Kalvoerotusprosessin esikäsittely

Työn tavoitteena oli tutkia kiertoveden puhdistamiseen käytetyn kalvosuodatuksen esikäsittelymenetelmien vaikutusta ultrasuodatukseen. Suodatettava vesi oli kierrätyskuitua käyttävän paperikoneen kiekkosuotimen kirkassuodosta. Koeajon loppuosassa käytettiin biokirkassuodosta. Paperitehtaassa oli suljettu vesikierto. Pilot-laitteistona käytettiin Metso PaperChemin OptiFilter CR550/40 ultrasuodatusyksikköä. Testatut kalvot olivat C30 kalvoja. Suodatuksissa seurattiin esikäsittelymenetelmien vaikutusta permeaatin määrään ja laatuun. Ultrasuodatus tehtiin sekä ilman esikäsittelyä että lamelliselkeytin esikäsittelynä. Esikäsittelykemikaalina käytettiin talkkia. Ultrasuodatuksissa havaittiin, että suodatuslämpötilalla oli suora vaikutus kapasiteettiin. Lämpötila vaikutti lineaarisesti kirkassuodoksen ja biokirkassuodoksen permeaattivuohon. Lämpötila nostettiin 55oC:een suodatuslämpötilasta 35 – 40oC. Korkeassa lämpötilassa kirkassuodos oli kapasiteetiltaan suurempi kuin biokirkassuodos. Konsentrointiajoista nähtiin, että ultrasuodatuksen syötön konsentraatioaste vaikutti kirkassuodoksen permeaattivuohon. Syötön konsentraatioastetta lisättäessä kapasiteetti laski. Konsentrointiajoja vertailtaessa havaitaan, että ilman esikäsittelyä vuo laski konsentroitaessa nopeammin kuin suodatuksissa, joissa käytettiin esikäsittelyä. Lamelliselkeyttimellä ja talkilla esikäsitelty suodatus laski kapasiteettia vähiten. Konsentraatioasteen nostaminen lisäsi konsentraatin kemiallista hapenkulutusta. Konsentraatin viskositeetti nousi konsentraatioastetta lisättäessä. Analyysitulosten perusteella saadaan ultrasuodatuskalvoille tyypilliset reduktiot. COD-reduktio oli 10 – 30 %, anionisuuden 40 – 70 % ja värin 80 – 90 %. Vuon kanssa korreloivat pH, uuteaine, ligniini, viskositeetti ja hemiselluloosat.

Päällystysyksikön konstruktion kehitys.

Työssä suunniteltiin esisuunnitteluluontoisesti leveän, uutta päällystysmenetelmää soveltavan päällystysaseman konstruktio avainkomponenttien osalta. Ensin perehdyttiin alan kirjallisuuteen ja pyrittiin selvittämään päällystysmenetelmän konstruktiolle asettamia vaatimuksia. Tämän jälkeen pohdittiin rakenteen leveyden ja päällystysnopeuden lisäämisen tuomia ongelmia ja lopuksi ideoitiin havaittuihin ongelmiin ratkaisuja. Virtauskammion mitoituksen, ohikierron vaikutuksen ja virtausta tasoittavien elementtien mitoituksen selvittämiseksi tehtiin CFD laskenta newtonisella ja einewtonisella virtausaineella. Huomattiin painehäviön kasvattamisen ja tasauskammion lisäämisen parantavan päällysteprofiilia. Ohikierron lisäämisen todettiin heikentävän päällysteprofiilia erityisesti reunojen läheisyydessä. Virtauksen jako- ja tasauskammioiden muotoilua muutettiin tukkeutumisriskin pienentämiseksi. Rakenne kokee aina myös muodonmuutoksia paineen-, taipumien- tai lämpötilaerojen seurauksena. Näiden vaikutuksen selvittämiseksi applikointiosaa analysointiin FE -menetelmällä. Todettiin palkin pinnalla olevien lämpötilaerojen olevan suurin yksittäinen päällysteprofiiliin vaikuttava häiriölähde.

