با همکاری مشترک انجمن علوم و فناوری‌های شیمیایی ایران

نوع مقاله : مقاله پژوهشی کامل

نویسندگان

گروه شیمی، دانشگاه آزاد اسلامی، یزد، ایران

10.30473/ijac.2026.78544.1349

چکیده

ناخالصی‌های فلوراید در الکترولیت‌های صنعتی سولفات روی با افزایش رسوب روی روی کاتد آلومینیوم، بر فرآیند الکترووینینگ روی تأثیر منفی می‌گذارند و در نتیجه راندمان فرآیند و کیفیت محصول را کاهش می‌دهند. در مطالعه حاضر، اکسید زیرکونیوم (ZrO2) به عنوان جاذب برای حذف فلوراید از محلول سولفات روی در طول فرآیند الکترولیز صنعتی تولید روی استفاده شده است. تأثیر پنج پارامتر عملیاتی، شامل دوز ZrO2، دما، زمان تماس، سرعت هم زدن و pH، به طور سیستماتیک برای بهینه‌سازی فرآیند حذف فلوراید ارزیابی شد. غلظت اولیه سولفات روی و فلوراید در الکترولیت به ترتیب 210 گرم در لیتر و 453 میلی‌گرم در لیتر (ppm) بود. تحت شرایط عملیاتی بهینه (دوز ZrO2 2.0 گرم در لیتر، دمای 90 درجه سانتیگراد، زمان تماس 20 دقیقه، سرعت هم زدن 200 دور در دقیقه و همچنین pH 7)، بیش از 90٪ فلوراید از الکترولیت سولفات روی حذف شد. علاوه بر این، تحت شرایط عملیاتی صنعتی نشان داده شد که غلظت فلوراید می‌تواند به کمتر از ۵۵ میلی‌گرم در لیتر (ظرفیت جذب = ۲۰۰ میلی‌گرم در گرم) کاهش یابد، که به طور قابل توجهی مشکلات عملیاتی مرتبط با الکترووینینگ روی را کاهش می‌دهد. این یافته‌ها نشان می‌دهند که نانوپودر ZrO2 یک جاذب کارآمد و کاربردی برای حذف فلوراید از الکترولیت‌های سولفات روی صنعتی است و پتانسیل قابل توجهی برای کاربرد صنعتی دارد.‎

