CC BY
23
металлургия
FTAMP 53.39.31
https://doi.org/10.48081/DIMQ8404
Д. Р. Абсолямова1, *М. Ж. Туспбекова2, И. Э. Дейграф3, А. Е. Кенжебекова4
1,2Д4Торайгыров университет^ Казахстан Республикасы, Павлодар
Ц¥РАМЫНДА МЫС БАР ЦАПДЬЩТАРДЫ ЦЕМЕНТТЕУ ПРОЦЕСТЕРН ЗЕРТТЕУ
Цa.зiргi уацытта тау-кен байыту комбинаттарында mycmi металдардыц сульфидтi кендерт цайта вцдеуден квптеген пириттк байыту цалдыцтары жинацталган. Мыс пен басца металдарды алу ушт оларды цайта вцдеу улкен практикалыц цызыгушылыц тудырады.
Мацалада цурамында мыс бар цалдыцтарды цементтеу арцылы вцдеу эдс царастырылады. Тэжiрибелерде пластиналардагы алюминий тотыцсыздандыргыш реттде пайдаланылды.
Мыс CuSO4 ерттдШнен 0,3 моль/л концентрациясымен цементтелген кезде алюминий беттде компактш мыс цабаты кристалданатыны аныцталды. КомпактШ мыстыц тундыру уацыты 5 минут.
Кристалдану кезтде пайда болатын бвлшектердщ мвлшерi кристалдану орталыцтарыныц пайда болу жылдамдыгыныц арацатынасына жэне олардыц одан эрi всу царцынына байланысты. Цементтеу тундыруына цатысты бул унтацтыц дисперсиясы электродогалы кушпен контактiлi гальваникалыц жуптщ цементтеу тогыныц цатынасымен аныцталатынын бiлдiредi.
NaCl ерiтiндiсiндегi концентрациясыныц всуiмен Al-Cu контактiлi гальваникалыц жутнщ ЭДК жогарылауымен, ал цементтеу тогы твмендегендттен, NaCl концентрациясыныц жогарылауымен мыс дисперстi унтагы тунбага тyсуi керек, ал тундыру жылдамдыгы твмендеуi керек.
вйткет NaCl цатысуымен Cu2+ иондары шектi токта цалпына келедi, бул дисперстi гана емес, сонымен цатар дендриттi унтацты да тундыруга жагдай жасайды. Дендриттi унтац еркт толтырылган кезде улкен квлемдi алады, ягни NaCl концентрациясыныц жогарылауымен унтацтыц сусымалы тыгыздыгы твмендеуi керек деп болжауга болады.
Кiлттi свздер: мыс, тотыцсыздандыргыш, алюминий, цалдыцтар, цеметтеу.
Kipicne
К^рп уацытта тау-кен байыту комбинаттарында tyctí металдардыц сульфидп кендерш ецдеуден кешн кептеген пиритлк байыту калдьщтары жина^таетан. Мыс жэне бас^а металдарды алу максатында оларды кайта ецдеу техника мен
технологиялардьщ аFымдаFы даму децгешн ескере отырып непзп практикалык кызы^ушылык тудырады.
Байытудыц пирит калдыктарын eцдеуiнiц экономикалык негiзделген технологиясын iздеудi кептеген Fылыми институттар мен уйымдар узак уакыт бойы журпзш келедi [1-9].
Цементтеу мысты алудыц перспективалык технологиясы болып табылады.
Бул процесс металыныц М2 электропозитивт металл иондары бар ерiтiндiмен жанасуымен жYредi, нэтижесiнде металыныц тоты^ы (иондануы) жэне М2 металл иондарыныц нeлдiк валенттiлiгiне дейiн тотыксыздануы жYредi. Бул реакцияны келесi химиялык тецдеумен сипаттауFа болады
Цементтеу гидрометаллургияда кейбiр металдарды алу Yшiн кецiнен колданылады, мысалы, кенiш суларынан жэне баланстан тыс кендершен YЙмелi сiлтiлендiруден алыетан ерiтiндiлерден мысты алу. Сонымен катар, цементтеу гидрометаллургиялык ерiтiндiлердi ерiтiндiлерден металдарды электролитлк алу кезiнде жэне металдарды электролиттж тазарту кезiнде оц металдардыц коспаларынан тазарту Yшiн кецiнен колданылады
ТYстi металлургия Yшiн цементтеу процесшщ мацыздылыFын сандармен керсетуге болады - элемдж никель мен мырыш eндiрiсiнiц 80 % астамы жэне мыстыц 10 % цементтеу процесiн колдана отырып алынады [2].
