Научный журнал
Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований

ISSN 1996-3955
ИФ РИНЦ = 0,580

ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ И ЦИНКА ИЗ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ РАСТВОРОВ

Амангусова Л.А. 1 Захарова В.С. 1 Калугин Ю.А. 1
1 ФГБОУ ВПО «Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова»
Экспериментально изучены условия извлечения ионов меди (II) и цинка из двухкомпонентных модельных систем методом нейтрализации. Исследуемый интервал рН – от 0,90 до 12,50. Исходные концентрации металлов в модельных системах: для ионов меди (II) – от 0,1 до 1,0 г/дм3; для ионов цинка – от 0,1 до 2,5 г/дм3. В качестве реагентов-осадителей использовали растворы химически чистых щелочей. Установлено, что в отсутствие ионов Zn2+, Fe2+ и Fe3+ основное количество ионов Cu2+ извлекается в интервале pH от 5,0 до 7,0, при pH 8,0 остаточное содержание ионов Cu2+ достигает минимального значения. В присутствии ионов Zn2+ остаточное содержание меди начинает снижаться только после рН больше 6 и достигает минимума при рН примерно 8. Таким образом, уменьшение исходной концентрации ионов Zn2+ в модельных растворах Cu2+ – Zn2+приводит к увеличению рН начала извлечения из них гидроксидов Cu(OH)2 и Zn(OH)2. Вот почему для количественного извлечения меди из различных техногенных растворов в присутствии цинка необходимо повышать их кислотность.
метод нейтрализации
ионы меди и цинка
модельные растворы
1. Варламова И.А., Гиревая Х.Я., Калугина Н.Л., Куликова Т.М., Медяник Н.Л. Физико-химические закономерности извлечения тяжелых металлов из техногенных гидроминеральных месторождений. – Магнитогорск: МиниТип, 2010. – 246 с.
2. Калугин Д.А., Калугина Н.Л. Определение оптимальных параметров цементации меди из оборотных технологических растворов золотоизвлекательного участка // Общество, наука и инновации. Сборник статей Международной научно-практической конференции: в 4-х частях. – Уфа, 2013. – С. 54-58.
3. Калугина Н.Л., Варламова И.А., Калугин Д.А. Современные способы снижения содержания ионов меди (II), железа и хлора при обессоливании растворов // Химия. Технология. Качество. Состояние, проблемы и перспективы развития Сборник материалов международной заочной научно-технической конференции. –2012. – С. 20-33.
4. Калугина Н.Л., Варламова И.А., Калугин Д.А., Варламова Н.А. Цементационное извлечение меди из растворов и различных материалов // Актуальные проблемы современной науки, техники и образования. – 2013. – Т. 1. – № 71. – С. 323-326.
5. Калугина Н.Л., Варламова И.А., Калугин Д.А., Чурляева Н.А. Особенности кондиционирования оборотных растворов золотоизвлекательного участка кучного выщелачивания // Теория и технология металлургического производства. – 2014. – № 1 (14). – С. 88-90.
6. Калугина Н.Л., Калугин Д.А., Варламова И.А., Гиревая Х.Я., Бодьян Л.А. Экспериментальное изучение особенностей выделения меди из технологических растворов участка кучного выщелачивания // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 1; URL: www.science-education.ru/121-17491 (дата обращения: 16.04.2015).
7. Медяник Н.Л., Варламова И.А., Калугина Н.Л., Гиревая Х.Я. Выбор высокоэффективных реагентов для флотационного извлечения ионов меди (II) и цинка из техногенных гидроминеральных ресурсов. Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2010. – № 3 (43). – С. 91-96.
8. Медяник Н.Л., Гиревая Х.Я. Извлечение ионов меди из сточных вод с помощью осадителей-восстановителей. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2007. – № 1. – С. 113-114.
9. Медяник Н.Л., Калугина Н.Л., Варламова И.А., Строкань А.М. Методология создания ресурсовоспроизводящих технологий переработки техногенного гидроминерального сырья. Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. – 2011. – № 1. – С. 5-9.
10. Медяник Н.Л., Калугина Н.Л., Варламова И.А. Изучение возможности селективного извлечения меди методом известкования из сточных вод горных предприятий гидрометаллургического комплекса. Вестник Иркутского государственного технического университета. – 2010. – № 2 (42). – С. 188-193.

