CC BY
3
№ 10 (127)
октябрь, 2024 г.
DOI - 10.32743/UniTech.2024.127.10.18390
ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ СУЛЬФАТА ЦИНКА И ЭФК
Давлатов Фаррух Фарходович
ст. преподаватель, Каршынского инженерно-экономического института, Республика Узбекистан, г. Карши
Абсатторов Диёрбек Сохижон угли
магистрант,
Каршынского инженерно-экономического института, Республика Узбекистан, г. Карши
Абдуллаев Баходир Урт угли
заместитель декана, Экономико-педагогического университета Республика Узбекистан, г. Карши E-mail: [email protected]
Самадий Муроджон Абдусалимзода
доцент,
Каршынского инженерно-экономического института Республика Узбекистан, г. Карши E-mail: [email protected]
STUDY OF THE PROCESS OF CONCENTRATION OF ZINC SULFATE AND EPA SOLUTIONS
Farrukh Davlatov
Senior teacher of Karshi Engineering Economical Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi
Diyorbek Absattorov
Master's student of Karshi Engineering Economical Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi
Bakhodir Abdullayev
Deputy Dean
of the University of Economics and Pedagogy, Republic of Uzbekistan, Karshi
Murodjon Samadiy
Associate professor of Karshi Engineering Economics Institute, Republic of Uzbekistan, Karshi
АННОТАЦИЯ
Предметом данного исследования является концентрация растворов сульфата цинка и извлечение фосфорной кислоты (EFA) из цинковых концентраций из месторождения Хандиза. Во-первых, были изучены плотность, вязкость и другие соответствующие характеристики чистого раствора сульфата цинка в связи с его физическими и химическими свойствами. Высококонцентрированный раствор был получен в процессе испарения, показывая более высокие уровни концентрации цинка. В частности, добавление дополнительного пара к испарению под высоким давлением значительно повышает термическую эффективность и облегчает удаление примесей.
Библиографическое описание: ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА КОНЦЕНТРАЦИИ РАСТВОРОВ СУЛЬФАТА ЦИНКА И ЭФК // Universum: технические науки : электрон. научн. журн. Давлатов Ф.Ф. [и др.]. 2024. 10(127). URL: https://7universum.com/ru/tech/archive/item/18390
Лд UNÎVERSUM:
№10(127)_m ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ_октябрь. 2024 г.
Результаты показывают, что более высокие скорости испарения повышают концентрацию цинка и вызывают соответствующее увеличение других вспомогательных элементов. Исследование также подчеркивает значение температуры и то, как она влияет на плотность и вязкость растворов. Эти результаты предоставляют ценную информацию для улучшения процедур извлечения цинка для промышленного использования, подчеркивая возможность создания более эффективных и экологически чистых процессов в химическом секторе.
ABSTRACT
The concentration of zinc sulfate solutions and the extraction of phosphorus acid (EFA) from zinc concentrations from the Khandiza deposit are the subjects of this investigation. First, the density, viscosity, and other pertinent features of a pure zinc sulfate solution were studied in relation to its physical and chemical properties. A highly concentrated solution was produced by the evaporation process, showing higher zinc concentration levels. Notably, adding additional steam to high-pressure evaporation greatly improves thermal efficiency and makes impurity removal easier. The findings demonstrate that higher evaporation rates raise zinc concentrations and cause corresponding increases in other ancillary elements. The study also highlights the significance of temperature and how it affects the density and viscosity of the solutions. These results offer valuable information for improving zinc extraction procedures for industrial use, highlighting the possibility of creating more effective and environmentally friendly processes in the chemical sector.
Ключевые слова: сульфат цинка, извлечение фосфорной кислоты, процесс концентрации, цинковый концентрат, месторождения Хандиза.
Keywords: zinc sulfate, phosphoric acid extraction, concentration process, zinc concentrate, Khandiza deposits.
Введение. Целью данного исследования было определение экологических рисков остатков экстракции цинка. Для этой цели; влияние рН, времени контакта и соотношения жидкость/твердое вещество на выщелачивание загрязняющих веществ в остатках экстракции цинка (ZER) было исследовано в экспериментах по выщелачиванию партиями, а потенциал загрязняющих веществ был определен с использованием процедуры выщелачивания с характеристикой токсичности (ТСЬР), процедуры выщелачивания синтетическим осаждением (SPLP), процедуры многократной экстракции (МЕР) и последовательных экстракций [1].
