Influence of the model used for the calculation of equilibrium constants at moderate temperature for electrolytes

Influence du modèle utilisé pour le calcul de constantes d’équilibre à température modérée pour des électrolytes

¹ Université de Toulouse, IMT Mines Albi, UMR CNRS 5302, Centre RAPSODEE, Campus Jarlard, Albi Cedex 09 F81013, France.
² Mines Paris, Univeristé PSL, CTP Centre Thermodynamique des Procédés, 35 rue Saint Honoré 77305 Fontainebleau Cedex, France
³ Prony Resources New Caledonia, Usine du grand sud, route de kwa neie – Prony – Bp 218, Nouvelle – Calédonie, France.

Abstract

The formation of a solid mineral deposit can cause major problems in the conduct of industrial processes such as high pressure acid leaching. Knowledge of the chemical speciation and solubility product of the mineral can help control or inhibit its formation. This speciation is based on knowledge of the thermodynamic equilibrium constants of the dissociation/complexation reactions involved in the system and their temperature dependence. It also depends on the concentration of the different species in the system, the pressure and the activity coefficients of the chemical species present in their molecular or electrolytic form. From these thermodynamic quantities and the state of the system, it is possible to predict the direction of evolution of the reaction, i.e. whether the reactants or the products of the chemical reactions are favoured. This work presents and compares different models for the calculation of activity coefficients for ionic strengths between 0.001 – 6 molal and the calculation of thermodynamic equilibrium constants at temperatures up to 300°C (at zero ionic strength). It confirms the need for reliable thermodynamic data for modeling aqueous systems.

Résumé

La formation d’un dépôt solide minéral peut engendrer des problèmes majeurs dans la conduite de procédés industriels comme la lixiviation acide à haute pression. La connaissance de la spéciation chimique et du produit de solubilité du minéral peut permettre de contrôler ou d’inhiber sa formation. Cette spéciation repose sur la connaissance des constantes d’équilibre thermodynamique des réactions de dissociation/ complexation impliquées dans le système et de leurs dépendances en température. Elle dépend également de la concentration des différentes espèces dans le système, de la pression et des coefficients d’activité des espèces chimiques présentes sous leur forme moléculaire ou électrolytique. À partir de ces grandeurs thermodynamiques et de l’état du système, il est possible de prévoir le sens d’évolution de la réaction c’est-à-dire si les réactifs ou les produits des réactions chimiques sont favorisés. Ce travail présente et compare différents modèles pour le calcul des coefficients d’activité pour des forces ioniques comprises entre 0.001 – 6 molal et le calcul des constantes d’équilibre thermodynamique à des températures jusqu’à 300 °C (à force ionique nulle). Il confirme la nécessité d’avoir des données thermodynamiques fiables pour la modélisation de systèmes aqueux.