Unsaturated Polyester Coatings containing Biocides

Vesistöissä laivojen pintaan tarttuvat eliöt ovat sekä taloudellinen että kosmeettinen ongelma. Kontrolloimattoman eliöiden kiinnittymisen seurauksena aiheutuu kitkaa, joka puolestaan hidastaa laivan nopeutta ja aiheuttaa polttoaineen kulutuksen kasvua. Tavallisesti eliöiden kiinnittymistä ehkäistään kiinnittymisenestomaalien avulla. Niiden toiminta perustuu biosidien liukenemiseen, jolloin veden ja pinnoitteen väliselle rajapinnalle muodostuu korkea biosidipitoisuus, joka estää eliöiden kiinnittymistä pinnalle. Maailmanlaajuinen orgaanisten tinayhdisteiden käyttökielto kiinnittymisen-estomaaleissa tulee voimaan vuoden 2003 alusta. Tällä hetkellä 70 % maailman laivastoista on suojattu orgaanista tinayhdistettä sisältävällä kiinnittymisenestomaalilla. Nyt onkin kasvava tarve kehittää uusia ympäristöystävällisempiä kiinnittymisenesto-pinnoitteita. Todennäköisesti tinayhdisteet tullaan korvaamaan synteettisillä orgaanisilla yhdisteillä käytettyinä yhdessä kuparin kanssa. Työn tarkoituksena oli valmistaa ympäristöystävällisempi tyydyttämätön polyesteripinnoite, joka itsessään ehkäisisi eliöiden kiinnittymistä. Kirjallisuusosassa tutustuttiin markkinoilla oleviin biosideihin, niiden myrkyllisyyteen ja vaikutuksiin ympäristölle sekä muuttuvaan lainsäädäntöön. Työssä tarkasteltiin myös tällä hetkellä markkinoilla olevia pinnoitteita ja niiden toimintamekanismeja sekä myrkyttömiä vaihtoehtopinnoitteita kiinnittymisenestoon. Kokeellinen osa koostui kahdesta osasta. Ensimmäisessä osassa tutkittiin biosidien sopivuutta käytettäväksi yhdessä tyydyttymättömän polyesterin kanssa. Yhteensopivuutta määritettiin applikaatiotesteillä ja pinnoitteen käyttäytymisen perusteella. Toinen vaihe oli selvittää pinnoitteen tehokkuus leväntarttumista vastaan. Tyydyttymätön polyesteri gel coat kiinnittymisenesto-ominaisuuksilla valmistettiin dispergoimalla biosideja tyydyttymättömään polyesterigeeliin. Yhteensopivuustestien tulosten perusteella huomattiin, ettei biosidien lisääminen geeliin vaikuta mainittavasti applikaatio-ominaisuuksien huononemiseen. Brookfield viskositeetin stabiilisuus jopa paranee ja yksi työssä käytetyistä biosideista parantaa pinnoitteen säänkestoominaisuuksia. Tässä työssä ei pystytty määrittämään eri biosidien välisiä eroja tehokkuudessa levää vastaan.

Hydrostaattisen kuormituselementin parametrien vaikutus tehontarpeeseen

Työssä tutkitaan paperiteollisuuden käyttämän taipumakompensoidun telan hydrostaattisen kuormituselementin parametrien vaikutusta tehontarpeeseen ja kuormituselementin käyttäytymistä eri parametreilla. Työssä käsitellään hydrostaattisen kuormituselementin FE-laskennassa käytetyn mallinosien rakentaminen, kokoonpano ja teoria. Lisäksi analyyttinen laskenta esitetään lyhyesti. FE-laskennassa käytetään virtaus-rakenne -vuorovaikutusanalyysiä. Laskenta suoritetaan ANSYS/Flotran ohjelmistolla (versio 5.5). Hydrostaattisen kuormituselementin tehontarpeen vähentämiseen löytyi kolme tekijää. Suurimpana yksittäisenä tekijänä on elementin kitkapinta-alan pienentäminen, jolla saavutetaan 44 % kitkatehontarpeen pieneneminen. Seuraavaksi eniten vaikuttaa kitkatehontarpeeseen kuormituselementin muotoilu, jolla saavutetaan 20 % kitkatehontarpeen pieneneminen. Kolmantena tekijänä on viskositeetin pienentäminen, jolla suurimmillaan saavutetaan 15 % kitkatehontarpeen pieneneminen.

