Технология извлечения меди в компактном виде из концентрированных медьсодержащих солевых отходов

Тип работы:
Диссертация
Предмет:
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
Страниц:
128


Узнать стоимость

Детальная информация о работе

Выдержка из работы

Задача утилизации цветных металлов из различных, прежде всего концентрированных по металлу, отходов в настоящее время становится всё более актуальной. Различные виды медьсодержащих отходов, как жидкие, так и твёрдые, являются в этом отношении весьма перспективными, поскольку существует принципиальная возможность извлечения из них меди в виде компактного металла методом электроэкстракции.

В современной гальванотехнике применяют десятки различных медьсодержащих растворов, являющихся источниками образования отходов. Для жидких медьсодержащих отходов, большую часть которых представляют отработанные травильные растворы (ОТР), известна их электрохимическая регенерация, целью которой является возвращение работоспособности (травящей способности). Такие технологические решения известны, в частности, для широко применяемых медноаммиачных травильных растворов производства печатных плат. Однако электрохимическая регенерация не решает проблемы утилизации больших количеств травильного шлама, образующегося в технологическом процессе. Обычно такой шлам перерабатывают совместно с ОТР путём цементации меди на железной стружке или железном порошке с получением медного порошка. Такой порошок неизбежно загрязнён железом, в связи с чем возникает проблема его дальнейшего использования. На наш взгляд более эффективным было бы получение из шлама (а также из медноаммиачных ОТР) меди высокой чистоты в компактном виде. Эта задача принципиально может быть решена электрохимическим методом, а именно электроэкстракцией.

Другим видом твёрдых медьсодержащих солевых отходов являются ядохимикаты с высоким содержанием меди. К ним, в частности, относится куп-розан (хомецин) с истёкшим сроком годности применения. Большие количества данного ядохимиката, исчисляемые тоннами, накапливаются у сельхозпроизводителей. Известные способы утилизации ядохимикатов предусматривают их централизованный сбор и термическую деструкцию (сжигание). При этом ценные компоненты конкретных пестицидов смешиваются в зольном остатке и безвозвратно теряются. Принципиально возможно извлечение меди с применением электроэкстракции и из этого вида отходов. Однако какие-либо технические решения в настоящее время отсутствуют.

Существенные отличия в химическом составе шлама медноаммиачных травильных растворов и купрозана требуют индивидуального подхода к подготовке указанных отходов к извлечению меди. С учётом вышеизложенного целью настоящей работы является разработка технологии извлечения меди в компактном виде из шлама медноаммиачных травильных растворов и из купрозана. Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:

— обосновать и разработать технологически приемлемые способы подготовки отходов к электроэкстракции меди- эти способы должны исключать попадание в электролит нежелательных компонентов и примесей-

— отработать режимы электроэкстракции меди из полученных электролитов, учитывающие периодический характер поступления отходов на переработку-

— разработать математическую модель электроэкстракции меди при переработке шлама, учитывающую истощение электролита по извлекаемому металлу-

— провести экономическое обоснование разрабатываемых технологий.

Основные выводы по работе

1. Предложено в качестве сырьевой базы для получения компактной меди высокой чистоты использовать шлам, образующийся при травлении печатных плат в медноаммиачном травильном растворе.

2. Обоснована необходимость перевода шлама в оксид меди с последующим растворением оксида в серной кислоте и электроэкстракцией меди из полученного электролита.

3. Разработана и экспериментально подтверждена математическая модель электроэкстракции меди из сульфатного электролита с понижением рабочей плотности тока по мере истощения электролита.

4. Разработана технология получения компактной меди из шлам о в мед-ноаммиачных травильных растворов. Чистота меди составляет 99,99%, что соответствует марке МОк по ГОСТ 859–2001.

5. Выяснена возможность использования разработанной технологии для получения меди непосредственно из отработанных травильных растворов.

6. Предложено в качестве сырьевой базы для получения компактной меди использовать медьсодержащий ядохимикат купрозан с истекшим сроком хранения.

7. Обоснована необходимость предварительной цементации меди из раствора купрозана в серной кислоте. Показаны преимущества использования алюминия в качестве цементирующего металла по сравнению с железом.

