УДК 669.334:532.741:546.492:661.691.1
DOI: 10.18503/1995-2732-2021-19-3-44-53
Аннотация
Постановка задачи. Актуальность работы определяется необходимостью совершенствования и оптимизации существующей комплексной многооперационной технологии переработки поликомпонентного медеэлектролитного шлама, в частности для селективного выделения, концентрирования и очистки селена при получении товарного продукта. Действующая технология предусматривает цементационное осаждение селена на алюминиевом порошке с последующей обработкой пиро- и гидрометаллургическими способами: сплавление со смесью нитрата и хлорида аммония; выщелачивание растворами сульфидов и сульфитов натрия и аммония; обработка Se-Hg-шламов алюминиевым порошком в щелочной среде для восстановления ртути и выделения в виде отдельной фазы; выщелачивание цементационного осадка раствором серной кислоты; электровыщелачивание цементационного осадка в растворе едкого натра; растворение сульфитным раствором в присутствии тиомочевины или тиосульфата натрия, едкого натра, сульфида натрия для связывания ртути; выщелачивание в бисульфите натрия. Цель работы. Исследование кинетики начальной стадии ‒ цементации макро- и микрокомпонентов (селен/ртуть) раствора выщелачивания медеэлектролитного шлама на металлическом алюминии, во многом определяющей общую скорость комплексной технологии получения товарного селена. Используемые методы. Параметры цементационного осаждения селена в зависимости от температуры раствора, скорости вращения диска, исходной концентрации компонентов раствора, определены методом вращающегося алюминиевого диска, который обеспечивает наиболее корректные кинетические данные, благодаря равнодоступности поверхности в диффузионном отношении. О скорости цементационного осаждения селена и ртути судили по уменьшению концентрации металлов за определенный промежуток времени в жидкой фазе; константу скорости цементации/растворения определяли, исходя из механизма восстановления ионов цементируемого металла, протекающего на предельном токе, когда осаждение осуществляется на внешней поверхности катодных участков диска, которая остается постоянной на протяжении всего процесса. Новизна. В условиях равнодоступной поверхности вращающегося диска изучены зависимости удельных скоростей процессов цементационного осаждения селена и ртути в широких диапазонах величин влияющих параметров: температура и состав растворов, скорость вращения алюминиевого диска. Установлены режимы протекания и определены детали механизма изученных процессов. Результат. Кинетические параметры (W·10‒6, г-ат/дм2·с; K·10‒6, с‒1; D·10‒11, м2/с) процесса цементации селена/ ртути имеют тенденцию к возрастанию при увеличении следующих параметров системы: концентрация компонентов Se/Hg, Сi = (10‒100)/(0,003‒0,2) г/дм3: W = (4,7‒180)/(0,008‒1,4); K = (1,9‒7,6)/(28,6‒73,5); D = (1,5‒89)/(0,006‒1,0); скорость перемешивания растворов Se/Hg, ω = 17‒73 рад/с: W = (156‒180,)/(1,2‒1,4); K = (6,6‒7,6)/(29‒73); D = (69‒89)/(0,9‒1,1); температура растворов Se/Hg, Т = 293‒323оС: W = (156‒208)/(0,8‒3,1); K = (6,6‒8,7)/(42‒174); D = (69‒125)/(0,6‒2,3). Практическая значимость. Получены исходные данные для оптимизации режима цементации: при достижении условий стационарного процесса уравновешиваются скорости восстановления селена, образования селенида ртути, формирования элементной ртути и алюминиевой соли селеновой/селенистой кислоты. Информация по кинетике цементационного осаждения на алюминии позволяет разработать технологические рекомендации по извлечению селена из технологических растворов.
Ключевые слова
Ртуть, селен, алюминий, цементация, кинетика, шлам, раствор, выщелачивание, осадок, диск, концентрация, скорость.
