Технические науки/ Металлургия

К.т.н. Марченко Н.В., ст.препод. Алексеева Т.В.

Сибирский Федеральный университет, Красноярск, Россия

Способ утилизации реактива Швейцера

Производство «медно-аммиачного шелка», который и до настоящего времени широко получают в мире, в том числе и на ОАО «Химволокно» в городах Щёлкино, Энгельс, Серпухов, Кемерово, Красноярск и другие, сопровождается получением отработанных растворов с высоким содержанием меди – реактива Швейцера. Эти растворы содержат до 180-185 г/л меди, извлечение которой в виде товарного продукта является экономически и экологически важным.

С Красноярского завода ОАО «Химволокно» на исследования поступил раствор, содержащий 181 г/л меди, с плотностью 1,24 г/см³. В лабораторных условиях были проведены исследования по выделению меди из этого реактива Швейцера в форме малахита CuCO₃∙Cu(OH)₂ [1,2].

Для выделения меди из раствора в виде порошка малахита было предложено произвести ряд последовательных операций [3]:

1) Сульфатизация раствора (реактива Швейцера) серной кислотой:

[Cu(NH₃)₄](OH)₂ + H₂SO₄ = [Cu(NH₃)₄]SO₄ + 2H₂O (1)

2) Обработка полученного сульфатного раствора 20-%-ным раствором горячей NaOH до образования суспензии - Cu(OH)₂:

[Cu(NH₃)₄]SO₄ + 2NaOH = Cu(OH)₂↓ + Na₂SO₄ + 4NH₃ (2)

3) Продувка через эту суспензию СО₂ с образованием малахита:

Cu(OH)₂↓ + СО₂ = CuCO₃∙Cu(OH)₂↓ + H₂O (3)

Контроль за процессом вели по убыли концентрации меди в растворе и качеству получаемого осадка. Концентрацию меди в растворе определяли рентгеноспектральным анализом и титрованием по стандартной методике. После проведенных исследований были выполнены расчеты и построены графики зависимости остаточного содержания меди в растворе от расхода серной кислоты и щелочи.

В результате проведенных экспериментов, было установлено влияние на полноту извлечения меди из раствора - расхода серной кислоты и раствора щелочи. Продолжительность продувки суспензии Cu(OH)₂ газом СО₂, то есть его расход, повлиял на цвет получаемого порошка - чем больше расход СО₂, тем более темного цвета получали осадок.

Наилучшие результаты были достигнуты при расходе серной кислоты - 120%, а щелочи – 150-200 % от теоретически необходимых для протекания реакций. Дальнейшее повышение расходов реагентов не целесообразно, так как это не влияет на остаточное содержание меди в растворе, но увеличивает затраты на извлечение меди из раствора (рис.1, табл.1).

Рисунок 1. Зависимость остаточного содержания меди в растворе от расхода щелочи (NaOH) при расходе серной кислоты на сульфатизацию: А – 100%, Б -110%, В -120%, от теоретически необходимого.

Таблица 1

Результаты лабораторных исследований

№	Расход H2SO4, % от теоретически необходимого	Расход NaOH, % от теоретически необходимого	Остаточное содержание меди в растворе, г/л	Извлечение меди из раствора в осадок, %
1	100	150	10,4	94,25
2	110	150	8,7	95,19
3	120	150	4,1	97,73
4	130	150	4,0	97,79
5	120	80	36,4	79,89
6	120	90	21,5	88,12
7	120	100	8,2	95,47
8	120	120	5,1	97,18
9	120	150	4,1	97,73
10	120	200	2,5	98,62

Остаточное содержание меди в растворе (реактиве Швейцера) после выделения малахита составило 2,5-4 г/л, что соответствует извлечению меди из исследуемого раствора на 97,7 - 98,5%. Медь, в результате проведенных экспериментов, была выделена в виде порошка малахита, имеющих высокую товарную стоимость - около 3-3,5 тыс. руб./кг. Проведенные исследования доказали возможность переработки медьсодержащих отработанных растворов, используемых при производстве искусственных волокон, с выделением меди в виде продукта, имеющего высокую потребительскую стоимость.

Литература:

1. Петров А.А., Бальян Х.В., Трощенко А.Т. Органическая химия/ А.А. Петров – М.: Высшая школа, 1981. – 592 с.

2. Леенсон И.А. Загадки малахита/ И.А. Леенсон. – М.: Химия и жизнь, 1993, № 9, с.60

3.Марченко Н.В., Алексеева Т.В. Способ утилизации реактива Швейцера, используемого при производстве химволокна /Н.В. Марченко. – Сборник научных трудов «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте -2011», Том.3, Технические науки. –Одесса: Черноморье, 2011, с. 53-55.