Утилизация отработанных медьсодержащих травильных растворов с помощью процессов цементации
ART 970912
Д.
В. РагузинаБиблиографическое описание статьи для цитирования:
Рагузина
Д.
В.,
Сергеева
Я.
А.,
Воробьева
Д.
А.,
Бирюков
А.
И. Утилизация отработанных медьсодержащих травильных растворов с помощью процессов цементации // Научно-методический электронный журнал «Концепт». –
2017. – Т. 39. – С.
2926–2930. – URL:
http://e-koncept.ru/2017/970912.htm.
Аннотация. В статье рассматривается способ утилизации медьсодержащих отработанных травильных растворов с помощью цементации на алюминии. Изучена цементация меди из ОТР на поверхности чистого алюминия и сплава алюминия, определены параметры процесса.
Текст статьи
Рагузина Дарья Вячеславовна,студент второго курса химического факультета ФГБОУ ВО "Челябинский государственный университет", г. Челябинск, daryavyacheslavovna@inbox.ru
Сергеева Яна Анатольевна,студент второго курса химического факультета ФГБОУ ВО "Челябинский государственный университет", г. Челябинск,Xxx321.14@mail.ru
Воробьева ДарьяАлександровна,магистр кафедры аналитической и физической химиихимического факультета ФГБОУ ВО "Челябинский государственный университет", г. Челябинск,vorobeva93@mail.ru
Бирюков Александр Игоревич,кандидат химических наук, доцент кафедры аналитической и физической химии ФГБОУ ВО "Челябинский государственный университет", st4857@yandex.ru
Утилизация отработанных медьсодержащих травильных растворов с помощью процессов цементации
Аннотация. В статьерассматривается способ утилизации медьсодержащих ОТРс помощью цементации на алюминии. Изучена цементация меди из ОТР на поверхности чистого алюминия и сплава алюминия, определены параметры процесса.Ключевые слова: отработанные травильные растворы, медь, цементация.
ВведениеК числу одной из важнейших проблем современности относится загрязнение и истощение водных ресурсов. Особую и едва ли не самую серьезную проблему представляет собой сброс отработанных промышленных вод. Отработанные промышленные воды включают в себя технические, промывочные воды, разбавленные солевые растворы и др. Отдельное место среди промышленных отходов, представляющих собой водные растворы, занимают отработанные травильные растворы (ОТР). Они образуются после операций травления металлов и содержат в себе большое количество ионов металлов, а также остатки минеральных кислот, применяемых в процессе травления. Данные растворы являются потенциальными источниками загрязнения почвы, грунтовых вод и других объектов окружающей среды.Основой всего комплекса мероприятий по охране водоёмов от загрязнения сточными водами есть создание и развитие замкнутых систем промышленного водоснабжения, применение эффективных способов очистки начальных потоков сточной воды с учетом повторного их использования [1]. Существуют различные способы утилизации травильных растворов: нейтрализация щелочными агентами, пиролиз и др. Медьсодержащие отработанные травильные растворы накапливаются зачастую на предприятиях по производству электроники, машиностроительных предприятиях и др. В литературе описаны способы утилизации медьсодержащих ОТР с помощью процессов цементации, т.е. с помощью вытеснения меди из растворов более активными металлами, с образованием растворов солей вытесняющих металлов, а также с образованием медного порошка. Например, авторы для реализации обезвреживания медноаммиачного комплекса и отработанных медных электролитов использовали действующий макет установки «Малахит» [2]. Однако в литературе отсутствует информация о влиянии на процесс цементации меди из медьсодержащих ОТР примесей в сплавах алюминия[14]. Целью данной работы являлось исследование процесса переработки медьсодержащих ОТР с помощью цементационных процессов на алюминиевых сплавахЗадачи:1)изучить свойства ОТР медьсодержащих после производства печатных плат 2)исследовать процесс цементации меди с помощью химически чистого алюминия, а также с помощью сплава алюминияМатериалы и методыВ работе использовали медьсодержщий ОТР с содержаниеммеди 240 г/л. рН раствора составлял 1,4. Цементацию проводили с помощью химически чистого алюминия, а также с помощью сплава АД1. Химический состав применяемых сплавов указан в табл. 1. Таблица 1Химический состав алюминия и сплава АД1 (в масс. %)
