Pakina: Tuomo Tiainen: Alkuaine vanadiinin sähköiset seikkailut

Osa 5. Puhdistautumisriitin läpikäyminen

Alkuaine vanadiini loikoili edelleen suuressa liuossammiossa kahden vanadiiniatomin ja viiden happiatomin muodostamassa ryppäässä. Se huomasi, että liuokseen oli edellisessä käsittelyssä muodostunut uusia kiinteän aineen partikkeleita, jotka olivat niin hienojakoisia, ettei niitä tahtonut erottaa. Niitä oli kuitenkin paljon, ja partikkeleista alkuaine vanadiini tunnisti ainakin kalsium-, hiili- ja happiatomeja.

Yhtäkkiä sammioon kaadettiin uutta nestettä, joka sai alkuaine vanadiinin huomaamat kiintoainepartikkelit tarttumaan toisiinsa ja muodostamaan isompia kokkareita. Samalla sammiossa oleva liuos muuttui sakeammaksi. Sakeutunut liuos kaadettiin sammiosta jonkinlaiseen syöttölaitteeseen, josta se puristettiin paineen avulla ahtaiden kanavien läpi toiseen sammioon. Joku kuului kutsuvan tätä vaihetta painesuodatukseksi, mitä se sitten mahtoikaan tarkoittaa.

Valtaosa sakeutumisvaiheessa muodostuneista kokkareista ei mahtunut kanaviin ja jäi matkasta. Sakeutus- ja suodatusprosessi toistettiin useita kertoja, kunnes kalsiumia, hiiltä ja happea sisältäviä kokkareita ei liuoksessa juuri näkynyt. Siinä oli kuitenkin edelleen vieraita atomeja, ja alkuainevanadiini tunnisti niistä ainakin piin ja natriumin.

Itse asiassa se muisti, että natriumatomit olivat tulleet mukaan kuvioihin jo prosessin alkuvaiheessa. Sopi epäillä, että natriumatomit olivat jo siinä polttavassa nesteessä, joka irrotti vanadiini-happiatomiryppäitä hienoksi jauhetusta teräskuonasta. Natriumatomit olivatkin alkuaine vanadiinin mielestä olleet aina vähän ilkeitä ja hyökkääviä luonteeltaan, ja niistä olisi hyvä päästä eroon.

Seuraavaksi sammioon lisättiin jotain epämääräistä, paksua hyhmää ja sen lisäksi kahta muuta lisäainetta. Lisäaineiden ansiosta hyhmä jakautui tasaisemmin liuokseen ja se muuttui jotenkin houkuttelevaksi alkuaine vanadiinin atomirypästä ja muita samanlaisia kohtaan. Alkuaine vanadiini, joka oli edelleen vähän pyörryksissä painesuodatuskäsittelystä, koetti ensin vastustella houkutusta.

Lopulta se kuitenkin antoi viimeisten joukossa houkutukselle periksi ja sukelsi hyhmän kutsuvaan syliin. Samalla se huomasi, että natrium ja lähes kaikki muutkin atomit jäivät hyhmän ulkopuolella olevaan liuokseen ja katosivat pois kaadetun liuoksen mukana jonnekin. Hyvä niin.

Hyhmä huuhdeltiin moneen kertaan viimeistenkin natriumpitoisten liuosjäämien poistamiseksi. Lopuksi se sijoitettiin puhtaaseen nesteeseen, johon lisättiin taas jotakin uutta liuosta. Se sai hyhmän tuntumaan vanadiini-happiatomiryppäistä ihan sietämättömän pahalta ja ne pakenivat mahdollisimman nopeasti puhtaan nesteen puolelle. Hyhmä poistettiin ja se lähti matkaamaan omia teitään muualle.

Nyt alkuaine vanadiini näki ympärillään uimassa lähestulkoon pelkkiä vanadiini-happiatomiryppäitä. Muita atomeja oli vain harvakseltaan ja suurin osa näytti olevan entuudestaan tuttuja piiatomeja. Käsittely jatkui edelleen. Liuokseen kaadettiin happaman oloista nestettä, josta oli tunnistettavissa ainakin vety-, rikki- ja happiatomeja. Lisäksi liuokseen puhallettiin putkella pulveria, josta siitäkin alkuaine vanadiini tunnisti rikki- ja happiatomeja ja -yllätys, yllätys, alumiiniatomeja.

Alkuaine vanadiinista oli ilo nähdä pitkästä aikaa reiluja metalliatomeja ja se halusi rientää tervehtimään sielunkumppaneitaan. Osoittautui kuitenkin olevan niin, että alumiiniatomeilla oli niin kova kiire keräilemään piiatomeja liuoksesta, etteivät ne ehtineet mihinkään muuhun. ”Pois kuleksimasta”, ne äyskivät piiatomeille ja keräilivät niitä isoiksi kasoiksi syliinsä. Kun suurin piirtein kaikki piiatomit oli tavoitettu, liuos suodatettiin vielä kerran, jolloin alumiini-piirykelmät katosivat liuoksesta ja joutuivat ties minne.