Его химические свойства представляют интерес для многих исследователей, и его использование по-прежнему актуально. Это химическое соединение представляет собой яркий белый порошок. Фосфаты цинка также вызывают интерес как люминесцентные материалы [2].
Исследования по экстракции растворителем/ электролизу цинка проводились с использованием ди-2-этилгексилфосфорной кислоты ф2ЕНРА), разбавленной в керосине в качестве органического экстрагента. Восстановление цинка из органической фазы достигалось с использованием отработанного раствора электролита. Было проведено несколько стадий испытаний по экстракции растворителем цинка для получения сильного кислотного электролита, подходящего для испытаний по электролизу. Белый цвет пигмента позволяет использовать его в широком цветовом диапазоне [3-4].
Исследования по экстракции растворителем/ электролизу цинка проводились с использованием ди-2-этилгексилфосфорной кислоты ф2ЕНРА), разбавленной в керосине в качестве органического экстрагента. Восстановление цинка из органической фазы достигалось с использованием отработанного раствора электролита. Было проведено несколько стадий испытаний по экстракции растворителем цинка для получения сильного кислотного электролита, подходящего для испытаний по электролизу.
В данной исследовательской работе основное внимание уделяется удалению мышьяка из загрязненной воды с использованием наноматериалов оксида цинка ^пО), функционализированных ацетатом. Наноматериалы ZnO разных размеров (6-60 нм) были синтезированы с использованием различных мокрых химических путей. Эффективность удаления мышьяка наноматериалами ZnO, функционализи-рованными ацетатом, была исследована при различных значениях pH и временных интервалах. Изучается естественная и искусственная мобилизация свинца, кадмия и мышьяка в отходах гидрометаллургии цинка с целью установления потенциально опасных уровней для окружающей среды и связанных с ними рисков в неконтролируемых ситуациях [5-7].
Экспериментальная часть. Для определения оптимальных параметров получения фосфата цинка из раствора сульфата цинка полученного их цинкового концентрата месторождения Хандиза и ЭФК изучены физико-химические свойства (плотность, вязкость, давление насыщенных паров) полученного 14,88%-ного раствора сульфата цинка. Полученный 14,88% раствор сульфата цинка был очищен от различных примесей, которые перечислены в предыдущих разделах.
Полученный 14,88% раствор сульфата цинка упаривали с получением раствора сульфата цинка, содержащего 24% цинка.
Вторичный пар, образующийся в процессе выпаривания, можно снова использовать в процессе выпаривания и для других целей. В этом методе, поскольку процесс ведется при высоком давлении, температура кипения растворов значительно возрастает.
Повторное использование вторичного пара, выделяющегося при испарении под высоким давлением, позволяет полностью использовать тепло по сравнению с вакуумным испарением. Поэтому этот метод применяют только для упаривания термостойких растворов.
№ 10 (127)
октябрь, 2024 г.
В промышленных масштабах предлагается процесс проводить в многокорпусных испарителях, которые часто собираются из нескольких аппаратов. В таких устройствах в первом случае используется только первичный пар. Во втором, третьем и ключевом случаях использование вторичного пара, выделяемого в предыдущем случае, это даст возможность использовать непрерывную технологию и приведет к снижению расхода пара.
Результаты и их обсуждение. В лабораторных условиях исследования по приготовлению раствора
сульфата цинка, содержащего 24% цинка, проводились в стеклянном реакторе, снабженном термостатом.
Состав раствора сульфата цинка, взятого на упаривание (мас.%): гп-14,88; Са-0,065; Ре-0,011; Си-0,0008; Са-0,0004; РЬ-0,0006; К-0,004. Плотность очищенного раствора сульфата цинка определяли ареометром.
Для повышения степени конверсии быль получен раствора сульфата цинка с содержанием 24% 2п.
Состав растворов сульфата цинка представлен в таблице 1.
Таблица 1.
