Metalli-ionin ja hapon erotus toisistaan kalvosuodatuksella
Kotilainen, Oula (2016)
Kandidaatintyö
2016
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201601283965
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe201601283965
Tiivistelmä
Työn tarkoituksena oli kuparin ja hapon erottaminen toisistaan malliaineliuoksesta membraanitekniikalla. Kaivannaisteollisuudessa happoja käytetään metalleiden liuottamiseen. Lisäksi happamia jätevesiä syntyy sulfidikaivoksissa, sadeveden liuottaessa metalleja. Raskasmetallit ovat erittäin myrkyllistä vesieliöille. Työn tavoitteena oli saada happo ja metalli hyödynnettävään muotoon.
Työn kokeellisessa osassa vertailtiin kahta polymeeristä ja keraamista membraania hapon ja metallin erotuksessa. Mittauksissa käytetyt membraanit olivat: AMS Technologies A-3012 ja A-3014 sekä Inopor ® Type SKR. Syöttöliuos sisälsi kuparisulfaattia ja rikkihappoa. Suodatukset tehtiin 30 ºC lämpötilassa useissa paineissa ja pH-arvoissa.
Polymeeristen membraanien suodatusnäytteistä saadut retentiot kuparille olivat vastaavia aikaisempien tutkimusten tuloksien kanssa. A-3012 kalvon kuparin retentio oli 95 % ja A-3014 kalvolle kuparin retentio oli 90 %. Lisäksi mittausten korkeimmissa pH-arvoissa (2,9-2,3) happo konsentroitui permeaattiin. Polymeerisillä membraaneilla ei ollut merkkejä kalvon likaantumisesta tai hajoamisesta. Keraamisella membraanilla mitatut tulokset eivät olleet vastaavia aikaisempien tutkimusten tuloksien kanssa. Kuparin retentio olivat 2 ja 20 prosentin välillä, eikä liuoksen pH eronnut syötön ja permeaatin välillä. Tulosten perusteella molemmat tutkitut polymeeriset membraanit soveltuvat kuparin erottamiseen happamasta liuoksesta. Mittauksissa käytetty keraaminen membraani ei sovellu tähän tehtävään. The purpose of this work was the separation of metal and acid from synthetic solution with membrane technology. Acid mine drainage is produced when sulphide ores react with rainfall as a result of mining and therefore producing sulfuric acid which dissolves metals. Heavy metals are extremely toxic to aquatic flora and fauna. The aim of this thesis was to recover both the acid and the metal in exploitable form.
In the experimental part of the thesis two polymeric and one ceramic membranes were compared to each other. The membranes used in the measurements were AMS Technologies A-3012 and A-3014 and Inopor ® Type SKR. The feed was synthetic solution containing copper sulphate and sulphuric acid. The filtrations were performed at 30 ºC temperature at different pHs and pressures.
The retention of copper ions with the polymeric membranes were as expected. The retention of copper with A-3012 was 95 % and with A-3014 the retention was 90 %. Moreover, acid was concentrated in the permeate when the pHs were between 2.9 and 2.3. In addition, in either case of the polymeric membranes there was no sign of membrane fouling. The retention of the ceramic membrane was lower than expected. The retentions of copper were between 2 % and 20 %. Besides, there was no separation of acid between the feed and the permeate. Both polymeric membranes that were studied are suited to separate copper ions from an acid solution. The ceramic membrane did not significantly separate acid and copper ions.
Työn kokeellisessa osassa vertailtiin kahta polymeeristä ja keraamista membraania hapon ja metallin erotuksessa. Mittauksissa käytetyt membraanit olivat: AMS Technologies A-3012 ja A-3014 sekä Inopor ® Type SKR. Syöttöliuos sisälsi kuparisulfaattia ja rikkihappoa. Suodatukset tehtiin 30 ºC lämpötilassa useissa paineissa ja pH-arvoissa.
Polymeeristen membraanien suodatusnäytteistä saadut retentiot kuparille olivat vastaavia aikaisempien tutkimusten tuloksien kanssa. A-3012 kalvon kuparin retentio oli 95 % ja A-3014 kalvolle kuparin retentio oli 90 %. Lisäksi mittausten korkeimmissa pH-arvoissa (2,9-2,3) happo konsentroitui permeaattiin. Polymeerisillä membraaneilla ei ollut merkkejä kalvon likaantumisesta tai hajoamisesta. Keraamisella membraanilla mitatut tulokset eivät olleet vastaavia aikaisempien tutkimusten tuloksien kanssa. Kuparin retentio olivat 2 ja 20 prosentin välillä, eikä liuoksen pH eronnut syötön ja permeaatin välillä. Tulosten perusteella molemmat tutkitut polymeeriset membraanit soveltuvat kuparin erottamiseen happamasta liuoksesta. Mittauksissa käytetty keraaminen membraani ei sovellu tähän tehtävään.
In the experimental part of the thesis two polymeric and one ceramic membranes were compared to each other. The membranes used in the measurements were AMS Technologies A-3012 and A-3014 and Inopor ® Type SKR. The feed was synthetic solution containing copper sulphate and sulphuric acid. The filtrations were performed at 30 ºC temperature at different pHs and pressures.
The retention of copper ions with the polymeric membranes were as expected. The retention of copper with A-3012 was 95 % and with A-3014 the retention was 90 %. Moreover, acid was concentrated in the permeate when the pHs were between 2.9 and 2.3. In addition, in either case of the polymeric membranes there was no sign of membrane fouling. The retention of the ceramic membrane was lower than expected. The retentions of copper were between 2 % and 20 %. Besides, there was no separation of acid between the feed and the permeate. Both polymeric membranes that were studied are suited to separate copper ions from an acid solution. The ceramic membrane did not significantly separate acid and copper ions.