Введение к работе
Актуальность проблемы. Развитие в республике Узбекистан таких отраслей промышленности как приборостроение, микроэлектроника, радиотехника требует металлов к сплавов высокой чистоты. Сурьма СУ-000 широко применяется для получения сплавов, лигированкя германия, кремния, а также для приготовления анткмонидов индия, галлия, алюминия и интерметаллических соединений. На их основе создан целый ряд уникальных приборов. Свинец особой чистоты также широко применяется для получения сплавов. Эти сплавы используются для изготовления печатных плат в качестве припоя (ПОС-бО), для приготовления аккумуляторных пластин и т.д.
Представителями собственно сурьмяных проявлений в Узбекистане являются Кокпатас, Акбель, Шут.
В Узбекистане имеется множество промышленных свинцовых месторождений: Кургашинкан, Лашкерек, Кульчулок, Учкулич, Хандиза и другие. В настоящее время разрабатывается только месторождение - Кур-гашинканское. Его руда обогащается на Алмалыкской обогатительной фабрике. Свинцовый концентрат отправляется и перерабатывается на Чимкентском свинцовом заводе.
В указанных проявлениях сурьмы и месторождениях свинца практический интерес, кроме сурьмы, свинца, цинка и меди, представляют серебро, золото, ртуть, кадмий, селен, теллур, индий, висмут, галлий.
В Центрально-Азиатском регионе функционируют заводы по Еыпуску сурьмы в Кадамжае (Киргизия), сурьмяно-ртутного концентрата в Джи-жикурте (Таджикистан), свинца - в Чимкенте (Казахстан), свинцово-обогатительная фабрика - в Алмалыке (Узбекистан).
Экономические, политические и географические связи государств Центральной Азии позволяют совместно или частично перерабатывать руды и концентраты сурьмы.и свинца на взаимовыгодных условиях.
Новые рыночные отношения заставляют пересмотреть старые технологии, искать новые источники сырьевых ресурсов.
При отсутствии в республике высококачественных руд все чаще возникает необходимость вовлечения в производство некондиционного сырья, а также вторичных материалов - возгоны, отходы различных : производств. Их использование требует новой технологии, так как
- 3 - I
они плохо поддаются флотации, выщелачиванию и выделению электрохи-мическим способом.
Селективное извлечение таких металлов, особенно в чистом виде( представляет определенные трудности и поэтому необходимы поиски новых, сравнительно неагрессивных, нетоксичных, дешевых, доступных и экологически чистых растворителей и электролитов.
В настоящее время органические растворители занимают все большее место при электролитическом выделении цветных металлов.
Многолетние исследования по изысканию новых растворителей и электролитов для растворения соединений сурьмы, свинца и других металлов, а также по созданию рациональной технологии проведены в Институте Химии АН РУз.
Изучение свойств таких растворителей как многоатомные спирты, оксикислота физико-химическими методами и их взаимодействие с соединениями сурьмы, свинца представляют интерес при создании новой технологии получения металлов высокой чистоты. Ко до настоящего времени подробного изучения физико-химических и электрохимических свойств таких растворов-электролитов не предпринято и выделение новых соединений сурьмы и свинца с многоатомными спиртами не было проведено. Рациональные технологические схемы переработки некондиционных и вторичных материалов этих металлов отсутствуют.
. Выполненное нами исследование посвящено изучению химизма растворения, образования комплексов сурьмы и свинца с растворителями, исследованию свойств растворов физико-химическими и электрохимическими методами, выделению комплексных соединений, разработке новых, высокоэффективных технологических схем выделения чистой сурьмы, свинца и их солей из некондиционных и вторичных материалов этих металлов.
Работа выполнялась в соответствии с планом НИР Института Химии АН РУз по темам: "Гидрометаллургия цветных и редких металлов с использованием многоатомных спиртов в качестве основного компонента растворителей и электролитов" ДСП (1970-1973 гг.) ]"- 70026526; "Разработка электрохимических методов получения цветных и редких металлов и их сплавов" ДСП (1974-1975 гг.) К 74031672; "Разработка электрохимического способа глубокого разделения свинца и висмута в водных растворах с применением уротропина" (1976 г.) /," 75065593; "Исследование процессов электрохимического выделения и разделения
_ 4 -
вольфрама, сурьмы, галлия" ДСП (1976-1979 гг.) к 7ЄО49303; "Исследование электродных процессов растворения, выделения и сплавообра-зозания некоторых редких и цветных металлов ( W , Si, Qo > &аУ (I9S0-I982 гг.) .'? 01829028933.