Химический состав раствора сульфата цинка
№ Химический состав жидкой фазы, масс. %
Zn, % Ca, % Fe, % % Cd, % Pb, % Ы, %
1 14,88 0,065 0,011 0,0008 0,0004 0,0006 0,004
2 15,00 0,066 0,011 0,0008 0,0004 0,0006 0,004
3 18,00 0,078 0,013 0,0009 0,0004 0,0007 0,004
4 20,00 0,087 0,014 0,0010 0,0005 0,0008 0,005
5 22,00 0,096 0,016 0,0011 0,0005 0,0008 0,005
6 24,00 0,104 0,017 0,0012 0,0006 0,0009 0,006
Из таблицы видно, что с увеличением количества 2п в очищенных растворах сульфата цинка пропорционально увеличивается и содержание других компонентов.
Так, содержание компонентов в растворе сульфата цинка с 24% 2п составляет: Са 0,065-0,104%, Бе 0,011-0,017%, Си 0,0008-0,0012%, РЬ 0,00060,0009% и К 0,004-0,006%.
Полученные результаты показывают, что чем больше выпаривается раствор сульфата цинка, тем больше увеличивается его концентрация вместе с другими элементами в его составе. Концентрация раствора сульфата цинка составляет 14,88%, а плотность 1,184 г/см3 при температуре 20°С. Его плотность при 20°С составляет 1,320 г/см3 при концентрации 2п 10%. При повышении температуры до 40°С их плотность составляет 1,173 г/см3 и 1,308 г/см3 при концентрации 2п 18,23% и 30% соответственно.
Для проведения экспериментов были использованы ЭФК производства АО «АммофосМаксам» следующего состава (мас.%): Р2О5-18,23; СаО -0,60;
-0,38; АЮэ-0,48; Ре2Оэ-0,35; 8Оэ-0,23. Изучены физико-химические свойства ЭФК (плотность, вязкость, давление насыщенных паров).
Экстракционная фосфорная кислота, полученная из фосфоритов Центральных Кызылкумов, характеризуется высоким содержанием фтора, сульфата
Химический состав экстр
и магния. Особенно негативную роль играют фторидные соединения. В связи с этим для наших исследований были получены дефторированная экстракная фосфорная кислота на основе загрязненных фтором фосфоритов Центральных Кызылкумов.
Экстракционную фосфорную кислоту выпаривали для повышения концентрации кислоты.
Исследования по получению концентрированной экстракционной фосфорной кислоты проводили в стеклянном реакторе, снабженном механической мешалкой и установленном в термостате. Экстракцию предварительно очищали от сульфата и фторида с использованием фосфатно-фосфорного концентрата и солей карбоната натрия и метасиликата. Процесс концентрировании экстракционной фосфорной кислоты проводили с ЭФК состава (мас.%): Р2О5-18,23; 8О4-0,23; СаО-0,60; М^-0,38; Ре2Оэ-0,35; ЛШ,-0,48; Б-0,30 были в наличии. Плотность очищенных экстракционных фосфорных кислот определяли ареометрами.
Концентрированные экстракционные фосфорные кислоты с содержанием 50% Р205 получают упариванием дефторированной и десульфатированной экстракционной фосфорной кислоты.
Состав фосфорных кислот представлен в таблице 2.
Таблица 2.
ной фосфорной кислоты
№ Химический состав, Масс. %
P2O5 CaO MgO Fe2Oз АЬОз SOз F
1 18,23 0,60 0,38 0,35 0,48 0,23 0,99
2 20,00 0,66 0,41 0,38 0,52 0,25 0,74
3 30,00 0,98 0,62 0,57 0,78 0,37 0,46
4 40,00 1,31 0,83 0,76 1,05 0,50 0,41
5 50,00 1,64 1,04 0,95 1,31 0,63 0,38
№ 10 (127)
Из таблицы видно, что с увеличением содержания Р2О5 в очищенных кислотах пропорционально увеличивается и содержание других компонентов.
