Toryum ve bazı nadir toprak elementlerinin ( Lantan, Neodimyum, seryum ) doğal zeolit ( klinoptilolit ) kullanılarak iyon değişimi yoluyla kazanım olanaklarının araştırılması

Abstract

IV ÖZET Bu tez çalışmasında, dünyanın önemli yataklarından birisi durumunda olan, Bigadiç klinoptilolitinin iyon değiştirme özelliğinden yararlanılarak toryum ve bazı nadir toprak elementlerinin (neodimyum, lantan, seryum) kazanılmasında kullanılabilirliği incelenmiştir. Yapılan deneylerde iyon değişimine tane büyüklüğü, alıkonma süresi, besleme pH'sı ve besleme derişiminin etkileri belirlenmiştir. Asit aktivasyonu işleminin klinoptilolitin iyon değiştirme kapsitesinde ne derece etkili olduğu araştırılmış ve sonuçta HNO3 ile yapılan aktivasyon işleminin iyon değiştirme kapasitesini olumlu yönde etkilediği anlaşılmıştır. Söz konusu elementlerle doygunluğa erişen klinoptilolit kolonlarından NaCl ve NH4CI çözeltileri geçirilerek kolonda tutulan elementlerin geri kazanılabilirliği incelenmiştir. Ayrıca, iyon değişiminde kullanılan klinoptilolitin yeniden kullanılabilirliğinin belirlenmesi amacıyla da NaCl kullanılarak rejenere edilebilirlikleri konusunda da deneyler yapılmıştır. Yapılan deneyler sonucunda, klinoptilolitin katyon değiştirme seçiciliğinin Nd+3 >La+3 >Ce+3 >Th+4 şeklinde bir dizilim gösterdiği ve toryum, neodimyum, lantan, seryum için en uygun alıkonma sürelerinin sırasıyla 8 dk, 6.5 dkv 5 dk ve5 dk olduğu belirlenmiştir. Besleme çözeltisindeki H+ iyonu derişimindeki artışa paralel olarak, söz konusu iyonların tutulabilirliğinde önemli oranda düşüş kaydedilmiş ve düşük pH'larda besleme derişiminin artması iyonların tutulma olasılığını olumlu yönde etkilemiştir. Hidroklorik asit ile aktivasyon işleminde klinoptilolitin katyon değiştirme kapasitesinde belirgin bir farklılık gözlenmezken, nitrik asit ile yapılan aktivasyon sonucu kapasitede bir iyileşme sağlanmış ve 0.1 M asit derişiminde en iyi sonuç elde edilmiştir. Ancak, asit derişiminin bu değerin üzerine çıkmasıyla tutma kapasitesinde düşme gözlenmiş ve asit derişiminin belli bir değerin üzerine çıkması durumunda da malzeme yapısının göçmeye başladığı anlaşılmıştır. Klinoptilolitin katyon değiştirme kapasitesi rejenerasyon sayısı ile artmış, dördüncü adımdan sonra ise sabit hale geldiği görülmüştür. % 10 NaCl çözeltisi ile gerçekleştirilen yıkama işlemi sonucunda; lantanın % 83.55'i, neodimyumun % 81.2'si, seryumun % 65.4'ü, toryumun % 50. 72'si ve 2 M NH4CI çözeltisi ile yıkama işleminde de toryumun % 49.07'si geri kazanılabilmiştir.

SUMMARY In this thesis; Bigadiç clinoptilolites, one of the important reserves of the world, have been examined to recover thorium and some rare elements (neodymium, lanthanum, cerium) by ion exchange. In the experiments performed, the effect of particle size, retention time, solution pH and ion concentration have been determined. The effect of acid activation treatment on the ion exchange capacity of clinoptilolite have been examined and it was found that the acid activation made using HNO3 has given better results. Experiments were performed for the purpose of elution of the elements from the saturated clinoptilolite columns using NaCl and NH4CI. Regeneration tests using NaCl solution were carried out in order to determine the re usability of clinoptilolite. From the results of experimental work, the order of cation selectivity of clinoptilolite has been found as Nd+3 > La+3 > Ce+3 > Th+4 and the optimum retention time have been calculated as 8, 6.5, 5, and 5 minutes for thorium, neodymium lanthanum, and cerium, respectively. Due to increase in the H+ ion concentration at low pH values of the solution, the rate of exchange of related ions have been decreased tremendously. Consequently, increase in the feed concentration at low pH values showed an increase in the ion-exchange capacity of the clinoptilolite. After treatment of clinoptilolite with HC1, no change was observed in the ion-exchange capacity of the material but, an important increase was observed in case of activation with HNO3 anc* tne ^est result was obtained at activation with 0.1 M HNO3 concentration. Above 0.1 M acid concentrations ion exchange capacity was observed to decrease ending up distortion of crystal structure of the clinoptilolite at higher acid concentrations. Cation-exchange capacity of clinoptilolite was found to increase by an increase in the number of regeneration steps, reaching a constant value after 4 regeneration steps. At the end of elution treatment with 10 % NaCl solution, the efficiency of elution were determined as 83.55 %, 81.2 %, 65.4 %, and 50.72 % for lanthanum, neodymium, cerium and thorium, respectively. In the case where 2 M NH4CI solution is used for elution, the rate of efficiency for thorium was found as 49.07 %.