Raakafosfaatin liuotus ja ammonointi

Apatiittien käyttöä raaka-aineena lannoitteiden valmistusprosessissa on usein hankaloittanut lannoitelietteen viskositeetin kasvu, kun hapanta lannoitelietettä on neutraloitu ammoniakilla. Työn tarkoituksena oli tutkia lannoitelietteen viskositeettiin vaikuttavia tekijöitä ja tekijöiden vaikutusta lannoitteen ominaisuuksiin. Työn kirjallisen osan alkupuoliskolla käsiteltiin raakafosfaatteja ja fosfaattilannoitteita. Tämän jälkeen keskityttiin lannoitteiden valmistukseen sekä viskositeetin merkitykseen lannoiteprosesseissa. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin raakafosfaatin, liuotushapon, liuotushappomäärän, ammonointiajan sekä apatiitti/fosforihappo-suhteen vaikutusta lannoitteen ominaisuuksiin. Kokeet aloitettiin raakafosfaatin liuotuksella happoon. Tämän jälkeen liete neutraloitiin ammoniakilla ja suoritettiin muiden ravinteiden lisäys. Lannoitelietteen viskositeettiin voimakkaimmin vaikuttavat tekijät olivat kokeissa käytetty liuotushappo, ammonointiaika sekä raakafosfaatti. Raakafosfaatilla, liuotushapolla sekä apatiitti/fosforihappo-suhteella havaittiin olevan suurin merkitys lannoitteen fosforin vesiliukoisuudelle.

Hydrodynamics and Heat Transfer in an Airlift Reactor

Työn teoriaosassa esitetään kirjallisuudessa esiintyviä teoreettisia ja kokeellisia yhtälöitä nesteen nopeuden, kaasun tilavuusosuuden, painehäviön ja lämmönsiirron laskemiseksi. Lisäksi käsitellään airlift-reaktoreiden toimintaa, rakennetta ja teollisia sovelluksia, sekä sekoitusta ja geometrian vaikutusta airlift-reaktoreiden hydrodynaamisiin ominaisuuksiin. Kokeellisessa osassa kuvataan käytetty koelaitteisto ja mittausmenetelmät sekä esitetään saadut koetulokset. Koelaitteisto on viidellä nousuputkella varustettu ulkoisen kierron airlift-reaktori. Kokeellisessa osassa pyritään ratkaisemaan tällaisessa reaktorissa mahdollisesti esiintyviä ongelmia, kuten "slug flown" muodostuminen nousuputkissa sekä fluidien epätasainen jakautuminen nousuputkiin. Lisäksi tutkitaan erilaisten muuttujien, kuten kaasun tilavuusvirran, nesteen viskositeetin, suutinkoon ja nesteen jakoputken rakenteen, vaikutusta kaasun tilavuusosuuteen ja nesteen nopeuteen nousuputkissa. Nesteen nopeudet mitataan merkkiainemenetelmällä ja kaasun tilavuusosuudet manometrimenetelmällä. Lämmönsiirtoa tutkitaan mittaamalla lämpötilaeroja nousuputkissa NiCr-Ni –termoelementeillä. Mittaustulosten perusteella muokataan korrelaatiot kaasun tilavuusosuudelle ja nesteen tyhjäputkinopeudelle. Korrelaatioista lasketut tulokset sopivat kohtuullisen hyvin yhteen mitattujen tulosten kanssa. "Slug flown" ei todettu muodostuvan ongelmaksi 2.5 mPa s pienemmillä viskositeetin arvoilla 2 metriä pitkissä ja 19 mm halkaisijaltaan olevissa putkissa. Lisäksi todettiin, että kaasu- ja nestefaasien jakautumisongelmat voidaan ratkaista rakenteellisesti.

