The use of ion exchangers for removing cobalt and nickel ions from water solutions

• Autorzy: Bożęcka A. M. , Sanak-Rydlewska S.

Identyfikatory

DOI

10.24425/123688

Warianty tytułu

PL

Wykorzystanie wymieniaczy jonowych do usuwania jonów kobaltu i niklu z roztworów wodnych

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The paper presents results of research on cobalt and nickel ions removal from monocomponent solutions using Purolite ion exchange resins. It has been shown that C 160 ion exchange resin has the best sorption properties for both ions (Qe - 72.5 mg Co/g and 88.2 mg Ni/g). Regeneration process of this ion exchanger has high efficiency, achieving about 93% for cobalt ions and about 84% in case of nickel ions. It has been shown that the use of ion exchange method with suitable ion exchange resins guarantees effective removal of cobalt and nickel ions from solutions with very high concentrations corresponding to contents of these metals in industrial wastewaters (e.g. galvanic). In case of C 160 ion exchange resin, after the sorption process is carried out in one 50 minute cycle, the cobalt concentration decreased from about 30 000 mg/L to about 9 500 mg/L (approx. 68%), whereas nickel concentration reached about 6 300 mg/L (approx. 79%). Studied chelating resins don’t have such high sorption capacities. In their case, it is required to convert cobalt and nickel ions into complex forms. The kinetics of studied processes were described by pseudo-second order equations.

PL

Rozwój przemysłu znacznie wpływa na stan środowiska naturalnego. Zanieczyszczenia emitowane do wód, gleb i powietrza na skutek działalności człowieka stanową zagrożenie dla zdrowia i życia organizmów żywych. Wśród tych substancji, jako szczególnie niebezpieczne wymienia się metale toksyczne. W ich grupie znajduje się również kobalt i nikiel, których głównym źródeł emisji do środowiska jest przemysł elektrochemiczny i metalurgiczny. Pierwiastki te są stosunkowo rzadkimi i cennymi metalami, dlatego ważne jest poszukiwanie dodatkowych źródeł i metod ich odzysku. Przedmiotem badań były żywice jonowymienne firmy Purolite, które zastosowano do usuwania jonów kobaltu i niklu z roztworów monoskładnikowych o stężeniach odpowiadających zawartościom tych metali w ściekach galwanicznych (ok. 30 000 mg/dm3). W oparciu o wyniki badań można stwierdzić, że najlepsze właściwości sorpcyjne zarówno w stosunku do jonów kobaltu jak i niklu wykazuje kationit C 160. Zdolności sorpcyjne pozostałych jonitów maleją w szeregu S 950 > S 930 > S 910 > S 920. W kolejnym etapie sprawdzono możliwość regeneracji badanych jonitów za pomocą 10% roztworów kwasu azotowego(V) lub kwasu solnego. Proces regeneracji jonów kobaltu zachodzi z większą wydajnością w porównaniu do jonów niklu. Wykazano, że metodą wymiany jonowej z użyciem odpowiednich żywic jonowymiennych można skutecznie usuwać jony kobaltu i niklu z roztworów o bardzo wysokich stężeniach, odpowiadających zawartościom tych metali w ściekach przemysłowych (m.in. galwanicznych). W przypadku jonitu C 160, po procesie sorpcji wykonanym w jednym, 50 minutowym cyklu, stężenie kobaltu obniżyło się z ok. 30 000 mg/dm3 do wartości ok. 9500 mg/dm3 (ok. 68%), natomiast stężenie niklu osiągnęło wartość ok. 6300 mg/dm3 (ok. 79%) (Tab. 2 i 3). Badane jonity chelatujące nie osiągają tak wysokich pojemności sorpcyjnych. W ich przypadku wymagane jest przeprowadzenie jonów kobaltu i niklu w formy kompleksowe.

Słowa kluczowe

EN

ion exchange resins; cobalt ions; nickel ions; ion exchange kinetics

PL

żywice jonowymienne; jony kobaltu i niklu; kinetyka wymiany jonowej

• Wydawca: Instytut Mechaniki Górotworu PAN
• Czasopismo: Archives of Mining Sciences
• Rocznik: 2018
• Tom: Vol. 63, no. 3
• Strony: 633--646
• Opis fizyczny: Bibliogr. 35 poz., tab., wykr.

