Кіріспе. Еліміздің түсті металлургия өндірістерінде жүздеген миллион тонна мыс, никель, қорғасын, мырыш және қалайы өндірісінің ауыр металдарының қалдықтары жиналған. Жыл сайын бұл қалдықтарға он мыңнан астам тонна қалдықтар қосылады. Құрамында қорғасын, мырыш, темір қоспалары бар өндіріс қалдықтарын қышқылдық әдіспен өндіргенде бағалы компоненттер - жартылай өнімге нитрат, гидроокситтер, фосфаттарға өтеді. Мұндай - шлак, шлам және басқа да түріндегі қалдықтарды хлорлы реагенттермен өңдегенде құрамындағы металл қоспалары қорғасын, мырыш, темір хлоридтеріне өтеді. Бұл хлорлы қоспаларды өнім ретінде қолдана алмаймыз, себебі оның құрамында ерімейтін қоспаларда бар. Сондықтан оларды фосфаттармен, сульфаттармен, нитраттармен және т.б. өңдеу арқылы бағалы зат алуға болатынына зерттеулер арқылы көз жеткіздік [1,2]. Мысалы, үшін қаптама ретіндегі металл фосфаттарын машина жасау өндірістерінде, халық-шаруашылығында және т.б. өндірістерде кеңінен қолдануға болады.
Зерттеу мақсаты. Алдын-ала жүргізілген термодинамикалық есептеулер Гиббс энергиясының (AG0T) теріс мәні мырыш және темір хлоридінің фосфор қышқылымен әрекеттесу реакциясы нәтижесінде Zn(H2PO4)2 .Н2О, FeHPO4 және HCl түзілетінін көрсетті. Гиббс мәндерін есептеу 298-433К
температуралық аралықта ЭЕМ жүргізілді.
Материалдар мен зерттеу әдістері. Түсті металдардың хлоридтерін алу үшін әр циклдың басында мөлшері 100 гр. хлорлы айдамды 250С температурада ерітеді, бұл кезде ZnCl2 және FeCl2 ерітінді мен ерімейтін тұнба түзіледі. Құрамында ZnCl2 және FeCl2 бар ерітіндіні сүзген соң 73% H3PO4 өңделеді. Бұл процесс 60-1200С аралығында, 40-60 минут уақыт аралығында үздіксіз араластырылу нәтижесінде жүзеге асырылады. Газды фазаға хлорлы сутек бөлінеді, ал тұнбаға Zn(H2PO4)2 және FeHPO4 түседі.
Зерттеу нәтижелері және талқылау. Мырыш және темір хлоридтерінің металл фосфаттарына айналу дәрежесіне (а айн) температура мен уақыттың әсері 1 кестеде келтірілген, мұнда температура мен уақыт өскен сайын, мырыш пен темір хлоридтерінің металл фосфаттарына айналу дәрежесі өсетінін, ал өнімде хлордың мөлшері азаятынын көрсетті. Яғни температура жоғарылаған сайын сұйық фазада мырыш пен темір фосфаттарының қоспаларының бөлшектері көп мөлшерде пайда болатынын және бос фосфор қышқылының мөлшері азаятыны анықталды.
Кесте 1 Мырыш хлоридінің ыдырау дәрежесіне температура мен әрекеттесу уақытының әсері
|
Тәжірибе № |
Температура, 0C |
Уақыт, мин. |
Заттар мөлшері, % |
Айналу дәрежесі, (а айн) |
||
|
Р2О5 |
ZnO |
Cl |
||||
|
1 |
80 |
30 |
54,69 |
30,5 |
1,2 |
98,90 |
|
2 |
80 |
60 |
54,71 |
31,2 |
0,9 |
99,05 |
|
3 |
80 |
90 |
54,74 |
31,4 |
0,4 |
99,61 |
|
4 |
100 |
30 |
54,60 |
31,1 |
0,12 |
99,90 |
|
5 |
100 |
60 |
54,71 |
31,3 |
- |
100 |
|
6 |
100 |
90 |
54,71 |
31,36 |
- |
100 |
|
7 |
120 |
30 |
54,73 |
31,4 |
- |
100 |
|
8 |
120 |
60 |
54,73 |
31,4 |
- |
100 |
Кестеден температура мен әрекеттесу уақыты артқан сайын мырыш хлоридінің моноцинкфосфатына айналу дәрежесі өсетінін және өнімнің құрамында хлордың мөлшері азаятынын көруге болады.. Құрамында 28-30% HCl бар тұз қышқылы техникалық тұз қышқылының сапасына қойылатын талаптарға сай келеді.
