aalto1 untyped-item.component.html
Dissolution of silicate minerals in alkaline media
Loading...
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemian tekniikan korkeakoulu |
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
Department
Major/Subject
Mcode
CHEM3053
Language
en
Pages
103 + 17
Series
Abstract
Silicate minerals are the most abundant rock forming minerals on earth, as such they are encountered in a vast variety of processes. Currently, their dissolution in alkaline aqueous media have garnered the most interest in geochemical weathering studies, as well as cementitious materials research.
In this thesis the dissolution of four pure mineral samples and one mixed mineral sample are studied. Each sample is subjected to a pretreatment involving crushing and grinding to a similar target size combined with a high temperature treatment. Following that, three different experimental setups with alkaline conditions, pH ≥ 10, encountered in hydrometallurgical processing are mimicked to study the behavior of these minerals at such conditions. The minerals are characterized using XRD and their elemental composition analyzed by complete dissolution and solution analysis using ICP-OES. Elemental concentration of solution samples were analyzed using ICP-OES.
Dissolution rates of Albite, K-feldspar, Muscovite, and Biotite are calculated and compared to literature. Between 0.2 % to 3.8 % Al, 0.2 % to 4.3 % Si, and 0.6 % to 6.8 % K dissolved from the heat treated samples. The samples were found to dissolve both congruently and incongruently at steadily declining rates that were higher than steady state dissolution rates found in literature. Higher temperatures, and the presence of Li in solution both increase the dissolution rates of all samples. Higher temperatures have the largest impact on initial, short term ≤ 30min dissolution rates, while Li in solution increases dissolution rates over a longer interval. This effect is most pronounced in biotite and muscovite, leading to the highest absolute concentrations of Si and Al of the three setups at the end of the experiments. Li influences the rates of Si and Al more clearly while the effect is less pronounced for K. Contrary to some of the findings in literature, dissolution of both muscovite and biotite were found to be faster than the dissolution of feldspars, which may be due to the changes that occurred during the high temperature pretreatment of the samples.
Silikatmineraler är de bredast förekommande mineralsorterna på jorden, som sådana påträffas de ofta inom flera olika industriella processer. För närvarande har deras upplösning i basisk lösning väckt mest intresse inom studier av geo-kemisk erosion samt studier av cementbaserade material.
I denna avhandling studeras upplösningen av fyra rena mineralsampel samt ett blandat mineralsampel. Varje sampel utsätts för en förbehandling som inkluderar krossning och malning till samma partikelstorlek kombinerat med en värmebehandling. Efter det används tre olika experimentella upställningar för att studera upplösningen av mineralerna i starkt basiska förhållanden, pH ≥ 10, liknande sådana som erhålls inom hydrometallurgiska processer. Mineraler karakteriseras med hjälp av XRD och deras kemiska uppsättning erhålls genom fullständig upplösning samt analys med ICP-OES. Elementkonsentrationen i de lösningsampel som tas under experimenten analyseras med ICP-OES.
Upplösningshastigheter för Albit, Kalifältspat, Muskovit, och Biotit beräknas och jämförs med värden från litteraturen. Från 0.2\% till 3.8 % Al, 0.2 % till 4.3 % Si och 0.6 % till 6.8 % K av upplöstes under experimenten. Proven löstes upp både kongruent samt inkongruent med stadigt avtagande hastigheter vilka var snabbare än de som återfinns i litteraturen för reaktion vid stabilt tillstånd ('Steady state'). Från resultaten erhålls det att ökad temperatur samt förekomsten av Li joner i lösningen ökar på upplösningshastighterna av alla mineraler i denna studie. Ökad temperatur visar på starkt ökad upplösningshastighet inom de första 30 minuterna varefter upplösningshastigheten minskar till en nivå motsvarande lägre temperaturer. Li jonerna ökar på hastigheterna över ett längre tidsintervall, speciellt för muskovit och biotit, vilket leder till de högsta absoluta koncentrationerna av Si och Al i slutet av experimenten för alla prover. Effekten av Li är speciellt synlig för halterna av Si och Al, medan effekten på K är mindre märkbar. I motsats till en del av resultaten i litteraturen visade det sig att upplösningen av både muskovit och biotit var snabbare än upplösningen av fältspater, detta är troligtvis på grund av de förändringar som värmebehandlingen har på mineralerna.
Description
Supervisor
Lundström, MariThesis advisor
Tiihonen, MarikaAromaa, Jari