Puunjalostuskonsernin voiteluhuollon analysoiminen ja kehittäminen

Diplomityön tarkoituksena on analysoida ja kehittää erään puunjalostuskonsernin voiteluhuoltoa. Tutkimuksen kirjallisessa osassa on selvitetty voitelun perusteet, voiteluaineet sekä voiteluhuoltoon liittyviä yleisiä käsitteitä ja termejä. Työssä on selvitetty ohjeita voiteluaineiden valintaan ja voiteluöljyjen kunnonvalvontamenetelmiin sekä selvitetty voiteluaineiden puhtauden merkitystä. Lisäksi on esitetty katselmus eri voitelumekanismista. Näiden sovellusesimerkkinä on laskettu paperikoneen kuivaussylinterin laakerin voitelukalvon ominaispaksuus. Osan lopussa on tutkittu voiteluaineiden varastoinnin ja käytettyjen voiteluaineiden jatkokäsittelyn merkitystä ympäristöasiat huomioiden. Soveltavassa osassa on edellistä hyödyntäen analysoitu puunjalostuskonsernin yksitoista eri paikkakuntaa voiteluhuollon toimivuuden kannalta. Tämä tilastollinen tieto on kerätty sekä kyselykaavakkeen avulla että haastattelemalla jokaisen paikkakunnan voiteluhuollon asiantuntijoita. Lopputuloksena on saatu voiteluhuollon kehityskohteet ja SWOT-analyysit paikkakunnittain sekä yhteenveto voiteluhuollon eri toimintojen parhaimmista käytännöistä. Lisäksi analyysin perusteella laadittiin konsernin voiteluhuollon kehityssuunnitelma.

Reagenssin pinta-aktiivisuuden hyödyntäminen sinkin uutossa

Työssä tutkittiin sinkin uutossa käytettävän di(2-etyyliheksyyli)fosforihappo (D2EHPA) -uuttoreagenssin faasikäyttäytymistä ja miten laimentimen koostumus, lämpötila ja orgaanisen faasin sinkkipitoisuus vaikuttavat faasitasapainoon. Laimentimen vaikutuksen havaittiin olevan pientä, kun taas lämpötilan nostaminen yli huoneenlämpötilan leventää faasidiagrammin yksifaasialuetta. Pienet orgaanisen faasin sinkkipitoisuudet eivät juuri vaikuta faasitasapainoon. Sinkin ja D2EHPA:n moolisuhteen ollessa välillä 0,1–0,2 kompleksin rakenne ilmeisesti muuttuu. Sinkkipitoisuuden kasvaessa yksifaasialue muodostuu pienemmillä ammoniakkimäärillä. Suurilla orgaanisen faasin sinkkipitoisuuksilla ja ammoniakkimäärillä muodostuu orgaanisen faasin ja vesifaasin välille kolmas nestefaasi. D2EHPA:n (40 p %) vesipitoisuuden ja viskositeetin pH riippuvuutta tutkittiin, kun laimentimena oli alifaattinen hiilivetyliuotin. Nostettaessa pH yli 3,5:n uuttoreagenssi alkoi muodostaa käänteismisellejä, jolloin orgaanisen faasin vesipitoisuus ja viskositeetti kasvoivat eksponentiaalisesti. Sinkin mukana uuttautuu epäpuhtauksia kuten Al3+, Co2+, Cu2+, Na+, Ni2+, Cl- ja F-. Takaisinuuton kautta epäpuhtaudet joutuvat talteenottoelektrolyysiin, jossa ne voivat vaikuttaa tuotteen laatuun ja laskea virtahyötysuhdetta. Tarkoituksena oli tutkia väheneekö epäpuhtauksien myötäuuttautuminen jollakin tietyllä sinkin latausasteella. Fluoridin ja kuparin uuttautumisen havaittiin vähenevän vasta, kun sinkin pitoisuus orgaanisessa faasissa oli yli 20 g/L lämpötilasta riippumatta. Fluoridi uuttautuu mahdollisesti alumiinikompleksina ja/tai fluorihappona. Koboltin ja nikkelin myötäuuttautumisen havaittiin vähenevän, kun sinkin latausaste oli yli 10 g/L. Natrium ja kloridi eivät myötäuuttautuneet.

