В. В. Даценко

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

ИНТЕНСИФИКАЦИИ ПРОЦЕССА КОНТАКТНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ МЕДИ ЦИНКОМ

В настоящее время существенный вклад в загрязнение окружающей природной среды (ОПС) и водных объектов (ВО) вносят нарастающие количества сточных вод и шламов гальванических производств, содержащих ряд соединений дефицитных и дорогостоящих металлов: Cu, Zn, Ni, Co. Cr и др. В тоже время эти отходы являются одними из наиболее токсичных промышленных отходов, т.к. представляют наибольшую опасность для ОПС и здоровья человека.

Из литературных источников известно, что при регенерации медно-цинковых сульфатных растворов большое значение приобретают методы контактного вытеснения (цементации), которые наиболее эффективны при обработке концентрированных растворов [1-4]. Опубликованные кинетические модели являются однофакторными и позволяют описывать реальные многомерные процессы цементации лишь приблизительно. Изложенные в работах [5-7] теоретические положения касаются случаев «простого» цементационного процесса, а данные по многокомпонентным системам ограничены, механизм их недостаточно изучен.

Цель работы – определение оптимальных параметров процесса восстановления меди цинком из сульфатных медно-цинковых растворов для разработки ресурсосберегающего способа их регенерации. Контактное вытеснение меди цинковой пылью проводили из модельных растворов при термостатировании и перемешивании со скоростью 250 об/мин. Концентрации ионов меди и цинка в модельных растворах, моль/л: C⁰_Cu²⁺ = 0,87; C⁰_Zn²⁺ = 0,82. Концентрации ионов Cu(II) и Zn(II) определяли атомно-абсорбционным методом на спектрофотометре «Сатурн» при длине волны для цинка – 213,9 нм, для меди – 324,8 нм; щель = 0,1 нм; J = 10 мА. Общая концентрация добавляемого в раствор металла-цементатора рассчитывалась согласно уравнению Сu²⁺ + Zn⁰ → Cu⁰ + Zn²⁺. При определении оптимального соотношения количеств добавляемого цинка на стадии цементации экспериментальным путем определено, что более полное вытеснение меди из раствора наблюдается при следующих условиях: использование цинка с d_Zn = 0,063-0,2 мм при соотношении Сu²⁺ : Zn⁰ = 1 : 1,36 в течение 15 минут.

Для установления лимитирующей стадии процесса цементации были получены зависимости (lnk –1/T), на которых выделены участки с разными наклонами. Анализ полученных зависимостей позволил сделать вывод, что до температуры 303 К лимитирующей стадией является кинетический процесс, а в области Т303 К процесс переходит в область смешанного диффузионно-кинетического контроля. Результаты расчета величины изменения изобарно-изотермического потенциала показали, что наибольшее смещение равновесия в направлении контактного вытеснения меди зарегистрировано при увеличении температуры с 293 до 298 К. Поэтому на практике рекомендовано поддержание температуры 298 К, что позволяет более полно извлечь медь из сульфатного раствора.

Результаты изучения физико-химических свойств медно-цинковых сульфатных растворов положены в основу разработки ресурсосберегающего способа регенерации отработанных технологических электролитов. В ходе работы были определены основные стадии способа регенерации сульфатного травильного раствора латуней: разделение ионов меди и цинка в регенерируемом растворе вытеснением меди с помощью порошка металлического цинка; разделение осадка и фильтрата; электрохимическое выделение цинка из фильтрата; возвращение в технологический процесс электрохимического травления латуней фильтрата, содержащего сульфат-ионы.

Способ контактного вытеснения меди цинком из сульфатных медно-цинковых растворов прост в осуществлении, имеет высокие скорости химических превращений на стадиях технологического процесса, полноту осаждения ионов меди(ІІ) из отработанных электролитов, замкнутость цикла «травление – регенерация»; является малоотходным и экономичным, т.к. не требует дополнительного расхода химических реагентов для осуществления стадий.

В современных условиях усилия промышленных предприятий при утилизации отходов должны быть направлены не только на минимизацию образования отходов, но и на выделение из них ценных компонентов, их рециркуляцию и вторичное использование. Это может быть достигнуто только на основе координации научных исследований в области утилизации промышленных отходов и защиты окружающей природной среды, проведения научных исследований свойств отходов, оптимизации стадий их переработки, комплексности использования первичного и вторичного сырья, внедрения малоотходных ресурсосберегающих технологий.

Литература

1. Смирнов А.Д. Методы физико-химической очистки воды. Очистка природных и сточных вод: Обзорная информация. – М.: ВИТИЦ, 1985. Вып. 18. – 112 с.

2. Ильин В.И. Утилизация цветных металлов из сточных вод промышленных предприятий электрохимическим способом // Известия вузов. Цвет. металлургия. – 2002. – № 6. – С. 4-7.

3. Удаление металлов из сточных вод. Нейтрализация и осаждение / под ред. Кушни Дж. К.: пер с англ. – М.: Металлургия, 1987. – 176 с.

4. Запольский А.К., Образцов В.В. Комплексная переработка сточных вод гальванического производства. – К.: Техника, 1989. – 199 с.

5. Алкацев М.И. Процессы цементации в цветной металлургии. – М.: Металлургия, 1981. – 116 с.

6. Зеликман А.Н., Вольдман Г.М., Беляевская Л.В. Теория гидрометаллургических процессов. – М.: Металлургия, 1975. – 504 с.

7. Пашаян А.А., Роева Н.Н. Химико-экологические и экономические аспекты регенерационной утилизации медь содержащих гальванических растворов // Вестник Международной академии наук экологии и безопасности жизнедеятельности (МАНЭБ). – 2008. – Т. 13. – № 2. – С. 20-25.