Сформированные в результате добычи и переработки медно-колчеданных руд кислые минерализованные промышленные воды по качественно-количественным показателям сопоставимы с забалансовыми рудами и образуют техногенное гидроминеральное сырьё [1-3]. Вовлечение этого вида гидроминерального сырья в переработку связано с необходимостью совершенствования уже имеющихся и с разработкой новых инновационных технологий глубокой переработки техногенных кислых рудничных вод, обеспечивающих предотвращение сброса токсичных гидроминеральных стоков в природные водоемы; это позволит повысить рентабельность производства, улучшить состояние атмосферы и водных ресурсов, сократить накопление отходов и отчуждение земель под их хранение.

С целью практической реализации для технологического процесса, основываясь на общей схеме мероприятий, осуществляемых при проектировании систем переработки кислых минерализованных промышленных вод с помощью методов нейтрализации/осаждения [7-10], экспериментально изучается химия процесса извлечения методом известкования катионов черных и цветных металлов и, в первую очередь, меди (II) из технологических растворов горных предприятий медного комплекса, матричный состав которых примерно известен. Основными компонентами катионного состава этих технологических растворов, наряду с ионами меди (II), являются катионы железа (II), железа (III) и цинка [1, 4-6].

Цель исследования. Экспериментальное изучение закономерностей процесса извлечения ионов меди (II), цинка с применением метода нейтрализации из двухкомпонентных модельных систем в широком интервале рН.

Материалы и методы исследования

Использовали: фотометрический метод с реактивом пикрамин эпсилон и метод прямой потенциометрии с использованием медьселективного электрода для определения меди, гексацианоферратный и трилонометрический титриметрические методы для определения цинка.

Исследуемый интервал рН: от 0,90 до 12,50. Исходные концентрации металлов в модельных системах задавались в следующих пределах: для ионов меди (II) – от 0,1 до 1,0 г/дм3; для ионов цинка – от 0,1 до 2,5 г/дм3. В качестве реагентов-осадителей использовали растворы химически чистых щелочей.

Результаты исследования и их обсуждение

При изучении влияния характера среды модельных двухкомпонентных систем Cu2+ – Zn2+ на степень извлечения из них меди и цинка выяснено, что свежеполученные осадки гидроксидов представляют собой неустойчивые аморфные образования, сорбционная способность которых быстро меняется и зависит от условий их получения, что согласуется с литературными данными [1].

Кривые остаточного содержания ионов Cu2+ и Zn2+, представленные на рис. 1, для модельных систем Cu2+ – Zn2+ с исходным отношением массовых концентраций меди и цинка 1:6,25 свидетельствуют о том, что до pH 5,0 содержание ионов Cu2+ в растворах остается практически равным исходному. В интервале pH от 5,0 до 6,5 наблюдается резкое снижение остаточного содержания ионов Cu2+ в растворах в связи с образованием осадка гидроксида меди (II). При дальнейшем повышении pH до 11,0 остаточное содержание ионов Cu2+ практически не изменяется и находится в интервале 0,013 – 0,025 г/дм3.

Таким образом, при рН выше 6,5 степень извлечения меди из модельных растворов составляет 93,8 – 96,7 %. Осаждение катионов Zn2+ начинается при рН выше 6,5. При рН 8,0 – 11,0 остаточное содержание цинка в модельных растворах минимально (0,016 – 0,020 г/дм3). Степень извлечения цинка при этом составляет 99,2 – 99,4 %. В области значений pH больше 11 наблюдается некоторое увеличение остаточного содержания ионов Cu2+ и Zn2+ в растворах, связанное с частичным растворением осадков Cu(OH)2 и Zn(OH)2 и образованием гидроксокомплексов.

Кривые остаточного содержания ионов Cu2+ и Zn2+ (рис. 2) для модельных систем Cu2+ – Zn2+ с отношением массовых концентраций меди и цинка 1:2,5 отражают незначительное снижение концентрации ионов меди и цинка в растворах в интервале рН 3,0 ÷ 6,0, а затем, при рН больше 6, наблюдается резкое снижение содержания ионов в растворе, связанное с образованием осадков гидроксидов Cu(OH)2 и Zn(OH)2, которое для Cu(OH)2 заканчивается примерно при рН 7, а для Zn(OH)2 – примерно при рН9.

aman1.wmf

Рис. 1. Влияние pH на остаточное содержание ионов Cu2+ и Zn2+ в двухкомпонентных модельных растворах с исходными концентрациями ионов Cu2+ 0,4 г/дм3, ионов Zn2+ 2,5 г/дм3

aman2.wmf

Рис. 2. Влияние pH на остаточное содержание ионов Cu2+ и Zn2+ в двухкомпонентных модельных растворах с исходными концентрациями ионов Cu2+ 0,4 г/дм3, ионов Zn2+ 1,0 г/дм3

Таким образом, уменьшение исходной концентрации ионов Zn2+ в модельных растворах приводит к увеличению рН начала осаждения гидроксидов Cu(OH)2 и Zn(OH)2.

