Study of the adsorption of Nickel ions on local natural clays in hydrometallurgical effluents Étude de l'adsorption des ions de Nickel sur des argiles naturelles locales dans les effluents hydrométallurgiques

Abstract

This research focuses on the treatment of hydrometallurgical effluents, specifically studying the adsorption of metallic ions such as Nickel, Copper, Cobalt, Mercury, and lead on natural clays from the Democratic Republic of Congo (DRC). Twelve clay samples, six activated with a strong acid and six non-activated, were characterized using various techniques including X-Ray Diffraction, Fourier Transform Infrared Spectroscopy, X-Ray Fluorescence, Transmission Electron Microscopy, and chemical dosage. The characterization revealed that the clays are mixed with several clayey minerals, enriched in aluminum silicate; contain absorption and water retention sites, and exhibit heterogeneities at the interfaces between grains and exchangeable ions. Activating the clays increased their cation exchange capacities, removed impurities, and increased pore size and specific area. Two aqueous solutions were used in the experiments: a laboratory-prepared nickel sulfate solution and a hydrometallurgical aqueous solution from a factory, both initially containing 15 mgL^-1 of Ni²⁺ ions. Results showed that the adsorption of Ni²⁺ ions increased with the quantity of clay in the solution. The activated clays adsorbed more ions than non-activated clays at the same Ni²⁺ ion concentration. Additionally, adsorption was weaker in the hydrometallurgical solution compared to the nickel sulfate solution, suggesting competition from other metallic ions. The optimal adsorption occurred with chemically activated clays containing high Na⁺ , Fe²⁺ , and Al³⁺ ion content and low K⁺ ion content. The Hill-Langmuir model was used to describe the adsorption results, revealing that minimal quantities of activated clay were needed to adsorb a large quantity of Ni²⁺ ions in the solution, whereas large quantities of non-activated clays were insufficient. In conclusion, the research demonstrates the potential of natural clays from the DRC to adsorb metallic ions from hydrometallurgical effluents, providing insights for effective treatment methods in the future. The model revealed that the clay samples A2a clay, A6a and A3na have the very elevated reactional sites concentrations.

Cette recherche se concentre sur le traitement des effluents hydrométallurgiques, en étudiant spécifiquement l'adsorption d'ions métalliques tels que le nickel, le cuivre, le cobalt, le mercure et le plomb sur des argiles naturelles de la République démocratique du Congo (RDC). Douze échantillons d'argile, dont six activés avec un acide fort et six non activés, ont été caractérisés à l'aide de diverses techniques, notamment la diffraction des rayons X, la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, la fluorescence des rayons X, la microscopie électronique à transmission et un dosage chimique. La caractérisation a révélé que les argiles sont mélangées à plusieurs minéraux argileux, enrichies en silicate d'aluminium ; contiennent des sites d'absorption et de rétention d'eau, et présentent des hétérogénéités aux interfaces entre les grains et les ions échangeables. L'activation des argiles a augmenté leurs capacités d'échange cationique, éliminé les impuretés, et augmenté la taille des pores et la surface spécifique. Deux solutions aqueuses ont été utilisées dans les expériences : une solution de sulfate de nickel préparée en laboratoire et une solution aqueuse hydrométallurgique provenant d'une usine, toutes deux contenant initialement 15 mgL^-1 d'ions Ni²⁺. Les résultats ont montré que l'adsorption des ions Ni²⁺ augmentait avec la quantité d'argile dans la solution. Les argiles activées ont adsorbé plus d'ions que les argiles non activées à la même concentration en ions Ni²⁺ . De plus, l'adsorption était plus faible dans la solution hydrométallurgique que dans la solution de sulfate de nickel, suggérant une compétition avec d'autres ions métalliques. L'adsorption optimale s'est produite avec des argiles activées chimiquement contenant une forte teneur en ions Na⁺ , Fe²⁺ et Al³⁺ et une faible teneur en ions K⁺ . Le modèle de Hill-Langmuir a été utilisé pour décrire les résultats de l'adsorption, révélant que des quantités minimales d'argile activée étaient nécessaires pour adsorber une grande quantité d'ions Ni²⁺ dans la solution, alors que de grandes quantités d'argiles non activées étaient insuffisantes. En conclusion, la recherche démontre le potentiel des argiles naturelles de la RDC à adsorber les ions métalliques des effluents hydrométallurgiques, fournissant des perspectives pour des méthodes de traitement efficaces à l'avenir. Le modèle a révélé que les échantillons d'argile A2a, A6a et A3na présentent des concentrations de sites réactionnels très élevées.