8. Разработана технология получения компактной меди из раствора цементной меди в азотной кислоте.

9. Представлены технико-экономические расчёты по разработанным технологиям.

ПоказатьСвернуть

Содержание

Глава 1 Литературный обзор

1.1 Характеристика медьсодержащих руд и солевых отходов производства

1.2 Анализ технологических решений по получению компактной меди из руд и солевых отходов.

1.3 Электроосаждение меди из растворов различного анионного состава

1.4 Обоснование направлений исследований

Глава 2 Методика эксперимента.

2.1 Использованные реактивы и объекты исследования.

2.2 Потенциометрическое титрование

2.3 Химические анализы

2.4 Электрохимические исследования.

2.4.1 Снятие поляризационных кривых.

2.4.2 Определение выхода по току кислорода.

2.5 Технологические эксперименты по переработке шлама и купро-зана.

2.5.1 Термическая переработка шлама

2.5.2 Приготовление раствора купрозана в серной кислоте и цементация меди из полученного раствора.

2.5.3 Фильтрация суспензий и обработка осадков.

2.5.4 Электролиз

2.5.5 Определение фазового состава объектов исследования и качества получаемой меди.

Глава 3 Разработка технологии извлечения меди из шлама медноаммиачного травильного раствора

3.1 Характеристика объекта исследования

3.2 Обоснование принципиального технического решения по извлечению меди из шлама

3.3 Технологическая схема извлечения меди из шлама.

3.4 О возможности получения компактной меди при переработке OTP

3.5 Выводы.

Глава 4 Разработка технологии извлечения меди из купрозана

4.1 Характеристика объекта исследования

4.2 Обоснование принципиального технического решения по извлечению меди из купрозана.

4.3 Технологическая схема извлечения меди из купрозана

4.4 Выводы.

Список литературы

1. Подчайнова, В. Н. Медь Текст. / В. Н. Подчайнова, J1.H. Симонова. -М.: Наука, 1990. -279 с.

2. Большая советская энциклопедия Текст. В 30 т. Т. 15. Ломбард мези-тол / A.M. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1974. — 632 с.

3. Баймаков, Ю. В. Электролиз в гидрометаллургии Текст.: учеб. пособие для студентов металлургических ВУЗов и факультетов / Ю. В. Баймаков, А. И. Журин. М.: Металлургиздат, 1963. — 616 с.

4. Виноградов, С. С. Экологически безопасное гальваническое производство Текст. / С.С. Виноградов- под ред. В. Н. Кудрявцева. М.: Производственно-издательское предприятие & laquo-Глобус»-, 1998. — 302 с.

5. Кучеренко, В. И. Сравнительные характеристики травильных растворов, используемых в производстве печатных плат Текст. / В. И. Кучеренко, В. Н. Флёров // Новое в технологии гальванических покрытий: тезисы докладов к совещанию. Киров, 1977. — С. 82−86.

6. Сельское хозяйство. Большой энциклопедический словарь Текст. / А. М. Прохоров [и др. ]- отв. ред В. К. Месяц- 2-е изд., перераб. и доп. -М.: НИ & laquo-Большая Российская энциклопедия& raquo-, 1998. — 656 с.

7. Вольфкович, С. И. Общая химическая технология Текст.: учеб. пособие для химико-технологических вузов и факультетов. В 2 т. Т. 2. / С. И. Вольфкович [и др. ]- под ред. С. И. Вольфковича. М.: Госхимиздат, 1953. -632 с.

8. Прикладная электрохимия Текст.: учеб. пособие для химико-технологических специальностей вузов / А. Ф. Алабышева [и др. ]- под ред. А. Л. Ротиняна. 3-е изд., перераб. — Л.: Химия, 1974. — 536 с.

9. Кучеренко, В. И. Методы регенерации травильных растворов в производстве печатных плат Текст. / В. И. Кучеренко, В. Н. Флёров // Новоев технологии гальванических покрытий: тезисы докладов к совещанию. -Киров, 1977. -С. 86−90.

