Toa42 destekli sivi membran pprosesiyle pc-88a kullanarak kobalt ve nikelin ayrilmasi
|
|  Yüklə 0.55 Mb.
|
|
TOA42 DESTEKLİ SIVI MEMBRAN PPROSESİYLE PC-88A KULLANARAK KOBALT VE NİKELİN AYRILMASI A.Manzak1, O. Tutkun2, R.A Kumbasar3 1,2,3Sakarya Universitesi, Fen-Edebiyat Fakültesi, Kimya Bölümü, 54100 Adapazarı e-posta: manzak@sakarya.edu.tr e-posta: tutkun@sakarya.edu.tr e-posta: kumbasar@sakarya.edu.tr ÖZETKobalt ve nikelin genellikle cevherlerde bir arada bulunması, benzer fiziksel ve kimyasal özelliklere sahip olması ve bu metallerin uygulamalarında yüksek saflık derecesinin gerekli olması, kobalt-nikel ayrılmasıyla ilgili önemli sayıda araştırmanın yapılmasına yol açmıştır. Özellikle klorürlü ve sülfatlı çözeltilerden kobalt ve nikelin ayrılması di (2-etil hekzil) fosforik asit (D2EHPA), 2-etilhekzil fosfonik asit mono-2-etil hekzil ester (PC-88A) ve bis (2,4,4-trimetil pentil) monotiyofosfinik asit (Cyanex 302) gibi organofosforik asit ekstraktantların kullanıldığı solvent ekstraksiyonu önemli bir yer tutmaktadır [1]. Kobalt ve nikelin benzer fizikokimyasal özellikleri nedeniyle kimyasal çökelme ve oksidasyon gibi klasik proseslerle basit ve ekonomik olarak ayrılması zordur [2-3]. Son zamanlarda sıvı membran prosesi, bir denge prosesi olan solvent ekstraksiyona göre ekstraksiyon, sıyırma ve rejenerasyon işlemlerinin tek bir kademede olması ve daha az kimyasala ihtiyaç göstermesi gibi sebeplerden dolayı, sermaye ve işletme masraflarında tasarruf sağlaması açısından önem arzetmektedir. Bu çalışmada, sentetik olarak hazırlanan sülfatlı çözeltilerden destekli sıvı membran prosesiyle PC-88A kullanarak kobalt ve nikelin ayrılmasına çözücü tipi, besleme çözeltisi pH’ ı besleme ve sıyırma çözeltileri karıştırma hızları, sıyırma çözeltisi H2SO4 konsantrasyonları, PC-88A (ekstraktant) konsantrasyonu, besleme konsantrasyonu ve polimer destek tipi gibi parametrelerin etkileri deneysel olarak incelenmiştir. Organik membran faz, ekstraktant PC-88A ve organik bir çözücüden ibarettir. Mikrogözenekli polimer desteğin (Celgard 2500, Celgard 2730 veya Poreflon FP 010-60) membran karışımına daldırılarak 12 saat tutulması sonucu, membran karışımının polimer destek tarafından absorplanması sağlandı. Düz levha tipi destekli membranların kullanıldığı deneyler, her birinin hacmi sırasıyla 250 ve 200 cm3 olan besleme ve sıyırma çözeltilerinin konulduğu iki bölmeli ve teflon bir test hücresinde kesikli olarak yapılmıştır. Optimum şartlarda besleme çözeltisi konsantrasyonunun ekstraksiyon hızına etkisi de incelenmiştir. Optimum şartlarda (500 mg/L Co + 500 mg/L Ni) ait permeasyon katsayısı P: 3.063x10-5 m/s ve başlangıç kütle akısı