Ю.В. Свашенко, В.В. Даценко

Харьковский национальный автомобильно-дорожный университет

КИНЕТИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПРОЦЕССА КОНТАКТНОГО ВЫТЕСНЕНИЯ МЕДИ ЦИНКОМ

В настоящее время существенный вклад в загрязнение окружающей природной среды и водных объектов вносят нарастающие количества сточных вод и шламов гальванических производств, содержащих ряд соединений дефицитных и дорогостоящих металлов: Cu, Zn, Ni, Co. Cr и др [1]. Поэтому в современных условиях усилия промышленных предприятий при утилизации отходов должны быть направлены не только на минимизацию их образования, но и на выделение из них ценных компонентов, их рециркуляцию и вторичное использование. Это может быть достигнуто координацией научных исследований в области защиты окружающей природной среды, исследования свойств сточных вод и утилизации их компонентов, оптимизации стадий их переработки, комплексности использования первичного и вторичного сырья, внедрения малоотходных ресурсосберегающих технологий [2-4].

В связи с этим процесс обработки поверхностей сплавов, в том числе и медно-цинковых, требует применения высокоэффективных, малоотходных, ресурсосберегающих технологий, для разработки которых необходимо предварительное изучение физико-химических закономерностей растворения меди и ее сплавов в растворах различного состава [5-7].

Цель работы – определение кинетических параметров процесса восстановления меди цинком из сульфатных медно-цинковых растворов. 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.

При изучении механизма контактного вытеснения меди цинком из сульфатных медно-цинковых растворов доказано протекание основной и параллельных реакций, тормозящих процесс в целом: восстановление ионов водорода, растворенного кислорода и образование цинкат-ионов. Механизм восстановления меди цинком из сульфатных медно-цинковых растворов можно представить схемой, приведенной на рис. 1.

Рис. 1. Механизм контактного вытеснения меди цинком из медно-цинковых сульфатных растворов

Анализ полученных зависимостей (lnk –1/T) 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.

Рассчитанные константы скорости цементации меди использованы для определения эффективной энергии активации и для выведения кинетического уравнения цементации меди цинком из сульфатных растворов

,

где − концентрация ионов меди в объеме раствора.

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.