Stability studies of solid and aqueous ferric sulfates
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
School of Chemical Engineering |
Master's thesis
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2011
Department
Major/Subject
Epäorgaaninen kemia
Mcode
Kem-35
Degree programme
Language
en
Pages
vii + 88
Series
Abstract
Solid and aqueous ferric sulfates are widely used in industrial applications and e.g. in municipal and industrial water treatment. They are also encountered in nature as e.g. acid mine drainage (AMD), and have more recently been discovered on Mars. Understanding the stability of both the aqueous solutions and the solid minerals, that is the delicate equilibrium between the phases, is crucial in the production of commercial chemicals, controlling AMD and Mars studies. This study is divided into a literature and an experimental part. The literature part of the present study comprises, in addition to an overview of ferric sulfate solutions and solids, an introduction to chemical modeling of ferric sulfates. The experimental part examines the stability of ferric sulfate solutions with compositions relevant to water treatment chemicals, as well as the properties of ferricopiapite. Experiments were also conducted on purification of ferrous sulfate with phosphoric acid in an attempt to replicate a previous study. A comparative study was also done between ICP-OES and AAS analysis of certain trace metals in ferric sulfate solutions. The results of this study show the slow kinetics of concentrated ferric sulfate solutions and define preliminary solution stability boundaries for three different setups. Ferricopiapite was shown to undergo phase changes upon heating from 20 to 200°C. Purification with phosphoric acid could not be verified. The ICP-OES and AAS comparison showed some clear differences.Kiinteät ferrisulfaatit ja näiden vesiliuokset ovat laajasti käytössä teollisissa sovelluksissa ja esimerkiksi vedenpuhdistuksessa. Niitä tavataan myös luonnossa esimerkiksi kaivosten happamina suotovesinä, ja hiljattain myös Marsin pinnalla. Ferrisulfaattiliuosten ja -mineraalien stabiilisuuden eli kiinteän ja liuosfaasin välisen herkän tasapainon ymmärtäminen on tärkeää niin kaupallisten kemikaalien tuotannossa kuin myös happamien suotovesien hallinnassa ja Marsin tutkimuksessa. Työn kirjallinen osa koostuu kiinteiden ja ferrisulfaattien vesiliuosten yleiskatsauksen lisäksi ferrisulfaattien kemiallisen mallinnuksen esittelystä. Kokeellisessa osassa on tutkittu vedenpuhdistuskemikaaleja vastaavien ferrisulfaattiliuosten stabiilisuutta, ja lisäksi ferrikopiapiitin (Fe<sub>4,67</sub>(SO<sub>4</sub>)<sub>6</sub>(OH)<sub>2</sub> o 20 H<sub>2</sub>O) ominaisuuksia. Lisäksi tutkittiin ferrosulfaatin puhdistamista fosforihapolla ja vertailtiin tiettyjen metallijäämien ICP-OES- ja AAS-analyysien tuloksia ferrisulfaattiliuoksista. Tuloksista nähdään väkevien ferrisulfaattiliuosten hidas kinetiikka. Lisäksi on määritetty alustavat koostumuksen stabiilisuusrajat kolmelle systeemille. Ferrikopiapiitin osoitettiin käyvän läpi faasimuutoksia lämmitettäessä välillä 20 - 200 °C. Ferrosulfaatin puhdistus fosforihapolla ei onnistunut. ICP-OES- ja AAS-analyysien vertailussa havaittiin selkeitä eroja menetelmien välillä.Description
Supervisor
Karppinen, MaaritThesis advisor
Azarnoush, FazlollahHietapelto, Vesa
Keywords
ferric sulfate, ferrisulfaatti, solution, liuos, solid, kiinteä stabiilisuus, stability, kopiapiitti, copiapite, ferrikopiapiitti, ferricopiapite, koagulantti, coagulant, mallinnus, modeling