Так, в кислоте с 50% Р2О5 содержание оксида кальция составляет от 0,60% до 1,64%, магния от 0,38% до 1,04%, оксида железа от 0,35% до 0,95%, оксида алюминия увеличивается с 0,48% до 1,31% с увеличением сульфат-ионы. Увеличивается с 0,23% до 0,63%. Количество фтора снижается с 0,99% до 0,38%. Полученные результаты показывают, что чем больше выпаривается экстракционная фосфорная кислота, тем больше увеличивается ее концентрация, а количество фтора в ней уменьшается, что способствует удалению фтора. Концентрация Р2О5 в орто-фосфорной кислоте составляет 18,23%, а плотность 1,184 г/смз при температуре 20°С. Плотность Р2О5 при 200°С составляет 1,320 г/см3 при концентрации 30%. При повышении температуры до 400°С концентрации Р2О5 составляют 18,23% и 30% соответственно, а их плотность 1,173 г/см3 и 1,308 г/см3. Из этих результатов видно, что при одинаковой температуре их плотность увеличивается по мере увеличения концентрации Р2О5 в экстрагируемой фосфорной кислоте. С повышением температуры их плотность уменьшается. Таким образом, повышение концентрации
октябрь, 2024 г.
десульфурированных и дефторированных экстрагируемых фосфорных кислот осуществляли путем выпаривания экстракционной фосфорной кислоты. Видно, что количество остальных компонентов вместе с Р2О5 увеличилось, только количество фтора уменьшилось с 0,3% до 0,15%. Изучено также влияние концентрации и температуры очищенных кислот на вязкость и плотность.
Заключение. Исследования подтверждают, что процесс упаривания является удобным методом концентрирования растворов сульфата цинка и одновременно эффективного удаления примесей. Достижение концентрации цинка 24% из исходного 14,88% раствора демонстрирует эффективность и практичность метода. В исследовании также подчеркивается важность использования вторичного пара в процессе испарения, что способствует максимальному использованию тепловой энергии и энергоэффективности. Результаты подчеркивают необходимость постоянной оптимизации процессов экстракции цинка и фосфорной кислоты, подчеркивая потенциал повышения устойчивости и снижения воздействия на окружающую среду при промышленном применении.
Список литературы:
1. Ozverdi, A. and Erdem, M., 2010. Environmental risk assessment and stabilization/solidification of zinc extraction residue: I. Environmental risk assessment. Hydrometallurgy, 100(3-4),pp. 103-109. https://doi.Org/10.1016/j.hydromet.2009.10.011.
2. Samadiy, M., Ramazonova, D., Umarov, S., Shamishova, A., Mamatova, K., Ayakulov, N., Samadiy, M. Solubility Studies of Sulfates of Copper, Zinc and Cobalt in Phosphoric Acid at 30 °C // Asian Journal of Chemistry. -2023. Vol.35(9), pp. 2285-2288. https://doi.org/10.14233/ajchem.2023.28499.
3. Neira, M., O'Keefe, T.J. and Watson, J.L., 1992. Solvent extraction reagent entrainment effects on zinc electrowinning from waste oxide leach solutions. Minerals Engineering, 5(3-5), pp. 521-534. https://doi.org/10.1016/0892-6875(92)90231-W
4. Lee, Ch., Madhusudan, P., Kim, J.O. Recovery of phosphate using a zinc oxide/hydroxide and lanthanum hydroxide nanoflower adsorbent prepared via co-precipitation in water // Separation and Purification Technology. - 2024. -Vol.30. pp. 125313. https://doi.org/10.1016/j.seppur.2023.125313.
5. Carmona, D.M., Cano, Á.F. and Arocena, J.M., 2009. Cadmium, copper, lead, and zinc in secondary sulfate minerals in soils of mined areas in Southeast Spain. Geoderma, 150(1-2), pp. 150-157. https://doi.org/10.1016/j.geoderma.2009.01.023
6. Singh, N., Singh, S.P., Gupta, V., Yadav, H.K., Ahuja, T., Tripathy, S.S. and Rashmi, 2013. A process for the selective removal of arsenic from contaminated water using acetate functionalized zinc oxide nanomaterials. Environmental Progress & Sustainable Energy, 32(4), pp.1023-1029. https://doi.org/10.1002/ep.11698
7. Martínez-Sánchez, M.J., Solan-Marín, A.M., Hidalgo, A.M. and Pérez-Sirvent, C., 2019. Characterization and mobilization of toxic metals from electrolytic zinc waste. Chemosphere, 233, pp. 414-421. https://doi.org/10.1016/j.chemosphere.2019.05.257