AlSiFeCuMnMgCrZnTiVGaАД198,1
0,3870,3870,770
0,0680,4850,0590,017
Alхч99,90,0015.1041.1051.1035.105
1.1041.104
5.105
Концентрацию меди в растворах определяли с помощью йодометричсекого титрования[5]. Для этого отбирали аликвотную часть раствора 10 мл и доводили объем в мерной колбе на 100мл, тщательно перемешивали. Переносили пипеткой аликвотную часть этого раствора (10мл) в коническую колбу на 250мл, Добавляли 3 мл 2 н. раствора серной кислоты и 10–15 мл раствора KI (15%).Оставляли смесь в темном месте на 5 мин для завершения реакции. В ходе реакции образуется I2, придающий раствору бурую окраску, и осадок CuI цвета слоновой кости. Выделившийся I2титровали тиосульфатом натрия (0,05 моль/л). Когдаокраска раствора становилась бледножелтой, добавляли раствор крахмала до появления темносинего окрашивания и продолжали титрование. В конечной точке титрования эта окраска исчезнет, в растворе остается только светлая муть.Цементационную очистку медьсодержащих растворов проводили следующим образом. Разбавляли раствор в соотношении 1 : 4. В разбавленный раствор помещали навеску алюминия в соотношении 1 : 20 по массе. Через определенные промежутки времени (35 минут) измеряли рН раствора и температуру, атакже отбирали аликвоту для определения содержания меди.
Результаты и обсуждениеС течением времени при проведении процесса цементации температурасначала повышается, но к концу реакции остается постоянной. Повышение происходит от 20 С (комнатная температура) до 75С. В начале реакции происходит увеличение рН на 2 единицы, затем рН остается постоянным.На рисунке 1 представлен график зависимости концентрации меди от времени.
Рис.1. Зависимость концентрации меди от времени в процессе цементации
Из графика видно, что в начале процесса концентрация меди быстрее уменьшается при использовании сплава АД1. Однако уже через 15 минут разницы фактически нет. Следует отметить, что на выделение одного и того же количества меди в ходе цементации чистого алюминия требуется меньшая масса, что объясняется, тем что примеси в сплаве АД1, такие как железо, марганец, цинк не участвуют в процессе цементации, а окисляются и переходят в раствор. После проведения процесса часто требуется провести доочистку растворов. Для этого смещают рН в слабокислую область и проводят дополнительную цементацию при избытке алюминия. В результате этого достигают практически полного извлечения меди из раствора. При проведении процесса цементации происходят реакции восстановления меди из ионов до металлического состояния, в то время как алюминий окисляется и переходит в раствор. Тоже самое происходит и с примесями в сплаве АД1. При использовании при цементации чистого алюминия в случае солянокислых травильных растворов алюминий накапливается в растворе в виде оксихлорида алюминия, которые можно использовать как коагулянт. Отсутствие примесей как в металле, так и, следовательно, в конечном растворе делает применение чистого алюминия для цементационной очистки более эффективным.
Выводы1.Изучили физикохимические свойства медьсодержащих отработанных травильных растворов. С помощью иодиметричсекого титрования определили содержание меди, которое составило 240 г/л. 2.Провели цементационную очистку изучаемых растворов с помощью чистого алюминия и сплава АД1. Более полного и эффективного извлечения меди удается достигнуть при использовании чистого алюминия.