ise Jo = 2.158x10-5 kg/m2s ayırma faktörü ( Membran teknolojileri günümüzdeki bilimsel araştırmaların en önemli konularından birini oluşturmaktadır. Sıvı membranlar, önemli bir potansiyele sahip olup, farklı uygulamalar için çeşitli sıvı membran konfigürasyonları araştırılmaktadır. Bu teknikler, çeşitli atıkların muamelesi, sulu çözeltilerden pahalı ve stratejik metallerin veya ürünlerin geri kazanılmasında önemli ölçüde kullanılmaktadır. 1968’ de N.N.Li sıvı membran prosesini kalitatif olarak formüle etmiştir. Sıvı membranlar normal olarak geleneksel proseslerde iki ayrı kademede gerçekleştirilen ekstraksiyon ve sıyırma proseslerini tek kademede birleştirir. Tek kademeli sıvı membran prosesi ilgili bileşenlerin ayrılması için maksimum itici kuvveti sağlar ve bu suretle mümkün olan en iyi ayırma ve geri kazanıma yol açar. İki tip sıvı membran bulunmaktadır:
Destekli sıvı membran (DSM), organik bir çözücüde çözünmüş taşıyıcıdan ibaret membran karışımı, mikro gözenekli polimer desteğin (hidrofobik polipropilen, politetrafloretilen, vs gibi) gözenekleri içerisine hapsedilir. Membran sistemi kendisine bitişik biri besleme ve diğeri de sıyırma çözeltisi olan iki sulu fazla temas halindedir. Membranın iki yüzüyle temas halindeki çözeltilerle karışmayan çözücü ortamı, kimyasal bileşenin destekli sıvı membranın (DSM) dolu gözenekleri içerisinden taşınımını arttırır. Destekli sıvı membranlar ile emülsiyon tipi sıvı membranlar, karşılaştırmalı olarak şekilde gösterilmektedir. 
Şekil 1. Emülsiyon tipi sıvı membran Şekil 2. Destekli sıvı membran Taşınım Mekanizması Ekstraksiyon/Sıyırma: M 2+(aq)+ 2 (HL)2 (org) ↔ ML2.(HL)2 (org) + 2H+(aq) (1) HL: Ekstraktant (PC-88A) Bu çalışmada benzer fizikokimyasal özellikleri yüzünden ayrılması güç olan kobalt ve nikelin, düz levha tipi destekli sıvı membranlarla, asitli ortamlardan PC-88A ile ayrılmasına etki eden parametreler deneysel olarak incelenmiştir. 2. DENEYSEL YÖNTEM Deneysel çalışmada kullanılan düzenek Şekil 3 de gösterilmiştir. 
Şekil 3. Test hücresi 2.1. Kimyasal Maddeler PC-88A (2-etilhekzil fosfonik asit mono-2-etilhekzil ester), kloroform, diklormetan, toluen, ksilen, Escaid 100, Escaid 200, siklohekzan ve siklohekzanone analitik saflık derecesinde olup kobalt ve nikelin gerekli stok çözeltileri, CoSO4.7H2O ve NiSO4.6H2O tuzlarından hazırlanmıştır. PC-88A nın polar olmayan alifatik çözücülerde dimerize olduğu bilinmektedir. 
PC-88A
3. DENEYSEL SONUÇLAR 3.1. Çözücü tipinin etkisi Asidik çözeltilerden Co/Ni ekstraksiyonunda Escaid 100, Escaid 200, toluen, ksilen, siklohekzan, diklormetan, kloroform, trikloretilen arasında en iyi çözücü Escaid 200 olarak tesbit edilmiştir.