10. Блутштейн, С. Процесс травления печатных плат и регенерация травящего раствора фирмы ELO-CHEM Текст. / С. Блутштейн // Компоненты и технологии. 2002. — № 2. — С. 124−125.

11. П. Корякова, З. В. Технологический процесс комплексной утилизации медьсодержащих растворов травления от производства печатных плат Текст. /З.В. Корякова, C.B. Казимирчук, JI.K. Никерова // Журнал депонированных рукописей. 2000. — № 5. — С. 86−90.

12. Ильин, В. А. Химические и электрохимические процессы в производстве печатных плат Текст.: прил. к журн. & laquo-Гальванотехника и обработка поверхности& raquo- / В. А. Ильин. М.: Производственно-издательский комбинат ВИНИТИ, 1994. — 144 с.

13. Романов, A.M. Регенерация отработанных растворов хромового травления Текст. / A.M. Романов [и др.] // Совершенствование технологии гальванических покрытий: тезисы докладов совещания. — Киров, 1980. -С. 117−119.

14. Городецкий Ю. С. Исследование процесса утилизации меди из растворов химического меднения Текст. / Ю. С. Городецкий [и др.] // Совершенствование технологии гальванических покрытий: тезисы докладов совещания. Киров, 1980. -С. 119−121.

15. Носков, О. В. Утилизация отработанных медноаммонийных травильных растворов и шламов травильных машин Текст. / О. В. Носков [идр. // Совершенствование технологии гальванических покрытий: тезисы докладов совещания. Киров, 1994. — С. 25−26.

16. Малоотходные и безотходные технологии производства Электронный ресурс. / РХТУ им. Д. И. Менделеева. Электрон, дан. — М., [199-]. -Режим доступа: 1шр: //улуу. enviropark. ru/course/category. рЬр?1ё=12. -Загл. с экрана. — Яз. рус, англ.

17. Кругликов, С. С. Основные направления использования погружных электрохимических модулей (ПЭМ) Текст. / С. С. Кругликов // Гальванотехника и обработка поверхности. 2007. — № 3. — С. 43−45.

18. Кругликов, С. С. Принципы, возможности и примеры практического применения ионобменных мембран Текст. / С. С. Кругликов // Гальванотехника и обработка поверхности. 2004. — № 1. С. 34.

19. Кругликов, С. С. Извлечение ионов железа и меди из электролита хромирования Текст. / С. С. Кругликов, Д. Ю. Тураев // Гальванотехника и обработка поверхности. 2002. — № 3. С. 57.

20. Кругликов, С. С. Регенерация раствора травления меди в производстве печатных плат методом мембранного электролиза Текст. / Д. Ю. Тураев, A.M. Бузикова // Гальванотехника и обработка поверхности. 2009.- № 1. С. 59−65.

21. Пашаян, A.A. Регенерационная утилизация гальванических растворов, содержащих катионы меди (П) Текст.: автореф. дис. канд. хим. наук / A.A. Пашаян- Институт химии растворов Российской академии наук.- Иваново, 2008. 20 с.

22. Пашаян, А. А. Новые решения и эколого-экономические подходы при утилизации растворов медного травления Текст. / A.A. Пашаян, H.H. Роева, О. С. Щетинская // Экология- и промышленность России. 2007. -№ 10. -С. 36−38.

23. Терешкин, В. Травление печатных плат и регенерация травильных растворов Текст. / В. Терешкин, Ж. Фантгоф, Л. Григорьева // Технологии в электронной промышленности. 2007. — № 3. С. 26−29.

24. Самойлов, Е.А. Физико-химические условия фазообразования в систе2,1 |ме Си NH4 — С1& quot- - Н20 и пути его регулирования Текст.: автореф. дис. канд. хим. наук / Е.А. Самойлов- Харьковский национальный университет им. В. Н. Каразина. Харьков, 2003. — 22 с.

25. Хоботова, Э. Б. Механизм влияния СиС12 на ионизацию меди в водных растворах Текст.: автореф. дис. канд. хим. наук / Е.А. Самойлов- Харьковский государственный университет им. А. М. Горького. -Харьков, 1985. 14 с.

