Solvent extraction of nickel with phosphorus‐containing extractants
Vainio, Jasmin (2025-11-21)
Solvent extraction of nickel with phosphorus‐containing extractants
(21.11.2025)
Julkaisu on tekijänoikeussäännösten alainen. Teosta voi lukea ja tulostaa henkilökohtaista käyttöä varten. Käyttö kaupallisiin tarkoituksiin on kielletty.
avoin
Julkaisun pysyvä osoite on:
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20251211117522
https://urn.fi/URN:NBN:fi-fe20251211117522
Tiivistelmä
In this Master’s thesis, the extraction of nickel using phosphorus‐containing extractants and the effect of nickel concentration on extraction efficiency are investigated. The phosphorus‐containing extractants studied in the literature review included di-(2‐ethylhexyl) phosphoric acid (D2EHPA), 2‐ethylhexyl hydrogen-2-ethylhexylphosphonate (HEHEHP), and bis(2,4,4-trimethylpentyl) phosphinic acid (BTMPPA). By comparing the pH50 values, D2EHPA extracts nickel at the lowest pH from these and BTMPPA extracts nickel at the highest pH, whereas HEHEHP falls between these two.
In the experimental part, pH isotherms for 0.5 and 1.0 M of D2EHPA and Cyanex 272 (BTMPPA) were constructed using nickel concentrations of 21–23, 51–59, and 110–118 g/L. The results confirmed that D2EHPA extracts nickel at a lower pH than Cyanex 272. In addition, increasing the nickel concentration shifted the extraction to a lower pH. Also, increasing the extractant concentration shifted the extraction to a lower pH. The effect of nickel and extractant concentration was evident for both extractants.
To study the effect of nickel concentration on the extraction efficiency, McCabe–Thiele analysis was done for 0.5 M D2EHPA at 55 °C and pH 4.00 (± 0.05) using 19, 49, and 113 g/L nickel feed solutions. In the analysis, ~4.58 g/L nickel loading of the organic phase was targeted, resulting in varying O/A ratios for the different nickel feeds. The results show that the higher the nickel concentration of the feed was, the more nickel remained in the raffinate. However, the percentage of extraction was increased with increasing feed concentration. The most significant differences were observed after the first ideal extraction stage, and as the number of extraction stages increased, the differences narrowed.
The results of this thesis show that increasing the nickel concentration shifts the equilibrium to a lower pH with phosphorus-containing extractants. In addition, it was demonstrated that higher nickel feed concentration increases extraction efficiency, although more nickel remains in the raffinate than with lower concentrations. The most significant differences between the different nickel feeds were seen after the first ideal extraction stage in terms of the extraction efficiency and the nickel concentration of the raffinate. Tämän diplomityön tarkoituksena on tutkia nikkelin uuttamista fosforia sisältävillä uuttoreagensseilla sekä nikkelipitoisuuden vaikutusta uttotehokkuuteen. Kirjallisuuskatsauksessa käsitellyt fosforia sisältävät uuttoreagenssit olivat di‐(2-etyyliheksyyli)fosforihappo (D2EHPA), 2‐etyyliheksyyli vety‐2‐etyyliheksyylifosfonaatti (HEHEHP), ja bis(2,4,4-trimetyylipentyyli)fosfiinihappo (BTMPPA). Vertailemalla pH50 arvoja voidaan todeta, että D2EHPA:lla voidaan uuttaa nikkeliä alhaisimmissa pH arvoissa ja BTMPPA:lla korkeimmissa pH arvoissa, kun taas HEHEHP sijoittuu näiden kahden väliin.
Kokeellisessa osiossa tehtiin pH isotermit 0.5 ja 1.0 M D2EHPA:lle ja Cyanex 272:lle käyttäen 21–23, 51–59, ja 110–118 g/L nikkelipitoisuuksia. Tulokset vahvistivat, että D2EHPA uuttaa nikkeliä matalammassa pH:ssa kuin Cyanex 272. Lisäksi havaittiin, että nikkelipitoisuuden nostaminen siirsi nikkelin uuttumisen matalampaan pH arvoon. Myös uuttoreagenssin pitoisuuden nostaminen laski pH:ta, jossa nikkeli uuttui. Sekä nikkelin että uuttoreagenssin pitoisuuden vaikutus oli ilmeinen molemmilla uuttoreagensseilla.
Nikkelipitoisuuden vaikutusta uuttotehokkuuteen tutkittiin toteuttamalla McCabe–Thiele analyysi 0.5 M D2EHPA:lla 55 °C:ssa ja pH:ssa 4.00 (± 0.05) käyttäen 19, 49, ja 113 g/L nikkeliliuoksia. Analyysissä orgaanisen faasin nikkelipitoisuudeksi asetettiin ~4.58 g/L, jonka myötä eri nikkelipitoisuuksilla käytettiin eri O/A suhteita. McCabe–Thiele analyysin tulokset osoittavat, että mitä korkeampi syötön nikkelipitoisuus oli sitä enemmän nikkeliä jäi raffinaattiin. Toisaalta nikkelipitoisuuden kasvaessa myös uuttoaste kasvoi. Merkittävimmät erot havaittiin ensimmäisen ideaaliaskeleen jälkeen, ja askeleiden määrän kasvaessa erot pienenivät.
