Исследование влияния флокулянтов на кинетические параметры восстановления меди в водном растворе металлическим цинком

Изучен ряд моделей для описания процесса восстановления меди тонкодисперсным цинковым порошком в водных растворах. Опыты проводили при температурах 15–50 °С и скоростях перемешивания 40–150 об/мин в аппаратах с магнитной мешалкой. Исследовано влияние на данный процесс высокомолекулярных флокулянтов – таких, как неионогенный магнофлок 333, катионный бесфлок 6645 и анионный бесфлок 4034. В промышленных условиях указанные флокулянты применяются на стадии гидролитической очистки растворов, а затем вместе с осветленным раствором поступают на цементационную очистку. В экспериментах использовали водные растворы флокулянтов 2,5 г/л при дозировках цинковой пыли 2–4 г/л и флокулянта 50–200 мг/л. Количественно определено содержание меди в исходных и конечных растворах методом спектрофотометрического анализа с предварительным переводом меди в аммиачный комплекс. Продолжительность опыта изменялась от 1 до 8 мин. Степень восстановленной из растворов меди составляла 10–90 %. Установлено, что при низких скоростях перемешивания кинетику процесса можно описать уравнением первого порядка. При высоких же скоростях перемешивания кинетика исследуемой гетерогенной реакции в присутствии добавок флокулянтов наиболее адекватно передается уравнением изменения скорости как корня квадратного от продолжительности протекания процесса. Показано, что наибольшая константа скорости цементации наблюдается без добавления поверхностно-активных веществ. Процесс цементации в меньшей степени замедляется в присутствии анионного флокулянта, чем катионного, что согласуется с теорией электрохимических процессов и показывает, что разряд катионов меди в данных условиях лимитирует процесс цементации. При увеличении температуры сохраняются выявленные закономерности исследуемого процесса. Отмечено, что добавки высокомолекулярных веществ с относи-тельной молекулярной массой 20 млн в количестве 50–200 мг/л тормозят процесс цементации. Такой факт необходимо учитывать в промышленных условиях, где цементационная очистка от меди и других примесей проводится из растворов, содержащих флокулянты.

1. Колесников А.В., Працкова С.Е. Теория и практика очистки растворов цинковой пылью в гидрометаллургии. Экспериментальные и теоретические данные. Рига: Palmarium Academic Publishing, 2017. Kolesnikov A.V., Pratskova S.E. Theory and practice of purification of solutions of zinc dust in hydrometallurgy. Experimental and theoretical data. Riga: Palmarium Academic Publishing, 2017 (In Russ.).

2. Алкацев М.И. Процессы цементации в цветной металлургии. М.: Металлургия, 1981.Alkatsev M.I. The processes of cementation in nonferrous metallurgy. Moscow: Metallurgiya, 1981 (In Russ.).

3. Айдаров Р.Ж., Айдарова П.И., Шишкин В.И., Усенов А.У. Влияние содержания меди на процесс медно-кадмиевой очистки цинкового электролита. Цвет. металлургия. 1971. No. 2. С. 27—29.Aidarov R.Zh., Aidarova P.I., Shishkin V.I., Usenov A.U.Influence of copper content on the process of copper-cadmium purification of zinc electrolyte. Tsvetnaya metallurgiya.1971. No. 2. P. 27—29 (In Russ.).

4. Салин А.А. О глубокой очистке цинкового электролита. Цвет. металлы. 1964. No. 7. С. 46—51.Salin A.A. About deep cleaning of zinc electrolyte. Tsvetnye metally. 1964. No. 7. P. 46—51 (In Russ.).

5. Григорьев В.Д., Садыков С.Б., Сапрыгин А.Ф., Набойченко С.С. Совершенствование технологии очистки цинковых растворов от примесей легированной цинковой пылью. Цвет. металлургия. 2004. No. 1. С. 15—18.Grigor’ev V.D., Sadykov S.B., Saprygin A.F., Naboichenko S.S. Improvement of technology of cleaning of zinc solutions from admixtures of alloy zinc dust. Tsvetnaya metallurgiya.2004. No. 1. P. 15—18 (In Russ.).

6. Саркисян Н.С., Епископосян М.Л. Кинетика цементации кадмия цинком из сульфатных и хлоридных растворов. Цвет. металлы. 1980. No. 2. С. 24—26.Sarkisyan N.S., Episkoposyan M.L. Kinetics of cadmium cementation with zinc from sulphate and chloride solutions. Tsvetnye metally. 1980. No. 2. P. 24—26 (In Russ.).

7. Krupkowa Danuta.Cementation treatment of industrial solutions of zinc sulfate. Rud Imetaleniezel. 1979. Vol. 24. No. 2. P. 65—75.

