Сорбционное извлечение кобальта анионитами из растворов комплексной переработки отходов ренийсодержащих никелевых суперсплавов

В работе оценена возможность сорбционного извлечения кобальта анионитами из солянокислых растворов в присутствии никеля. Наибольшее значение сорбционной емкости наблюдается у гелевого анионита с пиридиниевыми функциональными группами (Axionit VPA G.2.4) и макропористого анионита с функциональными группами вторичного и третичного амина (Indion 850). Обработка изотерм сорбции кобальта анионитами Indion 850 и Lewatit MP 800 осуществлена с использованием уравнения Ленгмюра со значениями констант (7·10^–2 ± 0,03) и (0,2 ± 0,02) л/мг, значения максимальной сорбционной емкости составили (109 ± 3) и (74 ± 2) мг/г, соответственно. Значение константы Фрейндлиха при обработке изотермы сорбции кобальта анионитом Axionit VPA G.2.4 составило (9,6 ± 0,3) мг/г. Изучена кинетика сорбции кобальта анионитами Axionit VPA G.2.4 и Indion 850, кинетические данные сорбции кобальта с наибольшим значением коэффициента детерминации R² описываются с применением уравнения псевдовторого порядка. С помощью математической обработки кинетических данных сорбции кобальта по уравнению Вебера–Морриса определен внутри диффузионный характер сорбции. Анализ результатов влияния элементов, сопутствующих при комплексной переработке отходов ренийсодержащих суперсплавов – железа, алюминия и хрома, позволяет утверждать, что железо и хром оказывают конкурирующее влияние на сорбцию кобальта из-за возможности образования их анионных форм в солянокислых растворах переработки вторичного ренийсодержащего сырья.

1. Harper EM, Kavlak G, Graedel TE. Tracking the metal of the goblins: cobalt’s cycle of use. Environmental Science & Technology. 2012;46:1079-1086. DOI:10.1021/es201874e

2. Slack JF, Kimball BE, Shedd KB, Schulz KJ, De Young J, Seal RR, Bradley DC. Critical Mineral Resources of the United States – Economic and Environmental Geology and Prospects for Future Supply, U.S. Geological Survey; 2017. 40 p. DOI:10.3133/pp1802

3. Gulley A. China, the Democratic Republic of the Congo, and artisanal cobalt mining from 2000 through 2020. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 2023;120(26):e2212037120. DOI:10.1073/pnas.2212037120

4. Li C, Dai G, Liu R, Wang C, Wang S, Ju Y, Jiang, H, Jiao Sh, Duan Ch. Separation and recovery of nickel cobalt manganese lithium from waste ternary lithium-ion batteries. Separation and Purification Technology. 2022;306:122559. DOI:10.1016/j.seppur.2022.122559

5. Cobalt Market Report 2022. Cobalt Institute. Available at: https://www.cobaltinstitute.org/wp-content/uploads/2023/05/Cobalt-Market-Report-2022_final-1.pdf [Accessed 4 May 2023].

6. Gorshkov AS, Sineva LV, Gryaznov KO, Asalieva EYu, Mordkovich VZ. Deactivation and regeneration of a zeolite-containing cobalt catalyst in a fisher–tropsch synthesis reactor. Catalysis in Industry. 2023;15:152-164. DOI:10.1134/S207005042302006X

7. Yongchun T, Min F, Jihong W, Qiaozhen H, Qingyun W. Solvothermal synthesis and characterization of cobalt blue pigment, Journal of Solid State Chemistry. 2023;322:123977. DOI:10.1016/j.jssc.2023.123977

8. Bailey G, Orefice M, Sprecher B, Onal M & Herraiz E, Dewulf W, Van Acker K. Life cycle inventory of samarium-cobalt permanent magnets, compared to neodymium-iron-boron as used in electric vehicles. Journal of Cleaner Production. 2020;286:125294. DOI:10.1016/j.jclepro.2020.125294

9. Casagrande E, Barbosa Teles D, Policena M. A short literature review on turning and milling of cobalt alloys. Journal of Materials Science Research. 2023; 12(1):9-21. DOI:10.5539/jmsr.v12n1p9

10. Agapova LYa, Abisheva ZS, Kilibaeva SK, Yakhiyaeva ZhE. Electrochemical processing of technogenic wastes of rhenium-containing heat-resistant nickel alloys in sulfuric acid solutions. Tsvetnye Metally. 2017;10:69-74. DOI:10.17580/tsm.2017.10.08 (In Russ.).

11. Agapova LYa, Kenzhaliev BK, Abisheva ZS, Kilibaeva SK, Yakhiyaeva ZhE, Altenova AN, Ruzakhunova GS. Obtaining nickel-cobalt concentrate from waste heat-resistant nickel alloys. Trudi Kol’skogo nauchnogo centra RAN. 2018;2(2):798-803. DOI: 10.25702/KSC.2307-5252.2018.9.1.798-803 (In Russ.)

12. Chernyshova OV, Drobot DV. Single-stage synthesis of nickel concentrate in processing of rheniumcontaining heat-resistant alloy. Izvestiya. Non-Ferrous Metallurgy. 2016;(5):17-23. DOI:10.17073/0021-3438-2016-5-17-23 (In Russ.)

13. Rodrigues IR, Deferm C, Binnemans K, Riaño S. Separation of cobalt and nickel via solvent extraction with Cyanex-272: Batch experiments and comparison of mixersettlers and an agitated column as contactors for continuous counter-current extraction. Separation and Purification Technology. 2022;296:121326. DOI:10.1016/j.seppur.2022.121326

14. Fu J, Xu W, Yu F, Wang H, Wang J. Evaluation of an unsymmetrical dialkylphosphinic acid INET-3 for cobalt and nickel extraction and separation from sulfate solutions. Minerals Engineering. 2020;156:106499. DOI:10.1016/j.mineng.2020.106499.

15. Kasikov AG, Dyakova LV, Bagrova EG, Kalinnikov VT, Golov AN, Demidov KA, Khomchenko OA, Shelestov NA. Method for extracting cobalt from chloride solutions containing nickel and impurity metals. Russian Federation patent 2,293,129. 10 February 2007. (In Russ.).

16. Vaughan J, Dieters C, Fu W, Byrne K. Properties of Lewatit® TP272, a commercial solvent impregnated cation exchange resin for cobalt recovery. Minerals Engineering. 2016;88:2-8. DOI:10.1016/j.mineng.2015.07.005

17. Zante G, Boltoeva M, Masmoudi A, Barillon R, Trébouet D. Selective separation of cobalt and nickel using a stable supported ionic liquid membrane. Separation and Purification Technology. 2020;252:117477. DOI:10.1016/j.seppur.2020.117477

18. Vishnyakov АV, Kizim NF. Physical chemistry. Moscow: Himiya; 2012. 839 p. (In Russ.)

19. Ho YS, McKay G. A comparison of chemisorption kinetic models applied to pollutant removal on various sorbents. Transactions of the Institution of Chemical Engineers. 1998;76:332-340. DOI:10.1205/095758298529696

20. Chien SH, Clayton WR. Application of Elovich equation to the kinetics of phosphate release and sorption in soils. Soil Science Society of America Journal. 1980;44:265-268. DOI:10.2136/sssaj1980.03615995004400020013x

21. Weber JG, Asce JM, Morris JC. Kinetics of adsorption on carbon from solution. Journal of the Sanitary Engineering Division. 1963;89:31-59. DOI:10.1061/jsedai.0000430