Separation of Gas Bubbles from Circulation Waters and Pulp Suspensions in Open Channel Flow

The objective of this thesis was to study the removal of gases from paper mill circulation waters experimentally and to provide data for CFD modeling. Flow and bubble size measurements were carried out in a laboratory scale open gas separation channel. Particle Image Velocimetry (PIV) technique was used to measure the gas and liquid flow fields, while bubble size measurements were conducted using digital imaging technique with back light illumination. Samples of paper machine waters as well as a model solution were used for the experiments. The PIV results show that the gas bubbles near the feed position have the tendency to escape from the circulation channel at a faster rate than those bubbles which are further away from the feed position. This was due to an increased rate of bubble coalescence as a result of the relatively larger bubbles near the feed position. Moreover, a close similarity between the measured slip velocities of the paper mill waters and that of literature values was obtained. It was found that due to dilution of paper mill waters, the observed average bubble size was considerably large as compared to the average bubble sizes in real industrial pulp suspension and circulation waters. Among the studied solutions, the model solution has the highest average drag coefficient value due to its relatively high viscosity. The results were compared to a 2D steady sate CFD simulation model. A standard Euler-Euler k-ε turbulence model was used in the simulations. The channel free surface was modeled as a degassing boundary. From the drag models used in the simulations, the Grace drag model gave velocity fields closest to the experimental values. In general, the results obtained from experiments and CFD simulations are in good qualitative agreement.

Holocene Varved Lake Sediments as Records of Palaeoenvironmental Change and Geomagnetic Palaeosecular Variation in Eastern Finland

This dissertation discusses Holocene palaeoenvironmental and palaeomagnetic secular variation (PSV) records reconstructed from sediments preserved in Lake Lehmilampi (63º37´N, 29º06´E) and Lake Kortejärvi (63º37´N, 28º56´E) in eastern Finland. Several piston and freeze cores were obtained from both lakes for varve and magnetic analyses. Sediment samples were impregnated in low-viscosity epoxy and physical parameters of varves, including varve thickness and relative grey-scale values, were recorded using x-ray densitometry combined with semiautomatic digital image analysis. On average, varve records of Lehmilampi and Kortejärvi cover 5122 and 3902 years, respectively. Past solar activity, as estimated by residual ₁₄C data, compares favourably with varve thicknesses from Lehmilampi during the last 2000 years. This indicates the potential of clastic-organic varves to record sensitively climatic variations. Bulk magnetic parameters, including magnetic susceptibility together with natural, anhysteretic and isothermal remanent magnetizations, were measured to describe mineral magnetic properties and geomagnetic palaeosecular variation recorded in the sediments. Main stages in the development of the investigated lakes are reflected in the variations in the mineral magnetic records, sediment lithology and composition. Similar variations in magnetic parameters and sediment organic matter suggest contribution of bacterial magnetite in the magnetic assemblages of Lehmilampi. Inclination and relative declination records yielded largely consistent results, attesting to the great potential of these sediments to preserve directional palaeosecular variation in high resolution. The PSV data from Lehmilampi and Kortejärvi were stacked into North Karelian PSV stack, which may be used for dating homogenous lake sediments in the same regional context. Reconstructed millennial variations in relative palaeointensity results are approximately in agreement with those seen in the absolute palaeointensity data from Europe. Centennial variations in the relative palaeointensity, however, are influenced by environmental changes. Caution is recommended when using varved lake sediments in reconstructing relative palaeointensity.

Lämpötilan vaikutus kuparin ja nikkelin kolonnierotuksessa kelatoivalla adsorbentilla