26. Грицан, Д. Н. Каталитический механизм влияния СиС12 на ионизацию меди в растворах хлоридов Текст. / Д. Н. Грицан, Э. Б. Хоботова, В. И. Ларин // Доклады А Н УССР. 1985. — № 2. С. 38−41.

27. Грицан, Д. Н. Растворение меди в растворах хлоридов железа (ПГ), меди (II), алюминия и натрия Текст. / Д. Н. Грицан [и др.] // Вестник Харьк. ун-та. 1984. — № 260.

28. Ситгиг, М. Извлечение металлов и неорганических соединений из отходов Текст.: справочник / М. Ситтиг- под ред. Н. М. Эмануэля. М.: Металлургия, 1985. -408 с.

29. Изготовление печатных плат комбинированным позитивным методом Электронный ресурс. / ОАО Рязанский проектно-технологический институт. Электрон, дан. — М., [199 — ]. — Режим доступа: http: // rpti. ru/articles. php — Загл. с экрана. — Яз. рус.

30. Федулова, A.A. Химические процессы в технологии изготовления печатных плат Текст. / A.A. Федулова, Е. П. Котов, Э. Р. Явич. М.: Радио и связь, 1981. — 136 с.

31. Кругликов, С. С. Извлечение меди из отработанных растворов травления меди, содержащих пероксид водорода или персульфаты Текст. / С. С. Кругликов, Д. Ю. Тураев // Гальванотехника и обработка поверхности. 2000. — № 2. С. 41 — 47.

32. Кругликов, С. С. Изучение катодных и анодных процессов при электрохимической переработке медно-хлоридного травильного раствора

33. Текст. / С. С. Кругликов, Д. Ю. Тураев, В. В. Гулина // Гальванотехника и обработка поверхности. 2003. — № 4. С. 24 — 34.

34. Тураев, Д. Ю. Изучение процесса регенерации травильного раствора на основе хлорида меди с помощью мембранного электролиза Текст. / Д. Ю. Тураев, С. С. Кругликов, А. В. Парфёнова // Журнал прикладной химии. 2005. — Т. 78. — № 9. С. 1469 — 1474.

35. Смирнова, В. М. Разработка технологии энергосберегающей и экологически безопасной комплексной утилизации медьсодержащих отходов Текст.: автореф. дис. канд. тех. наук / В.М. Смирнова- Пензенский государственный университет. Пенза, 2000. — 20 с.

36. Смирнова, В. М. Кинетические особенности процесса выщелачивания тяжёлых металлов из гальваношламов Текст. / В. М. Смирнова [и др.] // Известия Высших учебных заведений. Серия Химия и Химическая технология. 2000. — Т. 43. — № 4. С. 128 — 130.

37. Тишков, К. Н. Энергоэффективный и экологически безопасный способ извлечения тяжёлых металлов из твёрдых промышленных отходов Текст. / К. Н. Тишков [и др.] // Энергоэффективность: опыт, проблемы, решения. 2000. — № 2. С. 62 — 64.

38. Авдеев, Б. В. Экологические аспекты электрошлакового переплава медьсодержащих отходов травления печатных плат Текст. / Б. В. Авдеев [и др.] // Труды Академии электротехнических наук Чувашской Республики. 2004. № 2. С. 36 — 39.

39. Торунова, М. Н. Технология обезвреживания и утилизации ценных компонентов осадков городских сточных вод Текст.: автореф. дис. канд. тех. наук / М. Н. Торунова- Пензенский государственный университет. Пенза, 1998. — 17 с.

40. Рашевская, И. В. Разработка комплексной технологии обработки и утилизации осадков сточных вод гальванических производств Текст.: автореф. дис. канд. тех. наук / И. В. Рашевская- Пензенский государственный университет. Пенза, 2006. — 22 с.

41. Иксанова, Е. М. Разработка методов снижения воздействия гальва-ношламов на водные объекты Текст.: автореф. дис. канд. тех. наук / Е. М. Иксанова- Уральский государственный технический университет УПИ. — Екатеринбург, 2002. — 18 с.