Материалдар мен эдктер
ЖоFарыда келтiрiлген теориялык идеялардыц негiзiнде бул жумыста реакция бойынша кYкiрткышкыл ерiтiндiлерiнен мысты алюминиймен цементтеу карастырылады
Алюминий мен мыстыц стандартты электрохимиялык потенциалдары (Е°) бiр-бiрiнен ете ерекшеленед^ Атап айтканда, алюминийдщ Е° - 0,76 В, мыстыц Е° + 0,34 В тец [4]. Эрине, бул жумыста потенциалдарды елшеу шарттары (ерiтiндiлердiц концентрациясы мен температурасы, сонымен катар кысым) стандарттыдан езгеше болды. Дегенмен, осы жумыста колданылатын цементтеудi eткiзу жаFдайында алюминий мен мыстыц электрохимиялык потенциалдары арасында айтарлыктай айырмашылыкты ^ту зацды. Сонымен катар, CuSO4 ерiтiндiсiне батырылFаннан кейiн бiрiншi сэтте алюминий Yлгiсiнiц электрохимиялык потенциалы осы ертндщеп алюминий потенциалына тец болады деп куту зацды. Содан кейiн, егер цементтеу аркылы алюминий бетiнде мыс кристалданса, цементтеу барысында алюминий Yлгiсiнiц потенциалы оц мэндер аймаFына ауысуы керек. Цементтеу нэтижесiнде алюминий Yлгiсiнiц потенциалы алюминий мен мыс потенциалдары арасындаFы кейбiр компромисс мэнге келу керек.
(1)
3CuS04 + 2А1 — 3Cu + A1](S04)j
(2)
Мыс YHTaFbiH алудыц электролиттiк эдiсi ете кымбат болса да, дендриттi унтактарды anyFa мYмкiндiк бередi, бул металлкерамикалык eHepKeci6i Yшiн ете мацызды [1, 2]. Электролитлк эдiспен сaлыстырFaндa цементтеу эдiсi едэyiр арзан жэне карапайым эдю, алдын-ала белгiленген кaсиеттерi бар унтактарды -дендрит, дисперсия жэне т. б. тaFaйындayFa мYмкiндiк бередi [3].
^юрткышкыл ерiтiндiлерiнен мыс унтaFын темiрмен цементтеу аркылы алу ете егжей тегжейш зерттелген [4-9].
Сонымен катар, дисперст мыстыц цементтiк тундыруы мыска катысты баска да терiс металдарды колдану аркылы мYмкiн болып кершед^ мысалы, aлюминийдi. Бiрaктa мыс унтактарын алу тэсiлi ретiнде мысты алюминиймен цементтеу элi де аз зерттелген. Бул жумыстыц максаты кYкiрткышкыл ертндшершен мысты алюминиймен цементтеу кезiнде мыс унтaFын алу процесiн зерттеу болып табылады. Эдетте гидрометаллургияда металды ертндщен мYмкiндiгiнше толык алу Yшiн цементтеу жYргiзiледi [2]. Цементтеу металыныц бетшде компaктiлi жабын-кабатыныц пайда болуы цементтеу металын ерiтiндiден окшаулайды жэне цементтеу реакциясы токтайды [1, 2]. Цементтелетш металдыц бетiндегi цементтеу барасында пайда болатын цементтелетiн металл кабаты цементтеу процесше кедергi келтiрмеyi Yшiн бул кабат борпылдак, дисперстi болуы керек [1, 2]. Цементтеу тунбасы компактт емес, борпылдак тYрiнде кристалдануына ыкпал ететiн эдiстердiц бiрi - ертндшщ температурасыныц жоFaрылayы [1, 2]. Осыпан байланысты 70 °С температурада курамында CuSO4 жэне H2SO4 бар ертндще мысты алюминиймен цементтеу бойынша тэжiрибелер жYргiзiлдi.
