Study of the adsorption of Nickel ions on Sodium alginate polymeric membrane in hydrometallurgical effluents Étude de l'adsorption des ions de Nickel sur une membrane polymérique d'alginate de sodium dans les effluents hydrométallurgiques

Abstract

Mining extraction activities in the Democratic Republic of Congo result in the production of hydrometallurgical effluents containing varying concentrations of metallic ions. These effluents are often discharged into the environment without proper treatment, leading to ecological imbalances and severe illnesses in animals and humans. It is crucial to treat these effluents before releasing them into the natural environment. This study presents a technical approach for developing polymeric membranes capable of adsorbing metallic ions from aqueous solutions of hydrometallurgical effluents. A sodium alginate polymeric membrane was synthesized and characterized using various techniques including X-Ray Diffraction, Fourier Transform Infrared Spectroscopy, X-Ray Fluorescence, Transmission Electronic Microscopy, Differential Scanning Calorimetry, and Mechanical Traction. Adsorption experiments were conducted using aqueous solutions of nickel sulphate prepared in the laboratory and hydrometallurgical aqueous solutions from a factory. The results showed that the adsorption of nickel (Ni²⁺) ions on the polymeric membrane is faster in the hydrometallurgical solution compared to the nickel sulphate solution. This phenomenon appears to be mainly governed by short range forces such as Van der Waals forces. The Hill-Langmuir model was used to describe the adsorption experiments, and the analysis of the model parameters indicated that the adsorption of Ni²⁺ ions on the sodium alginate polymeric membrane is more efficient in solutions containing only one type of ion compared to complex aqueous solutions. This is due to the competition between different metallic ions present in complex solutions, which are not the case in the nickel sulphate solution where only Ni²⁺ ions are present. Furthermore, the analysis showed that the coordination number (n) for Ni²⁺ ions in a "receiving" site of the polymeric membrane is smaller in the nickel sulphate solution (2.22) compared to the hydrometallurgical aqueous solution (2.85). 

Les activités d'extraction minière en République démocratique du Congo génèrent des effluents hydrométallurgiques chargés en ions métalliques à des concentrations variables. Ces effluents sont parfois rejetés dans la nature sans aucun traitement approprié. Les ions métalliques présents dans ces effluents sont directement impliqués dans l'apparition de déséquilibres au niveau des écosystèmes ou à l'origine de maladies graves pouvant conduire à la mort, aussi bien chez les animaux que chez l'homme. Il est impératif de traiter certains effluents hydrométallurgiques avant leur rejet dans l'environnement naturel. Ce travail présente une approche technique pour développer des membranes polymériques capables d'adsorber les ions métalliques contenus dans les solutions aqueuses d'effluents hydrométallurgiques. Une membrane polymérique d'alginate de sodium a été élaborée et caractérisée à l'aide de différentes techniques, notamment la diffraction des rayons X, la spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier, la fluorescence des rayons X, la microscopie électronique à transmission, la calorimétrie différentielle à balayage et la traction mécanique. Des expériences d'adsorption ont été réalisées en utilisant des solutions aqueuses de sulfate de nickel préparées en laboratoire et des solutions aqueuses hydrométallurgiques provenant d'une usine. Les résultats des expériences d'adsorption ont montré que l'adsorption des ions nickel (Ni²⁺) sur la membrane polymérique est plus rapide dans la solution hydrométallurgique que dans la solution de sulfate de nickel. Ce phénomène semble être principalement régi par des forces à courte portée telles que les forces de Van der Waals. Le modèle de Hill-Langmuir a été utilisé pour décrire les expériences d'adsorption, et l'analyse des paramètres du modèle a indiqué que l'adsorption des ions Ni²⁺ sur la membrane polymérique d'alginate de sodium est plus efficace dans les solutions contenant un seul type d'ion que dans les solutions aqueuses complexes. Cela est dû à la compétition entre différents ions métalliques présents dans les solutions complexes, ce qui n'est pas le cas dans la solution de sulfate de nickel où seuls les ions Ni²⁺ sont présents. De plus, l'analyse a montré que le nombre de coordinations (n) pour les ions Ni²⁺ dans un site "récepteur" de la membrane polymérique est plus petit dans la solution de sulfate de nickel (2,22) par rapport à la solution aqueuse hydrométallurgique (2,85).