Зертханалық зерттеудерді негізге ала отырып, түсті металдардың фосфаттарын алудың аппаратуралы-технологиялық үлгісі жасалып ұсынылды (1-сурет).
Хлорлы тұздар жоғарғы ыдыста (1) суда 60ОС ерітіліп тұнбадан тазалау үшін сүзуге центрифугаға (2) беріледі. Сүзілген құрамында қорғасын хлориді бар тұнбаны өңдеуге жібереді. Тазаланған мырыш және темір хлоридті ерітінді жинағыш ыдысқа (3) кейіннен реакторға ыдыратуға (4) беріледі. Реакторға қосымша арнайы ыдыстан (5) фосфор қышқылы (73% Н3РО4) беріліп, онда металл хлоридтері 120- 170ОС, уақыт 90 минутта қышқылмен әрекеттесіп мырыш және темір фосфаты түзіледі. Түзілген металл фосфаттары центрифугада сүзіліп бөлінген ерітінді үрдіске (6) қайтарылады. Мырыш және темір фосфаттары кептіргіш пешке (8) беріліп, өнімді кептіру үрдісі оттықта (7) жанған температурасы 400- 450оС-ты құрайтын газбен жүргізіледі. Пештен шыққан кепкен өнім қоймаға, газ шаңмен бірге шаң ұстағышқа (9) жіберіледі. Реактордан шыққан сутекті хлор газдарда шаң ұстағышқа (9) және электрлі сүзгішке (10) беріліп, шаңнан тазаланған газ абсорберге (12) беріледі. Құрамында мырыш, темір фосфаттары және аздаған мөлшерде хлорлы қосылыстары бар шаңдар реакторға (4) қайтарылады. Абсорберге жоғарғы жағынан ыдыстан (14) су беріледі. Нәтижесінде түзілген 27-28% тұз қышқылы жинағыш ыдыста (12) жиналады. Абсорберден шыққан газ мұнараға (15) әк сүтімен (16) санитарлы тазалауға беріліп, түзілген ерітінді өңдеуге, ал тазаланған газ атмосфераға жіберіледі. Ұсынылып отырған сызба бойынша өңдеп алынған мырыш фосфатының сапасы ТШ 2329-0-002-12588040-95 [3] сәйкес екендігі анықталды.
Сынақ барысында алынған тұз қышқылы қойылатын ТШ 6-01-193-80 [4] талаптарына сай келеді.
Қорытынды. Осылайша, нақты тәжірибелік көрсеткіштерді пайдалана отырып, металл хлоридтерін өңдеудің ағымдағы сызбасы ұсынылды.
Ұсынылып отырған технологиялық сызба химия және мұнай-химия саласында экономикалық тиімді және рентабельді болып табылады.
Әдебиеттер
- Анарбаев А.А., Молдабеков Ш.М., Альмаханов Б.А. Исследование процесса разложения хлорида цинка фосфорной кислотой. // Журнал «Наука и образование Южного Казахстана». - №3. - Шымкент, 2000.-С.74-78.
- Анарбаев А.А., Кабылбекова Б.Н., Айкозова Л.Д. «Мырыш-, темір- хлоридтерін фосфор қышқылымен ыдыратудың кинетикасы //Наука и образование ЮК. - 2009. - №1 (74). - С.88-90.
- ГОСТ3118-77-83.Кислота соляная. Технические условия.-М.: Гостандарт России: Изд-во стандартов,1986. - 10с: ил.
- ГОСТ3118-77-83.Покрытия цинковые. Обозначение, технические требования, правила приемки и методы контроля. -М.: Гостандарт России: Изд-во стандартов,1985. - 5с: ил.