论文部分内容阅读
铜镍钴是国民经济建设和国防科技发展的重要原料及战略资源,也是环境污染控制的重要指标之一,从废水、废物、生产母液中分离提取杂质重金属离子实现纯化和资源化,对于冶炼冶金、电子电镀等行业升级及持续发展具有重要意义。本论文优选Ni(Ⅱ)、Co (Ⅱ)、Cu (Ⅱ)三种在冶金工业中常见的二价重金属为研究对象,筛选和制备两种含氮螯合树脂作为高选择性吸附分离材料,研究单组分或双组分重金属离子的吸附分离规律和选择性除杂特性,为Ni(Ⅱ)、Co (Ⅱ)、Cu(Ⅱ)溶液的分离、纯化和综合利用探索新途径。针对含少量Ni(Ⅱ)的高浓度Co (Ⅱ)体系的分离纯化要求,筛选对Ni (Ⅱ)具有高选择性的多胺类螯合树脂S984,在pH值为5条件下吸附效果较好,Ni (Ⅱ)和Co (Ⅱ)吸附容量分别为1.129 mmol/g和0.814 mmol/g。平衡吸附等温线采用Langmuir方程拟合结果较好。热力学研究表明,S984对两种金属离子的吸附均为由熵变推动的自发吸热过程。动力学研究发现,Lagergren二级动力学方程能较好的拟合实验数据,且S984对两种金属的初始吸附速率遵循Ni (Ⅱ)> Co (Ⅱ)。动态研究结果表明,用Thomas模型能够较好的模拟穿透过程,且两种重金属离子在S984上的穿透吸附速率遵循Co (Ⅱ)> Ni (Ⅱ)。在Ni (Ⅱ)/Co (Ⅱ)双组分体系下,S984对两种金属离子的吸附量、初始吸附速率、穿透吸附速率均较单组分差,表现为竞争吸附行为。同时,通过S984对高浓度Co (Ⅱ)中少量Ni (Ⅱ)仍具有突出的选择性吸附能力,且尽管Co (Ⅱ)优先于Ni (Ⅱ)被吸附,但已吸附在树脂上的Co (Ⅱ)仍会被Ni (Ⅱ)替换,从而实现Co (Ⅱ)的自再生和钴溶液的纯化。在所研究的浓度比和流速条件下得到的100 BV、120 BV和300BV的钴溶液,纯度可分别达到100%、99.999%和99.99%。另一方面,针对含少量Cu(Ⅱ)的高浓度Ni(Ⅱ)体系的分离纯化要求,选择氯甲基化的大孔苯乙烯-二乙烯苯共聚体作为母体,以6-胺基吡啶-3-羧酸作为原料,优化合成条件,自制吡啶类螯合树脂(ANA)。通过红外光谱(FT-IR)、元素分析(EA)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电镜(SEM)、表面积和孔结构测定(PSD)等理化结构分析手段表明,ANA树脂具有致密孔分布,并以中孔为主；含氮量5.70%,且含有三种化学环境的C,三种化学环境的N以及两种化学环境的O。通过单组分静态吸附实验结果表明,在pH值为5条件下ANA对Cu(Ⅱ)和Ni(Ⅱ)的吸附效果较好,吸附容量分别达到1.022 mmol/g和0.446 mmol/g。静态吸附等温线可采用Langmuir方程进行较好的拟合。Lagergren二级动力学方程能较好的描述动力学过程,且得到的初始吸附速率遵循Cu (Ⅱ)>Ni(Ⅱ)。在Cu (Ⅱ)/Ni (Ⅱ)双组分体系下,Cu(Ⅱ)的吸附量较单组分大,并随镍铜初始浓度比的增加ANA树脂对Cu(Ⅱ)的吸附能力增强,表明在高浓度Ni(Ⅱ)干扰条件下Cu (Ⅱ)在ANA上具有更好的选择吸附性能,同时,Cu (Ⅱ)的初始速率要大于Ni (Ⅱ),且已吸附在ANA树脂上的少量Ni(Ⅱ)能被Cu (Ⅱ)替换。在所研究的浓度比和流速条件下,前222 BV、248 BV出水中,Ni (Ⅱ)纯度分别高达100%、99.999%,经简单浓缩处理即可进行回收利用,为树脂在高纯金属制备技术中的应用提供理论指导和技术支持,同时对有色金属资源的深度提纯和高级应用具有重要的经济和战略意义。