RO122090B1

RO122090B1 - Metodă de epurare recuperativă a ionului de nichel, din soluţii reziduale

Info

Publication number: RO122090B1
Application number: ROA200300309A
Authority: RO
Inventors: Georgeta Gavriş
Original assignee: Universitatea Oradea
Priority date: 2003-04-10
Filing date: 2003-04-10
Publication date: 2008-12-30

Abstract

Invenţia se referă la un procedeu de epurare recuperativă a ionului de nichel, din soluţii reziduale. Procedeul conform invenţiei constă, într-o primă fază, în extragerea ionului de nichel,sub formă de oxalat de nichel dihidrat, în următoarele condiţii optime de reacţie: concentraţia molară de nichel în soluţia reziduală >0,02, pH-ul soluţiei de 4,5, acid oxalic în exces de 100%, temperatura de reacţie de 80°C; după care, prin descompunerea termică a oxalatuluide nichel obţinut, la temperatura de 320...360°C, se obţine oxidul de nichel.

Description

Invenția se referă la o metodă de epurare recuperativă a ionului de nichel din soluții reziduale, întrucât industria constructoare de mașini, industria electrotehnică și ramurile conexe acestora folosesc pe scară largă tehnologia de acoperire electrochimică - nichelarea - din al cărei flux tehnologic rezultă ape de spălare cu conținut scăzut de nichel, precum și electroliți epuizați, cu o concentrație mai ridicată de metal, soluții reziduale ce trebuie epurate.

Se cunosc diferite metode și procedee de extragere a ionului de nichel bivalent din soluții reziduale, prin precipitare chimică, în forme amorfe, cu agenți de precipitare clasici Na₂CO₃, NaOH, Ca(OH)₂, cu sau fără coagulare și floculare chimică, de exemplu: săruri de aluminiu și săruri de fier. Concentrațiile obișnuite de cupru bivalent, provenite din operațiile de spălare, în general, nu depășesc valori de 2...30 mg Ni²⁺/dm³, ceea ce permite abordarea tratării acestor ape prin metodele cunoscute: neutralizarea chimică cu precipitare, coagularea, filtrarea, schimbul ionic.

Dezavantajele soluțiilor cunoscute sunt legate de starea amorfă, neuniformitatea compozițională a formelor extrase, volumul mare al precipitatului chiar la timpul optim de decantare, viteza redusă la filtrare și spălare a precipitatului, instabilitatea chimică la agenți atmosferici cu trecere în forme solubile poluante.

Problema tehnică, pe care o rezolvă invenția, se referă la stabilirea condițiilor optime ale epurării soluțiilor reziduale a căror concentrație, în speță cele de la nichelare chimică și electrochimică, pe diferite suporturi metalice sau nemetalice, se ridică la valori de 6...7 g Ni²⁺/dm³, în scopul valorificării nichelului sub formă de oxalat de nichel, concomitent cu rezolvarea problemelor ecologice de protecție a mediului înconjurător.

Metoda de epurare recuperativă a ionului de nichel din soluțiile reziduale, conform invenției, înlătură dezavantajele de mai sus, prin aceea că soluțiile apoase uzate, cu o concentrație a ionului de nichel cuprinsă între 0,02 și 0,1 M, sunt tratate la temperatura de 70°C, sub agitare mecanică, timp de 10 min, cu o soluție de acid oxalic de concentrație 0,5 M, în exces de 100% față de necesarul stoichiometric al reacției de precipitare dintre cationul de nichel și anionul oxalat, la un pH cuprins între 4,5 * 6, obținându-se, după decantare, filtrare, spălare cu apă distilată și uscare la temperatura mediului, oxalat de nichel dihidrat, la un randament cuprins între 98 și 98,55% oxalat de nichel dihidrat.

Oxalatul de nichel dihidrat se supune operației de descompunere termică joasă, la o temperatură cuprinsă între 320 și 360°C, pentru a se obține oxidul de nichel.

Metoda conform invenției prezintă următoarele avantaje:

- viteze de decantare, filtrare și spălare mari;

- volum considerabil redus al precipitatului;

- rezultă o puritate înaltă a produsului;

- formă cristalină a produsului final;

- stabilitate chimică la agenți atmosferici (umiditate, căldură, lumină, bioxid de carbon).

