Введение к работе
Актуальность работы. В последние годы получили бурное развитие радиоэлектроника, приборостроение, компьютерная техника, автомобилестроение, являющиеся крупнейшими потребителями меди, мировое производство которой составляет около 6 миллионов тонн в год. Доля экстракциошю-электролизной меди в этом объеме увеличилась за 20 лет до 12 % и продолжает расти. С помощью экстракции удается вовлечь в переработку забалансовые месторождения, отвалы, рудничные и шахтные воды, растворы кучного выщелачивания и повысить качество меди. Несмотря на внушительный список экстра-гентов для меди (более 100), в промышленности используют преимущественно оксиоксимы и альдоксимы. Эти экстрагенты имеют ряд недостатков, например, высокую стоимость (6-13 тысяч долл/т), не позволяющую использовать их при содер-кании меди менее 1,2 - 1,5 г/л, недостаточную селективность в присутствии высоких концентраций железа(Ш). Наличие гальванических производств, предприятий цветной металлургии, машиностроения ставит проблему очистки сточных вод от токсичных металлов, прежде всего Си, Cr, Zn, Ni. В бассейн Волги ежегодно сбрасываются тысячи тонн цветных металлов (ЦМ). Для экологии нужны групповые (неселективные) реагенты. Альтернативным методом извлечения меди и ИМ из сточных вод является ионная флотация (ИФ), появившаяся в конце 1950-х годов. Ассортимент реагентов для ИФ меди и ЦМ беден; практическое значение имеют карбоксильные реагенты, алкил-сульфонаты и иолиэлектролиты (полимерные ПАВ). Для ИФ необходимы хе-латообразующие реагенты: образуя прочные связи с ионами ЦМ, они обеспечивают более глубокую очистку растворов и с большей скоростью. В Пермском регионе существует проблема замены аминов при флотации хлорида калия на менее токсичные реагнеты. Таким образом, поиск экстрагентов для ме-ди(П), более дешевых и селективных, чем известные, разработка более эффективных флотореагентов для очистки сточных вод, флотации хлорида калия актуальны.
Представленная работа является обобщением результатов исследований, выполненных автором в институте технической химии УрО РАН по научному направлению "Координационная химия" Координационного Совета РАН :
В 1985 - 90 г.г. по теме "Разработка физико-химических основ направленного синтеза экстрагентов и их применение для переработки растворов сложного солевого состава" (№ гос. регистрации 01850023259);
в 1990 - 95 г.г. по теме "Разработка теоретических основ применения органических производных гидразина в качестве комплексообразующих реагентов" (№ гос. регистрации 0192002209).
Цель работы. Разработка научных основ, технологий экстракции и флотации меди, сопутствующих металлов, флотации хлорида калия с использова-
ниєм новых реагентов на основе гидразидов алифатических и нафтеновых карболовых кислот.
Методы исследования. Использовали объемные методы анализа, фотоколориметрию, эмиссионно-спектральный и атомно-адсорбционный методы анализа, потенциометрию. При изучении свойств реагентов и комплексов с металлами применяли УФ-, ИК-, ПМР- спектроскопию, кондуктометрию, вольтам-перометрию, дериватографию, экстракционные методы. Расчеты ab initio реагентов выполнены методом Хартри-Фока по программе "Gaussian 92 for Windows". Обработку экспериментальных данных проводили на компьютере с привлечением программного обеспечения.
Научная новизна. Впервые гидразиды алифатических и нафтеновых кар-боновых кислот систематически изучены как промышленные экстрагенты и флотореагенты для меди и сопутствующих элементов:
разработаны способы получения;
исследованы физико-химические свойства реагентов, необходимые для их использования в процессах экстракции и флотации;
установлены механизмы комплексообразования, экстракции и флотации меди и сопутствующих ей элементов;
изучены технологические характеристики реагентов и составлены технологический схемы извлечения меди и сопутствующих элементов из растворов;
найдены новые области применения полученных гидразидов: как собирателей хлорида калия из калийных руд, ингибиторов коррозии, стимуляторов роста растений.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Проведенные теоретические исследования позволили:
предложить гидразиды нафтеновых кислот в качестве селективных экстра-гентов для меди, в 3 - 7 раз более дешевых, чем известные, разработать технологию экстракции меди и испытать её в лабораторных условиях;
разработать и испытать в укрупненно-лабораторных условиях технологии очистки сточных вод от токсичных металлов осаждением и ионной флотацией с гидразидами;
разработать технологию получения и наработать опытную партию гидразидов;
показать перспективность разработанных реагентов для других промышленных целей - как ингибиторов коррозии, стимуляторов роста растений, собирателей хлорида калия из калийных руд;
разработать и испытать в опытно-промышленных условиях технологию флотации хлорида калия с применением гидразидов.
Личный вклад автора. Исследования, представленные в диссертации, являются результатом многолетней работы автора. Отдельные положения экспе-
риментально проверялись в соавторстве с Зубаревой Г.И. и Гусевым В.Ю.; Гусевым В.Ю. защищена диссертация на соискание ученой степени кандидата наук, подготовленная под руководством автора. Автор выражает благодарность сотрудникам лаборатории перспективных методов обогащения АО "Галургия", лаборатории 849 РНЦ "Прикладная химия", лаборатории коррозии ПермНИ-ПИнефть, кафедры физхимии ПТУ, лаборатории гидрометаллургических процессов Унипромеди, лаборатории сорбции и экстракции института Гидроцвет-мет, без заинтересованного и активного участия которых было бы невозможно проведение настоящей работы.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на : 4-м семинаре по экстракции Центрального института твердого тела и материаловедения АН ГДР (Хольцхау, ГДР, 1989); XII конференции "Коррозия и защиты металлов" (Пермь, 1990); на 28-й Международной конференции по координационной химии (Гера, ГДР, 1990); 9-й Всесоюзной конференции по экстракции (Адлер, 1991); Международной конференции "Вода. Экология и технология" (Москва, 1994); Международной конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы охраны окружающей среды" (Томск, 1995); Международной конференции "Перспективы развития естественных наук на Западном Урале" (Пермь, 1996); 2-м Международном конгрессе АКВАТЭК-96 : "Вода, экология и технология" (Москва, 1996); Международной конференции "Перспективные химические технологии и матери&пы" (Пермь, 1997), XI Российской кошЬепешши по чтсстпяэттии (Мпс.тспа. 1998V
Публикации. По теме диссертации опубликовано 37 работ, в том числе авторских свидетельств и патентов - 5, тезисоз докладов на конференциях -11.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, семи глав, общих вьподов, списка использованных источников и приложений. Объем работы 242 страницы, 62 таблицы, 45 рисунков, список литературы с 387 источниками. В приложения включены 6 документов о результатах испытаний и использовании разработанных технологий в народном хозяйстве.