Kuparin poisto kobolttielektrolyytistä ioninvaihdolla : eluointivaiheen toimivuus ja tehostaminen

Abstract

Tässä kandidaatintyössä tutkittiin kuparinpoistoon kobolttielektrolyytistä tähtäävän ioninvaihtoprosessin eluointivaihetta. Ioninvaihtoa käytetään hydrometallurgiassa metallien talteenottoon ja jäännösmetallien poistamiseen. Ioninvaihtoprosessin eluointivaiheen tarkoitus on poistaa hartsiin sitoutuneet ionit sekä regeneroida hartsi. Kobolttielektrolyytissä kupari on ensisijaisesti epäpuhtaus, mutta eluointivaihetta tehostamalla sen talteenotto voi olla mahdollista.

Työn kokeellisessa osassa tutkittiin eluenttihapon konsentraation vaikutusta kuparipitoisilla kobolttielektrolyyteillä ladatun ioninvaihtohartsin eluoitumiseen. Kokeissa testattiin eluenttina kahta eri rikkihappokonsentraatiota eri kuparipitoisuuden sisältäneille iminodiasetaattihartseille. Eluointikokeiden tuloksia arvioitiin eluenttien tuottamien eluointiasteiden, eluoitumisnopeuksien, eluointikäyrien, sekä eluaattifraktioiden kumulatiivisten puhtauksien avulla. Tavoitteena oli tutkia alkuperäisen (2.2 M) sekä laimeamman (1 M) eluentin suorituskykyä eluointiprosessissa.

Tulosten perusteella molemmilla rikkihapoilla saavutettiin samankaltaiset eluointiasteet (70–80 % panoskokeissa, 66–80 % kolonnikokeissa), eli molemmat tutkituista hapoista sopivat eluenteiksi. Laimeampi 1 M rikkihappo hidasti kuparin eluoitumisnopeutta, mikä paransi kuparin ja koboltin eluoitumisprofiilien erottumista. Kumulatiivinen kuparin puhtaus jäi kuitenkin alle 70 % (60.8 % ja 69.4 %), mikä osoittaa, että yksivaiheinen eluointi ei riitä puhtaan kuparifraktion tuottamiseen talteenottoa varten.

This bachelor’s thesis studied the elution step of the ion exchange process for removing copper from cobalt electrolyte. Ion exchange is used in hydrometallurgy for metal recovery and for the removal of trace metals. The purpose of the elution step is to remove the ions from the ion exchange resin while regenerating it for the next cycle. Although copper is primarily considered an impurity in cobalt electrolytes, its recovery from the eluate stream could be possible with proper adjustments in the elution process.

In the experimental part of this thesis, the effect of eluent acid concentration on the elution of ion exchange resin loaded with copper-containing cobalt electrolytes was studied. In the experiments, different sulfuric acid concentrations were tested as eluents on iminodiacetate resins with varying copper (and cobalt) loadings. The results of the elution experiments were evaluated based on the elution degrees, elution rates, elution profiles, and the cumulative purities of the eluate fractions achieved with the eluents. The aim was to investigate the performance of the original (2.2 M) and the more diluted (1 M) eluent in the elution process.

Based on the results, similar elution degrees were achieved with both sulfuric acid concentrations (70-80 % in batch experiments, 66-80 % in column experiments), indicating that both tested acids are suitable as eluents. The more dilute 1 M sulfuric acid slowed down the elution rate of copper, which improved the separation of the copper and cobalt elution profiles. However, the cumulative copper purity remained below 70 % (60.8 % for 2.2 M eluant and 69.4 % for 1 M eluant), demonstrating that single-stage elution is insufficient for producing a pure copper fraction for recovery.