Поляризациялык елшеулер П-5827 потенциостатыныц кeмегiмен гальванодинамикалык режимiнде ток беру жылдамды^ы 3,4 мА/мм2-мин тец болFaн жaFдaйдa жYргiзiлдi. Жумыс электродтарыныц потенциалдары кумюхлорлы электродына катысты eлшендi, содан кешн потенциалдардыц стандартты сyтегi шкаласына кайта есептелдi. Жумыс электродтары диaметрi 2 мм эпоксидтi шайырмен жaбылFaн алюминий жэне мыс сымдардыц уштары болып табылады. Цементтелген мыстыц алюминийдщ анодтык сипаттамасына эсерiн болдырмау Yшiн анодтык поляризация CuSO4 ерiтiндiсiмен бiрдей концентрaциядaFы MgSO4 ерiтiндiсiнде зерттелдi - контактт (цементтеу) гальваникалык жYптерiнiц анодтык процесш зерттеуге aрнaлFaн мундай эдютщ зaцдылыFы [7] кeрсетiлген.
Мыс унтaFын алу Yшiн кeлемi 2 литр CuSO4 ерiтiндiлерi колданылды, цементтеу материалы ретшде бетi 2 дм2 болатын алюминий пластиналары колданылды. Цементтеуден кешн унтак жуылады жэне вакуумды кеп^ру шкафында кептiрiледi. Мыс унтaFыныц гранулометриялык курамы мен сусымалы тыFыздыFы стандарттар бойынша аныкталды [9, 10]. Белшектердщ орташа мeлшерi унтакты металлургиясында кабылдаетан эдiстеме бойынша електi талдауыныц нэтижелерi негiзiнде есептелдi [11].
ШыFaрылFaн сутектщ мeлшерi кeлемдiк эдiспен eлшендi [12]. Тэжiрибе нэтижесiнде aлынFaн сyтектiц елшенген кeлемi [12] кeрсетiлген эдiс бойынша калыпты жaFдaйлaрFa экелдi. Микроскопиялык зерттеулер МЕТАМ-РВ21
металлографиялык микроскопын колдану аркылы жYргiзiлдi. Суреттердi кужаттау DCM310 сандык бейнекамерасымен компьютерге суретп жазу аркылы орындалды.
Нэтижелер жене тал^ылау
Концентрациясы 0,3 моль/л С^04 ерiтiндiсiнен мысты алюминиймен цементтеу кезшде келденец металлографиялык тiлiмтаста (шлифта) айкын кeрiнетiн алюминийдiц бетiндегi компактiлi мыс кабаты кристалданатыны аныкталды (1-сурет).
Сурет 1- Цементтелген мыс кабаты бар алюминий сымньщ келденец кимасы: 1 - алюминий сымы, 2 - компактт мыстыц кабаты; 3 - эпоксидт шайыр
1-суретте кeрсетiлген компакт^ мыс кабатыныц тундыру уакыты 5 мин. Эпоксидт шайырмен к¥ЙылFан металл-цементатордыц (алюминий сымы) келденец кимасы бойынша оFан компактiлi мыс кабаты кристалда^ан осындай тiлiмтастар жасалынды жэне цементтеу процесшщ YзактыFы 30 жэне 60 мин болды. Концентрациясы 0,3 моль/л С^04 ерiтiндiсiндегi алюминий сымныц устау уакытыныц артуы компактiлi мыс кабатыныц калыцдыгыныц улгаюына экелмейтiнi металлографиялык тYPДе аныкталды - калыцдыFы 1-суреттегiдей калады, яFни цементтеу процесiнiц YзактыFы 5 мин. Демек, цементтеу процесшщ бастапкы кезецiнде пайда болFан цементтелетiн металдыц, атап айтканда мыстыц компактiлi кабаты алюминийдщ бетiн CuSO4 ерiтiндiсiнен окшаулайды, содан кейiн цементтеу реакциясы токтайды.
