Düşük konsantrasyonlu nikel çözeltilerinin Dowex M4195 şelatlayıcı reçine yardımıyla zenginleştirilmesi

Düşük Konsantrasyonlu Nikel Çözeltilerinin Dowex M4195 Şelatlayıcı Reçine Yardımıyla Zenginleştirilmesi isimli çalışmanın odak noktası düşük konsantrasyonlu nikel içerikli liç çözeltilerinin zenginleştirilmesidir. Bu çalışmada sentetik nikel çözeltisi kullanılarak Dowex M4195 şelatlayıcı reçinesinin nikel kazanımındaki etkinliği araştırılmıştır. Çalışmanın ilk aşamasında Dowex M4195 reçinesinin; farklı reçine/çözelti oranı, pH ve sıcaklık altındaki nikel absorpsiyon özellikleri incelenmiştir. Absorpsiyon deneylerinde 1000 ppm Ni2+ konsantrasyonunda çözelti kullanılmıştır. Farklı reçine/çözelti oranının denendiği (15-20-25-30 g/L) deneysel çalışmalarda maksimum absorpsiyon verimi 30 g/L reçine içeren çözeltide sağlanmıştır. 30 g/L reçine içeren çözeltiden 24 saatin sonunda Ni2+ iyonlarının %92,68 oranında absorplandığı tespit edilmiştir. Sonraki çalışmaların tamamında nikel içeren çözeltilere 30 g/L olacak şekilde reçine ilavesi yapılmıştır. Absorpsiyon deneylerinin ikinci aşamasında pH'ın absorpsiyon üzerine etkisi incelenmiştir. pH 0,8-4 arasında 6 saat süre ile gerçekleştirilen deney sonucunda pH düştükçe nikel absorpsiyonunun sınırlandığı tespit edilmiştir. pH 0,8'de absorpsiyon verimi %16,0 iken pH 2 için %83,9, pH 3 için %85,3 ve pH 4 için 85,9 olarak tespit edilmiştir. Liç işlemi sonrası elde edilen çözeltinin asidik pH'larda kalacağı göz önünde bulundurularak çalışma koşulları pH: 2 olacak şekilde sabitlenip devam edilmiştir. Sıcaklığın absorpsiyona etkisinin incelendiği çalışmalarda sıcaklık arttıkça absorpsiyon hızının arttığı ve absorplanan metal iyon miktarının arttığı görülmüştür. Bununla birlikte reçinelerin organik yapıya sahip olmalarından ötürü azami 65°C'de kullanılabilmektedir. Oda sıcaklığından gerçekleştirilen deneyde absorpsiyon verimi %83,03 iken; 40°C'de %83,53 ve 55°C'de %87,27'ye kadar yükseltmektedir. Farklı sıcaklıklarda alınan deney sonuçları, Brykina metodu kullanılarak incelenmiş ve absorpsiyona ait aktivasyon enerjisi 10,85 kj/mol olarak bulunmuştur. Literatürdeki çalışmalar Dowex M4195 IXR üzerine absorplanan Ni2+ iyonlarının 100 g/L H2SO4 ile sıyırılabileceği vurgulanmaktadır. Bu değer yaklaşık 1M H2SO4 çözeltisine tekabül etmektedir. 1M H2SO4 çözeltisi kullanılması ve 300 g/L reçine konsantrasyonunun kullanılması halinde %78,55 elüsyon verimiyle 7150 ppm konsantrasyona sahip Ni2+ çözeltisi elde edilmiştir. Reçine konsantrasyonunun azalması elüsyon verimini arttırmaktadır ancak bununla birlikte elde edilen eluatın Ni2+ içeriği düşmektedir. Sonuç olarak %78,55 elüsyon verimiyle 300 g/L reçine konsantrasyonu kullanılarak gerçekleştirilen elüsyon ile en uygun verim elde edilmiştir. 300 g/L reçine konsantrasyonu kullanılarak farklı H2SO4 konsantrasyonlarında gerçekleştirilen elüsyon işlemleri neticesinde efektif bir elüsyon işlem için H2SO4 konsantrasyonunun 1M olması gerektiği görülmüştür. Asit konsantrasyonunun azalmasına bağlı olarak elde edilen elüat içerisindeki Ni2+ konsantrasyonu da dramatik bir şekilde azalmaktadır. Liç çözeltisinin, önceki deneylerde kullanılan sentetik çözeltinin 1/10'u oranında Ni2+ içerdiği göz önüne alınarak; liç çözeltisi kullanılarak gerçekleştirilen absorpsiyon işleminde 3 g/L ve 30 g/L olmak üzere iki farklı R/Ç oranı kullanılmıştır. Konsantrasyonun düşük olması 3 g/L R/Ç kullanılan deneyde absorpsiyon hızına büyük oranda etki etmektedir. Ancak 30 g/L R/Ç oranı kullanılarak gerçekleştirilen deneyde absorpsiyon hızlı bir şekilde devam etmektedir. Reçine konsantrasyonunun 3 g/L olduğu durumda 5 saatin sonunda %72,0 absorpsiyon verimi elde edilirken bu değer 30 g/L reçine konsantrasyonu için %90,3 seviyesindedir. Nikel liç çözeltisine 30 g/L R/Ç oranı kullanılarak gerçekleştirilen absorpsiyon işlemi sonrası zenginleştirme faktörü 10 olacak şekilde 300 g/L reçine konsantrasyonu kullanılarak ve farklı asit konsantrasyonlarında elüsyona tabi tutulmuştur. Artan asit konsantrasyonu Ni2+ elüsyon verimini ve dolayısıyla da elüat Ni2+ içeriğini arttırmaktadır. Elüat Ni2+ konsantrasyonunun daha da arttırılmasının istendiği durumda, iki farklı yol karşımıza çıkmaktadır. Birinci yöntem kullanılan reçine çözelti oranının azaltılarak zenginleştirme faktörünün arttırılması yönündedir. İkinci yöntem ise reçinelerin tekrarlı olarak farklı çözeltilerde kullanılması şeklinde olacaktır. Bununla birlikte her iki yöntem de absorpsiyon süresinin artmasına sebep olacaktır