Ссылки на источники1.Батлук В.А. Основы экологии: Учебник. –К.: Знание, 2007. –519 с.2.Гончаренко Т.П. Методика обезвреживания и утилизации отработанного меднохлоридного раствора травления / Гончаренко Т.П., Гончаренко А.Г., Елагин Г.И. –Научноеиздание. Вестник Черкасского национального университета имени Богдана Хмельницкого. Серия химическойнауки. –Черкассы, ЧНУ имени БогданаХмельницкого, 2010, выпуск 174. –С. 100 –103.3.Химический энциклопедический словарь / Гл. ред. И.Л.Кнунянц. М.: Сов. энцикл., 1983. 01020304050607005101520253035C(Cu),г/лt, минад1чистый4.Кругликов С.С. Регенерация травильных растворв и рекуперация меди в производстве печатных плат // Гальванотехника и обраб. поверхности. 1993, т.2, в.4, с.6972.5.http://www.chemastu.ru/chair/study/anchem/r_4_6_3.htm
Сергеева Яна Анатольевна,студент второго курса химического факультета ФГБОУ ВО "Челябинский государственный университет", г. Челябинск,Xxx321.14@mail.ru
Воробьева ДарьяАлександровна,магистр кафедры аналитической и физической химиихимического факультета ФГБОУ ВО "Челябинский государственный университет", г. Челябинск,vorobeva93@mail.ru
Бирюков Александр Игоревич,кандидат химических наук, доцент кафедры аналитической и физической химии ФГБОУ ВО "Челябинский государственный университет", st4857@yandex.ru
Утилизация отработанных медьсодержащих травильных растворов с помощью процессов цементации
Аннотация. В статьерассматривается способ утилизации медьсодержащих ОТРс помощью цементации на алюминии. Изучена цементация меди из ОТР на поверхности чистого алюминия и сплава алюминия, определены параметры процесса.Ключевые слова: отработанные травильные растворы, медь, цементация.
ВведениеК числу одной из важнейших проблем современности относится загрязнение и истощение водных ресурсов. Особую и едва ли не самую серьезную проблему представляет собой сброс отработанных промышленных вод. Отработанные промышленные воды включают в себя технические, промывочные воды, разбавленные солевые растворы и др. Отдельное место среди промышленных отходов, представляющих собой водные растворы, занимают отработанные травильные растворы (ОТР). Они образуются после операций травления металлов и содержат в себе большое количество ионов металлов, а также остатки минеральных кислот, применяемых в процессе травления. Данные растворы являются потенциальными источниками загрязнения почвы, грунтовых вод и других объектов окружающей среды.Основой всего комплекса мероприятий по охране водоёмов от загрязнения сточными водами есть создание и развитие замкнутых систем промышленного водоснабжения, применение эффективных способов очистки начальных потоков сточной воды с учетом повторного их использования [1]. Существуют различные способы утилизации травильных растворов: нейтрализация щелочными агентами, пиролиз и др. Медьсодержащие отработанные травильные растворы накапливаются зачастую на предприятиях по производству электроники, машиностроительных предприятиях и др. В литературе описаны способы утилизации медьсодержащих ОТР с помощью процессов цементации, т.е. с помощью вытеснения меди из растворов более активными металлами, с образованием растворов солей вытесняющих металлов, а также с образованием медного порошка. Например, авторы для реализации обезвреживания медноаммиачного комплекса и отработанных медных электролитов использовали действующий макет установки «Малахит» [2]. Однако в литературе отсутствует информация о влиянии на процесс цементации меди из медьсодержащих ОТР примесей в сплавах алюминия[14]. Целью данной работы являлось исследование процесса переработки медьсодержащих ОТР с помощью цементационных процессов на алюминиевых сплавахЗадачи:1)изучить свойства ОТР медьсодержащих после производства печатных плат 2)исследовать процесс цементации меди с помощью химически чистого алюминия, а также с помощью сплава алюминияМатериалы и методыВ работе использовали медьсодержщий ОТР с содержаниеммеди 240 г/л. рН раствора составлял 1,4. Цементацию проводили с помощью химически чистого алюминия, а также с помощью сплава АД1. Химический состав применяемых сплавов указан в табл. 1. Таблица 1Химический состав алюминия и сплава АД1 (в масс. %)
AlSiFeCuMnMgCrZnTiVGaАД198,1
0,3870,3870,770
0,0680,4850,0590,017
Alхч99,90,0015.1041.1051.1035.105
1.1041.104
5.105
Концентрацию меди в растворах определяли с помощью йодометричсекого титрования[5]. Для этого отбирали аликвотную часть раствора 10 мл и доводили объем в мерной колбе на 100мл, тщательно перемешивали. Переносили пипеткой аликвотную часть этого раствора (10мл) в коническую колбу на 250мл, Добавляли 3 мл 2 н. раствора серной кислоты и 10–15 мл раствора KI (15%).Оставляли смесь в темном месте на 5 мин для завершения реакции. В ходе реакции образуется I2, придающий раствору бурую окраску, и осадок CuI цвета слоновой кости. Выделившийся I2титровали тиосульфатом натрия (0,05 моль/л). Когдаокраска раствора становилась бледножелтой, добавляли раствор крахмала до появления темносинего окрашивания и продолжали титрование. В конечной точке титрования эта окраска исчезнет, в растворе остается только светлая муть.Цементационную очистку медьсодержащих растворов проводили следующим образом. Разбавляли раствор в соотношении 1 : 4. В разбавленный раствор помещали навеску алюминия в соотношении 1 : 20 по массе. Через определенные промежутки времени (35 минут) измеряли рН раствора и температуру, атакже отбирали аликвоту для определения содержания меди.