Цель работы. Создание высокоэффективной технологии получения металлов и их солей с использованием многоатомных спиртов. Для достижения поставленной цели ставились следующие задачи:
1. Установить закономерности растворения соединений сурьмы и
свинца в щелочно-водных растворах сульфида натрия и многоатомных
спиртах;
- изучить поведение растворов и продуктов реакции взаимодей
ствия физико-химическими, электрохимическими методами.
2. Исследовать взаимодействие между составляющими системыгмно-
гоатомный спирт - щелочь - оксиды металлов - сурьма - свинец, и
установить соответствующий состав и строение выделенных соединений;
изыскать возможные пути повышения Еыхода по току при электролизе сурьмы из сульфидно-щелочных электролитов; '?"
разработать новые эффективные и рентабельные спосо'бы получения металлической сурьмы и свинца высокой чистоты и их солей из
о ксил.оз сурьмы и свинца, и некондиционных материалов с использованием многоатомных спиртов в качестве растворителей и электролитов;
- выявить возможность переработки возгонов сурьмы в ее трех-
оксид, а также вторичного сырья свинцовых заводов на металлурги
ческий свинец. -~-
3.Разработать рентабельные технологические схемы:
получения металлов высокой чистоты;
переработки окисленных возгонов сурьмы и свинца;
гидрометаллургической переработки золото-сурьмяных концентратов и штейнов;
переработки отработанных катализаторов.
Научная новизна. Изучением процесса растворения оксидов металлов в щелочно-водных растворах многоатомных спиртов установлено, что растворимость оксидов зависит от количества ОН-групп и строения многоатомных спиртов, а также от склонности анионов металлов к образованию комплексных соединений с многоатомными спиртами.
Впервые исследовано комплексообразование сурьмы к свинца при растворении их оксидов в щелочных растворах многоатомных спиртов. Предложен возможный механизм этого процесса.'Составлена схема пос-
.ледовательности прохождения процесса комплексообразования.
Впервыевыделены комплексные соединения сурьмы с дульцитом, свинца с глицерином и ксилитом из щелочно-водних растворов много-. атомных спиртов. Химическими и физико-химическими методами уста--новлены состав и строение этих соединений. Впервые показано образование промежуточного комплексного соединения в водных.растворах-спиртов-с щелочью за счет водородной связи между--ОН.группами многоатомных спиртов и щелочи.
Предложен смежный..... механизм образования комплексов, сурьмы и . свинга в результате замещения -ОН группы.промежуточного соединения на анионы сурьмы и свинца.
Впервые установлено различие -механизмов, стадийного восстановт. ления-ионов сурьмы из целочно-водных растворов, многоатомных спир-.- . тов и сульфидно-мелочных растворов.
. Измерением перенапряжения выделения-водорода на сурьме,.графите, платине, железе в щелочных растворах многоатомных.-.спиртов ус- .. .тановлено протекание двух типов .реакции-.выделения водорода: .за . ----счет разряда молекул воды и за счет образования ла катоде, поверхностного раствора щелочного металла с металлом катода и его последующим взаимодействием с водой.
Показан механизм параллельного восстановления ионов трех- и пятивалентной сурьмы при электролизе из сульфидно-щелочного электролита.
Автор выносит на защиту:
механизм комплексообразования сурьмы и свинца с многоатомными спиртами в водных растворах;
применение нового класса растворителей для выделения сурьмы
и свинца; . "" '
выделение комплексных соединений сурьмы и свинца'"'с" многоатомными спиртами и изучение их строения;
технологические схемы получения продуктов высокой чистоты: сурьмы, трехоксида сурьмы, порошков - сурьмы и чистого свинпа;
механизм процесса разряда ионов сурьмы из комплексных-электролитов.
Практическая ценность. Предложен новый класс'растворителей, электролитов для растворения окисленных материалов сурьмы и свинца и установлены оптимальные условия электролитического осаждения
этих металлов.