Diplomityön tulokset osoittavat, että nikkelipitoisuuden kasvattaminen siirtää tasapainoa matalampaan pH arvoon, kun fosforia sisältäviä uuttoreagensseja käytetään. Lisäksi tulokset osoittivat, että korkeampi syötön nikkelipitoisuus lisää uuttotehokkuutta, vaikka raffinaattiin jää enemmän nikkeliä kuin matalammilla syötön nikkelipitoisuuksilla. Merkittävimmät erot eri syöttöjen nikkelipitoisuuksilla näkyvät selkeimmin ensimmäisen ideaaliaskeleen jälkeen sekä uuttotehokkuuden että raffinaatin nikkelipitoisuuden suhteen.
In the experimental part, pH isotherms for 0.5 and 1.0 M of D2EHPA and Cyanex 272 (BTMPPA) were constructed using nickel concentrations of 21–23, 51–59, and 110–118 g/L. The results confirmed that D2EHPA extracts nickel at a lower pH than Cyanex 272. In addition, increasing the nickel concentration shifted the extraction to a lower pH. Also, increasing the extractant concentration shifted the extraction to a lower pH. The effect of nickel and extractant concentration was evident for both extractants.
To study the effect of nickel concentration on the extraction efficiency, McCabe–Thiele analysis was done for 0.5 M D2EHPA at 55 °C and pH 4.00 (± 0.05) using 19, 49, and 113 g/L nickel feed solutions. In the analysis, ~4.58 g/L nickel loading of the organic phase was targeted, resulting in varying O/A ratios for the different nickel feeds. The results show that the higher the nickel concentration of the feed was, the more nickel remained in the raffinate. However, the percentage of extraction was increased with increasing feed concentration. The most significant differences were observed after the first ideal extraction stage, and as the number of extraction stages increased, the differences narrowed.
The results of this thesis show that increasing the nickel concentration shifts the equilibrium to a lower pH with phosphorus-containing extractants. In addition, it was demonstrated that higher nickel feed concentration increases extraction efficiency, although more nickel remains in the raffinate than with lower concentrations. The most significant differences between the different nickel feeds were seen after the first ideal extraction stage in terms of the extraction efficiency and the nickel concentration of the raffinate.
Kokeellisessa osiossa tehtiin pH isotermit 0.5 ja 1.0 M D2EHPA:lle ja Cyanex 272:lle käyttäen 21–23, 51–59, ja 110–118 g/L nikkelipitoisuuksia. Tulokset vahvistivat, että D2EHPA uuttaa nikkeliä matalammassa pH:ssa kuin Cyanex 272. Lisäksi havaittiin, että nikkelipitoisuuden nostaminen siirsi nikkelin uuttumisen matalampaan pH arvoon. Myös uuttoreagenssin pitoisuuden nostaminen laski pH:ta, jossa nikkeli uuttui. Sekä nikkelin että uuttoreagenssin pitoisuuden vaikutus oli ilmeinen molemmilla uuttoreagensseilla.
Nikkelipitoisuuden vaikutusta uuttotehokkuuteen tutkittiin toteuttamalla McCabe–Thiele analyysi 0.5 M D2EHPA:lla 55 °C:ssa ja pH:ssa 4.00 (± 0.05) käyttäen 19, 49, ja 113 g/L nikkeliliuoksia. Analyysissä orgaanisen faasin nikkelipitoisuudeksi asetettiin ~4.58 g/L, jonka myötä eri nikkelipitoisuuksilla käytettiin eri O/A suhteita. McCabe–Thiele analyysin tulokset osoittavat, että mitä korkeampi syötön nikkelipitoisuus oli sitä enemmän nikkeliä jäi raffinaattiin. Toisaalta nikkelipitoisuuden kasvaessa myös uuttoaste kasvoi. Merkittävimmät erot havaittiin ensimmäisen ideaaliaskeleen jälkeen, ja askeleiden määrän kasvaessa erot pienenivät.
Diplomityön tulokset osoittavat, että nikkelipitoisuuden kasvattaminen siirtää tasapainoa matalampaan pH arvoon, kun fosforia sisältäviä uuttoreagensseja käytetään. Lisäksi tulokset osoittivat, että korkeampi syötön nikkelipitoisuus lisää uuttotehokkuutta, vaikka raffinaattiin jää enemmän nikkeliä kuin matalammilla syötön nikkelipitoisuuksilla. Merkittävimmät erot eri syöttöjen nikkelipitoisuuksilla näkyvät selkeimmin ensimmäisen ideaaliaskeleen jälkeen sekä uuttotehokkuuden että raffinaatin nikkelipitoisuuden suhteen.