Methodology of liquid-liquid extraction experiments and data generation
Mertanen, Henri (2021)
Diplomityö
2021
School of Engineering Science, Kemiantekniikka
Kaikki oikeudet pidätetään.
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021120358832
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe2021120358832
Tiivistelmä
Liquid-liquid extraction has been widely used in metal separation from different aqueous solutions. The experimental frame is wide and different approaches have been used in each step of the frame. The focus of this study is to determine experimental setup which is accurate, easy to obtain and fast. Each step in experimental setup and analytics are considered. Two real-life solutions were used to study the methodology. These solutions were typical multimetal hydroxide precipitate raffinate and pregnant leach solution of battery waste.
Loading and pH isotherms were determined for both solutions at different temperatures, pH values and organic phase concentrations. Used extractant was D2EHPA (Di-2-ethylhexyl phosphoric acid) and diluent was Exxsol D80 kerosene. The effect of liquid-liquid extraction mediums on pH electrodes’ measurement speed was studied as well as the accuracy and reproducibility of Agilent ICP-MS 7900 analysis. The focus was on internal standard correction, calibration lines and linearity of the detector.
The fastest, easiest and accurate experimental frame was determined as; batch reactor with mechanical stirrer, volume changes are recorded, sample separation enhancement with centrifuge and metal concentrations of both phases should be analyzed. The accuracy and reproducibility of ICP-MS on technical solutions was found to be highly sensitive to different types of errors, one of the most significant is the extremely large dilutions needed. It was also found out that 80 hours of exposure to corrosive liquid-liquid extraction mediums were not affecting the speed or reproducibility the used pH electrode. Neste-neste uutto on laajasta käytetty metallien erottamiseen erilaisista vesiliuoksista. Kokeelliset rajat ovat laajat, ja erilaisia menetelmiä on käytetty kokeiden jokaisessa osa-alueessa. Tämän työn tarkoituksena on määrittää helppo, nopea ja tarkka kokeellinen menetelmä neste-neste uuton tutkimiseksi. Jokainen osa-alue sekä analyyttiset menetelmät tutkittiin. Lisäksi kahdelle liuokselle tuotettiin tasapainodataa. Tutkittavat liuokset kuvasivat hyvin tyypillistä usean hydroksidin saostuksessa muodostunutta raffinaattia sekä akkumetallijätteen liuotuksessa muodostunutta uuttoliuosta.
Lataus ja pH isotermit määritettiin molemmille liuoksille eri lämpötiloissa, pH arvoissa ja orgaanisen faasin konsentraatioissa. Käytetty uuttoreagenssi oli D2EHPA ja liuottimena käytettiin Exxsol D80 kerosiinia. Neste-neste uuton liuoksien vaikutusta pH elektrodin nopeuteen, sekä Agilentin ICP-MS 7900:n toistettavuutta ja tarkkuutta teknillisten liuosten kanssa tutkittiin myös. Tutkimukset keskittyivät sisäisiin standardeihin, kalibrointisuoriin sekä detektorin lineaarisuuteen.
Tarkka, nopea ja helposti toteutettavissa oleva kokeellinen menetelmä määriteltiin seuraavaksi: panosreaktori mekaanisella sekoittimella, tilavuuksien muutos huomioitava, näytteiden erottuminen vahvistettava sentrifuugilla ja molemmat faasit tulee analysoida. ICP-MS:n tarkkuus ja toistettavuus oli hyvinkin altis erilaisille virheille, joista yksi suurin oli valtavat laimennokset. Lisäksi huomattiin, että pH elektrodin 80 tunnin altistus neste-neste uuton liuoksille ei vaikuttanut elektrodin nopeuteen tai toistettavuuteen.
Loading and pH isotherms were determined for both solutions at different temperatures, pH values and organic phase concentrations. Used extractant was D2EHPA (Di-2-ethylhexyl phosphoric acid) and diluent was Exxsol D80 kerosene. The effect of liquid-liquid extraction mediums on pH electrodes’ measurement speed was studied as well as the accuracy and reproducibility of Agilent ICP-MS 7900 analysis. The focus was on internal standard correction, calibration lines and linearity of the detector.
The fastest, easiest and accurate experimental frame was determined as; batch reactor with mechanical stirrer, volume changes are recorded, sample separation enhancement with centrifuge and metal concentrations of both phases should be analyzed. The accuracy and reproducibility of ICP-MS on technical solutions was found to be highly sensitive to different types of errors, one of the most significant is the extremely large dilutions needed. It was also found out that 80 hours of exposure to corrosive liquid-liquid extraction mediums were not affecting the speed or reproducibility the used pH electrode.
Lataus ja pH isotermit määritettiin molemmille liuoksille eri lämpötiloissa, pH arvoissa ja orgaanisen faasin konsentraatioissa. Käytetty uuttoreagenssi oli D2EHPA ja liuottimena käytettiin Exxsol D80 kerosiinia. Neste-neste uuton liuoksien vaikutusta pH elektrodin nopeuteen, sekä Agilentin ICP-MS 7900:n toistettavuutta ja tarkkuutta teknillisten liuosten kanssa tutkittiin myös. Tutkimukset keskittyivät sisäisiin standardeihin, kalibrointisuoriin sekä detektorin lineaarisuuteen.
Tarkka, nopea ja helposti toteutettavissa oleva kokeellinen menetelmä määriteltiin seuraavaksi: panosreaktori mekaanisella sekoittimella, tilavuuksien muutos huomioitava, näytteiden erottuminen vahvistettava sentrifuugilla ja molemmat faasit tulee analysoida. ICP-MS:n tarkkuus ja toistettavuus oli hyvinkin altis erilaisille virheille, joista yksi suurin oli valtavat laimennokset. Lisäksi huomattiin, että pH elektrodin 80 tunnin altistus neste-neste uuton liuoksille ei vaikuttanut elektrodin nopeuteen tai toistettavuuteen.