Sinkin valmistuksessa pitää sinkkirikasteesta poistaa epäpuhtausmetallit ennen elektrolyysiä. Nykyisin epäpuhtauksien poistamiseksi käytetään sementointimene-telmiä. Sementointi voisi olla mahdollista korvata kelatoivalla adsorbentilla suori-tettavalla erotuksella, jonka etuja ovat selektiivisyys ja ympäristöystävällisyys. Työn tarkoituksena on tutkia lämpötilan vaikutusta kelatoivalla adsorbentilla teh-tävään nikkelin ja kuparin kolonnierotukseen. Kolonnierotuksessa lämpötila voi vaikuttaa sekä liuoksen että adsorbentin fysi-kaalisiin, kemiallisiin ja sähkökemiallisiin ominaisuuksiin. Näiden vaikutusten johdosta voivat esimerkiksi erotuksen stoikiometria, kinetiikka tai toimintaolosuh-teet muuttua. Tässä työssä lämpötilan vaikutusta kolonnierotukseen tutkittiin rik-kihapon ja erotusmateriaalin välisillä kinetiikkakokeilla sekä synteettisellä CuSO4-liuoksella ja autenttisella ZnSO4-liuoksella tehdyillä kolonniajoilla. Työssä käytetyn erotusmateriaalin runko on silikapolyamiini ja sen funktionaali-sena ryhmänä toimii 2-aminometyylipyridiini. Lämpötilan ollessa 60 °C havaittiin erotusmateriaalin ja rikkihapon asettuvan tasapainoon kolme kertaa nopeammin kuin 25 °C:ssa. Lämpötilan nostamisella edelleen 90 °C:een ei havaittu olevan merkittävää vaikutusta tasapainon saavuttamisen nopeuteen. Kuparin läpäisykäyrän havaittiin jyrkentyvän lämpötilan noston vaikutuksesta niin autenttisella ZnSO4-liuoksella kuin synteettisellä CuSO4-liuoksella. Tämän oletettiin johtuvan kinetiikan nopeuden kasvusta sekä autenttisella liuoksella myös viskositeetin pienenemisestä. Lämpötilan vaikutuksesta on mahdollista käsitellä autenttista ZnSO4-liuosta 90 °C:ssa noin 3,5-kertaa enemmän kuin 25 °C:ssa, siten että liuoksesta saadaan poistettua lähes kaikki kupari. Nikkelin havaittiin lä-päisevän kolonnin kaikissa lämpötiloissa lähes välittömästi. Tästä syystä tutkittu erotusmateriaali ei sovellu nikkelin ja kuparin samanaikaiseen erottamiseen tutki-tusta autenttisesta ZnSO4-liuoksesta.

On the potential utilisation of sawdust and wood chip screenings

This work is based on the utilisation of sawdust and wood chip screenings for different purposes. A substantial amount of these byproducts are readily available in the Finnish forest industry. A black liquor impregnation study showed that sawdust-like wood material behaves differently from normal chips. Furthermore, the fractionation and removal of the smallest size fractions did not have a significant effect on the impregnation of sawdust-like wood material. Sawdust kraft cooking equipped with an impregnation stage increases the cooking yield and decreases the lignin content of the produced pulp. Impregnation also increases viscosity of the pulp and decreases chlorine dioxide consumption in bleaching. In addition, impregnation increases certain pulp properties after refining. Hydrotropic extraction showed that more lignin can be extracted from hardwood than softwood. However, the particle size had a major influence on the lignin extraction. It was possible to extract more lignin from spruce sawdust than spruce chips. Wood chip screenings are usually combusted to generate energy. They can also be used in the production of kraft pulp, ethanol and chemicals. It is not economical to produce ethanol from wood chip screenings because of the expensive wood material. Instead, they should be used for production of steam and energy, kraft pulp and higher value added chemicals. Bleached sawdust kraft pulp can be used to replace softwood kraft pulp in mechanical pulp based papers because it can improve certain physical properties. It is economically more feasible to use bleached sawdust kraft pulp in stead of softwood kraft pulp, especially when the reinforcement power requirement is moderate.