Se dau, în continuare, exemple de realizare a invenției, în legătură cu fig. 1...6, care reprezintă:

- fig. 1, dependența gradului de extragere de pH-ul masei de reacție;

- fig. 2, dependența gradului de extragere a nichelului de excesul de acid oxalic;

- fig. 3, dependența gradului de extragere de temperatură;

- fig. 4, dependența gradului de extragere, de concentrația nichelului în soluție;

- fig. 5, dependența gradului de extragere al nichelului de concentrația nichelului în soluție;

- fig. 6, curbele TG, DTG, DTA, T pentru oxalatul de nichel.

RO 122090 Β1

Se utilizează soluții de concentrații determinate (0,01 +0,1 M) - de clorură de nichel 1 și acid oxalic soluție 0,5 M în raport bine definit, la o temperatură și la un pH determinat, sub continuă agitare. 3

Precipitatul de oxalat de nichel este decantat, filtrat și uscat.

Analiza chimică a concentrației ionului de nichel și a produsului recuperat -oxalatul 5 de nichel - s-a făcut prin tehnici de analiză adecvate: volumetric, spectrofotometrie de absorbție atomică, analiză termogravimetrică și termodiferențială. 7

Conținutul de nichel s-a analizat complexonometric prin titrarea cu complexon III 0,05

M la pH=10, în prezență de murexid și prin absorbție atomică pe un spectrofotometru tip AAS9

- 30 - Karl Zeiss Jena. Analiza termogravimetrică și termodiferențială s-au făcut pe un derivatograf tip Paulik Paulik Erdely.11

Experimentele au urmărit stabilirea condițiilor optime ale procesului, respectiv, influența diferiților factori (pH, doza acidului oxalic, concentrația nichelului, temperatura) asupra 13 gradului de extragere a nichelului. Procesul are la bază reacția:

Ni²⁺ + C2O4²’ + 2H2O = NiC₂O₄ 2H₂O l15

Datele experimentale referitoare la dependența gradului de extragere de pH sunt redate în tabelul 1 și fig. 1.17 în tabelul 1 este redată dependența gradului de extragere a nichelului de pH -ul masei de reacție la 20°C, la un exces de acid oxalic de 10%, timp de reacție 10 min, concen- 19 trație 0,1 M.

Tabelul 121

Nr. crt.	PH	a, %	Nr. crt.	pH	a, %
1	1	62	6	4,5	70,19
2	2	66	7	5	70,28
3	3	66	8	5,5	70,49
4	3,5	67,4	9	6	70,49
5	4	69,22

Din fig. 1 rezultă că gradul de extragere crește cu mărirea pH -ului, tinzând către o valoare constantă la pH >4,5.29

Prin urmare, pH -ul optim al procesului este pH >4,5.

Datele obținute privind dependența gradului de extragere a nichelului de excesul de 31 acid oxalic sunt redate în tabelul 2 și fig. 2.

Din tabelul 2 rezultă dependența gradului de extragere a nichelului de excesul de acid33 oxalic, la pH>4,5, temperatura 20°C și concentrația de nichel 0,1 M.

Tabelul 2

Nr. crt.	Exces, %	a, %	Nr. crt.	Exces, %	a, %
1	10	70,49	5	60	93,53
2	20	74,13	6	80	94,75
3	30	79,79	7	100	96,88
4	40	85,85	8	120	96,88

Din fig. 2 rezultă că la un exces de 100% acid oxalic, se realizează gradul maxim de extragere, pentru condițiile analizate. 43

RO 122090 Β1

Datele experimentale privind dependența gradului de extragere a nichelului de temperatură sunt trecute în tabelul 3 și fig. 3.

Din tabelul 3 rezultă dependența gradului de extragere a nichelului la diferite temperaturi, la exces de acid oxalic 100%, pH = 4,5 și concentrația de nichel 0,1 M.

Tabelul 3

Nr. crt.	T	a, %	Nr. crt.	T	a, %
1	20	96,88	3	60	97
2	40	96,88	4	80	98,56

Din fig. 3 rezultă că procesul de extragere a nichelului este favorizat de creșterea temperaturii, fiind optim la temperatura de 80°C.

Datele experimentale privind dependența gradului de extragere de concentrația nichelului în soluție sunt trecute în tabelele 4 și 5 și în fig. 4 și 5.

Din tabelul 4 rezultă dependența gradului de extragere a nichelului funcție de concentrația nichelului în soluție la 20°C, timp de reacție 10 min, exces de acid oxalic 100% și pH=4,5.

Tabelul 4

Nr. crt.	C[M]	a, %	Nr. crt.	C[M]	a, %
1	0,001	28,4	5	0,025	90,67
2	0,01	54,17	6	0,033	92
3	0,016	82	7	0,05	94
4	0,02	86,67	8	0,1	96,88

Din fig. 4 rezultă dependența gradului de extragere a nichelului de concentrația sa în soluție, la temperatura de 20°C.