Twórcy

autor

Bożęcka A. M.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

autor

Sanak-Rydlewska S.

• AGH University of Science and Technology, Faculty of Mining and Geoengineering, al. A. Mickiewicza 30, 30-059 Krakow, Poland

Bibliografia

• [1] Abbasi P., McKevitt B., Dreisinger D.B., 2018. The kinetics of nickel recovery from ferrous containing solutions Rusing an Iminodiacetic acid ion exchange resin. Hydrometallurgy 175, 333-339.
• [2] Argun M. E., Dursun S., Karatas M., 2009. Removal of Cd(II), Pb(II), Cu(II) and Ni(II) from water using modified pine bark. Desalination 249, 519-527.
• [3] Bożęcka A., Bożęcki P., Sanak-Rydlewska S., 2016. Removal of Pb(II) and Cd(II) ions from aqueous solutions with selected organic waste. Physicochemical Problems of Mineral Processing 52/1, 380-396.
• [4] Burzyńska L., Gumowska W., Rudnik E., 2002. Przegląd hydrometalurgicznych technologii odzysku kobaltu. Cz. I. Rudy i Metale Nieżelazne 47, 3, 122-127. Ibid. Cz. II. 47, 4, 168-173. Ibid. Cz. III, 47, 6, 277-281. Ibid. Cz. IV. 47, 8, 383- 386, [in Polish].
• [5] Craig J.R., Vaughan D.J., Skinner B.J., 2003. Zasoby Ziemi. Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, [in Polish].
• [6] Duman O., Ayranci E., 2010. Attachment of benzo-crown ethers onto activated carbon cloth to enhance the removal of chromium, cobalt and nickel ions from aqueous solutions by adsorption. Journal of Hazardous Materials 176, 1-3, 15, 231-238.
• [7] Environmental Health Criteria 108, 1991. Nickel, International Programme on Chemical Safety (IPCS), World Heath Organization, Geneva.
• [8] Eyupoglu V., Kumbasar R.A., 2015. Extraction of Ni(II) from spent Cr–Ni electroplating bath solutions using LIX 63 and 2BDA as carriers by emulsion liquid membrane technique. Journal of Industrial and Engineering Chemistry 21, 303-310.
• [9] Foroutan R., Esmaeili H., Rishehri S.D., Sadeghzadeh F., Mirahmadi S., Kosarifard M., Ramavandi B., 2017. Zinc, nickel, and cobalt ions removal from aqueous solution and plating plant wastewater by modified Aspergillus flavus biomass. Data in Brief 12, 485-492.
• [10] Ivanova D., Kadukova J., Kavulicova J., 2016. Comparison of biosorbents and ion exchanger efficiency for copper ions removal. Journal of the Polish Mineral Engeneering Society. June, 129-133.
• [11] Jancarova J., Luptakova A., 2017. The application of biogenically created sorbent for metal ions elimination. Journal of the Polish Mineral Engeneering Society. June, 77-82.
• [12] Kasaini H., Kekana P.T., Saghti A.A., Bolton K., 2013. Adsorption Characteristic of Cobalt and Nickel on Oxalate-Treated Activated Carbons in Sulphate Media. World Academy of Science, Engineering and Technology 76, 707-721.
• [13] Kołodziej B., Adamski Z., Włodek T., 2002. Investigations on obtaining cathodic cobalt in a diaphragm type electrolyser. Fizykochemiczne Problemy Mineralurgii 36, 290-298.
• [14] Kozłowski C.A., Jabłońska J., 2003. Zastosowanie amin do wydzielania jonów cynku i kadmu za pomocą ekstrakcji i ciekłych membran. Przemysł Chemiczny 82/1, 27-34, [in Polish].
• [15] Landaburu-Aguirre J., Pongracz E., Keiski R.L., 2011. Separation of cadmium and copper from phosphorous rich synthetic waters by micellar-enhanced ultrafiltration. Separation and Purification Technology 81, 41-48.
• [16] Langauer-Lewowicka H., Pawlas K., 2012. Rola kobaltu w ekosystemie – prawdopodobieństwo niepożądanego działania. Medycyna Środowiskowa 15, 4, 139-141, [in Polish].
• [17] Legget R. W., 2008. The biokinetics of inorganic cobalt in human body. Science of the Total Environment 389, 259-269.