Crystallization characteristics of bioactive glasses

Bioactive glasses are excellent candidates for implant materials, because they can form a chemical bond to bone or guide bone growth, depending on the glass composition. Some compositions have even shown soft tissue attachment and antimicrobial effects. So far, most clinical applications are based on monoliths, plates and particulates of different grain sizes. There is a growing interest in special products such as porous implants sintered from microspheres and fibers drawn from preforms or glass melts. The viscosity range at which these are formed coincides with the crystallization temperature range for most bioactive glasses, thus complicating the manufacturing process. In this work, the crystallization tendency and its kinetics for a series of glasses with their compositions within the range of bioactivity were investigated. The factors affecting crystallization and how it is related to composition were studied by means of thermal analysis and hot stage microscopy. The crystal compositions formed during isothermal and non-isothermal heat treatments were analyzed with SEM-EDXA and X-ray diffraction analysis. The temperatures at which sintering and fiber drawing can take place without interfering with crystallization were determined and glass compositions which are suitable for these purposes were established. The bioactivity of glass fibers and partly crystallized glass plates was studied by soaking them in simulated body fluid (SBF). The thickness of silica, calcium and phosphate rich reaction layers on the glass surface after soaking was used as an indication of the bioactivity. The results indicated that the crystallization tendencies of the experimental glasses are strongly dependent on composition. The main factor affecting the crystallization was found to be the alkali oxide content: the higher the alkali oxide content the lower the crystallization temperature. The primary crystalline phase formed at low temperatures in these glasses was sodium calcium silicate. The crystals were found to form through internal nucleation, leading to bulk crystallization. These glasses had high bioactivity in vitro. Even when partially crystalline, they formed typical reaction layers, indicating bioactivity. In fact, sodium calcium silicate crystals were shown to transform in vitro into hydroxyapatite during soaking. However, crystallization should be avoided because it was shown to retard dissolution, bioactivity reactions and complicate fiber drawing process. Glass compositions having low alkali oxide content showed formation of wollastonite crystals on the surface, at about 300°C above the glass transition temperature. The wide range between glass transition and crystallization allowed viscous flow sintering of these compositions. These glasses also withstood the thermal treatments required for fiber drawing processing. Precipitation of calcium and phosphate on fibers of these glasses in SBF suggested that they were osteoconductive. Glasses showing bioactivity crystallize easily, making their hot working challenging. Undesired crystallization can be avoided by choosing suitable compositions and heat treatment parameters, allowing desired product forms to be attained. Small changes in the oxide composition of the glass can have large effects and therefore a thorough understanding of glass crystallization behavior is a necessity for a successful outcome, when designing and manufacturing implants containing bioactive glasses.

Kuituvuoto reikäsihdillä massan syöttövaiheessa

Diplomityön tarkoituksena oli kehittää tutkimuslaite, jolla pystyttäisiin tutkimaan sellumassan syöttötapahtumaa reikäsihdillä ja tarkastelemaan syöttöhetkellä tapahtuvaa kuituhäviötä. Laitteen suunnittelun ja valmistuksen tavoitteena oli myös saada tutkimuslaite mahdollisim-man modifioitavaksi (syöttöaukon koko, muoto ja erityyppiset reikäsihdit ja näiden vaikutukset sellukuitujen hävikkiin). Haluttiin myös mahdollisuus syöttötapahtuman kuvaamiseen esim. suurnopeuskameroin, joka otettiinkin huomioon laiteosia valittaessa (läpinäkyvä akryyli). Tutkimuslaitteen kestävyyttä erilaisissa prosessiolosuhteissa haluttiin korostaa (voidaan operoida laajalla pH ja lämpötila-alueilla, sekä syöttöpainetta voidaan muunnella). Diplomityön kirjallisuusosassa käsitellään kuituvuodon aiheuttamia haittoja, joista tärkein on taloudellinen menetys. Näiden lisäksi kirjallisuusosassa tarkastellaan pääpirteittäin pesume-netelmiä ja käydään läpi kuitusulpun suotautumiseen vaikuttavia tekijöitä. Diplomityöhön sisältyi tutkimuslaitteen suunnittelun ja valmistuksen lisäksi myös laitteen toi-mivuuden testaus. Testit suoritettiin pohjoismaisella koivusellulla. Koivusellu otettiin happi-vaiheen jälkeisen pesurin poistosta. Massalle suoritettiin KAPPA-luvun, SR-luvun, viskositee-tin ja syrjäytys -määritykset, sekä kuituanalyysi. Laitteella suoritettiin 7 %, 10 % ja 12 % sakeuksisten massojen koeajotestit. Suodokset otettiin talteen jatkotutkimuksiin, jossa niistä mitattiin kuituvuoto. 10 % suodokselle suoritettiin myös kuituanalyysi. Tuloksista nähtiin, että 7 % sakeuksinen massa antoi lähes nelinkertaisen kuituvuotomäärän 10 % sakeuksiseen massan syöttöön nähden.

