Физико-химические основы и технологические принципы извлечения соединений цинка и меди аммиачно-аммонийной экстракцией

Физико-химические основы и технологические принципы извлечения соединений цинка и меди аммиачно-аммонийной экстракцией

Автор: Перетрутов, Анатолий Анатольевич

Шифр специальности: 02.00.04

Научная степень: Докторская

Год защиты: 2010

Место защиты: Нижний Новгород

Количество страниц: 399 с.

Артикул: 5086927

Автор: Перетрутов, Анатолий Анатольевич

Стоимость: 250 руб.

Физико-химические основы и технологические принципы извлечения соединений цинка и меди аммиачно-аммонийной экстракцией  Физико-химические основы и технологические принципы извлечения соединений цинка и меди аммиачно-аммонийной экстракцией 

ВВЕДЕНИЕ
Диссертационная работа посвящена решению научнотехнической проблемы формирования принципов организации технологий извлечения цветных металлов цинка и меди из поликомпонентных отходов на основе физикохимических характеристик, отражающих имманентные свойства перерабатываемых систем. Решением сформулированной проблемы обеспечивается экономически оправданная переработка медь и цинксодержащих отходов и вовлечение оставшихся компонентов отвал в производство строительных конструкций, плит, блоков и улучшение экологической обстановки в процессах производства серной кислоты, вискозного волокна, цинковых белил, цианистой меди, гальванических производствах и других. Химические превращения природных ресурсов приводят к образованию, кроме целевых продуктов, используемых и неиспользуемых отходов, стоков и выбросов 1. Важной научной, технологической и экологоэкономической задачей является вовлечение в производственный процесс текущих и уже накопленных ранее на химических и других предприятиях отходов, содержащих тяжелые цветные металлы ТЦМ, являющихся к настоящему времени источником загрязнения окружающей среды 2, 3. Переработка отходов должна быть комплексной, исключающей образование вторичных неиспользуемых отвалов, стоков, и решать проблему ресурсосбережения, поскольку использование отходов при внедрении различных методов извлечения позволяет увеличить выпуск ТЦМ на 1,9 миллиона тонн и сократить затраты первичного сырья белее чем на млн. т.
Перспективными являются гидрометаллургические методы, как наименее энергоемкие но сравнению с термическими. Наиболее эффективными экстрагентами, позволяющими извлекать цинк и медь селективно от железа и других оксидов, являются, как это нами установлено, водные растворы аммиака, содержащие хлорид аммония.
Физикохимические основы и технологические принципы извлечения цинка и меди аммиачноаммонийной экстракцией базируются на свойствах системы НгОННзЫЕЦС, содержащей аммиакаты цинка и меди, фазовых рав
новесиях жидкость твердое, жидкость пар. Преимущества разрабатываемой концепции заключается в применимости водноаммиачноаммонийной экстракции цинка и меди из различного типа отходов огарков, шлаков, обезвоженных шламов, отработанных катализаторов и др.
На предприятиях химической промышленности, выпускающих химическое волокно, производящих неорганические пигменты, накоплены неиспользуемые отходы в объеме свыше 7 млн. т, содержащие более 0ти тыс. т цинка 2 и ти тыс. т меди 4. Твердые отходы в виде шлака с высоким содержанием цинка более образуются при производстве сухих цинковых белил. Объем выпускаемой продукции ветерилльным способом составил более тыс. т, масса образующегося шлака не менее от массы продукции.
На предприятиях химических волокон в качестве отхода образуется цинксодержащий шлам. По оценочным сведениям 2, 3 объем шламов превысил 2млн. т, что в пересчете на цинк составляло более 0 тыс. т. В весеннеосенний паводковый период шламонакопители переполняются дождевой и талой водой и являются источником загрязнения рек и водоемов цинком.
Отходы, содержащие цинк, образуются в полшрафическом производстве при изготовлении печатных матриц в процессе избирательного травления цинковых пластин. В результате до массы пластин переходит в раствор, который после нейтрализации сбрасывается в сточные воды.
В производстве радиоприемных устройств, телевизоров, электронных приборов и устройств используется метод изготовления печатных плат путем химического травления. Наиболее широко применяется в качестве травителя водный раствор хлорного железа с небольшими добавками соляной кислоты и хлоридов аммония или натрия. Отработанный травильный раствор, содержащий хлориды меди, двух и трехвалентного железа, нейтрализуют известью, осадок отделяют, а сточные воды сбрасывают в водоемы. Поскольку содержание примесей в сточных водах радиозаводов многократно превышает ПДК 5 но железу и меди, естественно, они ухудшают качество воды и оказывают негативное воздействие на флору и фауну водоемов и могут служить причиной тяжелых заболеваний.
Соединения меди и цинка в качестве примесей содержатся п пиритном огарке, который является отходом сернокислотного производства из серного колчедана. При выпуске серной кислоты порядка млн. т в год в стране ежегодно образовывалось млн. т огарка. Его основным компонентом является оксид железа III, составляющий от общей массы. Медь и цинк присутствуют в количестве 0 и 06 от массы огарка в пересчете на металл 4. Таким образом, ежегодно терялось около тыс. т цинка и тыс. т меди. Огарок в производстве цемента применяют для регулирования железного модуля, но при этом безвозвратно теряются цветные металлы. Складирование неиспользованных пиритных огарков ведет к отчуждению больших площадей земель, кроме того, под действием кислоты и аммиаксодержащих атмосферных осадков из огарков перколяцией выщелачиваются медь и цинк, по существу токсичные вещества, загрязняющие почву и водоемы.
Высокое содержание оксида железа в огарке, приближающееся к содержанию его в железной руде, позволяет рассматривать огарок как потенциальное сырье доменного процесса. Однако, до настоящего времени огарок не нашел применения в производстве чугуна. Одной из основных причин отказа черной металлургии от использования пиритного огарка является наличие в нем соединений цветных металлов. В частности, при возгонке цинка разрушается шамотная футеровка домен. Предприятия цветной металлургии не используют огарок в качестве исходного сырья вследствие высоких энергетических и производственных затрат при извлечении цинка и меди из огарка по ранее предложенным к внедрению методам 4.
Актуальность


