Thermodynamic modelling of aqueous metal sulfate solutions

 |  Login

Show simple item record

dc.contributor Aalto-yliopisto fi
dc.contributor Aalto University en
dc.contributor.advisor Taskinen, Pekka, Prof., Aalto University, Department of Materials Science and Engineering, Finland
dc.contributor.author Kobylin, Petri
dc.date.accessioned 2013-03-21T09:30:14Z
dc.date.available 2013-03-21T09:30:14Z
dc.date.issued 2013
dc.identifier.isbn 978-952-60-5056-0 (electronic)
dc.identifier.isbn 978-952-60-5055-3 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4942 (electronic)
dc.identifier.issn 1799-4934 (printed)
dc.identifier.issn 1799-4934 (ISSN-L)
dc.identifier.uri https://aaltodoc.aalto.fi/handle/123456789/8944
dc.description.abstract Acid mine drainage has long been a significant environmental problem in coal and metal sulfide mining. The requirement to recycle and reuse materials has increased significantly, especially in the EU. Dumping and land-filling a neutralised deposit is not an option any more. Thus, efficient techniques for the recycling and reuse of sulfuric acid and/or metal sulfates from the side streams are needed. When developing alternative solutions, a better understanding of the thermodynamic behaviour of the MeSO4–H2SO4–H2O (Me = Mn, Ni, Fe) system is needed. In the present study a thermodynamic model of the FeSO4–H2SO4–H2O, NiSO4–H2SO4–H2O, and MnSO4–H2O systems has been developed, in order to yield a thermodynamically consistent set of values for the solubility of metal sulfate over a wide range of temperatures and concentrations. The Pitzer mean activity coefficient model has been used in the assessment to take into account the non-ideal behaviour of the aqueous solution. The thermodynamic properties of metal sulfate hydrates were also refined. These metal sulfate solutions have previously been modelled in the literature. Those models have been reviewed critically in this work. The current model presents the experimental data of metal sulfate water systems over temperature intervals of -2–220 °C (FeSO4), -3–220 °C (NiSO4), and -11–175 °C (MnSO4) and in concentrations from pure water to the solubility limit of metal sulfate hydrates. The model in this work presents solubilities, mean activity coefficients, activities of water, enthalpy, and heat capacity of solution and hydrate dissociation pressure, with good accuracy and consistently, but the model has limitations at temperatures higher than 100 °C as a result of the lack of experimental data. The experimental data that are available for the FeSO4–H2SO4–H2O, and NiSO4–H2SO4–H2O systems are also presented with a good accuracy and consistently up to 100 °C and sulfuric acid concentrations up to 10 mol/kg. The model also predicts well the solubility measurements available in dilute sulfuric acid solutions at 160–250 °C. en
dc.description.abstract Hiili- ja metallisulfidikaivosten happamat suotovedet ovat pitkään olleet merkittävä ympäristöongelma. Kierrätyksen ja materiaalien uudellenkäytön vaatimukset ovat kasvaneet huomattavasti erityisesti EU:ssa. Neutraloidun maa-aineksen vieminen täyttömaaksi ei ole enää mahdollista. Tarvitaan siis tehokkaita menetelmiä rikkihapon ja metallisulfaattien kierrättämiseksi ja uudelleen käyttämiseksi sivuvirroista. Kehitettäessä vaihtoehtoisia ratkaisuja tarvitaan parempaa ymmärrystä MeSO4–H2SO4–H2O (Me = Mn, Ni, Fe) systeemien termodynaamisesta käyttäytymisestä. Tässä työssä on kehitetty FeSO4–H2SO4–H2O, NiSO4–H2SO4–H2O ja MnSO4–H2O systeemien termodynaamisesti konsistentti tietokanta, jolla voi mm. laskea metallisulfaattien liukoisuuksia laajalla lämpötila- ja konsentraatioalueella. Vesiliuosten epäideaalisuus on huomioitu mallissa Pitzerin keskiaktiivisuuskerroinmallilla. Kidevedellisten