42. Варёных, Н. М. Уничтожение опасных отходов методом термохимического пиролиза с использованием порошкообразных смесей фильтрационного горения Текст. / Н: М. Варёных [и др.] // Экология и промышленность России. 2010. — № 12. С. 42 — 50.

43. Рыжавский, А. 3. Установка термического обезвреживания ядохимикатов Текст. / А. З. Рыжавский, А. В. Зимогляд, А. И. Ровенский // Сотрудничество для решения проблемы отходов: материалы IV Международной конференции. Харьков, 2007. — С. 82 — 83.

44. Планковский, С. И. Плазменные технологии утилизации ТБО. Современное состояние и перспективы Текст. / С. И. Планковский // Сотрудничество для решения проблемы отходов: материалы IV Международной конференции. Харьков, 2007. — С. 208 — 210.

45. Поиск путей извлечения меди из шламов завода ОЦМ (г. Киров) Текст.: отчёт о НИР (промежуточ.) / Кировский политехнический институт- рук. Хранилов Ю.П.- исполн.: Носков О. В., Урванцева Т. В. -Киров, 1991. 14 с.

46. Флёров, В. Н. Химическая технология в производстве радиоэлектронных деталей Текст. / В. Н. Флёров. М.: Радио и связь, 1988. — 104 с.

47. Прикладная электрохимия Текст.: учебник для ВУЗов / под ред. А. П. Томилова. 3-е изд., перераб. — М.: Химия, 1984. — 520 с.

48. Баймаков, Ю. В. Электролиз в гидрометаллургии Текст.: учеб. пособие для судентов ВУЗов / Ю. В. Баймаков, А. И. Журин. М.: Металлургия, 1977. — 337 с.

49. Гальванические покрытия в машиностроении Текст.: справочник. В 2 т. Т. 1. / под ред. М. А. Шлугера, Л. Л. Тока М.: Машиностроение, 1985. -248 с.

50. Исаков, В. Т. Электролиз меди Текст.: пособие для подготовки и повышения квалификации рабочих и мастеров / В. Т. Исаков. 2-е изд. -М.: Металлургия, 1970. — 224 с.

51. Левин, А. И. Электролитическое рафинирование меди Текст.: справочное пособие электролизника / А. И. Левин, М. И. Номберг. М.: Ме-таллургиздат, 1963. — 220 с.

52. Гальванические покрытия в машиностроении Текст.: справочник. В 2 т. Т. 1. / под ред. М. А. Шлугера, Л. Л. Тока. М.: Машиностроение, 1985. -248 с.

53. Смирнов, В. И. Металлургия меди, никеля и кобальта Текст.: учеб. пособие для студентов металлургических ВУЗов и факультетов / Смирнов В. И. [и др.]. М.: Металлургия, 1964. — 463 с.

54. Григин, А. П. Влияние объёмного заряда на предельный ток электроосаждения меди из раствора сульфата меди в условиях естественной конвекции Текст. / А. П. Григин [и др.] // Электрохимия. 2004. -Т. 40. — № 6. С. 723−729.

55. Справочник по электрохимии Текст.: справочник / под ред. А. М. Сухотина. Л.: Химия, 1981. -488 с.

56. Дёмин, И. П. Скрытые механизмы аккумулирования примесей катодным осадком при электролитическом рафинировании меди Текст.: ав-тореф. дис. канд. тех. наук / И.П. Дёмин- Казанский химико-технологический университет. Казань, 2008. — 23 с.

57. Мотронюк, Т. И. Выход меди по току и свойства покрытий при меднении в нитратных электролитах Текст. / Т. И. Мотронюк [и др.] // Журнал прикладной химии. 1988. — Т. 61. — № 3. С. 503 — 507.

58. Гуревич, Ю. Я. Влияние побочного процесса на скорость осаждения меди в нитратных электролитах Текст. / Ю. Я. Гуревич [и др.] // Электрохимия. 1989. — Т. 25. — № 6. С. 784 — 787.

59. Кварацхелия, Р. К. Электрохимическое восстановление кислородных соединений азота Текст. / Р. К. Кварацхелия. Тбилиси: издательство & laquo-Мецниереба»-, 1978. — 142 с.