8. Quathers R.The method of purification of the electrolyte in hydrometallurgy of zinc. Metallurgie.1976. Vol. 16. No. 3. P. 164—166.

9. Singh V. Technological progress in the purification of zinc electrolyte at the hydrometallurgical plant, which reduced the consumption of zinc dust. Hydrometallurgy. 1996. Vol. 40. No. 1—2. P. 247—262.

10. Левин А.И. О применении ПАВ в электрохимии тяжелых цветных металлов. Цвет. металлы. 1980. No. 8. С. 12—16.Levin A.I. On the use surfactants in the electrochemistry of heavy non-ferrous metals. Tsvetnye metally.1980. No. 8. P. 12—16 (In Russ.).

11. Karavasteva M. The influence of certain surfactants on the cementation of cobalt with zinc powder from zinc sulfate solutions. Can. Met. Quart.2001. Vol. 40. No. 2. P. 179 —18 4.

12. Karavasteva M. Influence of surfactants on the cementation of Nickel by zinc powder from zinc sulfate solutions in the presence of copper. Can. Met. Quart.1999. Vol. 38. No. 3. P. 207—209.

13. Karavasteva M. The effect of copper on the cementation of cadmium by zinc powder in the presence of surfactants. Hydrometallurgy.1998. Vol. 48. No. 3. P. 361—366.

14. Казанбаев Л.А., Козлов П.А., Колесников А.В., Болдырев В.В., Павлов А.Д., Черняков М.А. Способ очистки сульфатных цинковых растворов от примесей: Пат. 2282671 (РФ). 2006. Kazanbaev L.A., Kozlov P.A., Kolesnikov A.V., Boldyrev V.V., Pavlov A.D., Chernyakov M.A. The method of purification of zinc sulphate solutions from impurities: Pat. 2282671 (RF). 2006 (In Russ.).

15. Antsinger Andreas. On the influence of impurities in the electrolyte on the current output and specific power consumption of zinc solutions. Erzmetall.1989. Vol. 42. No. 12. P. 553—559.

16. Vander Pas. V., Dreisinger D.B. Fundamental study of cobalt cementation by zinc dust in the presence of copper and antimony additives. Hydrometallurgy.1996. Vol. 41. No. 43. P. 187—205.

17. Dajin Yang, Gang Xie, Guisheng Zeng.The mechanism of removal of cobalt from zinc sulfate solutions in the presence of cadmium. Hydrometallurgy.2006. Vol. 81. No. 1. P. 62—66.

18. Nelson A., Demopoulos G.P., Houlachi G.The effect of solution cons tituentsandnovel activatorson cobalt cementation. Can. Met. Quart.2000. Vol. 39. No 2. P. 175—186.

19. Прикладная электрохимия: Учеб. для вузов. Под ред. А.П. Томилова. М.: Химия, 1984. Applied electrochemistry: Text-book for universities. Ed. A.P. Tomilov. Moscow: Chemistry, 1984 (In Russ.).

20. Колесников А.В. Восстановление меди металлическим цинком в водных растворах в присутствии высокомолекулярных ПАВ. Конденсированные среды и межфазные границы. 2016. Т. 18. No. 1. С. 46—55.Kolesnikov A.V. Copper reduction with metallic zinc in aqueous solutions in the presence of high-molecular surfactants. Kondensirovannye sredy i mezhfaznye granitsy. 2016. Vol. 18. No. 1. P. 46—55 (In Russ.).

21. Вольдман Г.М., Зеликман А.Н. Теория гидрометаллургических процессов. М.: Интермет Инжиниринг, 2003.Vol’dman G.M., Zelikman A.N. Theory of hydrometallurgical processes. Moscow: Intermet Engineering, 2003 (In Russ.).

22. Берман И.А. К вопросу о методике исследования и подходе к механизму гетерогенной реакции вытеснения из раствора ионов более благородного металла менее благородным. Журн. физ. химии. 1958. Т. 32. No. 9. С. 1971—1979.Berman I.A. To the question of the research method and approach to the mechanism of heterogeneous reaction of displacement of more noble metal ions from the solution less noble. Zhurnal fizicheskoi khimii. 1958. Vol. 32. No. 9. P. 1971—1979 (In Russ.).

23. Алкацев М.И. Теоретические основы процессов цементации. Владикавказ: Терек, 1994.Alkatsev M.I.Theoretical bases of processes of cementation. Vladikavkaz: Terek, 1994 (In Russ.).

24. Ротинян А.Л., Тихонов К.И., Шошина И.А. Теоретическая электрохимия. Под ред. А.Л. Ротиняна. Л.: Химия, 1981. Rotinyan A.L., Tikhonov K.I., Shoshina I.A. Theoretical electrochemistry. Leningrad: Khimiya, 1981.