Сілтілі ерітінділерден кадмийдің экстракциялануын зерттеу Жетекші каф меңг

Сілтілі ерітінділерден кадмийдің экстракциялануын зерттеу Жетекші: каф. меңг. МПТ және. ТСМ, тех. ғыл. д ры, проф. Байқоңырова Ә. Ө. Орындады: 5 В 070900 мамандығының студенті Сейткасымова А. М.

Жұмыстың мақсаты: кадмийді оның сілтілі ерітінділерінен реагент қолданып сұйық экстракциялау процесін зерттеу НБЭА 2. Дипломдық жұмысқа қойылатын мақсаттар: Ø сілтілі ерітінділерден кадмийді экстракциялап алу үшін тиімді реагент таңдау; Ø ион алмасу тепе-теңдігі көрсеткіштерінің есептеулерін, НБЭА-2 мен кадмий концентрацияларын анықтау методикасын меңгеру; Ø аналитикалық және экстракциялы қондырғыларды монтаждау; Ø экстракция параметрлерінің фазалар арасында кадмийдің бөлініп орналасуына әсерін зерттеу; Ø кадмийдің экстракцияланатын кешенінің құрамын анықтау; Ø кадмийдің реэкстракциялану шарттарын зерттеу; Ø зерттеулер тиімділігін техника- экономикалық негіздеу; Ø ҒЗЖ қауіпсіз жүргізу шараларын дамыту және өндірістік факторларды талдау.

Жұмыстың өзектілігі. Қазіргі өмірді электроникасыз, атомдық және радиациондық техникасыз, жартылай өткізгіштік күн энергетикасы және өнеркәсіпсіз елестету мүмкін емес. Аталған техника салаларының тез дамуы құнды элементтерге, жеке алғанда кадмиге тоқтаусыз өсетін қажеттілікті тудырады. Оны технологиялық процестерді қарқындатусыз және металлды алу мен концентраттаудың тиімді әдістерін қолданусыз қанағаттандыру мүмкін емес. Ондай әдістерге, кадмиді құнды компоненті аз күрделі құрамды ерітінділердің үлкен көлемінен алу үшін ерекше маңызы бар жоғары өнімділік және іріктемелілікпен ерекшеленетін ион алмасу процестерін жатқызуға болады. Осыған байланысты, кадмийдің сілтілі ерітінділерінен НБЭА 2 қолданып, сұйық экстракциялау процесіне арналған дипломдық жұмыс тақырыбы өзекті.

Жұмыстың ғылыми жаңалығы. НБЭА 2 экстрагенті мен кадмийден тұрақты хелат түзілуі сулы фазада оның, металл катионы мен органикалық қосылыстардың амино , гидроксотоптарымен координациялы және валентті байланыспен зерттелген, гидроксоформаларының бар болу саласында анықталды.

Cd бірегей қасиеттерін және оның қосылыстарын қазіргі ғылымда және техникада қолдану Кадмийді қолданады: Ø металл бұйымдарын коррозиядан қорғау үшін; Ø әртүрлі бағыттағы балқымаларды өндіру үшін; Ø бояулар өндіру үшін; Ø жақсы қайнатылатын және соғылатын металл бөлшектердің қорғаныс қабаты ретінде; Ø атом реакторларын құрастырғанда (ол жақсы нейтрон жұтқыш); Ø кадмий қосылыстары – теллуридтер, селенидтер, сульфидтер жақсы жартыөткізгіш материалдар болып табылады; Ø химия өнеркәсібінде;

Теңіз суымен және сол сияқты ерітінділермен жанасатын металл бұйымдарын коррозиядан қорғау, бұл жағдайда мырыш жабындылары мүлдем жарамсыз; Ылғалдылығы қатты немесе орташа бөлмелерде жұмыс істейтін машиналар бөлшектерін коррозиядан қорғау; Электр жалғамдарын коррозиядан қорғау.

Кадмийдің әлемдік нарығы Cd жер қабатындағы орташа мөлшері 130 мг/т, теңіз суында- 0, 11 мкг/л. Кадмий минералдары: гринокит Cd. S, хоулиит (77, 8 % Cd), отавит Cd. CO 3, монтемпонит Cd. O (87, 5 % Cd), кадмоселит Cd. Se (47 % Cd), ксантохроит Cd. S(H 2 O)х (77, 2 % Cd). Кадмийдің негізгі салмағы 50 -ден астам минералдарда Zn, Pb, Cu, Fe, Mn, Hg және басқада шашыранған. Ең көп концентрация мырыш минералдарында және ең алдымен сфалеритте (0, 4 5 %)белгіленген.

