Koboltin talteenotto: Prosessit alkutuotannossa ja kierrätyksessä

Abstract

Koboltin kulutus on kasvanut merkittävästi liikenteen sähköistyessä ja siirryttäessä uusiutuviin energiajärjestelmiin globaalisti. Koboltti on myös merkittävässä asemassa akkujen lisäksi superseoksissa ja magneeteissa ja se luokitellaan kriittiseksi materiaaliksi. Koboltin alkutuotanto on keskittynyt vain muutamiin maihin, joten sen tuotantoketju on riskialtis ongelmatilanteille. Koboltti esiintyy malmeissa pääasiallisesti kuparin ja nikkelin yhteydessä, mutta myös esimerkiksi merenpohjassa monimetallinoduuleissa esiintyy kobolttipitoisia yhdisteitä. Koboltin kierrätysaste on toistaiseksi alhainen, ja tuotannonvarmuuden parantaminen lisää tarvetta kierrätyksen edistämiselle. Tässä työssä tarkastellaan minkälaisilla menetelmillä kobolttia talteenotetaan erilaisista lähteistä ja vertaillaan eri prosessien talteenoton tehokkuuksia.

Talteenottomenetelmät voidaan jakaa pyro-, hydro- ja biometallurgisiin. Pyrometallurgisille prosesseille ominaista on korkealämpötila, jolla malmi tai metalli sulatetaan tai saadaan reagoimaan lisäaineen kanssa kemiallisessa reaktiossa. Menetelmien etuna on niiden yksinkertaisuus ja nopeus. Niiden haittapuolena on korkea energiankulutus ja korkeat käyttöönottokulut. Prosesseja käytetään laajasti kuparin ja nikkelin alkutuotannossa, mutta koboltille niiden talteenottoaste on yleisesti matala. Koboltin kierrätyksessä sulatusmenetelmät ovat yleisimpiä.

Hydrometallurgisissa prosesseissa lämpötila on merkittävästi matalampi verrattuna pyrometallurgisiin prosesseihin ja prosessit suoritetaan nesteiden avulla. Yleisimmät menetelmät ovat liuotus ja flotaatio. Menetelmien etuna on niiden korkea selektiivisyys ja pyrometallurgisia prosesseja alhaisempi energiankulutus. Prosessien haittapuolena on vaatimus korroosionkestolle laitteistoissa ja erotteluaineiden sekä happojen korkea hinta. Alkutuotannossa hydrometallurgisilla prosesseilla on pyrometallurgisia prosesseja korkeampi talteenottoaste koboltille. Kierrätyksessä teollinen tuotanto on siirtymässä laajemmin hydrometallurgisiin prosesseihin.

Biometallurgiset menetelmät muistuttavat hydrometallurgista liuotusta, mutta menetelmät pohjautuvat mikrobeihin eivät perinteisiin happoihin. Prosesseissa mikrobit tuottavat happoa tai ne hapettavat kobolttia sitovan osan malmista. Menetelmien etuna on niiden edullisuus. Haittapuolena menetelmissä on niiden hitaus ja hankala prosessien ohjaaminen. Menetelmät ovat pääasiassa kokeellisia. Koboltin talteenottoaste vaihtelee prosesseissa, mutta optimaalisissa olosuhteissa ne vastaavat hydrometallurgisia prosesseja.