CC BY
18
УДК 543.253
ВОЛЬТАМПЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ИОНОВ Cd(II), Zn(II)
И Cu(II) В ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСТВОРАХ КАДМИЕВОГО ПРОИЗВОДСТВА
© 2004 г. Г. А. Боровков
Possibilities have been studied of measurements of Cu(II), Cd(II) and Zn(II) in the technological solutions of cadmium production by method differential pulse polarography (DPP) at a hanging mercury drop electrode. As the supporting electrolyte was used the solution of 1% HCL. With the aid of the voltammetric analyser it can be atomated the all stages of analysis, including preparation solution, measurements and registration results of control concentration of one ionic component. The DPP method has been applied to determination of ions of Cu(II), Cd(II), Zn(II) in filtrates of pulp and technological solutions of plant «Electrozinc».
Гидрометаллургический метод получения кадмия из медно-кадмиевого кека состоит из нескольких последовательных операций, успешное проведение которых невозможно без непрерывного или дискретного контроля концентрации ионных компонентов жидкой фазы пульп и технологических растворов. В число параметров ионного состава, оказывающих наибольшее влияние на процесс электролитического осаждения кадмия, входят концентрации меди (II), кадмия (II) и цинка (II) [1]. Для получения кондиционного кадмиевого электролита оперативный контроль ионов Си (II), Cd (II) и 2п (II) необходим на стадиях выщелачивания медно-кадмиевого кека, осаждения и растворения кадмиевой губки. На подавляющем большинстве цинковых заводов анализ растворов в указанных операциях проводится объемным методом 2-3 раза в смену с выдачей результатов измерения спустя несколько часов после отбора пробы, что практически исключает возможность своевременного регулирования технологического процесса и в существенной мере осложняет проведение его в оптимальном режиме.
Повышение эффективности контроля параметров ионного состава растворов гидрометаллургического производства кадмия может быть достигнуто только за счет внедрения в цеховых лабораториях современных средств физико-химического анализа, обеспечивающих проведение измерений с высокой достоверностью и оперативностью. В настоящей работе изучена возможность использования для этих целей метода дифференциальной импульсной полярографии (ДИП) на стационарном ртутно-капельном электроде
(СРКЭ).
Полярография давно зарекомендовала себя как простой и надежный метод оперативного контроля ионов тяжелых металлов в гидрометаллургических растворах цветной металлургии [2, 3]. Вольтамперо-метрические анализаторы ионного состава составляют основу систем автоматического контроля и регулирования технологических процессов на многих отечественных и зарубежных цинковых заводах [4, 5].
Экспериментальные исследования проводили на модельных растворах и пробах промышленных растворов кадмиевого цеха № 1 завода «Электроцинк»
(г. Владикавказ). Растворы контролировали на вольт-амперометрическом анализаторе, обеспечивающем полную автоматизацию всех стадий полярографического анализа [6]. Схема электрохимической ячейки трехэлектродная (рабочий электрод типа «висящая» ртутная капля, электрод сравнения - хлорсеребряный, вспомогательный электрод - стеклоуглеродный). Скорость катодной развертки потенциала при регистрации ДИП пиков 10 мВ/с, длительность наложения прямоугольного импульса 40 мс с периодом 80 мс.
В качестве фонового электролита использовали 1% раствор соляной кислоты. На рис. 1 представлена вольтамперная кривая трехкомпонентного раствора на фоне 1% HCl. Концентрацию ионов Cu(II), Cd(II) и Zn(II) определяли по высоте ДИП пиков при потенциалах - 0,12, - 0,60 и - 0,98 В соответственно. Градуировочные графики для каждого из контролируемых элементов линейны в диапазоне концентраций 0 - 100 мг/л (рис. 2).
СЛ
U ». В , *М5
Рис. 1. ДИП кривые меди, кадмия и цинка на фоне 1% НС1: 1 - [Си] = ^] = ^п] = 50 мг/л; 2 - фон
Ни, мм
О 20 40 60 80 100 С, мг/л
Рис. 2. Градуировочные графики для определения ионов Cd(II), Zn(II) и Cu(II) на фоне 1 % HCl в диапазоне концентраций 0 - 100 мг/л: 1 - калибровочная кривая кадмия; 2 - калибровочная кривая цинка; 3 - калибровочная кривая меди
В зависимости от стадии (технологической операции) переработки медно-кадмиевого кека концентрация ионов Cu(II) в гидрометаллургических растворах изменяется в пределах от 0,05 до 1,0; Cd(II) - от 8 до 250 и Zn(II) - от 30 до 140 г/л. Перед проведением анализа методом ДИП пробы таких растворов подвергаются фильтрации на вакуум-воронке через бумажный фильтр, разбавлению водой и смешению с фоновым электролитом в заданном соотношении. После проведения всех операций пробоподготовки концентрация каждого из трех контролируемых ионов в растворе не должна превышать 100 мг/л.
