Vanadaattisuolojen vesiliuosten termodynaamiset ominaisuudet

Vanadiini on nyky-yhteiskunnalle tärkeä metalli, jonka merkittävin käyttötarkoitus on seostaminen teräksiin lujuusominaisuuksien parantamiseksi. Muita tärkeitä sovellusalueita ovat akku-, katalyytti-, keramiikka- ja lääketeollisuus. Sitä tuotetaan kasvavissa määrin sekundääriraaka-aineista, kuten metalliteollisuuden kuonista, pyro- ja hydrometallurgiaa yhdistävillä prosesseilla.

Vanadiinin vesiliuoskemian ymmärtäminen on tärkeää vihreämpien tuotantoreittien kehittämiseksi, nykyisten prosessien tehostamiseksi sekä vanadiinipäästöjen ympäristövaikutusten arvioimiseksi ja minimoimiseksi. Tämän väitöstyön tavoitteena oli kehittää perusta vanadaattisuolojen vesiliuosten termodynaamisten ominaisuuksien mallintamiselle, keskittyen kahteen keskeiseen binäärisysteemiin NaVO3 – H2O ja NH4VO3 – H2O.

Liukoisuutta ja jäätymispisteen alenemaa näissä systeemeissä mitattiin kokeellisesti, ja saatua dataa käytettiin muun kirjallisuusdatan ohella termodynaamisten ominaisuuksien, kuten osmoottisten- ja aktiivisuuskerrointen, entalpiamuutosten, liukoisuuden sekä jäätymispisteen laskentaan soveltuvan mallin kehittämisessä ja validoimisessa. Mallin perustana käytettiin kirjallisuudessa raportoituja spektroskooppisia havaintoja ja liuosfaasin epäideaalisuutta kuvattiin Pitzerin yhtälöllä. Mallin laajentamista kolmen komponentin systeemien kuvaukseen tutkittiin tarkastelemalla vandaattisuolojen liukoisuuksia kahdessa tällaisessa systeemissä. Kehitettyä mallia sovellettiin arvioimalla ammoniumvanadaatin kylläisyysastetta autenttisilla materiaaleilla suoritetuissa laboratoriomittakaavan vanadiinin talteenottokokeissa.

Väitöstutkimuksen tulokset laajentavat vanadaattisuolojen vesiliuosten fysikaalisten ominaisuuksien tietokantaa ja mahdollistavat useiden ominaisuuksien termodynaamisesti johdonmukaisen laskennan näissä systeemeissä. Lisäksi väitöstutkimus osoittaa, että spektroskooppisesti määritetyt tasapainovakiot tarjoavat käyttökelpoisen lähtökohdan vanadaattisuolojen vesiliuosten termodynaamisten ominaisuuksien mallintamiselle.