Teksti Markku Leskelä
Harvinaiset maametallit ovat keskeisiä energiatekniikan vihreässä siirtymässä. Emeritusprofessori Markku Leskelä käy läpi harvinaisten maametallien historiaa Suomessa 1700-luvulta alkaen.
Harvinaiset maametallit, alkuaineet 21 (Sc), 39 (Y) ja 57-71 (La-Lu) ovat olleet otsikoissa viime aikoina eri syistä. Yleisesti ollaan huolissaan niiden saatavuudesta, koska ne ovat keskeisiä erityisesti energiatekniikan vihreässä siirtymässä. Eniten käytetyt harvinaiset maametallit löytyvät EU:n nimeämästä kriittisten alkuaineiden listasta.
Saatavuushuoleen on kaksi aihetta: löytyykö näitä alkuaineita riittävästi maankuoresta ja mikä on saatavuuden poliittinen ulottuvuus, sillä Kiina hallitsee yli 90-prosenttisesti näiden metallien markkinoita.
Toinen viimeaikainen keskustelun aihe on ollut suuri harvinaisten maametallien esiintymän löytö Ruotsin Kiirunasta. Geologian Tutkimuskeskus tiedotti pian Ruotsista tulleen uutisen perään, että Suomesta löytyy useita suuria harvinaisten maametallien esiintymiä, joista Soklin malmio Savukoskella on merkittävin.
HARVINAISTEN MAAMETALLIEN historia Suomessa on pitkä. Se ulottuu aina meidän kemiantutkimuksemme isänä tunnettuun Johan Gadoliniin asti. Vuonna 1794 hän eristi harvinaisen maalajin Ytterbystä Ruotsista löydetystä mustasta kivestä. Siihen aikaan alkuaineen käsite ei ollut selvä ja aineita, jotka olivat oksideja, kutsuttiin maalajeiksi. Gadolinin eristämä aine on pääasiassa yttriumoksidia. Kun runsaan sadan vuoden aikana löydettiin kaikki samaan ryhmään kuuluvat 17 alkuainetta, huomattiin, että ne eivät olekaan maaperässä kovin harvinaisia, mutta nimeksi kuitenkin jäi harvinaiset maametallit.
Tiedotusvälineissä nimitykset ja tarkoitukset voivat sekoittua. Puhutaan pelkästään maametalleista, joka on epämääräinen käsite, tai harvinaisista maametalleista, mutta voidaan tarkoittaa esimerkiksi litiumia, platinaryhmän metalleja tai kultaa. Alkuaineista 57-71 käytetään myös nimityksiä lantanidit tai lantanoidit (lantaanin kaltaiset metallit).
”Syntyi ajatus, että jätekasaan joutuvan harvinaisten maametallien sakan erottaminen ja jatkojalostaminen voisi olla kannattavaa.”
TYPPI OY:N LANNOITETEHDAS aloitti toiminnan Oulussa 1951. Tehdas käytti fosforin lähtöaineena Kuolasta tuotua apatiittia, joka sisältää jopa viisi prosenttia harvinaisia maametalleja. Pian syntyi ajatus, että jätekasaan joutuvan harvinaisten maametallien sakan erottaminen ja jatkojalostaminen voisi olla kannattavaa.
Teknillisen korkeakoulun epäorgaanisen kemian professori Olavi Erämetsä innostui aiheesta ja toimi keskeisenä asiantuntijana harvinaisten maametallien erotusprosessien kehittäjänä. Harvinaisten maametallien erottaminen toisistaan ei ole helppo tehtävä, sillä ne ovat kemiallisesti hyvin samanlaisia ja esiintyvät mineraaleissa aina yhtä aikaa.
Mineraaleissa on tosin kahta päätyyppiä, joista toisissa alkupään lantanoidit eli cerimetallit ovat rikastuneempia ja toisissa loppupään eli yttermetallit ovat rikastuneempia. Kaikkia lantanoideja esiintyy kuitenkin kaikissa niiden mineraaleissa. Esiintyminen noudattaa yleissääntöä, jonka mukaan parillisen järjestysluvun omaavia alkuaineita on enemmän kuin parittoman järjestysluvun omavia naapureitaan.
Poikkeuksen muodostaa europium, jota on mineraaleissa ”liian vähän”, mikä johtuu sen pelkistymisestä 2-arvoiseksi maakuoren pelkistävissä olosuhteissa. Kahdenarvoinen europium-ioni muistuttaa kemialtaan ja kooltaan suuria maa-alkalimetalleja ja lyijyä ja seuraa niitä geokemiassaan.
1800-LUVULTA LÄHTIEN tärkeimpänä erotusmenetelmänä oli käytetty jakokiteytystä, sillä peräkkäisten harvinaisten maametallien eräiden kaksoissuolojen liukoisuudessa on pieni ero. Toistamalla kiteyttämistä ja liuottamista kymmeniä tai satoja kertoja saatiin metallit erotettua toisistaan. 1950-luvulla uudeksi erotusmenetelmäksi tuli ionivaihto, joka sekin vaatii lukuisia vaihtokertoja ennen kuin metallit saadaan erotettua riittävän puhtaina. Typpi Oy käytti ioninvaihtoprosessia metallien erottamisessa. Nykyään tärkein harvinaisten maametallien erotusmenetelmä perustuu neste-nesteuuttoon.
1960-luvun lopulla ja 1970-luvun alussa Typpi Oy tuotti jopa 10 prosenttia maailman harvinaisista maametalleista. Kaupalliset tuotteet olivat oksideja, joina harvinaiset maametallit yleisimmin myydään. Metallien valmistusta myös suunniteltiin, mutta siihen asti ei koskaan päästy. Harvinaisten maametallien valmistaminen oksideista tapahtuu elektrolyyttisesti suolasulasta.
1970-luvun puolessa välissä Neuvostoliitto ilmoitti, ettei se enää toimita apatiittia Suomeen. Kemiraksi muuttunut Typpi Oy joutui vaihtamaan raaka-aineensa Marokosta tuotavaan fosfaattiin, joka ei sisällä harvinaisia maametalleja. Näin harvinaisten maametallien tuotanto oli pakko lopettaa.
1980 aloitti toimintansa Siilijärven fosforiittikaivos, ja Suomesta tuli fosforin suhteen omavarainen. Siilinjärven fosforiitti ei myöskään sisällä harvinaisia maametalleja. Kemira ei heti lopettanut harvinaisiin maametalleihin perustuvaa toimintaa, vaan jatkoi luminoivien materiaalien valmistusta tuontiraaka-aineista 1980-luvun loppupuolelle.
Lue lisää:
