Happaman hydrometallurgisen PLS-liuoksen puhdistaminen kiintoaineesta kalvosuodatustekniikalla

Tässä diplomityössä tutkittiin keraamisten mikrosuodatuskalvojen soveltuvuutta kiintoaineen erottamiseen happamasta PLS-liuoksesta eri huokoskoon omaavilla mikrosuodatuskalvoilla. Koelaitteistolla suodatettiin puhdasta vettä, kaoliinipitoista vesiliuosta sekä hapanta kuparia, kalsiumia ja kaoliinia sisältävää malliliuosta. Koeajojen tavoitteena oli saada tietoa permeaattivuon maksimimäärästä eri mikrosuodatuskalvoilla sekä tuotteen puhtaudesta. Näiden lisäksi saatiin tietoa kalvojen likaantumisesta ajon aikana. Teoriaosassa käsiteltiin yleisesti kalvosuodatusta, esitettiin yleiset kalvotekniset menetelmät ja sovellukset sekä käytiin läpi tutkimuksia samankaltaisiin kalvoihin ja sovelluksiin liittyen. Lisäksi teoriaosuudessa pohdittiin mahdollisuutta käyttää myös muita, kuin putkimoduulisia mikrosuodatuskalvoja. Myös työhön oleellisena taustana kuuluvaa hydrometallurgiaa tarkasteltiin teoreettiselta kannalta. Puhtaan veden suodatuskoetuloksista havaittiin, että kaikki kalvot jäivät selvästi valmistajan ilmoittamista arvoista. 1,0 µm CoMetas CoMem® kalvon teoreettinen vesivuo on 10 m3/(h bar) ja 3,0 µm CoMetas CoMem® teoreettinen vesivuo on yli 50 m3/(h bar). Näistä parhaimman vuon arvon sai 1,0 µm CoMetas CoMem® mikrosuodatuskalvo. Tämä kalvo oli paras sekä veden suodatuksissa että malliliuoksella tehdyillä suodatuksilla. Malliliuoksella saavutettiin n. 2000 L/(m2 h) paineen ollessa 2,0 bar ja virtausnopeuden ollessa 4,4 m/s. Vastaavat vesiajon tulokset olivat n. 1100 L/(m2 h) paineen ollessa 1,0 bar ja virtausnopeuden 2,9 m/s. Kaikki kolme käytettyä kalvoa pidättivät kaoliiniliuoksen 81–100 %:sesti. Kuparipitoista malliliuosta suodatettaessa pystyttiin vastaavasti erottamaan 77–99 % kiintoaineesta. Koeajoissa kuitenkin havaittiin huomattava vuon arvojen putoaminen, joka johtui kalvon likaantumisesta. Huomioitavaa oli kuitenkin, että hapanta malliliuosta suodatettaessa permeaattivuon arvot olivat kaoliiniliuoksen suodatuksessa saatuja vastaavia arvoja korkeammat.

The purpose of this thesis was to study the suitability of ceramic membranes for the separation of solids from acidic PLS-solution by different pore size microfiltration membranes. Filtration tests were carried out for solutions containing either pure water, water containing kaolin or an acidic model solution containing copper, calcium and kaolin. The aim of the tests was to find the maximum permeate flux for different membranes and their solid removal efficiency. In addition, information on fouling of the membranes was obtained. In the theoretical part general views on membrane technology are given and thus common methods and applications are presented. The theoretical part presents some studies on similar membranes and applications. In addition the possibility to use different separation modes than tubular module microfiltration membranes is considered. Also the theory of hydrometallurgy is covered since it forms an essential background for the work. Pure water filtration tests for all of the used membranes showed that the water fluxes were lower than what was told by the manufacturers. Those are 10 m3/(h bar) to 1,0 µm CoMetas CoMem® and over 50 m3/(h bar) to 3,0 µm CoMetas CoMem®. The best flux value was measured for the 1,0 µm CoMetas CoMem® microfiltration membrane. That was best one both water filtration and model solution. Flux value of model solution was about 2000 L/(m2 h) with 1,0 bar pressure and flow 4,4 m/s. Flux value of water was about 1100 L/(m2 h) with 1,0 bar pressure and flow 2,9 m/s. The retentions of kaolin for all the studied membranes were 81-100 %. Similar tests for the metal-containing solution gave 77-99 % retentions. During the tests a significant flux decrease was observed as a consequence of fouling. The fluxes increased during filtrations of the acidic metal solution after the decrease in filtration of solutions containing only kaolin