Terästeollisuuden kuonassa piilee arvokas mahdollisuus: kriittisen vanadiinin talteenottoon ympäristöystävällinen menetelmä matalissa lämpötiloissa

Oulun yliopiston tuore väitöstutkimus nostaa esiin pohjoismaisen terästeollisuuden piilevän mahdollisuuden: vanadiinin talteenoton hyödyntämättömistä sivuvirroista. Vanadiini on alkuaine, jota käytetään teräs-, kemian- ja akkuteollisuudessa, ja se on luokiteltu kriittiseksi raaka-aineeksi Euroopan unionissa. Vanadiini on hopeanvalkoinen metalli, joka esiintyy huoneenlämmössä kiinteänä. Sitä käytetään erilaisissa teräksissä parantamaan lujuutta ja kulutuskestävyyttä. Akku- ja energiateollisuudessa vanadiinia hyödynnetään esimerkiksi virtausakuissa. Vanadiinia voi olla myös arkisissa työkaluissa ja keittiöveitsissä. Vanadiinia esiintyy maankuoressa yleisesti, mutta hajaantuneena. Rautamalmin mukana vanadiinia päätyy terästehtaisiin ja teräksenvalmistuksen jälkeen teräskuonaan eli sivuvirtaan. Teräskuonat ovatkin vanadiinin tärkeimpiä lähteitä. Esimerkiksi Kiina on merkittävä teräksen ja myös vanadiinin tuottaja, jolla on massiiviset tuotantoketjut. Eurooppa on riippuvainen harvoista kriittisten raaka-aineiden, kuten vanadiinin, tuottaja-alueista.

Pohjoismaissa terästeollisuuden sivuvirroista vanadiinia ei vielä hyödynnetä, vaikka vanadiinipitoisesta rautamalmista jää teräksenvalmistuksen menetelmien ansiosta vanadiinia teräskuonaan. Suomessa on viime vuosina ollut suunnitteilla vanadiinin talteenottolaitos Poriin. Nykyiset maailmalla käytetyt vanadiinin talteenottomenetelmät sisältävät korkean lämpötilan ja energiasyöpön prosessivaiheen, jossa kuona täytyy ensin pasuttaa jopa 900 asteen lämpötiloissa. Tämä muuttaa vanadiinin liukoisempaan muotoon. ”Tämä ei kuitenkaan ole tarpeen, kun pohjoismaisesta teräskuonasta otetaan talteen vanadiinia”, kertoo menetelmää väitöskirjassaan kokeillut ja testannut Maria Kokko Oulun yliopistosta. ”Pohjoismaisessa teräskuonassa vanadiini on jo liukenevammassa muodossa, eikä sitä tarvitse ensin hajottaa kovissa lämpötiloissa, vaan siirtyä suoraan liuotusvaiheeseen, joissa tarvittava lämpötila on matala, noin 60 astetta. Kevyempi prosessi kuluttaa vähemmän energiaa.”, Kokko jatkaa. ”Väitöstutkimus esittelee kiertotaloutta edistävän ja ympäristöystävällisen prosessin, jonka avulla vanadiinia voidaan ottaa talteen ilman korkealämpöisiä vaiheita. Tulokset raivaavat tietä Euroopan omavaraisuudelle kriittisissä raaka-aineissa”, toteaa väitöskirjan ohjaaja, dosentti Janne Pesonen Oulun yliopistosta.

Uusi talteenottoprosessi etenee kahdessa liuotusvaiheessa. Ensin otetaan talteen kalsium, mikä helpottaa vanadiinin talteenottoa. Toisessa liotusvaiheessa vanadiini erotetaan liuoksesta suoraan ilman ylimääräisiä kemiallisia käsittelyjä.

Väitöstutkimuksen keskeiset tulokset:

• Yksinkertainen ja ympäristöystävällinen prosessi tarjoaa suuria mahdollisuuksia vanadiinin talteenottoon nykyisestä pohjoismaisesta terästeollisuuden kuonasta,

• Kalsiumin talteenotto ennen vanadiinin liuotusta lisää kuonan hyödyntämismahdollisuuksia teollisuudessa,

• Prosessi mahdollistaa prosessiliuosten kierrätyksen, mikä vahvistaa kiertotalouden toteutumista,

• Lähes vastaavat tulokset saavutettiin myös fossiilivapaan teräksen uudenlaiselle kuonalle.

Tutkimukset toteutettiin laboratoriomittakaavassa eri tutkimusprojekteissa, läheisessä yhteistyössä yrityskumppaneiden kanssa. ”Jatkotutkimuksena haluan kehittää vanadiinin liuottimien kierrättämistä ja palauttamista takaisin uuden vanadiinin liuotusvaiheeseen”, väitöskirjatutkija Kokko sanoo

Väitöstyötä on rahoittanut Teknologiateollisuuden 100-vuotissäätiön Metallinjalostajien rahasto.

Tutustu väitöskirjaan 

Filosofian maisteri Maria Kokko väittelee Oulun yliopistossa pe 29.8.2025. Kemian alaan kuuluvan väitöskirjan otsikko on Recovery of vanadium from metallurgical industry side streams – leaching and crystallization studies (Vanadiinin talteenotto teollisuuden sivuvirroista – liuotus- ja kiteytystutkimukset). Vastaväittäjänä toimii tutkimusprofessori Päivi Kinnunen (Teknologian tutkimuskeskus VTT, Tampere) ja kustoksena dosentti Janne Pesonen (Oulun yliopisto). Väitöstilaisuus alkaa Linnanmaalla salissa IT115 (Wetteri-Sali) klo 12. Vieraile väitöstilaisuudessa 

Lähde: Oulun yliopisto