Для цитирования
Кинетика цементации ртути и селена на алюминии / Королев А.А., Шунин В.А., Тимофеев К.Л., Мальцев Г.И., Воинков Р.С. // Вестник Магнитогорского государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2021. Т.19. №3. С. 44–53. https://doi.org/10.18503/1995-2732-2021-19-3-44-53
1. Назаренко И.И., Ермаков А.Н. Аналитическая химия селена и теллура. М.: Наука, 1971. 252 с.
2. Бэгналл К. Химия селена, теллура и полония. М.: Атоимздат, 1971. 216 с.
3. Чижиков Д.М., Счастливый В.П. Селен и селениды. М.: Наука, 1964. 320 с.
4. Котляр Ю.А., Меретуков М.А., Стрижко Л.С. Металлургия благородных металлов: учебник. В 2-х кн. Кн. 1. М.: МИСИС, Издательский дом «Руда и металл», 2005. 432 с.
5. Анодная и катодная медь / А.И. Вольхин, Е.И. Елисеев, В.П. Жуков, Б.Н. Смирнов. Челябинск: Южно-Уральское книжное издательство, 2001. 432 с.
6. Лебедь А.Б., Набойченко C.С., Шунин В.А. Производство селена и теллура на ОАО «Уралэлектромедь»: учебное пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2015. 112 с.
7. Сошникова Л.А., Купченко М.М. Переработка медеэлектролитных шламов. М.: Металлургия, 1978. 199 с.
8. Мастюгин С.А., Волкова Н.А., Ласточкина М.А. Шламы электролитического рафинирования меди и никеля. Екатеринбург: УрФУ, 2013. 256 с.
9. Кудрявцев А.А. Химия и технология селена и теллура. М.: Металлургия, 1968. 339 с.
10. Грейвер Т.Н., Зайцева И.Г., Косовер В.М. Селен и теллур. Новая технология получения и рафинирования. М.: Металлургия, 1977. 296 с.
11. Букетов Е.А., Малышев В.П. Извлечение селена и теллура из медеэлектролитных шламов. Алма-Ата: Наука, 1969. 206 с.
12. Набойченко С.С., Мастюгин С.А. Переработка медеэлектролитных шламов: эволюция технологии // Известия высших учебных заведений. Цветная металлургия. 2012. № 5. С. 15–21.
13. Мельников Ю.Т., Кравцова Е.Д., Криницын Д.О. Гидрометаллургические технологии переработки шламов электрорафинирования меди и никеля // Цветные металлы. 2017. № 5. C. 44–49.
14. Хазиева Э.Б., Набойченко С.С., Болатбаев К.Н. Влияние лигносульфонатов на скорость цементации меди цинком // Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. № 1. С. 11‒14.
15. Свидетельство: SU 195112 A1 СССР, МПК C22B 43/00. Способ цементации ртути из сульфидно-щелочных растворов / П.П. Байбородов, А.Б. Ежков, А.М. Шуклин; заявитель Среднеазиатский научно-исследовательский и проектный институт цветных металлов. № 1064545/22-1; заявл. 22.03.1966; опубл. 05.06.1974.
16. Пат. 584562 СССР, МПК C22B 43/00. Способ извлечения ртути из растворов цементацией / Ю.А. Козьмин, Н.Г. Серба, И.И. Эннс, Л.Н. Куленова, А.Д. Коротин, Б.М. Алибаев, А.Д. Меняев, Б.П. Шонов, Т.Ш. Баянжанов; заявитель Всесоюзный научно-исследовательский горно-металлургический институт цветных металлов. № 2352577/02; заявл. 21.04.1976; опубл. 27.09.1999.
17. Плесков Ю.В., Филиновский В.Ю. Вращающийся дисковый электрод. М.: Наука, 1972. 344 с.
18. Вольдман Г.М., Зеликман А.Н. Теория гидрометаллургических процессов. М.: Интермет Инжиниринг, 2003. 464 с.
19. Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М.: Физматгиз, 1959. 699 с.
20. Каковский И.А., Поташников Ю.М. Кинетика процессов растворения. М.: Металлургия, 1975. 224 с.
21. Каковский И.А., Набойченко С.С. Термодинамика и кинетика гидрометаллургических процессов. Алма-Ата: Наука, 1986. 272 с.