• [18] Li B., Liu F., Wang J., Ling C., Li L., Hou P., Li A., Bai Z., 2012. Efficient separation and high selectivity for nickel from cobalt-solution by a novel chelating resin: Batch, column and competition investigation. Chemical Engineering Journal 195-196, 31-39.
• [19] Li Q., Fu L., Wang Z., Li A., Gao C., 2017. Synthesis and characterization of a novel magnetic cation exchange resin and its application for efficient removal of Cu2+ and Ni2+ from aqueous solutions. Journal of Cleaner Production 165, 801-810.
• [20] Minczewski J., Marczenko Z., 2012. Chemia analityczna. Tom 1, Państwowe Wydawnictwo Naukowe, Warszawa, [In Polish].
• [21] Nadimi H., Amirjani A., Fatmehsari D.H., Firoozi S., Azadmehr A., 2014. Effect of tartrate ion on extraction behavior of Ni and Co via D2EHPA in sulfate media. Minerals Engineering 69, 177-184.
• [22] Purolite. Product data sheets: C 160, S 950, S 930, S 920, S 910. [Online] Available at: www.purolite.pl [Accessed: 1 June 2017].
• [23] Sanak-Rydlewska S., Gala A., 2011. Metody odzysku niektórych metali z konkrecji oceanicznych. Górnictwo i Geoinżynieria 35, 4/1, 341-351, [in Polish].
• [24] Sapota A., Darago A., 2012. Kobalt i jego związki nieorganiczne w przeliczeniu na Co. Dokumentacja dopuszczalnych wielkości narażenia zawodowego. Approved by committees NDS and NDN: 3. 032010, [in Polish].
• [25] Sari A., Tuzen M., 2008. Biosorption of Pb(II) and Cd(II) from aqueous solution using green alga (Ulva lactuca) biomass. Journal of Hazardous Materials 152, 302-308.
• [26] Seńczuk W. red., 2002. Toksykologia. Warszawa, Wydawnictwo Lekarskie PZWL, [in Polish].
• [27] Stefan D.S., Meghea I., 2014. Mechanism of simultaneous removal of Ca2+, Ni2+, Pb2+ and Al3+ ions from aqueous solutions using Purolite S930 ion exchange resin. Comptes Rendus Chimie 17, 5, 496-502.
• [28] Sulaymon A.H., Abid B.A., Al-Najar J.A., 2009. Removal of lead copper chromium and cobalt ions onto granular activated carbon in batch and fixed-bed adsorbers. Chemical Engineering Journal 155, 3, 647-653.
• [29] Szymanowski J.,1997. Postęp w zakresie przemysłowego wykorzystania ekstrakcji metali. Rudy i Metale Nieżelazne 6, 275-278, [in Polish].
• [30] Takeno N., 2005. Atlas of Eh-pH diagrams. Intercomparison of thermodynamic databases. Geological Survey of Japan Open File Report No 419. Japan: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology Research Center for Deep Geological Environments.
• [31] Tomczak E., Sulikowski R., 2010. Opis równowagi i kinetyki sorpcji jonów metali ciężkich na klinoptylolicie. Inżynieria i Aparatura Chemiczna 49, 1, 113-114, [in Polish].
• [32] Wang L.Y., Lee M.S., 2017. Recovery of Co(II) and Ni(II) from chloride leach solution of nickel laterite ore by solvent extraction with a mixture of Cyanex 301 and TBP. Journal of Molecular Liquids 240, 345-350.
• [33] Yenphan P., Chanachai A., Jiraratananon R., 2010. Experimental study on micellar-enhanced ultrafiltration (MEUF) of aqueous solution and wastewater containing lead ion with mixed surfactants. Desalination 253, 30-37.
• [34] Zainol Z., Nicol M. J., 2009. Comparative study of chelating ion exchange resins for the recovery of nickel and kobalt from laterite leach tailings. Hydrometallurgy 96, 4, 283-287.
• [35] Zhang L., Hessel V., Peng J., 2018. Liquid-liquid extraction for the separation of Co(II) from Ni(II) with Cyanex 272 using a pilot scale Re-entrance flow microreactor. Chemical Engineering Journal 332, 131-139.

Uwagi

PL

Opracowanie rekordu w ramach umowy 509/P-DUN/2018 ze środków MNiSW przeznaczonych na działalność upowszechniającą naukę (2019)