Әлемде кадмийді екінші ретті өндіру толық металл өндірудің 20% құрайды. Екінші ретті металдың көп бөлігіАзияда, Европада және Құрама Штаттарда Ni Cd батареяларын қайта өңдеуден шығарылады. . 2012 жылда Cd әлемдік өндіру 23, 6 мың. т. құрайды. Бұл шамамен 2011 жылдан 800 т ға (3, 5 %) көбірек. Әлемдегі Cd алу, мың тонна

Әлемдегі кадмийді өндіру және тұтыну, мың. тонна жыл 2008 2009 2010 2011 2012 Барлық өндіру 22. 0 21. 5 22. 2 22. 7 23. 6 Барлық тұтыну 16. 3 15. 5 15. 6 18. 5 19. 3 Нарық теңгерімі 5. 7 6. 0 6. 6 4. 2 4. 3 2007 жылмен салыстырғанда Cd ға баға 2012 жылы 4 есеге төмендеді, бұл жартылай, металлға, жеке жағдайда, Ni Cd батареяларын өндіруге сұраныстың төмендеуіне байланысты. Cd ға бағалар , долл. /кг

НБЭА 2 экстрагенті Кадмийді кадмиқұрамды ерітінділерден алу үшін тиімді экстрагенттер – хелат түзуші экстрагенттер болып табылады. Сондықтан экстрагент ретінде N (2 гидрокси 5 нонил бензил) гидроксиэтилметиламин (НБЭА 2) таңдалды. Реагенттің өнеркәсіптік маркасы ВМС 42 құрамында ~ 75 % НБЭА, Три эта нол амин (ТЭА) және n Нонилфенол (n НФ).

Экстрагент дайындау әдістемесі 0, 5 М НБЭА алу үшін, ВМС 42 ілмегін, құрамында 75 % реагент барлығына байланысты, 500 мл колбада керосин мен октанолда ерітіп, белгіге дейін жеткізді де 1 М экстракциясын натрий хлоридінің ерітіндісімен жүргізді. Тазалауды 15 мин тан 3 рет жүргізді, фазалардың VВ: VO=1: 1 қатынасында. Тазалаудан кейін экстрагент концентрациясын потенция өлшемді титрлеу әдісімен қадағалады.

НБЭА концентрациясын анықтау НБЭА әлсіз негіз, сондықтан оны тұз қышқылымен титрлеуге болады. Эквивалент нүктесін индикациялау үшін «И-160 МИ» маркалы ион өлшегіште потенция өлшемді титрлеу жүргізді. Алынған графиктен титрлеудің ақырғы нүктесін тапты. Белгілі концентрация мәндерінен және табылған қышқыл көлемінен реагент концентрациясын келесі формуламен анықтады:

Cd (1 г/л) керосиндегі НБЭА 2 + октанолдың 25 % ерітінділерімен экстракциясын ЭЛ 1 маркалы - штативтен, бөлетін құйғыштан, бұрма ұстағыштан, басқару және араластырғышы бар қозғалтқыш блогынан тұратын экстракторда Vo: Vв = 1: 1 және t = 20 ± 5 о. С жағдайында жүргізді, . Cd концентрациясын сулы ерітінділерде анықтау үшін талдаудың титриметриялық және фотометриялық әдісі қолданылды.

ПРОЦЕСС ҰЗАҚТЫҒЫНЫҢ КАДМИЙ ЭКСТРАКЦИЯСЫНА ӘСЕРІ № τ, мин ХCd, г/л YCd, г/л DCd 1 5 0, 005 0, 795 159 2 10 0, 005 0, 795 159 3 15 0, 005 0, 795 159 4 30 0, 005 0, 795 159 5 45 0, 005 0, 795 159 6 60 0, 005 0, 795 159 Экстракцияны бөлмелік температурада және Vo : Vв = 1 : 1 фазалар қатынасында, 5 60 мин. бойы жүргізді. Кадмидің бастапқы концентрациясы – 1 г/л.

