Mikroaaltoavusteisen MP-AES-menetelmän soveltuvuus Hugger-murskaimella tuotettujen mineraalipartikkeleiden analysoimiseen

Abstract

Maapallon raaka-ainevarojen kestävään hyödyntämiseen tarvitaan uusia ja innovatiivisia menetelmiä. Kaivos- ja rikastusteollisuudessa käytetyt malmien hienonnusmenetelmät kuluttavat suurimman osan energiasta ja tuottavat eniten jätteitä metallien ja mineraalien arvoketjussa. Myös hienonnustuotteiden ja -jätteiden kemialliset analyysit kuluttavat arvokkaita luonnonvaroja reagenssien ja suojakaasujen muodossa.

Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan uuden ja innovatiivisen Hugger-murskauksen toimintaperiaatetta. Hugger-murskaus perustuu ”free crushing” -ilmiöön, jossa malminkappaleiden hienonnus tapahtuu niiden sisältämien mineraalien luonnollisia raerajoja pitkin. Tavoitteena on tuottaa mahdollisimman puhtaita mineraalipartikkeleita kuluttamalla mahdollisimman vähän energiaa, vettä ja kemikaaleja. Hugger-murskaustekniikka on nykyisin aktiivisen menetelmäkehityksen kohteena, mutta sen toimintaperiaatteen taustalla olevat fysikaaliset ilmiöt on tunnettu jo 1950-luvulta asti.

Tässä opinnäytetyössä tarkastellaan myös mikroaaltoavusteisen hajotuksen, mikroaaltoplasma-atomiemissiospektrometrin (MP-AES) ja röntgenfluoresenssi-spektroskopian (XRF) käyttöä malmien hienonnustuotteiden analyyseissä. Nämä hajotus- ja analyysimenetelmät ovat paitsi nopeita myös edullisia, sillä ne kuluttavat mahdollisimman vähän hajotus- ja analyysireagensseja. Lisäksi MP-AES-menetelmässä käytetyn laitekohtaisen typpigeneraattorin tuottama typpikaasu tekee siitä huomattavasti edullisemman vaihtoehdon muihin plasmaemissiotekniikoihin verrattuna. Opinnäytetyössä osoitetaan edellä mainittujen Hugger-murskaus-, mikroaaltohajotus-, XRF- ja MP-AES-tekniikoiden soveltuvuus rinnakkaiskäyttöön.

New and innovative methods are needed for the sustainable utilisation of the earth’s raw materials. The ore grinding methods used in the mining and beneficiation industry consume most of the energy and produce the most waste in the value chain of metals and minerals. Chemical analyses of comminution products and waste also consume valuable natural resources in the form of reagents and shielding gases.

This thesis examines the operating principle of the new and innovative Hugger crushing. Hugger crushing is based on the "free crushing" phenomenon, where ore bodies are crushed along the natural grain boundaries of the minerals they contain. The goal is to produce the purest possible mineral particles by consuming as little energy, water, and chemicals as possible. Hugger crushing technology is currently the subject of active method development, but the physical phenomena underlying its operating principle have been known since the 1950s.

This thesis also examines the use of microwave-assisted digestion, microwave plasmaatomic emission spectrometer (MP-AES) and X-ray fluorescence spectroscopy (XRF) in the analysis of ore crushing products. These digestion and analysis methods are not only fast but also inexpensive, as they consume as little digestion and analysis reagents as possible. In addition, the nitrogen gas produced by the device-specific nitrogen generator used in the MP-AES method makes it a significantly more affordable alternative compared to other plasma emission techniques. In this thesis, the suitability of the Hugger crushing, microwave digestion, MP-AES, and XRF techniques for parallel use is demonstrated