Компактiлi тунба цементтеу процесiн тежейтшджтен, тэжiрибеде олар цементтелген металдыц компактШ емес, дисперстi, яFни унтак тYрiнде кристалдануы Yшiн осындай процесс жаFдайларын жасауFа тырысады. Дисперстi тYPДе цементтелген металдыц кристалдануына ыкпал ететiн эдктердщ бiрi - ерiтiндiге хлор иондарын енгiзу болып табылады [1-3]. Сондыктан, келесi тэжiрибелерде хлор иондары №С1 тYрiнде CuSO4 ерiтiндiсiне енгiзiлдi. СГ болмаFан кезде, яFни мыс компактт тунба тYрiнде кристалданFан кезде (1-сурет)
бул жаFдайда мыс цементтеу барысында сутектiц бeлшуi жYрмейтiнi байкалды. Эткiзiлген тэжiрибелер С^04 ерiтiндiсiне СГ иондарын енгiзу цементтелген мыстыц дисперстi тYрiнде кристалдануына Fана емес, сонымен катар жанама катодтык процестщ пайда болуына - сутектщ бeлiнуiне экелетiнiн кeрсеттi. Бул жаFдайда ерiтiндегi СГ концентрациясынын жоFарылауымен белшетш сутектiн мeлшерi артады (1-кесте).
Кесте 1 - №С1 концентрациясынын белшген сутегi мeлшерiне эсерi. Влияние концентрации №С1 на количество выделившегося водорода. Ертндщеп СuSO4 концентрациясы 0,3 моль/л. Цементтеу бетшщ ауданы 4 см2. Процестщ узакты^ы 0,5 саFат
Тэж1рибе № NaCl концентрациясы, моль/л Сутектщ бел1ну1, мл
1 0,1 48,328
2 0,3 65,058
3 0,6 83,646
Поляризациялык елшемдер керсеткендей (2-сурет), Cl" иондары мыстыц стационарлык потенциалын 10 В-ка Tepic мэндер аймаFына ауыстырады. Дэл осындай жаFдайларда алюминийдiц стационарлык потенциалы 0,33 В-ка терiс болады. Осылайша, Al-Cu контактiлi (цементтеу) гальваникалык жYпте Cl" иондарыныц концентрациясы жоFарылауымен ЭДК 0,22 В-ка артады.
Ток ты-гызды-гы тА/мм2
Сурет 2 - Al-Cu гальваникалык жYптегi цементтеудiц поляризациялык диаграммалары: 1'-3' - 0,35 моль/л MgSO4 ерiтiндiсiндегi Al анодты еруi; 1-3 -0,35 моль/л CuSO4 ерiтiндiсiндегi Cu катодты калпына келуi. NaCl концентрациясы, моль/л: 1,1* - 0; 2, 2> - 0,35; 3,3' - 0,60
Электрохимияда электролиттеп бар заттардыц иондары электродтьщ тоты^у-тотыксыздану процестерiне катыспайтын бегде электролит деп аталады.
Бiздiц жаFдайда NaCl бегде электролит бола отырып, CuSO4 ерiтiндiсiнiц туткырлы^ын арттырады, осыFан байланысты катодтыц поляризациясы артады (2-сурет). Сонымен катар, NaCl катысуымен Cu2+ иондары осы иондардыц катодтык аймактарFа жеткiзiлyi диффузиясымен шектелген кезде шектi токта калпына келедi [1-3]. Жалпы, 2-суретте керсетiлгендей, NaCl концентрациясыныц жоFарылаyымен Al-Cu контакта гальваникалык жYптiц цементтеу тогы темендейдi.
Кристалдану кезiнде пайда болатын белшектердiц мелшерi кристалдану орталыктарыныц пайда болу жылдамды^ы мен олардыц одан эрi есу жалдамдыFына аракатынасына байланысты. Цементтеу тундыруына катысты бул унтактыц дисперсиясы ЭКК мен контактiлi гальваникалык жуптщ цементтеу тогыныц катынасымен аныкталатынын бiлдiредi.
Ерiтiндiдегi NaCl концентрациясыныц жоFарылаyымен Al-Cu контактiлi гальваникалык жYптiц ЭКК артады, ал цементтеу тогы азаяды (2-сурет), NaCl концентрациясыныц жоFарылаyымен дисперст мыстыц дисперстi YнтаFы тYнбаFа тYсyiн кYтy керек, бул жаFдайда тундыру жылдамдыиы темендеyi керек сиякты. NaCl катысуымен Cu2+ иондары шектi токта калпына келетшдЫнен, бул дисперстi Fана емес, сонымен катар дендриттi унтакты да тундырyFа жаFдай жасайды [1, 2]. Дендритт унтакты еркiн себу кезшде улкен келемдi алады, яFни NaCl концентрациясыныц жоFарылаyымен унтактыц сусымалы тыFыздыFы темендеyi керек деп болжаyFа болады.
