Jatkuvatoiminen ioninvaihto ja kompleksoituvien metallien sorptio kloridiympäristössä

Työn tarkoituksena oli tutkia kompleksoituvien metallien erotusta kloridiliuoksesta ioninvaihdolla. Kirjallisessa osassa perehdyttiin metallikompleksien muodostumiseen, ja erityisesti hopean, kalsiumin, magnesiumin, lyijyn ja sinkin muodostamiin komplekseihin kloridin ja nitraatin kanssa. Kirjallisessa osassa käsiteltiin myös metallien erottamista kiintopetikolonneissa jatkuvatoimisilla ioninvaihtomenetelmillä. Tässä työssä jatkuvatoimisen ioninvaihdon prosessivaihtoehdot jaoteltiin pyöriviin ja paikallaan pysyviin kolonneihin, sekä tarkasteltiin eri prosessivaihtoehtoja kolonnien kytkentöjen suhteen. Työn kokeellisessa osassa tutkittiin kahdenarvoisten metallien erottamista yhdenarvoisista metalleista sekä luotiin koedataa vastaavanlaisen erotusprosessin simulointiin. Kokeissa käytettiin anioninvaihtohartsia ja kelatoivaa selektiivistä ioninvaihtohartsia. Kahdenarvoisen kalsiumin, magnesiumin, lyijyn ja sinkin adsorptiota hartseihin tutkittiin tasapaino-, kinetiikka- ja kolonnikokeilla. Anioninvaihtohartsilla tehtyjen tasapaino- ja kolonnikokeiden tulokset osoittivat, että hartsi adsorboi tehokkaasti sinkkiä kloridiliuoksista, koska sinkki muodostaa stabiileja anionisia klorokomplekseja. Muiden tutkittujen kahdenarvoisten metallien adsorptio hartsiin oli huomattavasti vähäisempää. Tulosten perusteella tutkittu anioninvaihtohartsi on hyvä vaihtoehto sinkin erottamiseen muista tutkituista kahdenarvoisista metalleista kloridiympäristössä. Kelatoivalla hartsilla tehdyt tasapaino- ja kolonnikokeet osoittivat, että hartsi adsorboi kloridiliuoksista hyvin kahdenarvoista kalsiumia, magnesiumia, lyijyä ja sinkkiä, mutta ei adsorboi yhdenarvoista hopeaa. Tulosten perusteella kahdenarvoisten metallien erottaminen yhdenarvoisista metalleista voidaan toteuttaa kokeissa käytetyllä kelatoivalla ioninvaihtohartsilla.

The objective of this work was to study separation of complexing metals from chloride solution by ion exchange. Formation of the metal complexes, and particularly silver, calcium, magnesium, lead and zinc complexes with chloride and nitrate, was reviewed in the literature part. Separation of the metals by continuous ion exchange techniques in fixed bed columns was also discussed in the literature part. In this work the equipment of continuous ion exchange was divided into rotating and stationary column systems and the column configurations in the different process alternatives were studied. In the experimental part the separation of divalent metals from monovalent metals and generation of experimental data for simulation of the similar separation process was studied. An anion exchange resin and a selective chelating ion exchange resin were used in the experiments. Adsorption of divalent calcium, magnesium, lead and zinc to the resins was studied by equilibrium, kinetic and column experiments. The results of the equilibrium and column experiments with the anion exchange resin showed that the resin efficiently adsorbs zinc from chloride solutions, because zinc forms stable anionic chloro complexes. Adsorption of other studied divalent metals to the resin was considerably weaker. The results showed that the studied anion exchange resin is a good choice for separation of zinc from other studied divalent metals in chloride media. The equilibrium and column experiments with the chelating resin showed that the resin strongly adsorbs divalent calcium, magnesium, lead and zinc from chloride solutions, but it does not adsorb monovalent silver. The results showed that separation of divalent metals from monovalent metals may be carried out by the chelating ion exchange resin that was used in experiments.