Preparative ion exchange for salt solutions

Abstract

Työssä tutkittiin moniarvoisten metalliformiaattien valmistusta ioninvaihto-menetelmällä. Kirjallisuustutkimus käsitteleetunnettuja alumiiniformiaatin ja rautaformiaatin valmistusmenetelmiä, kationinvaihtohartsien ominaisuuksia, ioninvaihtohartsien selektiivisyyttä ja alumiinin, raudan, magnesiumin ja sinkin vesikemiaa.

Laboratoriokokeiden avulla tutkittiin sinkki-, magnesium-, rauta(II)- ja alumiiniformiaattien valmistusta ioninvaihdolla. Kokeet suoritettiin kolonnissa, joka oli pakattu makrohuokoisella tai geelimäisellä vahvalla kationin-vaihtohartsilla. Hartsi vaihdettiin natriummuodosta metallimuotoon metallikloridi- tai metallisulfaattiliuoksella.Metalli eluoitiin hartsista natriumformiaatilla. Formiaattien valmistus onnistui makrohuokoista vahvaa kationinvaihtohartsia käyttämällä. Rauta(II)formiaatin valmistus oli vaikeampaa kuin muiden formiaattien, koska rauta(II) hapettui osittain rauta(III):ksi valmistuksen aikana. Alumiiniformiaattia valmistettiin käyttäen sekä makrohuokoista että geelimäistä hartsia. Makrohuokoisen hartsin havaittiin soveltuvan geelimäistä hartsia paremmin alumiiniformiaatin valmistukseen. Kungeelimäistä hartsia käytettiin, noin 30 % alumiinista jäi kiinni hartsiin eikä siten eluoitunut.

Ioninvaihdon selektiivisyyskertoimien saamiseksi suoritettiin tasapainokokeita. Selektiivisyyskertoimia käytettiin ioninvaihtokolonnin dynaamisessa simuloinnissa. Ioninvaihdon simuloiminen dynaamisella kolonnimallilla onnistui hyvin.

The preparation of multivalent metal formates by ion exchange method was studied. The literature study deals with the known production methods of aluminium and iron formates, the properties of cation exchange resins, the selectivity of ion exchange resins, and the water chemistry of aluminium, iron, magnesium and zinc.

The preparation of zinc, magnesium, iron(II) and aluminium formates by ion exchange was studied by laboratory experiments. The experiments were done in a column packed with macroporous and gel-type strong acid cation exchange resin. The resin was exchanged from sodium form to metal form using metal chloride or sulphate solution. Metal was eluted from the resin with sodium formate. The preparationof the formates using ion exchange was successful when using macroporous strongacid cation exchange resins. It was found that the preparation of iron(II) formate was more difficult than the production of the other formates, because iron(II) was partly oxidised to iron(III) during the production. Aluminium formate wasproduced using both macroporous and gel-type resins. The gel-type resin was less applicable for the production of aluminium formate than the macroporous resin.When gel-type resin was used, about 30 % of aluminium was stuck inside the resin and hence not eluted.

Equilibrium experiments were carried out in order to obtain selectivity coefficients, which were utilised in the simulations of the ion exchange column using a dynamic simulation program. The ion exchange process was also successfully simulated using the dynamic column model.