Сорбционное извлечение ионов никеля (II) и марганца (II) из водных растворов
- 1 — инженер-технолог АО «Уралэлектромедь» ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
- 2 — канд. техн. наук начальник технического отдела АО «Уралэлектромедь» ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
- 3 — д-р техн. наук главный специалист АО «Уралэлектромедь» ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
- 4 — д-р техн. наук заведующий кафедрой Технический университет УГМК ▪ Orcid ▪ Elibrary ▪ Scopus ▪ ResearcherID
Аннотация
Шахтные воды месторождений цветных металлов зачастую загрязнены ионами никеля и марганца. Поступление данных ионов, в особенности никеля, в поверхностные водоемы и подземные водоносные горизонты нежелательно, поскольку оказывает негативное влияние на живые организмы, ухудшает состояние источников питьевого водоснабжения. Одним из перспективных способов, позволяющих селективно извлекать ионы никеля и получать пригодный для дальнейшего использования элюат, является сорбция слабокислотными катионитами с хелатными группами иминодиуксусной кислоты. В рамках исследования были получены изотермы сорбции ионов никеля и марганца катионитом Lewatit MonoPlus TP 207 в моно- и двухкомпонентных системах. В монокомпонентных системах максимальная статическая обменная емкость (СОЕ) катионита по ионам никеля составляет 952 ммоль/дм 3 , а в двухкомпонентных – 741 ммоль/дм 3 ; по ионам марганца – 71 ммоль/дм 3 и 49 ммоль/дм 3 соответственно. Очевидно, что исследуемый катионит обладает большей емкостью по ионам никеля, нежели по ионам марганца. Установлено влияние роста температуры с 300 до 330 К на сорбцию ионов никеля и марганца: в монокомпонентных системах максимальная степень извлечения первых увеличивается с 65 до 77 % (СОЕ – с 337 до 399 ммоль/дм 3 ), вторых – с 21 до 35 % (СОЕ – с 140 до 229 ммоль/дм 3 ); в двухкомпонентных извлечение ионов никеля возрастает с 59 до 78 % (СОЕ – с 307 до 429 ммоль/дм 3 ), а ионов марганца – снижается с 20 до 17 % (СОЕ – с 164 до 131 ммоль/дм 3 ). Преимущественный рост показателей обусловлен заполнением сорбционных центров ионообменной смолы, являющихся энергетически невыгодными для обмена противоионами при более низкой температуре. Определено влияние рН раствора на сорбцию: интенсификация процесса для ионов никеля наблюдается в диапазоне рН 8,0-8,5 в монокомпонентном растворе и 8,0-9,0 – в двухкомпонентном, для ионов марганца – в диапазоне 8,0-9,5 в обоих случаях. Рост степени извлечения ионов и обменной емкости ионита по мере увеличения рН связан с появлением однозарядных гидроксокатионов, диссоциацией функциональных групп сорбента и, в некоторой степени, с последующим образованием нерастворимых форм никеля и марганца. Однако с ростом рН наблюдается снижение селективности извлечения никеля: коэффициент разделения ионов уменьшается с 14,0 до 6,0 в диапазоне рН 6,0-11,0.
Литература
- Belova T.P. Sorption kinetics of copper, nickel and cobalt ions in the joint presence of zeolites from aqueous solutions. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2018. Vol. 18. N 3, p. 324-331. DOI: 10.17308/sorpchrom.2018.18/535
- (in Russian).
- Zakharov A.G., Prusov A.N., Voronova M.I. Applicability of the theory of micropore volumetric filling to sorption from solutions on natural and synthetic polymers. Sb. nauchnykh trudov IKHR RAN “Problemy khimii rastvorov i tekhnologii zhidkofaznykh materialov”. Ivanovo: Institut khimii rastvorov im. G.A.Krestova RAN, 2001, p. 202-210 (in Russian).
- Chirkst D.Eh., Cheremisina O.V., Ivanov M.V., Chistyakov A.A., Zhadovskii I.T. Study of the kinetics of sorption of nickel cations by a pyrolusite-containing sorbent. Zapiski Gornogo instituta. 2006. Vol. 169, p. 213-218 (in Russian).
- Kalyukova E.N., Ivanskaya N.N. Quantitative characteristics of the sorption process of nickel (II) and manganese (II)
- cations on a natural flask sorbent. Bashkirskii khimicheskii zhurnal. 2009. Vol. 16. N 3, p. 54-58 (in Russian).
- Kats Eh.M., Nikashina V.A., Bychkova Ya.V. Kinetics of sorption of heavy metals from surface water on natural and modified polyethyleneimine clinoptolitol of the Kholinsky deposit. Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy. 2016. Vol. 16. N 1, p. 36-43 (in Russian).
- Kokotov Yu.A. Ionites and ion exchange. Leningrad: Khimiya, 1980, p. 152 (in Russian).
