The content, chemical state and accumulation of vanadium in a drill core of Alum shale from Kinnekulle
(2019) KEMK02 20191Department of Chemistry
- Abstract
- Exploitation of alum shale is a controversial subject in Sweden due to the history of pollution of the environment and groundwater, from past mining industries. The extraction of vanadium from alum shale is no different. Nevertheless the metal is a valuable resource used in tools, building, industries and aerospace materials. A look to the future reveals that vanadium may play a role in renewable energy. Vanadium redox flow batteries can store large amount of energy utilizing the many oxidation state of vanadium. This could solve the problem of energy storage many sources of renewable energy faces. This project is devoted to give a better understanding of how vanadium is bound and accumulated in the Cambrian Alum Shale Formation of... (More)
- Exploitation of alum shale is a controversial subject in Sweden due to the history of pollution of the environment and groundwater, from past mining industries. The extraction of vanadium from alum shale is no different. Nevertheless the metal is a valuable resource used in tools, building, industries and aerospace materials. A look to the future reveals that vanadium may play a role in renewable energy. Vanadium redox flow batteries can store large amount of energy utilizing the many oxidation state of vanadium. This could solve the problem of energy storage many sources of renewable energy faces. This project is devoted to give a better understanding of how vanadium is bound and accumulated in the Cambrian Alum Shale Formation of southern Sweden, with the hope that this knowledge can help find an environmental friendly process to extract vanadium from alum shale in the future. In this project a drill core penetrating the Alum Shale Formation at Kinnekulle, has been analyzed with x-ray fluorescence spectroscopy, x-ray powder diffraction, x-ray photoelectron spectroscopy, IR-spectroscopy and a total organic carbon analysis. The aim is to identify the chemical state and evaluate possible correlations between vanadium, trace elements, organic carbon and minerals. The drill core was found to be enriched in several trace elements, such as vanadium, barium, molybdenum, uranium, lead, copper and nickel, compared to Clarke values of black shale. Illite, the suspected main carrier of vanadium, had a very low signal in the x-ray powder diffraction and organic matter is proposed as a major carrier of vanadium. The level of anoxia in the waters at the time of sedimentation showed a rise in dissolved oxygen at 1,02 m, which could be the cause of the lower amount of vanadium in the top-most section of the drill core. (Less)
- Popular Abstract (Swedish)
- Alunskiffer är en svart lersten av kambrisk-tidig ordovicisk ålder som har en vid utbredning i Sverige och angränsande områden. Bergarten är rik på organiskt kol från ofullständig nedbrytning av marina mikroskopiska organismer som inlagrades i sedimentet på syrefria havsbottnar. Miljön gjorde det även gynnsamt för en del spårmetaller att deponeras, bland annat Uran, Nickel, Molybden och Vanadin. Vanadin och gruvnäring med alunskiffer är känt för att skapa kontroverser. Orsaken är risken för att giftiga ämnen släpps ut i miljön, grundvatten och påverkar det närliggande landskapet vid utvinning.
Vanadin har främst använts i legeringar av specialiserat, värmetåligt stål i industrier, flygplan och rymdteknik. Metallen är unik eftersom den... (More) - Alunskiffer är en svart lersten av kambrisk-tidig ordovicisk ålder som har en vid utbredning i Sverige och angränsande områden. Bergarten är rik på organiskt kol från ofullständig nedbrytning av marina mikroskopiska organismer som inlagrades i sedimentet på syrefria havsbottnar. Miljön gjorde det även gynnsamt för en del spårmetaller att deponeras, bland annat Uran, Nickel, Molybden och Vanadin. Vanadin och gruvnäring med alunskiffer är känt för att skapa kontroverser. Orsaken är risken för att giftiga ämnen släpps ut i miljön, grundvatten och påverkar det närliggande landskapet vid utvinning.