60. Пимнева, Л. А. Ионные равновесия бария и меди в азотнокислых растворах Текст. / Л. А. Пимнева, Е. Л. Нестерова // Современные наукоёмкие технологии. 2008. — № 12. С. 14−18.

61. Феттер, К. Электрохимическая кинетика Текст.: учебник для ВУЗов / К. Феттер М.: Химия, 1967. — 856 с.

62. Григин, А. П. Предельный ток катодного осаждения меди из раствора сульфата меди и азотной кислоты в условиях естественной конвекции Текст. / А. П. Григин, А. Д. Давыдов // Электрохимия. 2003. — Т. 39. -№ 6. С. 732 — 737.

63. Правда, A.A. Влияние глицина на процесс электроосаждения меди из нитратного электролита Текст. / A.A. Правда, А. П. Радченкова, В. И. Ларин // Вестник Харьковского национального университета. 2008. -№ 820. — Химия. Выпуск 16 (39). С. 353 — 356.

64. Правда, A.A. Влияние комплексообразования на электроосаждение меди из растворов азотнокислой соли Текст. / A.A. Правда, А. П. Радченкова, В. И. Ларин // Украинский химический журнал. 2009. — Т. 75. -№ 6. С. 95 — 99.

65. Краткий справочник физико-химических величин Текст.: справочник / под ред. A.A. Равделя, А. М. Пономарёвой. Л.: Химия, 1983. — 232 с.

66. Якименко, Л. М. Электродные материалы в прикладной электрохимии Текст. / Л. М. Якименко. М.: Химия, 1977. — 264 с.

67. Лайнер, В. И. Теория и практика блестящих гальванопокрытий Текст. / В. И. Лайнер. Вильнюс: Минтис, 1963. — 255 с.

68. Антропов, Л. И. Теоретическая электрохимия Текст.: учебник для студентов химических и химико-технологических специальностей высших учебных заведений / Л. И. Антропов. 4-е изд., перераб. и дополн. -М.: Высшая школа, 1984. — 520 с.

69. Котик, Ф. И. Ускоренный контроль электролитов, растворов и расплавов Текст.: справочник / Ф. И. Котик. М.: Машиностроение, 1978. -191 с.

70. Крешков, А. П. Основы аналитической химии. Теоретические основы. Количественный анализ Текст.: учеб. для вузов: в 3 т. Т.2. Теоретические основы. Качественный анализ / А. П. Крешков. 4-е изд., перераб. — М.: Химия, 1976. — 480 с.

71. Шаталов, А. Я. Практикум по физической химии Текст.: учебное пособие для студентов химических и химико-технологических специальностей высших учебных заведений / А .Я. Шаталов, И. К. Маршаков. -М.: Высшая школа, 1968. 224 с.

72. Лурье, Ю. Ю. Справочник по аналитической химии Текст.: справочник / Ю. Ю. Лурье. 4-е изд., перераб. и дополн. — М.: Химия, 1971. -456 с.

73. Иванова, Е. Е. Дифференциальное исчисление функций одного переменного Текст.: учебник для вузов / Е.Е. Иванова- под ред. В. С. Зарубина, А. П. Кршценко. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1998. -408 с.

74. ГОСТ 859 2001 Медь. Марки Текст. — Введ. 2002 — 03 — 01. -Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации- М.: Издательство стандартов, сор. 2002. — 3 с.

75. ТУ ИЗ 04 — 258 — 87 Хомецин. 80% - ный смачивающийся порошок Текст. — Введ. 1987 — 07 — 01. — Минск: Межгос. совет по стандартизации, метрологии и сертификации- М.: Издательство стандартов, сор. 2002. -22 с.

76. Scrimager, Cynthia Electrochemical study of tetraethylthiuram disulfide and the diethyldithiocarbamate anion Text. / Cynthia Scrimager, Louis J. Dehayes // Inorganic and Nuclear Chemistry Letters. 1978. — T. 14. — № 2 -3. -P. 125 — 133.

Заполнить форму текущей работой