Koboltin talteenotto ioninvaihdolla teollisuuden jätevesistä

Abstract

Koboltti on teollisuudessa laajasti käytetty raskasmetalli, jota kulkeutuu teollisuuden prosesseista suoraan jätevesivirtoihin ja joka on suurina pitoisuuksina ympäristölle haitallinen. Se luokitellaan teollisuudelle kriittiseksi raaka-aineeksi, minkä vuoksi sen talteenotto teollisuuden jätevesistä olisi tärkeää saatavuuden ollessa rajallista. Raskasmetallien talteenottoon vesiliuoksista on useita menetelmiä, joista tarkastellaan tässä työssä ioninvaihtoa. Kirjallisuustutkimuksen tavoitteena on selvittää, missä muodossa koboltti esiintyy teollisuuden jätevesissä ja kuinka hyvin ioninvaihto soveltuu menetelmänä koboltin talteenottoon. Työ jakaantuu kolmeen osaan. Ensimmäisessä osassa tarkastellaan kobolttia raaka-aineena ja jätevesien koostumusta, joissa kobolttia esiintyy. Tarkastelu rajautuu kaivos- ja pinnoitusteollisuuden jätevesiin, jotka ovat molemmat happamia ja hyvin metallipitoisia. Toisessa osassa perehdytään ioninvaihdon toimintaperiaatteeseen ja erilaisiin ioninvaihtajiin. Kolmannessa osassa keskitytään koboltin talteenottoprosessiin eli sopivan ioninvaihtajan valintaan, tarvittavaan laitteistoon sekä ioninvaihtoon vaikuttavien parametrien, kuten optimaalisen pH:n, määritykseen. Tutkimus osoittaa, että koboltti esiintyy kaivos- ja pinnoitusteollisuuden jätevesissä ionimuodossa johtuen alhaisesta pH:sta. Molempien teollisuuden alojen jätevedenkäsittelyssä koboltti ja muut metallit saostetaan yleensä hydroksideina tai muina suoloina. Jätevedet ovat koostumukseltaan monimutkaisia ja sisältävät useita eri metalleja ja yhdisteitä, jolloin koboltti on otettava vedestä talteen tarpeeksi selektiivisesti. Useat eri hartsityypit sopivat koboltin selektiiviseen talteenottoon, kuten kelatoivat ja kationiset ioninvaihtohartsit. Näitä hartseja on saatavilla kaupallisesti ja niitä on tutkittu toimiviksi happamissa jätevesissä. Zeoliitti-mineraalit ovat osoittautuneet lupaavaksi vaihtoehdoksi ioninvaihtohartseille, mutta tarvitsevat vielä lisää tutkimusta. Talteenottoprosessissa on varmistettava, ettei ioninvaihtajaan sitoudu koboltin sijasta tai lisäksi muita metalleja, jotka on täten poistettava ensin jätevesiliuoksesta. Ioninvaihdon laitteisto on valittava teollisuuden prosessin ja jäteveden kiintoainepitoisuuden mukaan. Ioninvaihto saadaan mahdollisimman tehokkaaksi säätelemällä liuoksen pH:ta, ioninvaihtajan määrää, liuoksessa olevien epäpuhtauksien määrää ja kontaktiaikaa koboltti-ionien ja ioninvaihtajan välillä. Koboltille sopivaksi havaituilla ioninvaihtajilla pH välillä 4–6 vaikuttaa olevan optimaalisin koboltin talteenottoon. Muiden metallien suuri pitoisuus liuoksessa kobolttiin nähden heikentää koboltin saantoa. Riittävän suuri ioninvaihtajan määrä ja kontaktiaika puolestaan parantavat saantoa. Nykyisillä ioninvaihtajilla saadaan talteen yli 80 % koboltista.