Nyt liuokseen sekoitettiin taas jotakin, josta alkuaine vanadiini tunnisti ainakin typpi-, vety-, rikki-, natrium- ja happiatomeja. Ja sitten alkoi tapahtua kummia. Jokainen typpiatomi keräsi ympärilleen neljä vetyatomia ja alkoi sen jälkeen houkutella luokseen kahden vanadiiniatomin ja viiden happiatomin ryppäitä. Jollakin keinolla typpi-vetyatomien ryhmä sai vanadiini-happiryppään vanadiiniatomit luopumaan toisistaan ja sitoivat toisen niistä itseensä. Samalla ne potkaisivat viidestä happiatomista kaksi matkoihinsa ja imaisivat loput kolme samaan rykelmään.

Yhden typpi- ja vanadiiniatomin sekä neljä vety- ja kolme happiatomia eli yhteensä yhdeksän atomia käsittävät ryppäät takertuivat toisiinsa suuremmiksi kokkareiksi, jotka vajosivat liuoksen pohjalle. Natrium-, rikki- ja ylimääräisiksi jääneet happiatomit jäivät seikkailemaan liuokseen. Kokkareet ja liuos erotettiin toisistaan jälleen kerran suodattamalla, ja liuos vietiin muualle. Kokkaremassa pestiin moneen kertaan laimealla typpi-, vety-, rikki- ja happiatomeja sisältävällä liuoksella. Lopulta kosteassa massassa oli pelkästään yhdeksän atomin muodostamista ryhmistä koostuvia kokkareita.

Alkuaine vanadiini ajatteli, ettei puhdistautuminen voinut vieläkään olla lopussa. Ainakin typpi- ja vetyatomit tuntuivat ylimääräisiltä ja kylmältä tuntuvaa kosteuttakin oli ihan liikaa. Ja oikeassahan alkuaine vanadiini olikin. Seuraavaksi massa vietiin kuumaan kammioon, jossa kokkareiden välissä oleva kosteus sanoi massalle hyvästit ja haihtui tiehensä.

Viimein massa vietiin vielä yhteen, todella kuumaan kammioon. Kuumuus oli niin kova, että massan kuumentuessa kasvava atomien lämpövärähtelyliike alkoi repiä yhdeksän atomin muodostamia ryppäitä hajalle. Ensimmäisinä lähtivät vety- ja sitten typpiatomit leijaillen matkoihinsa. Vapautuneet vanadiiniatomit hakeutuivat jälleen pareiksi ja kaappasivat mukaansa viisi happiatomia muodostaen siten sen yhteisön, jonka ne olivat aikojen saatossa itselleen mukavimmaksi havainneet. Lopulta massa poistettiin kammiosta ja asetettiin jäähtymään.

Massan jäähdyttyä alkuaine vanadiini katsoi ympärilleen ja huomasi, että vieraita atomeja ei enää näkynyt ympäristössä. Kaikkialla näkyi vain kahden vanadiiniatomin ja viiden happiatomin muodostamia ryppäitä, jotka olivat hyvin tyytyväisiä oloonsa. Siitä se päätteli, että puhdistautuminen oli nyt päättynyt.

Edessä saattoi olla pääsy taas pitkästä aikaa oikeisiin töihin. Parasta olisi päästä hyödyntämään niitä sähköisiä erikoisominaisuuksia, joiden käyttämättömyyttä alkuaine vanadiini oli kuonakasassa vuosikymmeniä maatessaan harmitellut. Kävikö näin, sen näemme seuraavissa tarinoissa.

Kemiasta ja metallurgisista prosesseista perillä olevat lukijat ovat varmaan jo huomanneetkin, että tarinan tähänastiset osat sisältävät hyvin karkean kuvauksen siitä, miten terästehtaan kuonan sisältämä vanadiini prosessoidaan ensin ammoniummetavanadaatiksi NH4VO3 ja sitten kalsinointiuunissa puhtaaksi vanadiinipentoksidiksi V2O5. Pääraaka-aineet ovat terästehtaan LD-kuona sekä teollisuudesta talteen otettu hiilidioksidi.

Prosessissa syntyy alkuvaiheissa suuria määriä kalsiumkarbonaattipitoista hienoainesta ja liukenemattomia tai heikosti liukenevia mineraaleja sisältävää sivutuotetta, jolla voi olla käyttöä esim. hiekan korvaajana tai maaperän happamuuden säätelyssä. Toinen hyödynnettävä sivutuote on liuotus- ja liuospuhdistusvaiheissa syntyvistä liuoksista talteen otettava natriumsulfaatti. Prosessiin sisältyvien lukuisten liuos-ja reagenssikiertojen ansiosta siinä syntyy hyvin vähän haitallisia päästöjä tai jätteitä.

Lähde: AFRY: Vanadium Recovery Project Oy, ympäristölupahakemus 30.11.2021

TEKSTI: TUOMO TIAINEN