Koboltin ja nikkelin poisto sinkkisulfaattiliuoksesta ioninvaihdolla

Abstract

Työssä tutkittiin kahden silikapohjaisen erotusmateriaalin soveltuvuutta nikkelin ja koboltin poistoon sinkkisulfaattiliuoksista. Suurin osa kokeista tehtiin ioninvaihtimella, jonka funktionaalinen ryhmä on iminodietikkahappo. Vertailuerotusmateriaalin toiminta perustui adsorptioon. Liuoksina käytettiin sekä autenttista prosessiliuosta että synteettistä ZnSO4-liousta. Ioninvaihtimen kestävyyskokeissa selvisi, että tutkittu ioninvaihdin kestää hyvin sekä 60 oC lämpötilan että happamia olosuhteita. Emäksisissä liuoksissa silikarunko ei kestä. Jo 0,1 M NaOH-liuos liuottaa merkittävästi hartsia vuorokauden aikana.

Vaihtimen vetyionikapasiteetiksi saatiin titrauksella 2,3 mekv/g. Tasapainokokeilla saatiin selville, että ioninvaihdin on selektiivinen nikkelille sinkin suhteen ja että selektiivisyys kasvaa liuoksen pH:n laskiessa. Koboltille ioninvaihdin ei ole selektiivinen sinkin suhteen. Mikäli sinkin pitoisuus on tuhansia kertoja nikkelin pitoisuutta suurempi, ei ioninvaihtimen Ni-selektiivisyys riitä myöskään nikkelille.

Synteettisillä ZnSO4-liuoksilla tehtyjen kolonnikokeiden perusteella havaittiin, että tutkitulla ioninvaihtimella voidaan laimeista ZnSO4-liuoksista poistaa nikkeliä selektiivisesti. Nikkelin eluointi onnistui helposti 1 M H2SO4:lla. Vertailukokeen perusteella oli ioninvaihtimen Ni/Zn-selektiivisyys referenssiadsorbentin Ni/Zn-selektiivisyyttä pienempi.

Ioninvaihtokolonnin mallintaminen ei onnistunut riittävän hyvin kuvaamaan ioninvaihtimessa tapahtuvaa samanaikaista ioninvaihtoa ja adsorptiota. Sen sijaan kun kolonnissa oli vertailumateriaalina käytetty adsorbentti, saatiin kolonnikokeiden tulokset mallilla hyvin ennustettua.

In this work, two silica based separation materials and their potential to remove nickel and cobalt from zinc sulfate solutions were studied. Most of the experiments were done with an ion exchanger with functional group being iminodiacetate. The way of action of the other material was based on adsorption. The feed liquids in the tests were an authentic ZnSO4 process solution and a synthetic ZnSO4 solution. Degradation tests proved that acidic conditions and the temperature of 60 oC do not damage the ion exchanger, but in alkaline conditions the silica base starts to dissolve.

The hydrogen ion capacity of the ion exchanger is 2.3 meq/g measured by titration. Equilibrium studies showed that the ion exchanger is selective for nickel against zinc and that the selectivity increases with decreasing pH. The ion exchanger does not have selectivity for cobalt against zinc. In concentrated ZnSO4 solutions the selectivity for nickel is not sufficient to remove it either.

The results from the dynamic column experiments with the synthetic ZnSO4 solution showed that Ni can be removed from dilute ZnSO4 solutions with the ion exchanger. The elution of nickel can be carried out with 1 M H2SO4 solution. The comparison tests showed that the studied ion exchanger has lower Ni/Zn selectivity than the reference adsorbent. The modeling of the ion exchange column was not successful, as the model could not satisfactorily describe the complicated equilibria in the stationary phase. However, the model of the reference adsorbent column described very well the column performance.