Zur selektiven Entfernung von Schwermetallen aus industriellen Abwässern und Prozesslösungen der metallverarbeitenden Industrie werden synthetische metallkomplexierende funktionelle Polymere – mit Iminodiessigsäure (IDE) als aktive Spezies – seit Jahren erfolgreich zur Eliminierung störender Kationen eingesetzt. Ständig steigende Anforderungen an die Qualität der aufzubereitenden Wässer verlangen nach leistungsfähigen Selektivaustauschern, die den Erhalt der Eigenschaften von Prozesslösungen (z. B. pH-Wert, Salzgehalt) ermöglichen. Ziel der Untersuchungen war es, die strukturellen Matrixeinflüsse auf Beladung, Kapazität, Selektivität und Kinetik durch Variation der Matrix und der experimentellen Bedingungen näher zu untersuchen. Auf Basis einer monodispersen Erstsubstitution eines Styren-Divinylbenzen-Copolymerisates wurde durch gezielten Einbau funktioneller Gruppen – Synthese mit differenziertem Substitutionsgrad (TK/N 1-2) – versucht, systematisch den Einfluss des Substitutionsgrades der Matrix auf die Eigenschaften der Ionenaustauscher zu analysieren. Methodisch geordnet wurden zunächst die Versuche nach dem Batch- und anschließend nach dem Säulenverfahren durchgeführt und parallel dazu die Matrix charakterisiert. Das Verhalten der funktionellen Ankergruppen in Abhängigkeit vom pH-Wert der Lösung (pH-Bereich 2 - 5) wurde untersucht, der optimale Anreicherungs-pH-Wert, die maximale Beladung (Kapazität) und Selektivität der unterschiedlich substituierten Proben für die Schwermetall-Ionen Cu, Zn, Ni, Cd, Pb und Co ermittelt. Den statischen Versuchen folgten dynamische Untersuchungen im Säulenverfahren. Ziel war die Ermittlung des Durchbruchverhaltens und der Durchbruchkapazität bei optimalem pH-Wert in Abhängigkeit vom Substitutionsgrad gegenüber den Einzelmetallionen (Cu, Ni, Zn) und ausgewählten Paaren (Cu/Ni, Cu/Zn, Ni/Zn). Alle Ionenaustauscher wurden ausschließlich in der Ca-Form eingesetzt. / Selective ion exchange offers a good solution for cleaning many waste streams. The aim of this study was to develop selective ion exchange materials for effective and economical applications in waste water treatment. The investigation of chelate resins is based on iminodiacetate with different secondary substitution (degree of substitution TK/N 1 - 2, from aminoacetic acid to iminodiacetate as functional group). As comparison the weak acid resin Lewatit TP 207 was used. The research focused on the application of selective ion exchange resins for waste effluents to ascertain the feasibility of a selective ion exchange process employing chelating cation exchangers for heavy metal removal. The metals of interest were copper (Cu), zinc (Zn), nickel (Ni), cobalt (Co), lead (Pb) and cadmium (Cd) and the resins appointed in the Ca-form. The batch operation was conducted to determine the equilibrium data and the operating resin capacity, one of the most important properties. The main equilibrium parameter affecting the ion exchange was the pH value (array 2-5). The best accumulation pH value was obtained using pH 5 for all metals. The only exception was lead with pH 3. After determining the viability of the different resins with batch systems, this study has focused on the column mode experiments. They were generated for the selected resins in the continuous ion exchange process which are essentially reserved for industrial applications. A practical application of the breakthrough curves is the determination of the breakthrough time which helps to find the best operating conditions.

Объектом исследования являются растворы, полученные после атмосферного сернокислотного выщелачивания окисленных никелевых руд. Цель работы заключается в исследовании сорбционного поведения ионов никеля (II) в сульфатных растворах на ионообменных смолах с разными функциональными группами Lewatit TP 207 и Lewatit TP 220. В работе проведены исследования сорбции никеля синтетическими ионообменными смолами. Показано, что иониты с бис–пиколиламиновыми и иминодиацетатными группами проявляют способность к сорбции ионов никеля (II) даже на фоне преобладающих концентраций ионов железа (III). Проверена возможность реализации процесса сорбционного выщелачивания. Установлено, что наиболее благоприятными условиями является рН раствора 3,5–4 и предварительное частичное осаждение железа в виде гидроксида. Рассмотрены варианты десорбции насыщенного ионита. В результате проведенных исследований предложена принципиальная технологическая схема гидрометаллургической переработки окисленных никелевых руд с ионообменным извлечением никеля. / The object of research is the solutions obtained after atmospheric sulfuric acid leaching of oxidized nickel ores. The aim of this work is to study the sorption behavior of nickel (II) ions in sulfate solutions on ion-exchange resins with different functional groups Lewatit TP 207 and Lewatit TP 220. Studies of nickel sorption by synthetic ion-exchange resins have been carried out. It has been shown that ion exchangers with bis-picolylamine and iminodiacetate groups exhibit the ability to adsorb nickel (II) ions even against the background of prevailing concentrations of iron (III) ions. The possibility of implementing the sorption leaching process has been tested. It was found that the most favorable conditions are solution pH 3,5–4 and preliminary partial precipitation of iron in the form of hydroxide. Variants of saturated ion exchanger desorption are considered. As a result of the research carried out, a basic technological scheme of hydrometallurgical processing of oxidized nickel ores with ion-exchange nickel extraction was proposed.