Технічні науки / Металургія

Грицай В.П., Печеннікова В.М., Іванов В.І., Моісейко Ю.В.

Запорізька державна інженерна академія

про осадження міді з розчину сульфату цинку

Відомий метод одержання цинку з сульфідних цинкових концентратів передбачає випалювання концентрату за температури 950…1050° С, його подальше розчинювання за температури 50…70° С в слабкому розчині сірчаної кислоти (70…100 г/дм³) та очищення одержаного розчину сульфату цинку від заліза, міді, миш’яку й інших домішок для подальшого електролізу цинку [1,2].

Через недостатнє вивчення стадії очищення розчину сульфату цинку від домішок одержані розчини не завжди задовольняють вимогам електролізу цинку, що знижує техніко-економічні показники зазначеного методу в цілому.

Як початкові матеріали для розглядання кінетики осадження міді (однієї з небажаних домішок під час електролізу цинку) з водяного розчину сульфату цинку використовували хімічні чисті сульфати цинку та міді, а також цинковий пил наступного гранулометричного складу, %: фракція +2,0  мм – 0,98; фракція -2,0…+1,0 мм – 17,20; фракція -1,0…+0,5 мм – 24,42; фракція -0,4…+0,25  мм – 19,90; фракція -0,25 мм – 46,50.

Осадження міді з водяного розчину сульфату цинку здійснювали за температури 20, 40 і 60° С методом цементації за допомогою цинкового пилу в кількості, що відповідає напів-, одно- та двократній витраті за стехіометрією згідно реакції:

. (1)

Для всіх експериментів початковий вміст міді та цинку в розчині, що досліджували, був постійним: 3,0 і 130,0 г/дм³ відповідно.

Вивчали ступінь осадження міді з розчину сульфату натрію залежно від тривалості експерименту, температури розчину та витрати цементатора. Встановлено, що з підвищенням температури розчину ступінь осадження міді помітно зростає.

Аналіз результатів проведених експериментів свідчить про достатню ефективність осадження міді з водяного розчину сульфату цинку за температури 40…60° С. Завершення осадження всієї міді з розчинів, що містять цинк, спостерігали за температури 60° С і двократної витрати цинкового пилу та тривалості процесу осадження шість хвилин. Під час використання такої ж кількості цинкового пилу, але за температури 20 і 40° С, ступінь осадження міді дорівнював відповідно 76 і 87 %.

Математичну обробку результатів експериментів, одержаних за раціональних технологічних параметрів, здійснювали з використанням відомих кінетичних рівнянь [3,4]:

; (2)

, (3)

де К – константа швидкості реакції осадження міді з розчину; t – тривалість експерименту; а, х – початковий вміст міді та кількість міді, що виділено з розчину сульфату цинку, відповідно; V – швидкість осадження міді з розчину; t – температура експерименту; m – порядок реакції.

З використанням рівняння (2) обчислювали значення константи швидкості реакції осадження міді К з водяного розчину сульфату цинку для різних часових інтервалів, а також її середнє значення () за прийнятими температурними режимами:  = 0,277 за температури 20° С; = 0,454 за температури 40° С; = 0,610 за температури 60° С.

Набутих значень константи швидкості реакції осадження міді підставляли до рівняння (3) та розраховували порядок реакції: m = 0,65.

Значення константи, що визначено експериментально-розрахунковим шляхом, дозволили обчислити величину уявної енергії активації процесу осадження міді з розчину сульфату цинку за допомогою цинкового пилу: Е = 7940 Дж/моль.

Враховуючи залежність К від різних чинників, рівняння (3) можна записати як

, (4)

Невелике значення уявної енергії активації та порядок реакції (1), який є близьким до першого, дозволяють припустити, що процес осадження міді з розчину сульфату цинку здійснюється за дифузійним режимом.

Література:

1. Худяков И.Ф., Дорошкевич А.П., Карелов С.В. Металлургия вторичных тяжелых цветных металлов. - М.: Металлургия, 1967. - 528 с.

2. Зайцев В.Я., Маргулис Е.В. Металлургия свинца и цинка. - М.: Металлургия, 1985. - 263 с.

3. Гетерогенные химические реакции / Под ред. М.М. Павлюченко. - Минск: Изд-во Министерства высшего и среднего образования БССР, 1961. - 262 с.

4. Вейнис С.М. Химическая кинетика и расчеты промышленных реакторов. - М.: Химия, 1967. - 414 с.