Vanadin har främst använts i legeringar av specialiserat, värmetåligt stål i industrier, flygplan och rymdteknik. Metallen är unik eftersom den har flera naturligt förekommande oxidationstillstånd; dvs. variation i antalet elektroner tillhörande atomen. Denna egenskap har gett vanadin nya framtidsutsikter som en del i en grönare energiproduktion. De flera oxidationstillstånden är fördelaktiga i så kallade redox flow-batterier. Batterierna kan effektivt lagra stora mängder energi i stora tankar som battericeller. De är även stabila då de tål att laddas ur och ses dessutom som säkrare än till exempel litiumbatterier.
Hur vanadin ackumuleras i sedimentet är en komplicerad process. Vanadin förekommer upplöst i vatten och ett cirkulerande flöde krävs för att transportera metallen till sedimentationsområdet. Vanadin kan adsorbera eller tas upp av metalloxider och biota som deponeras i sedimentet. Vanadin bildar starka komplex med det organiska kolet. Med tiden bryts komplexen och en del vanadin stannar genom inbindning till lermineralens gitterstruktur. I denna struktur kan vanadin
vara kvar även under diagenesen, då sedimentet omvandlas till skiffer under högt tryck och temperatur, för att slutligen återfinnas i mineral som illit.
I detta projekt har vanadin analyserats i en borrkärna med alunskiffer från Kinnekulle. Olika röntgenbaserade metoder har använts för att ge en bild av hur vanadinet sitter strukturellt i skiffern. Möjligen kan detta leda till bättre förståelse för hur vanadin kan utvinnas med minimal miljöpåverkan. (Less)
Please use this url to cite or link to this publication:
http://lup.lub.lu.se/student-papers/record/8979818
- author
- Gunnarsson, Niklas LU
- supervisor
-
- Ola Wendt LU
- Mikael Calner LU
- organization
- course
- KEMK02 20191
- year
- 2019
- type
- M2 - Bachelor Degree
- subject
- keywords
- Alum Shale Formation, Alum shale, Kinnekulle, Vanadium, Inorganic chemistry, Oorganisk kemi
- language
- English
- id
- 8979818
- date added to LUP
- 2019-08-19 13:46:02
- date last changed
- 2019-08-19 13:46:02
@misc{8979818,
abstract = {{Exploitation of alum shale is a controversial subject in Sweden due to the history of pollution of the environment and groundwater, from past mining industries. The extraction of vanadium from alum shale is no different. Nevertheless the metal is a valuable resource used in tools, building, industries and aerospace materials. A look to the future reveals that vanadium may play a role in renewable energy. Vanadium redox flow batteries can store large amount of energy utilizing the many oxidation state of vanadium. This could solve the problem of energy storage many sources of renewable energy faces. This project is devoted to give a better understanding of how vanadium is bound and accumulated in the Cambrian Alum Shale Formation of southern Sweden, with the hope that this knowledge can help find an environmental friendly process to extract vanadium from alum shale in the future. In this project a drill core penetrating the Alum Shale Formation at Kinnekulle, has been analyzed with x-ray fluorescence spectroscopy, x-ray powder diffraction, x-ray photoelectron spectroscopy, IR-spectroscopy and a total organic carbon analysis. The aim is to identify the chemical state and evaluate possible correlations between vanadium, trace elements, organic carbon and minerals. The drill core was found to be enriched in several trace elements, such as vanadium, barium, molybdenum, uranium, lead, copper and nickel, compared to Clarke values of black shale. Illite, the suspected main carrier of vanadium, had a very low signal in the x-ray powder diffraction and organic matter is proposed as a major carrier of vanadium. The level of anoxia in the waters at the time of sedimentation showed a rise in dissolved oxygen at 1,02 m, which could be the cause of the lower amount of vanadium in the top-most section of the drill core.}},
author = {{Gunnarsson, Niklas}},
language = {{eng}},
note = {{Student Paper}},
title = {{The content, chemical state and accumulation of vanadium in a drill core of Alum shale from Kinnekulle}},
year = {{2019}},
}