Mangaanin kiertotalouden edistäminen sekundäärisiä materiaalivirtoja jalostamalla

Mangaanilla on ollut pitkään keskeinen merkitys terästeollisuudessa sen vaikutuksesta teräksen lujuuteen, sitkeyteen ja valmistettavuuteen. Tulevaisuudessa sen kysynnän odotetaan kasvavan merkittävästi litium- ja natriumioniakkujen katodimateriaaleissa. Mangaani kuuluu Euroopan unionin kriittisten raaka-aineiden luetteloon, mikä korostaa sen taloudellista merkitystä EU:n teollisuudelle ja vihreälle siirtymälle, mutta sen saatavuuteen liittyy geopoliittisia riskejä. Euroopan merkittävimmät mangaaniensiintymät löytyvät EU:n ulkopuolisista maista, joten EU:n alueella teollisuuden sivuainevirtojen ja sekundääristen lähteiden merkitys korostuu.

Väitöskirjatutkimuksen ensimmäisessä osassa on kehitetty uusia erotusmenetelmiä puhtaiden mangaanituotteiden valmistamiseksi teollisuuden sekundäärisistä mangaanilähteistä. Tavoitteena on hyödyntää sinkkiteollisuuden sivuainevirtaa mangaanin lähteenä sekä jalostaa siitä akkuteollisuudelle kelpaavia kemikaaleja. Tutkimus osoittaa, että sinkkiteollisuuden sivuainevirrasta voidaan erottaa mangaania selektiivisesti. Selektiivisellä liuotuksella tuotetulla mangaanisulfaattiliuoksella on sellaisenaan hyötykäyttöpotentiaalia lannoitteena, mutta erotettu mangaani voidaan myös jatkojalostaa, puhdistamalla, akkuteollisuuteen kelpaavaksi lähtöaineeksi. Lisäksi tutkittiin mangaanisulfaatin eri epäpuhtauksien vaikutusta katodimateriaalin valmistuksessa.

Väitöskirjan toisessa osassa litiumioniakkujätteestä erotetaan mangaania katodimateriaalin omia ominaisuuksia hyödyntäen. Katodimateriaalista erotetaan ensin litium selektiivisesti, mikä mahdollistaa litium-vapaan katodimateriaalin hyödyntämisen mangaanin hapetuskemikaalina. Menetelmän etuna on nikkelin ja koboltin hapetusasteiden hyödyntäminen, mikä vähentää ulkoisten hapetus- ja neutralointikemikaalien tarvetta, sekä alhainen litiumpitoisuus, jolloin kierrätysliuokseen päätyy huomattavasti vähemmän ei-haluttuja alkuaineita.