Din tabelul 5 rezultă dependența gradului de extragere a nichelului de concentrația nichelului în soluție, la 80°C, timp de reacție 10 min, exces de acid oxalic 100%, pH =4,5.

Tabelul 5

Nr. crt.	C[M]	a, %	Nr. crt.	C[M]	a, %
1	0,005	84,80	5	0,033	98,40
2	0,01	94,66	6	0,05	98,55
3	0,02	98	7	0,1	98,55
4	0,025	98,40

Din fig. 5 rezultă dependența gradului de extragere a nichelului de concentrația sa în soluție, la temperatura de 80 C.

Deci, recuperarea nichelului la temperatura de 80°C este eficientă pentru soluții reziduale cu un conținut de nichel mai mare de 0,02 M.

Din datele experimentale rezultă că gradul de separare la temperatura de 20°C tinde către o valoare constantă, la o concentrație >0,02 M.

La temperaturi mai mari de 80°C, se atinge gradul maxim de separare pentru concentrații ale nichelului >0,02 M.

RO 122090 Β1

Pentru realizarea unui grad maxim de extragere a nichelului din soluții reziduale sub 1 formă de oxalat de nichel, este necesar să se realizeze următoarele condiții optime ale metodei de epurare recuperativă: pH=4,5, excesul de acid oxalic 100%, concentrația nichelului 3 în soluția reziduală >0,02 M, temperatura 80’C, realizând un grad de extragere de 98,5%.

O cantitate bine determinată din produsul spălat și uscat s-a dizolvat într-o soluție de 5 HCI de concentrație 18%. Nichelul din această soluție s-a determinat prin metodele: gravimetrică cu dimetilglioxină și complexonometric cu complexon III soluție 0,05 M, în pre- 7 zență de murexid.

Datele obținute privind compoziția chimică oxalatului de nichel sunt prezentate în 9 tabelul 6.

Tabelul 611

Nr.	Ni, %	c₂o₄ ²·, %	H₂O cr, %
1	31,9885	47,9243	20,0872
2	31,9683	47,8904	20,1413
3	32,0081	47,9056	20,0863
Media	31,9883	47,9067	20,105

Din aceste date rezultă că oxalatul de nichel se prezintă în formă de dihidrat.17

Derivatograma oxalatului de nichel este prezentată în fig. 6, în care:

- TG reprezintă variația greutății probei analiză, cu temperatura T;19

- DGT reprezintă derivata funcției TG;

- DTA reprezintă derivata efectului termic A, cu temperatura T.21

Datele obținute pe baza derivatogramei, arată că oxalatul de nichel corespunde dihidratului: NiC₂O₄ · 2H₂O, ceea ce corespunde cu rezultatul analizei chimice. în intervalul 23 de temperatură de la 100...240’C, se pierde apa de cristalizare (teoretic Am = 19,7%, practic 20%). 25

Procesul de descompunere a oxalatului de nichel începe la 320C și se termină la 360°C (rezultă teoretic 40,8% NiO și practic 40%). 27

Reacțiile de descompunere sunt:

NiC₂O₄ · 2H₂O - NiC₂O₄ + 2H₂O 29

NiC₂O₄ NiO + CO + CO₂

Oxidul de nichel astfel obținut se folosește ca oxid de aderență la emailarea supra- 31 fețelor metalice, la prepararea sărurilor de nichel sau catalizator în diverse procese chimice.

Claims

Revendicări

1. Metodă de epurare recuperativă a ionului de nichel, din soluții reziduale apoase conținând săruri de nichel, caracterizată prin aceea că soluțiile apoase uzate cu o concen- 37 trație a ionului de nichel cuprinsă între 0,02 și 0,1 M sunt tratate la temperatura de 70°C, sub agitare mecanică, timp de 10 min, cu o soluție de acid oxalic de concentrație 0,5 M, în exces 39 de 100% față de necesarul stoichiometric al reacției de precipitare dintre cationul de nichel și anionul oxalat, la un pH cuprins între 4,5 + 6, obținându-se, după decantare, filtrare, spă- 41 lare cu apă distilată și uscare la temperatura mediului, oxalat de nichel dihidrat, la un randament cuprins între 98 și 98,55% oxalat de nichel dihidrat. 43
2. Metodă conform revendicării 1, caracterizată prin aceea că oxalatul de nichel dihidrat se supune operației de descompunere termică joasă, la o temperatură cuprinsă între 45

320 și 360°C, pentru a se obține oxid de nichel.