Корытынды
КYкiрткышкыл ерiтiндiлерiнен мысты алюминиймен цементтеуге зерттеу алFаш рет журпзшдь CuSO4 ерiтiндiлерiнен мысты дисперст тYPДе цементтеу Yшiн алюминийдi хлор иондарымен анодты ерiтy процесiн белсендiрy кажет екендiгi эксперименталды тYPДе аныкталды.
Мыс унтаFын мысты алюминиймен цементтеу аркылы алу бойынша жоспарланFан тэжiрибелердiц нэтижелерi Al-Cu контактiлi гальваникалык жуптщ электродтык процестерiнiц поляризациялык елшеулер нэтижелерше сэйкес келедi.
ПАЙДАЛАHFАH ДЕРЕКТЕР Т131М1
1 Стендер, В. В. Прикладная электрохимия. Харьков: ХГУ, 1961. - 541 с.
2 Баймаков, Ю. В., Журин, А. Н. Электролиз в гидрометаллургии. - М. : Металлургиздат, 1963. - 616 с.
3 Алкацев, М. И. Процессы цементации в цветной металлургии. - М. : Металлургия, 1981. - 116 с.
4 Артамонов, В. П., Помосов, А. В. // Известия вузов. Цветная металлургия. 1976. - № 2. - С. 41.
5 Артамонов, В. П., Помосов, А. В. // Известия вузов. Цветная металлургия. 1976. - № 3. - С. 30.
6 Артамонов, В. П., Помосов, А. В. // Порошковая металлургия. 1976. -№ 4. - С. 1.
7 Артамонов, В. П., Помосов, А. В. // Электрохимия. 1984. Т. 20. - № 12. -С. 1649.
8 Артамонов, В. П., Помосов, А. В. // Порошковая металлургия. 1987. -№ 1. - С. 5.
9 ГОСТ 18318-94. Порошки металлические. Определение размера частиц сухим просеиванием. - 11 с.
10 ГОСТ 19440-94. Порошки металлические. Определение насыпной плотности. - 15 с.
11 Кипарисов, С. С., Либенсон, Г. А. Порошковая металлургия. - М. : Металлургия, 1980. - 432 С.
12 Левин, А. И., Помосов, А. В. Лабораторный практикум по теоретической электрохимии. - М. : Металлургия, 1979. - 312 С.
REFERENCES
1 Stender, V. V . Prikladnaya elektrohimiya [Applied electrochemistry]. - Harkov: HGU, 1961. - 541 р.
2 Baymakov, Yu. V., Zhurin A. N. Elektroliz v gidrometallurgii [Electrolysis in hydrometallurgy]. - Moscow : Metallurgizdat_ 1963. - 616 р.
3 Alkatsev, M. I. Processi cementacii v cvetnoi metallurgii. - Moscow : Metallurgiya, 1981. - 116 р.
4 Artamonov, V. P., Pomosov, A. V. / Izvestiya vuzov. Cvetnaya metallurgiya [Izvestiya vuzov. Non-Ferrous Metallurgy.]. - 1976. - № 2. - P. 41.
5 Artamonov, V. P., Pomosov, A. V. / Izvestiya vuzov. Cvetnaya metallurgiya [Izvestiya vuzov. Non-Ferrous Metallurgy]. - 1976. - № 3. - P. 30.
6 Artamonov, V.P., Pomosov, A. V. / Poroshkovaya metallurgiya [Powder metallurgy]. - 1976. - № 4. - P. 1.
7 Artamonov, V. P, Pomosov, A .V. / Elektrohimiya [Electrochemistry]. - 1984. T. 20. - № 12. - P. 1649.
8 Artamonov, V.P., Pomosov, A. V. / Poroshkovaya metallurgiya. - 1987. -№ 1. - P. 5.
9 GOST 18318-94. Poroshki metallicheskie. Opredelenie razmera cha_stic suhim proseivaniem [Metal powders. Determination of particle size by dry sieving]. - 11 р.
10 GOST 19440-94. Poroshki metallicheskie. Opredelenie nasipnoi plotnosti [Metal powders. Determination of bulk density]. - 15 р.
