuotannossa.
Tämän työn kirjallisuusosassa tarkastellaan harvinaisia maametalleja, niiden lähteitä ja
teollisuuden kannalta tärkeimpiä kemiallisia erotusmenetelmiä. Kokeellisessa osassa
suoritetaan ioninvaihtokromatografinen erotus, jossa tutkitaan kuinka metallit saadaan
fraktioitua neodyymiä, europiumia ja terbiumia sisältävästä systeemistä. Erotusmateriaalina
työssä käytetään WP-2 kelatoivaa kationinvaihtohartsia.
Kokeellisessa osassa suoritettiin kolme eluointikoetta: ensimmäisessä hartsia eluoitiin
0,01 M EDTA:n dinatriumsuolan vesiliuoksella, toisessa 0,1 M oksaalihapolla ja
kolmannessa 0,1 M oksaalihapon ja 1 M typpihapon seoksella. Jokaisesta eluoinnista
effluentti kerättiin fraktioina ja analysoitiin ICP-MS:lla. Analyysien perusteella piirrettiin
eluointikäyrät. Eluointikäyristä voidaan nähdä, että kokeissa ei metallien kesken saatu
aikaan merkittävää erotusta. Rare earth element are a set of 17 elements including scandium, yttrium and all of the
lanthanides. Rare earth elements have several high-tech applications which makes them an
interesting object of study. Especially interest towards recycling rare earth elements
increases since today China has huge share in world’s rare earth production.
In the literary part of this thesis examines rare earth elements, their sources and industrially
most important chemical separation methods. In the experimental part of this thesis an ionexchange
chromatographic separation is carried out in order to study how metals can be
fractionated from system consisting of neodymium, europium and terbium. WP-2 chelating
cation exchange resin is used as a separating agent.
Three elution tests were carried out in the experimental part. In first test resin was eluted
with 0,01 M EDTA disodium solution, in second test with 0,1 M oxalic acid and in the third
test with 0,1 M oxalic acid in 1 M nitric acid. From each elution the effluent was collected
in fractions and analyzed with ICP-MS -apparatus. Elution curves were plotted based on the
analyzes. Elution curves show that there wasn’t significant separation between studied
metals.
kaikki lantanoidit. Harvinaisten maametallien useat käyttökohteet korkean teknologian
sovelluksissa tekevät niistä mielenkiintoisen tutkimuskohteen. Mielenkiintoa varsinkin
harvinaisten maametallien kierrätykseen lisää myös Kiinan valtava markkinaosuus
harvinaisten maametallien tuotannossa.
Tämän työn kirjallisuusosassa tarkastellaan harvinaisia maametalleja, niiden lähteitä ja
teollisuuden kannalta tärkeimpiä kemiallisia erotusmenetelmiä. Kokeellisessa osassa
suoritetaan ioninvaihtokromatografinen erotus, jossa tutkitaan kuinka metallit saadaan
fraktioitua neodyymiä, europiumia ja terbiumia sisältävästä systeemistä. Erotusmateriaalina
työssä käytetään WP-2 kelatoivaa kationinvaihtohartsia.
Kokeellisessa osassa suoritettiin kolme eluointikoetta: ensimmäisessä hartsia eluoitiin
0,01 M EDTA:n dinatriumsuolan vesiliuoksella, toisessa 0,1 M oksaalihapolla ja
kolmannessa 0,1 M oksaalihapon ja 1 M typpihapon seoksella. Jokaisesta eluoinnista
effluentti kerättiin fraktioina ja analysoitiin ICP-MS:lla. Analyysien perusteella piirrettiin
eluointikäyrät. Eluointikäyristä voidaan nähdä, että kokeissa ei metallien kesken saatu
aikaan merkittävää erotusta.
lanthanides. Rare earth elements have several high-tech applications which makes them an
interesting object of study. Especially interest towards recycling rare earth elements
increases since today China has huge share in world’s rare earth production.
In the literary part of this thesis examines rare earth elements, their sources and industrially
most important chemical separation methods. In the experimental part of this thesis an ionexchange
chromatographic separation is carried out in order to study how metals can be
fractionated from system consisting of neodymium, europium and terbium. WP-2 chelating
cation exchange resin is used as a separating agent.
Three elution tests were carried out in the experimental part. In first test resin was eluted
with 0,01 M EDTA disodium solution, in second test with 0,1 M oxalic acid and in the third
test with 0,1 M oxalic acid in 1 M nitric acid. From each elution the effluent was collected
in fractions and analyzed with ICP-MS -apparatus. Elution curves were plotted based on the
analyzes. Elution curves show that there wasn’t significant separation between studied
metals.