Effects of coexisting zinc and nickel ions on crystallization behaviour and properties of spinel synthesised in chromium-containing wastewater

ABSTRACTElectroplating wastewater contains chromium ions, zinc ions, and nickel ions due to the emergence of a multi-layer plating process and unified treatment of mixed wastewater. The effects of coexisting zinc and nickel ions on crystallization behaviour and properties of spinel synthesised in chromium-containing wastewater by ferrite method were investigated in the study. The results indicated that the quality of the supernatant and the stability of synthetic products were barely affected. However, the magnetic property of the synthetic products was significantly increased when the concentration ratio of zinc and nickel ions was appropriate. With the extension of stirring time, the stability of the synthetic product increased, but the crystallinity gradually decreased. Chromium and zinc ions entered the synthetic products preferentially over nickel ions during ferrite synthesis. In addition, the morphology of the synthetic products was irregular and dense, and the lustre distribution was uniform. The distributions of iron, chromium, zinc, nickel and oxygen were overlapped, owing to a single spinel, and the molecular formula of synthetic products was speculated as FexCryZnzNinO4 (3.53 < x < 3.99, 0.2 < y < 0.36, 0.04 < z < 0.05, 0.03 < n < 0.05). Finally, the transport model of metal ions in the mixed wastewater was established, and the synthesis mechanism was revealed.Les eaux usées d’électrodéposition contiennent des ions de chrome, de zinc et de nickel en raison de l’émergence d’un procédé de placage multicouche et d’un traitement unifié des eaux usées mixtes. Dans l’étude, on a examiné les effets de la coexistence des ions de zinc et de nickel sur le comportement de cristallisation et les propriétés d’un spinelle synthétisé dans les eaux usées contenant du chrome par la méthode de ferrite. Les résultats ont indiqué que la qualité du surnageant et la stabilité des produits synthétiques étaient à peine affectées par les ions de zinc et nickel coexistants dans les eaux usées contenant du chrome. Cependant, la propriété magnétique des produits synthétiques augmentait significativement quand le rapport de concentration des ions de zinc et de nickel était approprié, ce qui pourrait améliorer la récupération des produits synthétiques par séparation magnétique. Avec la prolongation de la durée d’agitation, la stabilité du produit synthétique augmentait, mais la cristallinité diminuait graduellement. Les ions de chrome et de zinc sont entrés dans les produits synthétiques préférentiellement par rapport aux ions de nickel lors de la synthèse de ferrite. En outre, on a trouvé que la morphologie des produits synthétiques était irrégulière et dense, et que la distribution du lustre était uniforme. Les distributions du fer, du chrome, du zinc, du nickel et de l’oxygène se chevauchaient, en raison d’un seul spinelle, et l’on a supposé que la formule moléculaire des produits synthétiques était FexCryZnzNinO4 (3.53 < x < 3.99, 0.2 < y < 0.36, 0.04 < z < 0.05, 0.03 < n < 0.05). Finalement, on a établi le modèle de transport des ions métalliques dans les eaux usées mixtes, et l’on a révélé le mécanisme de synthèse.KEYWORDS: Chromium-containing wastewaterCoexisting zinc and nickel ionsFerrite processCrystallization behaviourMagnetic propertyStability Disclosure statementNo potential conflict of interest was reported by the author(s).Additional informationFundingThe authors would like to acknowledge the National Natural Science Foundation of China [grant number 52264028 and 51904129], Young Talent Project of ‘Xingdian Talent Support Plan’ of Yunnan Province [grant number KKRD202221039], Fundamental Research Projects of Yunnan Province [grant number 202001AU070028], and Analyzing and Testing Funds of Kunming University of Science and Technology [grant number 2020T20180033] for financial support.