Pyridyyliryhmän sisältävien erotusmateriaalien ominaisuudet ja soveltaminen hydrometallurgiassa

Diplomityössä tutkittiin silikarunkoisen, pyridyyliryhmän sisältävän erotusmateriaalin kykyä erottaa selektiivisesti kuparia, nikkeliä, kobolttia ja kadmiumia sinkkisulfaattiliuoksista. Erotuskykyä verrattiin kolonnikokein toiseen kaupalliseen polystyreenidivinyylibentseenirunkoiseen (PS-DVB) erotusmate-riaaliin, jonka funktionaalinen ryhmä on samantyyppinen. Silikarunkoisen erotusmateriaalin happo-emäsominaisuuksia selvitettiin titrauksin. Metallien sitoutumisen kinetiikkaa ja eluointia verrattiin PS-DVB-runkoisen erotus-materiaalin kirjallisuudessa esitettyihin tuloksiin. Lisäksi määritettiin kummankin erotusmateriaalin partikkelikokojakaumat. Silikarunkoisen materiaalin havaittiin turpoavan noin 4 % muutettaessa se vapaastaemäsmuodosta happomuotoon. Turpoaminen oli huomattavasti vähäisempää kuin PS-DVB-runkoisella materiaalilla. Silikarunkoisen erotus-materiaalin titrauksen tuloksena voitiin todeta, että se oli heikosti emäksinen. Titrauskäyrä muistutti PS-DVB-runkoisen erotusmateriaalin titrauskäyrää, vaikka erotusmateriaalien protonoitumisalueet olivat hieman erilaiset. Tämä johtuu siitä, että silikarunkoisen materiaalin funktionaaliset ryhmät poikkeavat rakenteeltaan hieman PS-DVB-runkoisesta materiaalista. Tasapainokokeet osoittivat, että silikarunkoinen erotusmateriaali adsorboi tutkituista metalleista eniten kuparia ja nikkeliä ja vähiten sinkkiä. Kaikkien tutkittujen metallien eluointi silikarunkoisesta erotusmateriaalista onnistui rikkihapolla toisin kuin PS-DVB-runkoisesta erotusmateriaalista, jonka regenerointiin tarvitaan rikkihappoa tai ammoniumhydroksidia riippuen siitä, mitä metalleja siihen on ladattu.

The selective removal of copper, nickel, cobalt and cadmium from zinc sulphate solution was studied using asilica-based separation material containing pyridyl groups. The metal binding properties were compared to polystyrene-divinylbenzene (PS-DVB) -based reference material with column experiments. The functional groups of both materials are similar according to the manufacturers. The acid-base-properties of the silica based separation material were determined by titrations. The metal ion binding kinetics and the elution were studied and they were compared with the PS-DVB-based material. The particle size distributions of both separation materials were also determined. The silica-based separation material swelled about 4 %, when changed from free base form to acid form. This was much less than the swelling of the PS-DVB-based material. The titration results of the silica-based material showedthat it is weakly basic. The titration curve resembled the titration curve of the PS-DVB-based material, even though there were some differences between the protonation areas. This is because the structure of the functional groups of the silica-based material differ slighly from the PS-DVB-based material. The results of the equilibrium experiments showed that the silica-based material is most selective for copper and nickel and least selective for zinc among the investigatedmetals. Each of the metals could be eluted with sulphuric acid from the silica-based material. The PS-DVB-based material requires either sulphuric acid or ammonium hydroxide for the regeneration, depending on the metal in question. Columnruns showed that the silica-based separation material adsorbs better copper from concentrated zinc sulphate solutions than the PS-DVB-based material. The otherinvestigated metals were not adsorbed in both beds. The results of repetitive column experiments showed that the copper capacity of the silica based material remains during four load-rinse-regeneration cycles. Furthermore, no metal ions are irreversibly accumulated on the silica-based material during the four cycles.