Разработаны следующие технологические схемы:
- способов получения металлической к порошковой сурьмы высокой чистоты;
-переработки возгонов и отработанных катализаторов на трехоксид сурьмы;
-переработки золото-сурьмяных концентратов и штейнов на металлическую сурьму с концентрированием золота в кек.
Способ получения сурьмы высокой чистоты "СУ-ССО" прошел промьи-ленные испытания и внедрен на Кадамднайском сурьмяном комбинате с экономически»,! эффектом 48 тыс.руб. в год (1971 г.).
Исследование по повышению выхода по току сурьмы за счет ппвыпге- ния плотности тока в результате восстановления и регенерации электролита прошло, промышленное испытание и внедрено, на этом же комбинате с экономическим эффектом 50 тыс.руб. в год (1976 г.).
Разработаны технологические схемы переработки золото-сурьмяных концентратов и концентрационного штейна богатого золотом-^-Техноло-гия переработки золото-сурьмяных концентратов прошла промышленные испытания и принята к внедрению на Кадамджайском сурьмяном комбинате. Совместно с институтами Средазнипроцветмет it Иргиредмет разработана и предложена новая технология переработки золото-сурьмяных концентратов,на основе которой построено гидрометаллургическое отделение по получению металлической сурьмы и обогзшенио кека золотом на обогатительной фабрике Уст-Нера (Якутия).
Технология получения трехоксида 'сурьмы из отработанных сурьмяных катализаторов прошла промышленные испытания на Уральском фреоновом заводе.
Разработанные нами принципиальные технологические схемы получения трехоксида сурьмы высокой чистоты за счет вывода металлического мышьяка и ионов железа из возгонов, отработанных катализаторов и переработки сплава свинца с висмутом на чистые металлы могут найти применение на фармацевтическом, лакокрасочном, аккумуляторном и других заводах.
Предлонека методика определения малых количеств сурьмы из промышленных сточных вод и гальванокоагуляционнкй способ очистки сточных вод от сурьмы, нашедшде применение на сурьмяном комбинате.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы были доложе-
_ о _
ны на ІУ,УІ.Республиканских научно-технических совещаниях "Автоматический контроль и управление при обогащении и металлургии цветных металлов." (Ташкент,1978), Республиканской конференции "Научно-технический и теоретический прогресс в развитии городов Узбекистана" (Навои,1979), Республиканской конференции молодых- ученых и.спе-. циалистов "Актуальные проблемы в области общественных и технических наук" (Ташкент,1978), УІ Городской научно-технической и теоретической конференции (Навои,1979), Всесоюзной конференции по электрохимии (Москва,1982), Всесоюзном совещании "Химия и технология редких и цветных металлов и солей" (Фрунзе,1982 и 1986), Всесоюзной конференции "Проблемы сольватации и комплексообразования в растворах (Иваново,1984), 11-ом Всесоюзном симпозиуме "Электрохимия и коррозия в водно-органических средах" (Ростов-на-Дону,1984), ХУ Всесоюзном совещании по химии комплексных соединений (Киев,1985), Всесоюзной конференции "Коагулянты и флокулянти в очистке природных и сточных вод" (Одесса,1988), Всесоюзном симпозиуме "Биотехнические и химические методы охраны окружающей среды" (Ташкент,1988), УІІ Всесоюзном совещании по физико-химическому анализу (Саратов,1991), Всесоюзном совещании "Проблемы создания бессточных систем водоснаб- - ."д промышленных, предприятий и экологии Средней Азии"(Ташкент,
І), Межреспубликанской научно-технической конференции "Интенсификация процессов химической к пищевой технологии",(Ташкент,1993), Республиканской научно-технической конференции "Композиционные материалы и их применение" (Ташкент,1994),Научно-технической конференции "Проблемы разработки химической технологии импортзамещаемой продукции в Узбекистане" (Ташкент,1995).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликована I
монография,получено-одно авторское свидетельство и 50 научных тру
дов. - ....
Объем и структура диссертации. Материалы диссертации изложены на
343 страницах машинописного текста,включая 53 рисунка и 48 таблиц.
Диссертация состоит из б глав,еыводов, списка литературы, включаю
щего ,'287 наименований М-приложения,содержащего 8 актов промышленных
испытаний и внедрений. -