Аналогично рассчитанная при стандартных условиях для растворения оксида цинка в водном аммиаке, составляет , кДжмоль. При температуре, превышающей стандартные условия, положительные значения энергии Гиббса возрастают 3К соответствует , кДжмоль, а для 3К , кДж на моль СиО и , кДжмоль и А3 , кДж на моль . Из приведенных расчетов следует, что повышение температуры при давлении, равном атмосферному, не может увеличить растворимость оксидов цветных металлов в аммиачной воде, даже наоборот следует ожидать уменьшения растворимости. Если предположить, что процесс извлечения цветного металла идет последовательно от гидратации оксида металла к образованию гидроксида металла и к химическому взаимодействию с водным раствором аммиака, энергия Гиббса для растворения гидроксида меди составляет , кДжмоль для гидроксида цинка , кДжмоль. Из расчетов следует, что основная энергия затрачивается на стадии взаимодействия гидроксидов с аммиаком в обоих случаях, поэтому стадия перехода оксида металла в гидроксид не является лимитирующей. Растворимость аммиачного комплекса зависит не только от растворимости гидроксида металлакомплексообразователя в воде, но и от диссоциации гидрата аммиака на аммиак и воду, гидролиза гидрата аммиака и нестойкости аммиаката 8. При понижении активной концентрации гидроксидионов, увеличивается растворимость гидроксида металлакомплексообразователя в аммиачном растворе. Наиболее эффективным способом снизить концентрацию гидроксидиона в аммиачном растворе является введение в раствор аммонийной соли. В результате буферного действия иона аммония увеличивается ионная сила раствора. СиОт 2Мр 2МН4С1р СиПНС р Нж 2. При подставлении этого выражения в формулу 2. Нмн,4 аЧ мн 2 2. При расчете растворимости аммиакатов цинка и меди в зависимости от температуры, концентрации аммиака и хлорида аммония было установлено, что произведение растворимости гидроксида металла и константа нестойкости аммиачного комплекса уменьшаются с увеличением температуры, а константа гидролиза и константа диссоциации гидрата аммиака возрастают. Указанные изменения параметров приводят к снижению растворимости аммиакатов цинка Табл. Табл. Справочные данные зависимости произведения растворимости, константы нестойкости, константы гидролиза и константы диссоциации от температуры были аппроксимированы. Ьр 8 2е0,2,9Т, Кд0,1Ое0, г, К,ет, Кпир4, уетТ 2. СНзМ2 2,1 ое0,1ГМНзм2НН4 Т. Оценивая результаты расчетов, можно с некоторой степенью вероятности предвидеть, что увеличение концентрации гидрата аммиака и введение буферобразующего соединения приведет к значительному увеличению растворимости комплексообразователя при стандартной температуре. С ростом температуры наблюдается тенденция значительного снижения растворимости. Таблица 2. Мольные доли , . Расчетные значения растворимости аммиаката меди при температуре 8К, численных значениях Ьр. КТО5 1, КПЮ 2,1 Кпшр 6,0 для тех же концентраций аммиака и хлорида аммония помещены в таблице 2. Сравнение расчетных данных приводит к выводу, что растворимость тетрааммиаката меди при одинаковых условиях значительно ниже растворимости аммиаката цинка, так как произведение растворимости гидроксида меди в воде меньше на три с лишним порядка. При совместном присутствии обоих аммиакатов это не может не сказаться на взаимной растворимости. Следовательно, для уточнения сведений о растворимости оксидов тяжелых цветных металлов в аммонийноаммиачной среде необходимо исследовать фазовое равновесие в системе жидкостьтвердое как для одиночного комплексообразователя, так и при их совместном присутствии. Таблица 2. Си моль ЧМ. Поскольку для повышения растворимости тетрааммиакта вводится ион аммония, то следует определить термодинамическую направленность процесса и в этом случае. Целесообразно также проверить влияние различных анионов аммиачных солей, которые будут входить во внешнюю сферу комплексного соединения. Помимо хлорида аммония наиболее распространенные и дешевые, это сульфаты, карбонаты и нитраты. Справочные значения термодинамических констант приведены в таблице 2. Таблица 2.

Рекомендуемые диссертации данного раздела

28.06.2016

+ 100 бесплатных диссертаций

Дорогие друзья, в раздел "Бесплатные диссертации" добавлено 100 новых диссертаций. Желаем новых научных ...

15.02.2015

Добавлено 41611 диссертаций РГБ

В каталог сайта http://new-disser.ru добавлено новые диссертации РГБ 2013-2014 года. Желаем новых научных ...


Все новости

Время генерации: 0.259, запросов: 121