11 Kiparisov, S. S., Libenson, G. A. Poroshkovaya metallurgiya [Powder metallurgy]. - Moscow : Metallurgiya, 1980. - 432 р.
12 Levin, A. I., Pomosov, A. V. Laboratornii praktikum po teoreticheskoi elektrohimii [Laboratory workshop on theoretical electrochemistry]. - Moscow : Metallurgiya, 1979. - 312 р.
Материал 6acnaFa tyctí 24.11.22.
Д. Р. Абсолямова1, *М. Ж. Тустбекова2, И. Э. Дейграф3, А. Е. Кенжебекова4
Торайгыров университет, Республика Казахстан, г. Павлодар. Материал поступил в редакцию 24.11.22.
ИССЛЕДОВАНИЯ ПРОЦЕССОВ ЦЕМЕНТАЦИИ МЕДЬСОДЕРЖАЩИХ ОТХОДОВ
В настоящее время на горно-обогатительных комбинатах скопилось большое количество пиритных хвостов обогащения от переработки сульфидных руд цветных металлов. Повторная их переработка с целью доизвлечения меди и других металлов представляет большой практический интерес.
В статье рассматривается способ переработки медьсодержащих отходов с помощью цементации. В экспериментах в качестве восстановителя использовали алюминий в пластинах.
Установлено, что при цементации меди алюминием из раствора CuSO4 концентрацией 0,3 моль/л на поверхности алюминия кристаллизуется слой компактной меди. Время осаждения компактной меди 5 минут.
Размер образующихся при кристаллизации частиц зависит от соотношения скорости зарождения центров кристаллизации и скорости их дальнейшего роста. Применительно к цементационному осаждению это означает, что дисперсность порошка определяется соотношением ЭДС и тока цементации контактной гальванопары. Поскольку с ростом концентрации NaCl в растворе ЭДС контактной гальванопары Al-Cu возрастает, а ток цементации уменьшается, следует ожидать, что с ростом концентрации NaCl должен осаждаться более дисперсный порошок меди, при этом скорость осаждения, по-видимому, должна уменьшаться. Поскольку в присутствии NaCl ионы Си2+ восстанавливаются на предельном токе, это создает условия для осаждения не только более дисперсного, но и более дендритного порошка. Более дендритный порошок при его свободной засыпке будет занимать больший объем, т.е. можно предположить, что насыпная плотность порошка с ростом концентрации NaCl должна уменьшаться.
Ключевые слова: медь, восстановитель, алюминий, отходы, цементация.
D. R Absolyamova1, M. Zh.*Tussupbekova2, I. E. Deygraf3, A. Ye. Kenzhebekova4.
1'2'3'4Toraighyrov University, Republic of Kazakhstan, Pavlodar. Material received on 24.11.22.
STUDIES OF THE PROCESSES OF CEMENTATION OF COPPER-CONTAINING WASTE
Currently, mining and processing plants have accumulated a large amount of pyrite tailings from the processing of non-ferrous sulfide ores. Their repeated processing in order to recover copper and other metals is of great practical interest.
The article discusses a method for processing copper-containing waste using cementation. In the experiments, aluminum in plates was used as a reducing agent.
It has been established that during cementation of copper with aluminum from a CuSO4 solution with a concentration of 0.3 mol/l, a layer of compact copper crystallizes on the surface of aluminum. The time of deposition of compact copper is 5 minutes.
The size of the particles formed during crystallization depends on the ratio of the rate of nucleation of crystallization centers and the rate of their further growth. As applied to cementation deposition, this means that the fineness of the powder is determined by the ratio of the EMF and the cementation current of the contact galvanic couple. Since with an increase in the NaCl concentration in the solution, the EMF of the Al-Cu contact galvanic couple increases, and the cementation current decreases, it should be expected that with an increase in the NaCl concentration, a more dispersed copper powder should be deposited, while the deposition rate, apparently, should decrease. Since Cu2+ ions are reduced at the limiting current in the presence of NaCl, this creates conditions for the deposition of not only more dispersed, but also more dendritic powder. A more dendritic powder with its free filling will occupy a larger volume, i.e. It can be assumed that the bulk density of the powder should decrease with increasing NaCl concentration.
Keywords: copper, reducing agent, aluminum, waste, carburizing.
