Metallikarbonaattien liuostermodynaaminen mallitus konsentroiduissa elektrolyyttiliuoksissa hiilidioksidin läsnäollessa

Tässä työssä on tutkittu metallikarbonaatti-elektrolyyttiliuosten ominaisuuksia hiilidioksidin läsnä ollessa sekä kokeellisesti että elektrolyyttiliuosmallien avulla. Aktiivisuuskerroinmallien soveltuvuutta monifaasisysteemien laskentaan tutkittiin väkevissä natriumkloridiliuoksissa. Työssä käydään läpi liuostermodynaamiikan ja faasitasapainojen teoria, sekä esitetään Debye-Hückelin yhtälö ja Pitzerin viriaaliyhtälö monifaasisysteemien mallittamiseksi soveltamalla Gibbsin energian minimointimenetelmää. Lisäksi perehdytään pH-mittauksen ongelmiin väkevissä suolaliuoksissa. Myös metallikarbonaattien kemiallinen käyttäytyminen sekä keskeiset metallikarbonaatit on esitelty. Työssä mitattiin sinkkikarbonaatin ZnCO3 saostumista 4,278 molaalisessa natriumkloridin NaCl vesiliuoksessa kolmessa eri systeemissä. Liuoksen pH:ta säädettiin lisäämällä siihen systeemistä riippuen natriumkarbonaattia Na2CO3 tai natriumhydroksidia NaOH. Osassa kokeista kuplitettiin hiilidioksidia CO2 liuoksen läpi. Sinkin liukoisuustasapainoa tutkittiin pH-alueella 5,5 - 8,5 lämpötilan ollessa 25 °C. Myös lämpötilan vaikutusta sinkkikarbonaatin saostumiseen systeemissä ZnCl2-NaCl-Na2CO3-H2O-CO2 tutkittiin lämpötila-alueella 283-323 K. Sakkojen koostumus tutkittiin kationien osalta, ja havaittiin, että sinkkikarbonaatin lisäksi saostui jokaisessa systeemissä myös natriumkarbonaattia Na2CO3 tai natriumbikarbonaattia NaHCO3. Vastaavat systeemit mallitettiin Debye-Hückelin yhtälöllä ja Pitzerin yhtälön avulla. Havaittiin että Debye-Hückelin yhtälö mallittaa sinkin saostumisen kohtuullisen hyvin. Ilman riittäviä parametreja Pitzerin yhtälöllä mallitetut tulokset eivät poikkea merkittävästi Debye-Hückelin yhtälöllä mallitetuista tuloksista