کلیدواژه‌ها

موضوعات

[1] M. D. Turan, H.S. Altundoğan, F. Tümen, Recovery of zinc and lead from zinc plant residue, Hydrometallurgy, 75 (2004) 169–176.
[3] M. Lashgari, F. Hosseini, Lead-silver anode degradation during zinc electro recovery process: chloride effect and localized damage, J. Chem. 2013 (2013) 1–5.
[6] J. Yu, H. Yang, L. Li, Y. Cui, J. Zhu, Effect of fluoride and chloride on zinc hydrometallurgical system and their removal methods, Nonferrous Met. (Extractive Metallurgy) 6 (2014) 17–21.
[8] W. Liu, R. Zhang, Z. Liu, C. Li, Removal of chloride from simulated zinc sulfate electrolyte by ozone oxidation, Hydrometallurgy, 160 (2016) 147–151.
[9] S. Su, H.Q. Chen, Research on removal of fluoride and chloride in zinc hydrometallurgy, Hunan, Nonferrous Met. 29 (2013) 40–43.
[10] W. Xie, Study on the removal of F from electrolytic zinc solution used for zinc-making in wet method, J. Guangxi Univ. Natl. 2 (1996) 26–30.
[11] MLA: H. Hata, M. Sokoto K. Haiki K. Nishina Removal of Fluoride Ion from Zinc Sulfate Solution by Iron Compounds. Canadian Institute of Mining, Metallurgy and Petroleum, 2008.
[12] Z. Fang, N. Xue, L. Li, T. Hong, H. Kong, J. Wu, Performance and mechanism for de-fluorination by modified aluminum hydroxide in zinc sulfate solution, J. Nanosci. Nanotechnol. 16 (2016) 12470–12475.
[13] K. Yang, Y. Li, Z. Tian, K. Peng, Y. Lai, Removal of fluoride ions from ZnSO4 electrolyte by amorphous porous Al2O3 microfiber clusters: Adsorption performance and mechanism, Hydrometallurgy, 2020, 197, 105455, 10.1016/j.hydromet.2020.105455
[14] N. Kataria, V.K. Garg, M. Jain, K. Kadirvelu, Preparation, characterization and potential use of flower shaped zinc oxide nanoparticle (ZON) for the adsorption of Victoria Blue B dye from aqueous solution, Adv. Powder Technol. 27 (2016) 1180–1188.
[15] S.S. Madan, K.L. Waserwar, C.R. Wasewar, C.R. Kumar, Adsorption kinetics, thermodynamics, and equilibrium of a–toluic acid onto calcium peroxide nanoparticle, Adv. Powder Technol. 27 (2016) 2112–2120.
[16] S. Li, Z. Jia, Z. Li, Y. Li, R. Zhu, Synthesis and characterization of mesoporous carbon fiber and its adsorption for dye in wastewater, Adv. Powder Technol. 27 (2016) 591–598.
[17] N. Jagadeesh, B. Sundaram,  Adsorption of Pollutants from Wastewater by Biochar: A Review, J. Hazard. Mater. Adv.,  9,  2023, 100226
[18] A. A. El-Baza, Ibrahim A. Hendyb, Ayman M. Dohdohc, and Mohamed I. Srour, Adsorption technique for pollutants removal; current new trends and, future challenges – A Review, Egypt. Int. J. Eng. Sci. Technol., Vol. 32 (2020) 1–24
[19] G. T. Tee, X. Y. Gok, W. F. Yong, Adsorption of pollutants in wastewater via biosorbents, nanoparticles and magnetic biosorbents: A review, Environ. Res. 212 (2022) 113248, https://doi.org/10.1016/j.envres.2022.113248
[20] Bahadi, S.A., Al-Amrani, W.A., Drmosh, Q.A. et al. Adsorption of Organic and Inorganic Pollutants from Wastewater Using Various Effective Adsorbents: A Comparative Study. Water Air Soil Pollut 236, 931 (2025). https://doi.org/10.1007/s11270-025-08593-9
[21] S. Rezania, N. Darajeh, P.F. Rupani, A. Mojiri, H. Kamyab, M. Taghavijeloudar, Recent Advances in the Adsorption of Different Pollutants from Wastewater Using Carbon-Based and Metal-Oxide, Nanoparticles. Appl. Sci. 2024, 14, 11492. https://doi.org/10.3390/app142411492.
[22] R. Liu, J. Guo, H. Tang, Adsorption of fluoride, phosphate, and arsenate ions on a new type of ion exchange fiber, J. Colloid Interface Sci. 248 (2002) 268–274.
[23] M. Gao, W. Wang, M. Cao, H. Yang, Y. Li, Hierarchical hollow manganese-magnesium-aluminum ternary metal oxide for fluoride elimination, Environ. Res. 188 (2020) 109735.
[24] A. Bhatnagar, E. Kumar, M. Sillanpaa, Fluoride removal from water by adsorption- a review, Chem. Eng. J. 171 (2011) 811–840.
[25] S. Ayoob, A.K. Gupta, T.B. Venugopal, A conceptual overview on sustainable technologies for the defluoridation of drinking water, Crit. Rev. Environ. Sci. Technol. 38 (2008) 401–470.
[26] J. Fito, H. SaidS. Feleke, A. Worku, Fluoride removal from aqueous solution onto activated carbon of Catha edulis through the adsorption treatment technology, Environmental Systems Research, 8 (2019)  25 DOI: 10.1186/s40068-019-0153-1
[27] L.H. Velazquez–Jimenez, R.H. Hurt, J. Matos, J.R. Rangel–Mendez, Zirconium–carbon hybrid sorbent for removal of fluoride from water: oxalic acid mediated Zr(IV) assembly and adsorption mechanism, Environ. Sci. Technol. 48 (2014) 1166–1174.
[28] Z. Yu, C. Xu, K. Yuan, X. Gan, C. Feng, X. Wang, L. Zhu, G. Zhang, D. Xu, Characterization and adsorption mechanism of ZrO2 mesoporous fibers for health–hazardous fluoride removal, J. Hazard. Mater. 346 (2018) 82–92.
[29] Fluoride-USEPA SPADNS Method. Adapted from standard methods for the examination of water and wastewater, 4500-F B & D.
[30] A. Nagaraj, M.A. Munusamy, M. Ahmed, S.S. Kumar, M. Rajan, Hydrothermal synthesis of mineral-substituted hydroxyapatite nanocomposite material for fluoride removal from drinking water, New J. Chem. 42 (2018) 12711–12721.
[31] Y. Shan, H. Guo, Fluoride adsorption on modified natural siderite: Optimization and performance, Chem. Eng. J. 223 (2013) 183–191.
[32] B. Ekka, R.S. Dhaka, R.K. Patel, P. Dash, Fluoride removal in waters using ionic liquid-functionalized alumina as a novel adsorbent, J. Clean Prod. 151 (2017) 303–318.
[33] J. Zhang, N. Chen, P. Su, M. Li, C. Feng, Fluoride removal from aqueous solution by Zirconium-Chitosan/Graphene Oxide Membrane, React. Funct. Polym. 114 (2017) 127–135.
[34] R.S. Sathish, N. Raju, G. Raju, G. Nageswara Rao, K.A. Kumar, C. Janardhana, Equilibrium and kinetic studies for fluoride adsorption from water on zirconium impregnated coconut shell carbon, Sep. Sci. Technol. 42 (2007)769–788.
[35] R.S. Sathish, N. Raju, G. Raju, G. Nageswara Rao, K.A. Kumar, C. Janardhana, Equilibrium and kinetic studies for fluoride adsorption from water on zirconium impregnated coconut shell carbon, Sep. Sci. Technol. 42 (2007)769–788.