Recovery and refining of manganese as by-product from hydrometallurgical processes

The consumption of manganese is increasing, but huge amounts of manganese still end up in waste in hydrometallurgical processes. The recovery of manganese from multi-metal solutions at low concentrations may not be economical. In addition, poor iron control typically prevents the production of high purity manganese. Separation of iron from manganese can be done with chemical precipitation or solvent extraction methods. Combined carbonate precipitation with air oxidation is a feasible method to separate iron and manganese due to the fast kinetics, good controllability and economical reagents. In addition the leaching of manganese carbonate is easier and less acid consuming than that of hydroxide or sulfide precipitates. Selective iron removal with great efficiency from MnSO4 solution is achieved by combined oxygen or air oxidation and CaCO3 precipitation at pH > 5.8 and at a redox potential of > 200 mV. In order to avoid gypsum formation, soda ash should be used instead of limestone. In such case, however, extra attention needs to be paid on the reagents mole ratios in order to avoid manganese coprecipitation. After iron removal, pure MnSO4 solution was obtained by solvent extraction using organophosphorus reagents, di-(2-ethylhexyl)phosphoric acid (D2EHPA) and bis(2,4,4- trimethylpentyl)phosphinic acid (CYANEX 272). The Mn/Ca and Mn/Mg selectivities can be increased by decreasing the temperature from the commonly used temperatures (40 –60oC) to 5oC. The extraction order of D2EHPA (Ca before Mn) at low temperature remains unchanged but the lowering of temperature causes an increase in viscosity and slower phase separation. Of these regents, CYANEX 272 is selective for Mn over Ca and, therefore, it would be the better choice if there is Ca present in solution. A three-stage Mn extraction followed by a two-stage scrubbing and two-stage sulfuric acid stripping is an effective method of producing a very pure MnSO4 intermediate solution for further processing. From the intermediate MnSO4 some special Mn- products for ion exchange applications were synthesized and studied. Three types of octahedrally coordinated manganese oxide materials as an alternative final product for manganese were chosen for synthesis: layer structured Nabirnessite, tunnel structured Mg-todorokite and K-kryptomelane. As an alternative source of pure MnSO4 intermediate, kryptomelane was synthesized by using a synthetic hydrometallurgical tailings. The results show that the studied OMS materials adsorb selectively Cu, Ni, Cd and K in the presence of Ca and Mg. It was also found that the exchange rates were reasonably high due to the small particle dimensions. Materials are stable in the studied conditions and their maximum Cu uptake capacity was 1.3 mmol/g. Competitive uptake of metals and acid was studied using equilibrium, batch kinetic and fixed-bed measurements. The experimental data was correlated with a dynamic model, which also accounts for the dissolution of the framework manganese. Manganese oxide micro-crystals were also bound onto silica to prepare a composite material having a particle size large enough to be used in column separation experiments. The MnOx/SiO2 ratio was found to affect significantly the properties of the composite. The higher the ratio, the lower is the specific surface area, the pore volume and the pore size. On the other hand, higher amount of silica binder gives composites better mechanical properties. Birnesite and todorokite can be aggregated successfully with colloidal silica at pH 4 and with MnO2/SiO2 weight ratio of 0.7. The best gelation and drying temperature was 110oC and sufficiently strong composites were obtained by additional heat-treatment at 250oC for 2 h. The results show that silica–supported MnO2 materials can be utilized to separate copper from nickel and cadmium. The behavior of the composites can be explained reasonably well with the presented model and the parameters estimated from the data of the unsupported oxides. The metal uptake capacities of the prepared materials were quite small. For example, the final copper loading was 0.14 mmol/gMnO2. According to the results the special MnO2 materials are potential for a specific environmental application to uptake harmful metal ions.