Анализ технологических растворов на один компонент может проводиться в автоматическом режиме. В этом случае фильтрат анализируемого раствора заливается в приемную емкость системы пробоподготовки, а затем после включения в работу анализатора разбавляется водой, обрабатывается фоновым электролитом и подается в проточную ячейку вольтамперометрического датчика. После заполнения электрохимической ячейки анализируемым раствором дозаторы системы про-боподготовки анализатора отключаются, обновляется ртутная капля на торце рабочего электрода, регистрируется вольтамперная кривая и считывается амплитуда (высота)
ДИП пика, пропорциональная концентрации контролируемого вещества в растворе. Длительность контроля в автоматическом режиме не превышает 5 мин. При анализе пробы на содержание нескольких ионных компонентов измерение высоты ДИП пиков производится вручную, а концентрация контролируемых элементов в растворе определяется по градуировочным графикам. Общая длительность
анализа раствора на содержание ионов Си(11), Сё(П), 2п(11), включая пробоподготовку, не превышает 12 мин. Для многоэлементного автоматического контроля технологических растворов кадмиевого производства может быть применен компьютеризированный вольтамперометрический анализатор нового поколения АЖЭ-11 [7].
Возможность использования метода ДИП на СРКЭ для экспресс-анализа ионного состава растворов гидрометаллургического производства кадмия из меднокадмиевого кека проверена на промышленных пробах завода «Электроцинк». Контрольный анализ осуществлялся в ЦЗЛ методом классической полярографии на датчике с ртутно-капающим электродом. Определение ионов Си(11), С^П) и 2п(П) проводилось на полярографе ПУ-1 по стандартизованной методике [8] в хлоридно-аммиачном фоновом электролите с предварительным разбавлением контролируемых растворов водой. Концентрация ионных компонентов измерялась по градуировочным графикам, линейным в диапазоне содержаний 0-100 мг/л Си(11), Сё(П), 2п(П).
Результаты испытаний автоматического вольтам-перометрического анализатора на промышленных пробах технологических растворов кадмиевого цеха № 1 завода «Электроцинк» представлены в таблице.
Приведенная среднеквадратичная погрешность анализа ионов Си(11), С^П) и 2п(П) составила 1,45; 2,19 и 2,28 % соответственно. Таким образом, полученные экспериментальные данные позволяют сделать вывод о хороших перспективах применения метода ДИП на СРКЭ для экспресс-анализа ионного состава технологических растворов гидрометаллургического производства кадмия. Оперативный контроль
Результаты полярографического анализа ионного состава технологических растворов завода «Электроцинк»
Наименование контролируемого раствора Концентрация ионных компонентов в растворе, г/л
Cu(II) Cd(II) Zn(II)
Анали- затор ЦЗЛ Анали- затор ЦЗЛ Анали- затор ЦЗЛ
Верхний слив сгустителя (богатый кадмиевый раствор) 0,53 0,81 0,75 1,05 1,20 0,55 0,78 0,7б 1,10 1,15 8,3 10,1 9,5 11,2 9,8 8,2 10,0 9.7 11,1 9.7 132.5 130,7 135,4 140,3 133.6 132.6 130.6 135.6 140,1 133.7
Фильтрат пульпы растворения первичной кадмиевой губки 0,12 0,15 0,17 0,10 0,1б 0,11 0,15 0,18 0,09 0,17 130.7 135.3 132.4 140.8 145,7 130,9 135,2 132,б 141,1 14б,0 28.3 25.4 30,1 29,б 30.5 28,б 25,1 30,4 29,7 30,3
Кадмиевый электролит 0,051 0,0б3 0,073 0,025 0,083 0,052 0,0б1 0,075 0,027 0,079 235,3 230.1 240,8 250.2 248.2 235.1 230.3 250.2 249,8 248.4 30.3 31.4 35.6 36.7 40,1 30.6 31.6 35,3 36.8 39.8
и регулирование технологических процессов кадмиевого производства по параметрам ионного состава позволяют существенно снизить расход цинковой пыли в процессе цементации и повысить техникоэкономические показатели электролиза за счет улучшения качества кадмиевого электролита.
Литература
1. Лакерник М.М., Пахомова Г.Н. Металлургия цинка и кадмия. М., 1977.
2. Зарецкий Л.С. Импульсный полярографический кон-центратомер. М., 1970.
3. Брук Б.С. Полярографические методы. М., 1972.
Северо-Осетинский государственный университет___________
4. Bond A.M., Knight R.W. // Anal. Chem. 1988. Vol. 60. № 21. P. 2445 - 2448.
5. Саакянц А.А., Абозин В.Ю. // Цветная маталлургия. 1988. № 2. С. 64 - 70.
6. Боровков Г.А., Монастырская В.И., Щербин О.В. //
Заводская лаборатория. 2002. Т. 68. № 7. С. 13 - 17.
7. Хмаро В.В. и др. // Тез. докл. I Всерос. конф. «Аналитические приборы». СПб., 2002. С. 246 - 247.
8. Руководство. Методы аналитического контроля в цветной металлургии. Т. II: Производство свинца и цинка. Ч. 2: Методы аналитического контроля в производстве цинка. М., 1977.
Я января 2004 г