- Kurdyumov V.R., Timofeev K.L., Lebed A.B., Maltsev G.I. Technology for integrated treatment of mine water with associated extraction of non-ferrous metals. Tsvetnye metally. 2017. N 12, p. 25-29. DOI: 10.17580/tsm.2017.12.03 (in Russian).
- Timofeev K.L. Sorption of heavy metals from effluents of mining and metallurgical enterprises: Avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk. Uralskii federalnyi universitet imeni pervogo Prezidenta Rossii B.N.Eltsina. Ekaterinburg, 2013, p. 24 (in Russian).
- Kharionovskii A.A. Integrated treatment of mine and quarry waters from industrial pollution. Shakhty: Izd-vo YURO AGN, 2000, p. 238 (in Russian).
- Akpomie K.G., Dawodu F.A. Efficient abstraction of nickel (II) and manganese (II) ions from solution onto an alkaline-modified montmorillonite. Journal of Taibah University for Science. 2014. Vol. 8. Iss. 4, p. 343-356. DOI: 10.1016/j.jtusci.2014.05.001
- Atia A.A., Donia A.M., Yousif A.M. Removal of some hazardous heavy metals from aqueous solution using magnetic chelating resin with iminodiacetate functionality. Separation and Purification Technology. 2008. Vol. 61. Iss. 3, p. 348-357. DOI: 10.1016/j.seppur.2007.11.008
- Biela R., Kučera T. Efficacy of sorption materials for nickel, iron and manganese removal from water. Procedia Engineering. 2016. N 162, p. 56-63. DOI: 10.1016/j.proeng.2016.11.012
- Botelho Jr. A.B., Dresinger D.B., Espinosa D.C.R. A review of nickel, copper and cobalt recovery by chelating ion exchange resins from mining processes and mining tailings. Mining, Metallurgy & Exploration. 2019. Vol. 36. Iss. 1, p. 199-213. DOI: 10.1007/s42461-018-0016-8
- Dizge N., Keskinler B., Barlas H. Sorption of Ni (II) ions from aqueous solution by Lewatit cation-exchange resin. Journal of Hazardous Materials. 2009. Vol. 167. Iss. 1-3, p. 915-926. DOI: 10.1016/j.hazmat.2009.01.073
- Botelho Jr. A.B., Espinosa D.C.R., Dreisinger D.B., J.A.S.Tenόrio Effect of pH to recover Cu(II), Ni(II), and Co(II) from nickel laterite leach using chelating resins. Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração 2019. Vol. 16, p. 135-140. DOI: 10.4322/2176-1523.20191575
- Arevalo E., Fernandez A., Rendueles M., Diaz M. Equilibrium of metals with iminodiacetic resin in binary and ternary systems. Solvent extraction and ion exchange. 1999. Vol. 17. Iss. 2, p. 429-454. DOI: 10.1080/07366299908934622
- Hubicki Z., Kolodynska D. Selective removal of heavy metal ions from waters and waste waters using ion exchange methods. Ion Exchange Technologies. Istanbul: IntechOpen, 2012, p. 193-240. DOI: 10.5772/51040
- Kuzmin V.I., Kuzmin D.V. Sorption of nickel and copper from leach pulps of low-grade sulfide ores using Purolite S930 chelating resin. Hydrometallurgy. 2014. Vol. 141, p. 76-81. DOI: 10.1016/j.hydromet.2013.10.007
- Otrembska P., Gega J. Separation of nickel (II) and cadmium (II) with ion-exchange process. Separation Science and Technology. 2012. Vol. 47. Iss. 9, p. 1345-1349. DOI: 10.1080/01496395.2012.672520
- Padh B., Rout P.C., Mishra G.K., Suresh K.R., Ramachandra Reddy B. Recovery of nickel and molybdate from ammonical leach liquors of spent HDS catalyst using chelating ion exchange resin. Hydrometallurgy. 2019. Vol. 184, p. 88-94. DOI: 10.1016/j.hydromet.2019.01.001
- Sing K.S.W., Everett D.H., Haul R.A.W., Moscou L., Pierotti R.A., Rouquerol J., Siemieniewska T. Reporting physisorption data for gas/solid systems with special reference to the determination of surface area and porosity. Pure and Applied Chemistry. 1985. Vol. 57. Iss. 4, p. 603-619. DOI: 10.1351/pac198557040603
- Timofeev K., Kurdiumov V., Maltsev G. Sorption and membrane technologies for mine water purification. Materials Science Forum. 2019. Vol. 946, p. 621-627. DOI: 10.4028/ www.scientific.net/MSF.946.621
- Wolkersdorfer C., Bowel R. Contemporary reviews of mine water studies in Europe. Part 2. Mine Water and the Environment. 2005. Vol. 24, p. 2-37. DOI: 10.1007/s10230-005-0068-0