metallisulfaattisuolojen termodynaamiset arvot uudelleenarvioitiin tässä työssä. Yllä olevien systeemien aikaisempia mallinnuksia tarkasteltiin myös kriittisesti tässä työssä. Nykyinen malli esittää metallisulfaatti-vesi systeemien kokeelliset havaintotulokset lämpötilaväleillä -2–220 °C (FeSO4), -3–220 °C (NiSO4) ja -11–175 °C (MnSO4) sekä konsentraatioalueella puhtaasta vedestä kiteisen metallisulfaatin saostumisrajalle. Mallilla voi laskea liukoisuudet, keskiaktiivisuuskertoimet, veden aktiivisuuden, liuoksen entalpian ja lämpökapasiteetin sekä hydraattien dissosioitumispaineet tarkasti, mutta mallilla on rajoituksensa yli 100 °C lämpötiloissa kokeellisen tiedon niukkuudesta johtuen. Malli esittää myös saatavilla olevat FeSO4–H2SO4–H2O ja NiSO4–H2SO4–H2O systeemien kokeelliset liukoisuusarvot tarkasti 100 °C ja rikkihappopitoisuuteen 10 mol/kg asti. Malli ennustaa myös hyvin liukoisuusmittauksia laimeissa rikkihappopitoisuuksissa ja korkeissa 160–250 °C lämpötiloissa. fi
dc.format.extent 48 + app. 69
dc.format.mimetype application/pdf
dc.language.iso en en
dc.publisher Aalto University en
dc.publisher Aalto-yliopisto fi
dc.relation.ispartofseries Aalto University publication series DOCTORAL DISSERTATIONS en
dc.relation.ispartofseries 41/2013
dc.relation.haspart [Publication 1]: Petri Kobylin, Thermodynamics of Concentrated Aqueous Solution of NiSO4, Proceedings of the European Metallurgical Conference 2011 (EMC), Volume 3, ISBN 978-3-940276-38-4. (pp. 957-974).
dc.relation.haspart [Publication 2]: P.M. Kobylin, H. Sippola, P.A. Taskinen, Thermodynamic modelling of aqueous Fe(II) sulfate solutions, CALPHAD 35 (2011) 499–511.
dc.relation.haspart [Publication 3]: P.M. Kobylin, P.A. Taskinen, Thermodynamic modelling of aqueous Mn(II)sulfate solutions, CALPHAD 38 (2012) 146–154.
dc.relation.haspart [Publication 4]: P.M. Kobylin, H. Sippola, P.A. Taskinen, Thermodynamic model for acidic Fe(II)sulphate from solubility data, CALPHAD 38 (2012) 185-193.
dc.relation.haspart [Publication 5]: P.M. Kobylin, H. Sippola, P.A. Taskinen, Thermodynamic model for acidic Ni(II)sulfate from solubility data, CALPHAD 40 (2013) 41-47.
dc.subject.other Chemistry en
dc.title Thermodynamic modelling of aqueous metal sulfate solutions en
dc.title Metallisulfaattipitoisten vesiliuosten termodynaaminen mallinnus fi
dc.type G5 Artikkeliväitöskirja fi
dc.contributor.school Kemian tekniikan korkeakoulu fi
dc.contributor.school School of Chemical Technology en
dc.contributor.department Materiaalitekniikan laitos fi
dc.contributor.department Department of Materials Science and Engineering en
dc.subject.keyword modelling en
dc.subject.keyword Pitzer model en
dc.subject.keyword metal sulfate en
dc.subject.keyword activity en
dc.subject.keyword CALPHAD method en
dc.subject.keyword mallinnus fi
dc.subject.keyword Pitzerin yhtälö fi
dc.subject.keyword metallisulfaatti fi
dc.subject.keyword aktiivisuus fi
dc.subject.keyword CALPHAD menetelmä fi
dc.identifier.urn URN:ISBN:978-952-60-5056-0
dc.type.dcmitype text en
dc.type.ontasot Doctoral dissertation (article-based) en
dc.type.ontasot Väitöskirja (artikkeli) fi
dc.contributor.supervisor Taskinen, Pekka, Prof., Department of Materials Science and Engineering, Aalto University, Finland
dc.opn Königsberger, Erich, Doctor, Murdoch University, Australia
dc.contributor.lab Metallurgical thermodynamics and modelling en
dc.rev Fitzner, Krzysztof, Prof., AGH University of Science and Technology, Poland
dc.rev Watson, Andy, Doctor, University of Leeds, UK
dc.date.defence 2013-04-19


Files in this item

This item appears in the following Collection(s)

Show simple item record

Search archive


Advanced Search

article-iconSubmit a publication

Browse

My Account