Selektiivisen eluoinnin mallinnus
Arpinen, Oskari (2021)
Kandidaatintyö
2021
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021051029445
http://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021051029445
Tiivistelmä
Puhtaita harvinaisia maametalleja on haastava tuottaa, sillä niiden fysikaaliset ominaisuudet ovat lähellä toisiaan. Harvinaisten maametallien erottamiseen toisistaan voidaan käyttää esimerkiksi ionivaihtoa. Ioninvaihtosysteemien käyttäytymisen riippuvuutta eri parametreista tutkitaan usein laboratoriokokeilla, jotka voivat kestää kymmeniä tunteja koetta kohden.
Mallinnus ja simulointi ovat tehokkaita ja nopeita tapoja tutkia erilaisten systeemien käyttäytymistä ilman empiirisiä kokeita. Simuloinnista saatavat tulokset voivat ohjata oikeaan suuntaan suunnitellessa tai optimoidessa systeemejä. Tämä vähentää tarvittavien laboratoriokokeiden määrää. Mallintamalla voidaan myös tarvittaessa kuvata systeemien toimintaa erittäin tarkasti.
Tämän työn tarkoituksena on määrittää eluoinnin selektiivisyyteen vaikuttavat tekijät sekä mallintaa harvinaisia maametalleja sisältäviä ioninvaihtosysteemejä. Kirjallisuusosiossa tarkastellaan ioninvaihtoa, eluoinnin selektiivisyyttä sekä metallikompleksien muodostumista liuoksessa. Mallinnusosiossa mallinnetaan kahta ioninvaihtosysteemiä. Ensimmäisessä systeemissä harvinaisia maametalleja erotetaan kalsiumista selektiivisellä eluoinnilla. Eluentteina tässä systeemissä ovat HCl sekä GLDA (N,N-dikarboksyylimetyylialaniini). Toisessa systeemissä rautaa erotetaan harvinaisista maametalleista. Eluenttina tässä systeemissä käytetään formiaattia. Kummankin systeemin mallinnettuja tuloksia vertailtiin laboratoriokokeista saatuihin tuloksiin. Formiaattisysteemi saatiin mallinnettua hyvin koetuloksiin nähden. HCl-GLDA- systeemi oli vaikeampi mallintaa ja tulokset tämän systeemin mallinnuksesta poikkeavat koetuloksista.
Mallinnus ja simulointi ovat tehokkaita ja nopeita tapoja tutkia erilaisten systeemien käyttäytymistä ilman empiirisiä kokeita. Simuloinnista saatavat tulokset voivat ohjata oikeaan suuntaan suunnitellessa tai optimoidessa systeemejä. Tämä vähentää tarvittavien laboratoriokokeiden määrää. Mallintamalla voidaan myös tarvittaessa kuvata systeemien toimintaa erittäin tarkasti.
Tämän työn tarkoituksena on määrittää eluoinnin selektiivisyyteen vaikuttavat tekijät sekä mallintaa harvinaisia maametalleja sisältäviä ioninvaihtosysteemejä. Kirjallisuusosiossa tarkastellaan ioninvaihtoa, eluoinnin selektiivisyyttä sekä metallikompleksien muodostumista liuoksessa. Mallinnusosiossa mallinnetaan kahta ioninvaihtosysteemiä. Ensimmäisessä systeemissä harvinaisia maametalleja erotetaan kalsiumista selektiivisellä eluoinnilla. Eluentteina tässä systeemissä ovat HCl sekä GLDA (N,N-dikarboksyylimetyylialaniini). Toisessa systeemissä rautaa erotetaan harvinaisista maametalleista. Eluenttina tässä systeemissä käytetään formiaattia. Kummankin systeemin mallinnettuja tuloksia vertailtiin laboratoriokokeista saatuihin tuloksiin. Formiaattisysteemi saatiin mallinnettua hyvin koetuloksiin nähden. HCl-GLDA- systeemi oli vaikeampi mallintaa ja tulokset tämän systeemin mallinnuksesta poikkeavat koetuloksista.