В. В. Даценко

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

РЕГЕНЕРАЦИЯ ОТРАБОТАННЫХ РАСТВОРОВ ТРАВЛЕНИЯ

α-ЛАТУНЕЙ

 

В настоящее время отсутствуют приемлемые ресурсо- и энергосберегающие способы регенерационной утилизации и очистки отработанных технологических растворов и сопутствующих сточных вод. На практике при травлении изделий из медных сплавов отработанные растворы травления чаще всего сбрасываются в промышленную канализацию, что приводит к потере большого количества цветных металлов и загрязнению окружающей среды. Ежегодно в сточных водах гальванических цехов теряется более 0,46 тыс. т меди, 3,3 тыс. т цинка, десятки тыс. т кислот и щелочей [1].

Разработанные и действующие в настоящее время технологические процессы регенерации травильных растворов после травления медных сплавов не являются надежными и имеют существенные недостатки [2-4]. Наиболее эффективным и перспективным является метод вытеснения (цементация). Регенерация цементацией – наиболее простой по технологии процесс, который протекает с высокой скоростью, прост в исполнении, не требует сложного технологического оборудования.

Цель данной работы заключалась в изучении процесса цементации меди цинком как одной из стадий способа регенерации отработанных раствора электрохимического травления α-латуни. Рассмотренная в работе регенерация отработанного травильного раствора латуни методом вытеснения обеспечивает практически полное осаждение ионов меди в виде чистого металла, что позволяет на следующей стадии электролиза выделить цинк из раствора и возвратить сульфатсодержащий раствор в технологический цикл процесса электрохимического травления α-латуни.

Цементацию проводили в модельных растворах с концентрацией ионов меди и цинка, соответственно, г/л: СZn2+ = 103; СCu2+ = 42,97 при рН = 2,65. Температура в начале процесса цементации составляла 26-32 0С, по завершению – 24-27 0С в течение 4-5 часов. Полное вытеснение меди из раствора возможно при полуторном избытке цинка по сравнению со стехиометрическим количеством (опыт 7, табл. 1) При таком соотношении меди и цинка происходит практически полное восстановление ионов меди в регенерируемом растворе, однако одновременно происходит выделение газа. Это может свидетельствовать об избытке добавляемого цинка и его растворении в кислой среде. Для устранения этого явления рН регенерируемого раствора предварительно повышали до 3,25 путем добавления аммиачной буферной смеси. Дальнейший сдвиг рН в щелочную область вызывает процесс комплексообразования ионов меди с аммиаком. При указанном сдвиге рН газовыделение после окончания цементации не наблюдается и процесс полного восстановления ионов меди в регенерируемом растворе происходит уже при соотношении Сu2+ : Zn0 = 1:1,1 (опыт 11, табл. 1).

Таблица 1 – Результаты проведения регенерации отработанных травильных медно-сульфатных растворов методом вытеснения цинком

№ опыта

Соотношение Сu2+ : Zn0

Наличие ионов меди Сu2+  в растворе после цементации

Сu2+

Zn0

при рН = 2,65

1

1

1

есть

2

1

1,05

есть

3

1

1,1

есть

5

1

1,3

есть

6

1

1,4

есть

7

1

1,5

нет

8

1

1,6

нет

при рН = 3,25

9

1

1

есть

10

1

1,05

есть

11

1

1,1

нет

12

1

1,2

нет

13

1

1,3

нет

 

Для определения оптимального соотношения количеств добавляемого цинка на стадии цементации были выбраны промежутки соотношения меди и цинка Сu2+ : Zn0 = 1:(1,07-1,09). Контроль содержания ионов меди и цинка в фильтрате проводили путем атомно-абсорбционного анализа, который показал, что более полное разделение металлов происходит при соотношении Сu2+ : Zn0 = 1:1,08 (опыт 2, табл. 2).

Таблица 2 – Результаты определения оптимального соотношения

Сu2+ : Zn0 на стадии вытеснения

№ опыта

Соотношение Сu2+ : Zn0

Концентрации ионов металлов в фильтрате, г/л

Сu2+

Zn0

Сu2+

Zn2+

1

1

1,07

0,996

132

2

1

1,08

0,006

151

3

2

1,09

0,009

132

 

Фильтрат, полученный после отделения осадка, подвергают электролизу, в ходе которого удаляют остаточные количества меди из фильтрата и катодно осаждают цинк. Образующийся в результате электролиза сульфатсодержащий электролит может быть вновь использован в качестве травильного раствора электрохимического травления α-латуни.

В результате проведенных исследований процесса вытеснения цинком ионов меди из сульфатных растворов установлено, что разделение меди и цинка наблюдается при соотношении Сu2+ : Zn0 = 1 : 1,08. Восстановленный методом цементации осадок состоит из нескольких фаз: Cu, куприта Cu2O и (Zn(OH)2)3(ZnSO4)(H2O)5.

 

1. Гарбер М. И. Ресурсосберегающая технология гальванических покрытий / М. И. Гарбер. – М.: Машиностроение, 1988. – 58 с.

2. Гопиус А. Е. Травление латуней и методы регенерации травильных растворов / А. Е. Гопиус, Г. С. Постников. – М.: Обработка цветных и редких металлов, 1962. – 51 с.

3. Наумов В. И. Утилизация шламов гальванических производств. / Ю. И. Наумов, А. Л. Галкин, Т. В. Сазонтьева // Гальванотехника и обработка поверхности. – 2009. – № 3. – С. 36 - 40.

4. Пат. 2029790 Российская Федерация, МПК7 C22B3/38, C22B15:00, C22B19/00. Способ разделения меди и цинка в слабокислых растворах / Смирнов В. Ф., Буров В. И., Чечулин В. И. Заявл. 08.07.1992; опубл. 27.02.1995.