Asidik çözeltilerden Co/Ni ekstraksiyonunda PC-88A (ekstraktant) ve Escaid 200 (çözücü) kullanılarak yapılan çalışmada besleme çözeltisi pH’ ı 5.5 olarak elde edilmiştir. 3.3.Ekstraktant konsantrasyonu PC-88A Asidik çözeltilerden Co/Ni ekstraksiyonunda PC-88A (ekstraktant) ve Escaid 200 (çözücü) kullanılarak yapılan çalışmada en uygun PC-88A (ekstraktant) konsantrasyonu % 20 olarak elde edilmiştir. 3.4. Besleme çözeltisi karıştırma hızı Asidik çözeltilerden Co/Ni ekstraksiyonunda PC-88A (ekstraktant) ve Escaid 200 (çözücü) kullanılarak yapılan çalışmada en uygun besleme çözeltisi karıştırma hızı 1200 dev/dak olarak elde edilmiştir. 3.5. Sıyırma çözeltisi karıştırma hızı Asidik çözeltilerden Co/Ni ekstraksiyonunda PC-88A (ekstraktant) ve Escaid 200 (çözücü) kullanılarak yapılan çalışmada en uygun sıyırma çözeltisi karıştırma hızı 1200 dev/dak olarak elde edilmiştir. 3.6. Sıyırma çözeltisi asit konsantrasyonu Sıyırma çözeltisi asit konsantrasyonu 1M ile 4M H2SO4 arasında en iyi ekstraksiyonun 4M H2SO4 ile elde edilmiştir. Kobalt için en yüksek ekstraksiyon verimi 6 saatte % 93 olarak elde edilmiştir. 3.7. Optimum şartlarda membran tipi Celgard 2500 (PP), Celgard 2730 (PE) ve Poreflone (FP01-60)] ile yapılan çalışmalarda en iyi ekstraksiyon verimi Poreflone (FP01-60) olarak elde edilmiştir. 3.8. Optimum şartlarda kütle akısı ve permeasyon katsayısı (500 mg/L Co + 500 mg/L Ni) ait başlangıç kütle akısı J0= 2.158x10-5 kg/m2s ve permeasyon katsayısı ise P = 3.063 x 10-5 m/s olarak hesaplanmıştır. Her bir saatte besleme ve sıyırma çözeltilerinden yaklaşık 1-2 mL kadar örnek eş zamanlı olarak alınarak, istenen, Ni ve Co analizleri AAS ile belirlenmiştir. Permeasyon katsayısı (P), denklemden hesaplanmıştır. In C/CO = - PtAε/Vf (2) Bu denklemde: A: Membran kesit alanı (cm2), є: Membranın gözenekliliği (-), C,Co: Sırasıyla besleme çözeltisinin herhangi bir t anındaki ve başlangıçtaki metal konsantrasyonları, t : Geçen süre Başlangıç kütle akısı (Jo), konsantrasyon-zaman (C-t) eğrilerinden faydalanarak yukarıdaki denklemden hesaplanmıştır. Bu denklemde, (dC/dt)o t = 0’ daki eğrinin eğimidir, Vf : Besleme çözeltisinin hacmi, Aє: Membran permeasyonuna ait yüzey alanı Besleme çözeltilerine ait ayırma faktörleri denklem 3’ den hesaplanarak Tablo 1 de verilmiştir. 
(3)
Tablo 1. Çeşitli besleme çözeltileri için ayırma faktörü βCo/Ni
Şekil 11. Optimum şartlarda besleme konsantrasyonu etkisi [Membran karışımı: %20 w/w PC-88A+ %80 w/w Escaid 200; Membran desteği: Celgard 2500,; Besleme çözeltisi pH=5,5; Sıyırma çözeltisi 200 mL 4 M H2SO4; Besleme çözeltisi konsantrasyonu: 250 mL [Co (200-1000) mg/L) + Ni (200-1000) mg/L)]; Besleme ve sıyırma çözeltisi karıştırma hızı: 1200 dev/dak.] Şekil 4. Optimum Şartlardaki Co/Ni Ekstraksiyonu: (Membran karışımı: %20 w/w PC-88A+ %80 w/w Escaid 200; Membran desteği: Celgard 2500; Besleme çözeltisi pH=5,5; Sıyırma çözeltisi 200 mL 4 M H2SO4; Besleme çözeltisi konsantrasyonu: 250 mL [Co (200-1000) mg/L) + Ni (200-1000) mg/L)]; Besleme ve sıyırma çözeltisi karıştırma hızı: 1200 dev/dak.) 3. SONUÇLAR VE TARTIŞMA Değişik Co-Ni konsantrasyonlarını içeren asidik besleme çözeltisinden kobalt ve nikelin ekstraksiyonuna
Asidik çözeltilerden kobalt ve nikelin ayrılmasına ait optimum şartlar aşağıdadır.
4. KAYNAKLAR [1] Juang, R.S., Kao, H.C., 2004. “Separation and Purification Technol.”,42, 65-73. [2] Ritcey, G.M., Ashbrook, A.W., “Solvent Extraction : Principles and Applications to Process Metallurgy”, Vol. II, Elsevier, Amsterdam, 279-361,1979. [3] Alguacil, F.J., Alonso, J., 2005. “Separation and Purification Technol.”, 41, 179-184. |
) 16.3 bulunmuştur.