Результаты и обсуждениеС течением времени при проведении процесса цементации температурасначала повышается, но к концу реакции остается постоянной. Повышение происходит от 20 С (комнатная температура) до 75С. В начале реакции происходит увеличение рН на 2 единицы, затем рН остается постоянным.На рисунке 1 представлен график зависимости концентрации меди от времени.
Рис.1. Зависимость концентрации меди от времени в процессе цементации
Из графика видно, что в начале процесса концентрация меди быстрее уменьшается при использовании сплава АД1. Однако уже через 15 минут разницы фактически нет. Следует отметить, что на выделение одного и того же количества меди в ходе цементации чистого алюминия требуется меньшая масса, что объясняется, тем что примеси в сплаве АД1, такие как железо, марганец, цинк не участвуют в процессе цементации, а окисляются и переходят в раствор. После проведения процесса часто требуется провести доочистку растворов. Для этого смещают рН в слабокислую область и проводят дополнительную цементацию при избытке алюминия. В результате этого достигают практически полного извлечения меди из раствора. При проведении процесса цементации происходят реакции восстановления меди из ионов до металлического состояния, в то время как алюминий окисляется и переходит в раствор. Тоже самое происходит и с примесями в сплаве АД1. При использовании при цементации чистого алюминия в случае солянокислых травильных растворов алюминий накапливается в растворе в виде оксихлорида алюминия, которые можно использовать как коагулянт. Отсутствие примесей как в металле, так и, следовательно, в конечном растворе делает применение чистого алюминия для цементационной очистки более эффективным.
Выводы1.Изучили физикохимические свойства медьсодержащих отработанных травильных растворов. С помощью иодиметричсекого титрования определили содержание меди, которое составило 240 г/л. 2.Провели цементационную очистку изучаемых растворов с помощью чистого алюминия и сплава АД1. Более полного и эффективного извлечения меди удается достигнуть при использовании чистого алюминия.
Ссылки на источники1.Батлук В.А. Основы экологии: Учебник. –К.: Знание, 2007. –519 с.2.Гончаренко Т.П. Методика обезвреживания и утилизации отработанного меднохлоридного раствора травления / Гончаренко Т.П., Гончаренко А.Г., Елагин Г.И. –Научноеиздание. Вестник Черкасского национального университета имени Богдана Хмельницкого. Серия химическойнауки. –Черкассы, ЧНУ имени БогданаХмельницкого, 2010, выпуск 174. –С. 100 –103.3.Химический энциклопедический словарь / Гл. ред. И.Л.Кнунянц. М.: Сов. энцикл., 1983. 01020304050607005101520253035C(Cu),г/лt, минад1чистый4.Кругликов С.С. Регенерация травильных растворв и рекуперация меди в производстве печатных плат // Гальванотехника и обраб. поверхности. 1993, т.2, в.4, с.6972.5.http://www.chemastu.ru/chair/study/anchem/r_4_6_3.htm
