Mixed extractant systems for metal recovery

Abstract

Hoje em dia, a prevenção dos resíduos de metais é uma questão muito importante para um grande número de empresas, pois necessitam optimizar o seu sistema de tratamento de águas residuais a fim de alcançarem os limites legais dos teores em iões metálicos e poderem efectuar a descarga das águas residuais no domínio hídrico público. Devido a esta problemática foram efectuados estudos inovadores relacionados com a remoção de iões metálicos de águas residuais, verificando-se que as tecnologias de membrana oferecem uma série de vantagens para o efeito. Uma dessas tecnologias, referida como Membrana Líquida de Suporte (SLM), é baseada num mecanismo de extracção. A membrana hidrofóbica, impregnada com uma solução extractora, funciona como barreira entre a água residual e uma solução, geralmente ácida. A diferença de pH entre a água residual e a solução actua como força motriz para o transporte de iões metálicos da água residual para a referida solução. Poderá ocorrer um problema de falta de estabilidade, resultante da possível fuga da solução extractora para fora dos poros das membranas. Estudos anteriores mostraram que os ácidos alquilfosfóricos ou ácidos fosfónicos, como os reagentes D2EHPA e CYANEX e hidroxioximas como o LIX 860-I podem ser muito úteis para a extração de iões metálicos como ferro, cobre, níquel, zinco e outros. A clássica extracção líquido-líquido também tem mostrado que a mistura de diferentes extractores pode ter um efeito sinergético. No entanto, não é claro que haja um efeito óptimo da razão de extractor ou que tipo de complexo é formado durante o processo de extracção. O objectivo deste projecto é investigar este comportamento sinergético e as complexas formações por meio de um método espectrofotométrico, o “Job’s method” e “Mole-ratio method”. Estes métodos são utilizados para estimar a estequiometria dos vários complexos entre dois solutos, a partir da variação de absorvância dos complexos quando comparado com a absorvância do soluto. Com este projecto, o Job’s method e mole-ratio method serão aplicados a um sistema de três componentes, para conseguir mais informações sobre a complexação de níquel (II) e a fim de determinar a razão extractor: metal dos complexos formados durante a aplicação de mistura de extractores D2EHPA e LIX 860-I. Segundo Job’s method a elavada absorvância situa-se na região de 0,015-0,040 M de LIX 860-I e uma baixa concentração de D2EHPA. Quando as diferentes experiências são encontradas num conjunto experimental foram avaliadas de acordo com o método de trabalho, o valor máximo do gráfico foi encontrado para uma baixa fração molar do ião metálico e uma maior concentração de D2EHPA. Esta mudança foi encontrado de 0,50 até 0,30, que poderia apontar para a direção da formação de diferentes complexos. Para o Mole-Ratio method, a estequiometria dos complexos metal pode ser determinada a partir do ponto de intersecção das linhas tangente do gráfico da absorbância versus a concentração do ligante. Em todos os casos, o máximo foi obtido em torno de uma concentração total de 0,010 M. Quando D2EHPA foi aplicado sozinho, absorvâncias muito baixos foram obtidas.

Metal waste prevention is a very important issue for a lot of companies, because they need to optimize their wastewater treatment system in order to reach the legal disposal limits for metal ions. Therefore, a lot of innovative studies are dealing with the removal of metal ions out of wastewater. Membrane technologies offer a lot of advantages for this purpose. One of these membrane technologies are Supported Liquid Membranes (SLM). Supported Liquid Membranes are based on an extraction mechanism. A hydrophobic membrane is impregnated with an extractant solution and serves as a barrier between the wastewater and a strip solution. The strip solution is usually an acidic solution. The difference in pH between the wastewater and the strip solution acts as a driving force to transport the metal ions from the wastewater towards the strip solution. Sometimes a problem may occur due to a lack of stability resulting from the possible leakage of the extractant solution out of the pores of the membranes. Previous studies showed that alkylphosphoric acids or – phosphonic acids such as D2EHPA and CYANEX reagents and hydroxyoximes such as LIX 860-I can be very useful extractants for the extraction of metal ions such as iron, copper, nickel, zinc and so one. Classical liquidliquid extractions have also shown that mixtures of different extractants can have a synergistic effect. However, it’s not clear yet which extractant ratio has an optimal effect or which type of complex is formed during the extraction process. The aim of this project is to investigate this synergistic behaviour and the complex formation by means of a spectrophotometric method, Job’s method and Mole-ratio method. These methods are used to estimate the stoichiometry of the various complexes between two solutes, from the variation of light absorbance of the complexes when compared to the absorbances of the individual solutes. Within this project, Job’s method and mole-ratio method will be applied for three-component systems, to achieve more information concerning the complexation of nickel (II) and in order to determine the extractant:metal ratio of the complexes formed during mixed extractant (D2EHPA and LIX 860-I) applications. For the Job’s method the hisghest absorbance were situated in the region of 0.015-0.040 M of LIX 860-I and a low concentration of D2EHPA. When the different sets which can be found within the experimental set-up are evaluated according to the method of Job, the maximum of the plot was shifted to a lower mole-fraction of metal ion when higher concentration of D2EHPA were present in the mixture. A shift was found from 0.50 till 0.30 which could point into the direction of the formation of different complexes. For the Mole-ratio method, the stoichiometry of the metal complexes can be determined from the intersection point of the tangent lines of the plot of the absorbance versus the concentration of ligand. In all cases, the maximum was obtained around a total concentration of 0.010 M. When D2EHPA alone was applied, very low absorbances were achieved.