Введение к работе
Актуальность темы. В условиях промышленного производства и в результате хозяйственной деятельности человека образуются разнообразные металлсодержащие отходы производства и потребления, в том числе и медьсодержащие. Некоторые из них содержат десятки процентов меди, что является экономической предпосылкой для получения из них меди высокой чистоты в компактном виде с использованием электрохимических методов. Для реализации такой возможности необходима разработка технологий, учитывающих особенности химического состава отходов.
Один из таких отходов – шлам, образующийся при эксплуатации медноаммиачных травильных растворов в производстве печатных плат. Он содержит аммиакаты и гидроксохлориды меди; доля меди в высушенном шламе 40 – 47 %. В настоящее время шлам перерабатывают цементацией на железе в медный порошок, загрязнённый железом и практически не имеющий сбыта.
Другой концентрированный медьсодержащий отход – сельскохозяйственный ядохимикат купрозан с истекшим сроком хранения. Основу купрозана составляют гидроксохлорид меди (65%) и этиленбисдитиокарбамат (ЭБДТК) цинка (15%); инертная составляющая – карбонат кальция. Существующая практика нейтрализации ядохимикатов основана на их централизованном сборе и высокотемпературной деструкции на специальных полигонах. Медь и другие металлы при этом безвозвратно теряются.
Цель работы. Разработка технологий получения меди в компактном виде из двух концентрированных солевых медьсодержащих отходов. Для достижения указанной цели необходимо решить следующие задачи:
- разработать технические решения предварительной переработки отходов с целью получения электролитов для электроэкстракции меди; эти решения должны учитывать особенности химического состава используемых отходов;
- определить режимы электроэкстракции в условиях истощения электролита по меди, приемлемые для организации малотоннажных производств;
- разработать математическую модель снижения рабочей плотности тока при электроэкстракции для повышения глубины переработки шлама;
- провести технико-экономическое обоснование разработанных технологий.
Научная новизна. Изучена возможность электроэкстракции меди из сульфатных растворов шлама и купрозана, выявлены негативные особенности электролиза и обоснована необходимость предварительной переработки указанных отходов. Разработана математическая модель снижения рабочей плотности тока при электроэкстракции меди из непроточного сульфатного электролита и предложены рекомендации по практическому осуществлению электролиза. Показана возможность электроэкстракции меди из нитратного электролита и определены режимы электролиза. Изучено влияние примесей алюминия и железа в нитратном электролите на эффективность катодного и анодного процесса.
Практическая значимость работы. Разработаны технологии получения компактной меди из шламов медноаммиачных отработанных травильных растворов (ОТР) и из купрозана. Применение этих технологий позволяет осуществить возврат значительных количеств меди в производственный оборот.
На защиту выносятся:
– технические решения для предварительной переработки шлама и купрозана и их обоснование;
– режимы электроэкстракции меди из сульфатного и нитратного электролитов с их истощением по ионам меди;
– математическая модель снижения рабочей плотности тока при электроэкстракции меди из сульфатного электролита, расчёты и практические рекомендации по разработанной модели;
– технология получения меди из шламов медноаммиачных ОТР;
– технология получения меди из купрозана.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы изложены в докладах и выступлениях на: XIII и XIV Всероссийских совещаниях «Совершенствование технологии гальванических покрытий», Киров, 2006 и 2009 гг.; IV, V и VI Международных конференциях «Сотрудничество для решения проблемы отходов», Харьков, 2007, 2008 и 2009 гг.; Пятом международном конгрессе по управлению отходами и природоохранным технологиям ВэйстТэк – 2007, Москва; Международной промышленной выставке и научно-практической конференции «Инновационные технологии в промышленности Уральского региона», Екатеринбург, 2008 г.; 8 – й Межрегиональной научно-практической конференции «Экологические проблемы промышленных регионов», Екатеринбург, 2008 г; Всероссийских ежегодных научно-технических конференциях ВятГУ «Наука – производство – технологии – экология» (2006, 2007, 2008, 2009 г.г.).
Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 2 статьи и 15 тезисов и материалов докладов.
Объём и структура работы. Диссертационная работа изложена на 128 страницах машинописного текста, содержит 25 рисунков, 5 таблиц и состоит из введения, четырёх глав, заключения, приложений и списка литературы из 88 цитируемых источников.