Аналогичные результаты представлены и на рис. 3 для модельных систем с соотношением массовых концентраций ионов меди (II) и цинка 1:0,25. Остаточное содержание ионов меди начинает снижаться только после рН > 6 и достигает минимума примерно при рН 8. Извлечение основной массы цинка в виде его гидроксида начинается примерно при рН 8 и заканчивается при рН около 9.

aman3.wmf

Рис. 3. Влияние pH на остаточное содержание ионов Cu2+ и Zn2+ в двухкомпонентных модельных растворах с исходными концентрациями ионов Cu2+ 0,4 г/дм3, ионов Zn2+ 0,1 г/дм3

Сравнительные данные по изменению остаточного содержания ионов Cu2+ при разных исходных концентрациях ионов Zn2+, представленные на рис. 4, наглядно свидетельствуют о влиянии на рН начала извлечения меди (II) исходного содержания ионов цинка в растворе.

aman4.tiff

Рис. 4. Влияние pH на остаточное содержание ионов Cu2+ в двухкомпонентных модельных растворах с исходной концентрацией ионов Cu2+ 0,4 г/дм3 и с различным исходным содержанием ионов Zn2+

Данные, представленные на рис. 5, отображают такую же зависимость для рН начала извлечения цинка от исходного содержания ионов цинка в растворе.

aman5.tiff

Рис. 5. Влияние pH на остаточное содержание ионов Zn2+ в двухкомпонентных модельных растворах с исходной концентрацией ионов Cu2+ 0,4 г/дм3 и с различным исходным содержанием ионов Zn2+

Анализ кривых остаточного содержания ионов Cu2+ и Zn2+, представленных на рис. 1 – 5, позволяет сделать вывод о необходимости повышения рН для увеличения степени извлечения меди в присутствии цинка.

Как установлено ранее [1], в отсутствие ионов Zn2+, Fe2+ и Fe3+ основное количество ионов Cu2+ извлекается в интервале pH от 5,0 до 7,0, при pH 8,0 остаточное содержание ионов Cu2+ достигает минимального значения. В присутствии ионов Zn2+ остаточное содержание меди начинает снижаться только после рН > 6 и достигает минимума примерно при рН 8.

Следовательно, чем меньше исходная концентрация цинка в растворах, тем при более высоком значении рН извлекаются и медь, и цинк.

Полученные результаты согласуются с расчетными значениями рН осаждения Cu(OH)2 и Zn(OH)2 из чистых растворов с теми же исходными концентрациями ионов Cu2+ и Zn2+, которые использовались в ходе экспериментальной работы. Расчеты проводились на основе табличных значений ПР (Cu(OH)2) =2,2∙10-20 и ПР(Zn(OH)2) = =1∙10-17 при 18-25оС.

Если исходные концентрации ионов цинка в однокомпонентных растворах составляют 2,5; 1,0; 0,1 г/дм3, то расчетные значения рН начала осаждения Zn(OH)2 соответственно равны 6,21; 6,40; 6,90. При исходной концентрации ионов меди (ІІ) в однокомпонентном растворе 0,4 г/дм3 рН начала их осаждения равно 5,17.

По результатам данного этапа исследования можно сделать следующие выводы:

– Уменьшение исходной концентрации ионов Zn2+ в модельных растворах Cu2+ – Zn2+приводит к увеличению рН начала извлечения из них гидроксидов Cu(OH)2 и Zn(OH)2.

– Для количественного извлечения меди из различных техногенных растворов в присутствии цинка необходимо повышать их кислотность.


Библиографическая ссылка

Амангусова Л.А., Захарова В.С., Калугин Ю.А. ИЗУЧЕНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИЗВЛЕЧЕНИЯ МЕДИ И ЦИНКА ИЗ ДВУХКОМПОНЕНТНЫХ РАСТВОРОВ // Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. – 2015. – № 6-2. – С. 277-281;
URL: http://www.applied-research.ru/ru/article/view?id=6887 (дата обращения: 19.04.2021).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1.074