СУЛЫ ФАЗАНЫҢ р. Н-ның КАДМИЙ ЭКСТРАКЦИЯСЫНА ӘСЕРІ Экстракцияны бөлмелік температурада және Vo : Vв = 1 : 1 фазалар қатынасында жүргізді , фазалардың жанасу уақыты 5 мин, р. Н 4 13 диапазонында. Кадмийдің бастапқы концентрациясы – 1 г/л.

Cd ТАРАТУ КОЭФФИЦИЕНТІНІҢ ЕРІТІНДІ р. Н нан ТӘУЕЛДІЛІГІ

Экстрагент концентрациясының кадмий алынуына тәуелділігі СНБЭА 2, моль/л ХCd, моль/л YCd, моль/л DCd 0, 05 0, 0085 0, 0001 0, 0084 0, 28 lоg. DCd lоg. Стең 0, 012 1, 92 1, 3 0, 0002 0, 024 1, 62 1 0, 0081 0, 0005 0, 062 1, 2 0, 55 0, 39 0, 0059 0, 0027 0, 46 0, 34 0, 41 0, 5 0, 0048 0, 0038 0, 79 0, 1 0, 3 Көрініп тұрғандай, экстрагент концентрациясының өсуіне байланысты кадмийдің тарату коэффициенті де өседі.

Кадмийдің тарату коэффициентінің НБЭА 2 концентрациясынан қос логарифмдік тәуелділігі Тәуелділіктің көлбеу бұрышының тангенсі lg DCd = f (lg Cравн. ) 2 (tga=1, 76) ге жақын болып шықты, яғни бөліп алу кешеніндегі қатынас Cd : НБЭА = 1 : 2.

Металдарды азот құрамды экстрагенттермен экстракциялаудың әдеби және алынған мәліметтеріне негізделіп НБЭА 2 реагенті Cd ны хелаттық механизм бойынша экстракциялайтыны анықталды. 2 RH + Сd(OH)+ → R 2 Cd + H 2 O + H+

Күкірт қышқылы концентрациясының кадмий реэкстракциялануына әсері. № СH 2 SO 4, моль/л YCd, г/л XCd, г/л ECd, % 1 0, 5 0, 05 0, 95 95 2 1 0, 03 0, 97 97 3 1, 5 0, 005 0, 995 99, 5 4 2 0, 005 0, 995 99, 5 Кадмий реэкстракциясын құрамында 1 г/л металл бар органикалық фазадан жүргізді. Реэкстракция сатысындағы тепе- теңдік 5 мин аралығында орнатылады.

ҚОРЫТЫНДЫ 1. Әдеби мәліметтерді талдау кадмийдің негізгі көзі мырышты өнеркәсіптің кәсіптік өнімдері болып табылатынын көрсетеді. Олардың ішінен металды концентраттау мен іріктемелі алуды экстракциялау әдісімен сәтті жасауға болады. Кадмийдің тиімді экстрагенттері - азот құрамды фенолды реагенттер екені анықталды. 2. Экстракциялау процесінде және тәжірибелер қоюда қолданылатын реагенттерді талдау әдістері игерілді. 2. Кадмийдің НБЭА-2 экстрагентімен сулы ерітінділерден экстракциялау кезіндегі әрекеті зерттелді. Кадмий р. Н 8, 30 -13, 00 диапазонында тиімді экстракцияланатыны көрсетілді. 3. Кадмий реэкстракциясы зерттелді. Кадмий 1, 5 М органикалық фазасынан күкірт қышқылымен бір кезеңде толықтай реэкстракцияланатыны анықталды, сонымен қатар фазалар жанасу уақыты 5 мин.

4. Тәжірибе жүргізуге кететін экономикалық шығынды есептеу олардың негізгі бөлігін капиталды шығындар және ғылыми – зерттеу жұмыстарын орындаушылардың еңбек ақысына кететін шығындар құрайтынын көрсетті. Бұл жағдайларда ғылыми – зерттеу жұмыстарының ақталу мерзімі 3 жыл. 5. Жұмыста қауіпті және зиян өнеркәсіптік факторларға талдау жүргізілген, олардан қорғану шаралары қарастырылған, санитарлық – гигиеналық іс-шаралар қарастырылған.

Назарларыңызға рахмет!