ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ НИТРАТА ЦИНКА ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ЦИНКОВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ

АННОТАЦИЯ

Приведены результаты исследований по получению нитрата цинка из отработанных цинковых катализаторов. Отработанные цинковые катализаторы содержат 74,65% ZnO. Исследовано влияние технологических факторов на степень извлечения цинка из отработанных цинковых катализаторов азотной кислотой. Установлены оптимальные параметры процесса. Максимальная степень извлечения цинка наблюдается при норме кислоты 120%, концентрации азотной кислоты 30%. При этом степень извлечения цинка достигает 91,28%. Увеличение продолжительности процесса с 1 до 3 часов повышает степень извлечения алюминия с 25,57 до 91,28% при постоянных других параметрах.

Повышение температуры с 55 до 95 ℃ способствует повышению степени извлечения цинка до 91,28%.

ABSTRACT

The results of studies on the production of zinc nitrate from waste zinc catalysts are presented. The waste zinc catalysts contains 74.65% ZnO. The influence of technological factors on the degree of zinc extraction from the waste zinc catalysts by nitric acid has been investigated. The optimal parameters of the process have been determined. The maximum degree of zinc extraction is observed at an acid rate of 120%, and a nitric acid concentration of 30%. At the same time, the degree of zinc extraction reaches 91.28%. An increase in the duration of the process from 1 to 3 hours increases the degree of aluminum extraction from 25.57% to 91.28% with other constant parameters.

An increase in temperature from 55 to 95 ℃ contributes to an increase in the degree of zinc extraction to 91.28%.

Ключевые слова: отработанный цинковый катализатор, температура, азотная кислота, степень извлечения, время, оксид цинк.

Keywords: waste zinc catalysts, temperature, nitric acid, degree of extraction, time, zinc oxide.

Концепция развития Республики Узбекистан предусматривает подъем промышленности на качественно новый уровень, дальнейшую интенсификацию производства на базе глубокой переработки местных сырьевых ресурсов, освоение выпуска новых видов продукции.

Одним из таких сырьевых ресурсов является отработанный цинковый катализатор, переработка которого позволит получать широкую гамму ликвидных, экспортоориентированных и импортозамещающих продуктов. К таким видам продукции относятся нитрат цинка, оксид цинк, цинковые белила, катализаторы.

Окисноцинковые катализаторы предназначены для тонкой очистки природного газа от сернистых соединений. Отработанные катализаторы заменяются свежими после насыщения серой. На единовременную загрузку аппаратов сероочистки в химической промышленности потребуются сотни тонн окисноцинковых катализаторов. Катализаторы, выгруженные из аппаратов, являются отходами производства [9, c. 152].

На предприятиях азотной промышленности Узбекистана из-за отсутствия переработки накопилось более 1000 тонн отработанных цинковых катализаторов марки ГИАП-10.

Изучение состава отхода показало, что основными окислами, входящими в состав отработанного поглотителя ГИАП-10, являются: ZnO, S, С, MgO, в небольшом количестве примеси Al₂O₃, CaO и другие (табл. 1).

Таблица 1.

Химический состав исходного отработанного поглотителя ГИАП-10

Из существующих способов получения окиси цинка для условий нашей республики наиболее приемлемым является азотнокислотный метод. Поэтому наши исследования направлены на получение окиси цинка из отработанного поглотителя ГИАП-10 азотнокислотным выщелачиванием. При этом протекают следующие реакции:

ZnO + 2HNO₃ →Zn(NO₃)₂ + Н₂О.

Для исследований в лабораторных условиях были проведены испытания по растворению отработанного поглотителя ГИАП-10 состава (масс. %): ZnO – 74,65; S – 11,83; С – 6,37; МgО – 5,78; Al₂O₃ – 0,61; СаО – 0,43; пп – 0,14 в азотной кислоте на установке, состоящей из реактора (трехгорлая колба), электрической мешалки, обратного холодильника, делительной воронки и электрической плитки с водяной баней.

В реактор (трехгорлую колбу) на 500 мл помещали отработанный поглотитель ГИАП-10, затем устанавливали электрические мешалки, обратный холодильник, делительные воронки и поставили устройство на водяную баню. Из капельной воронки при интенсивном перемешивании постепенно добавляли HNO₃ в пересчете на вещество таким образом, чтобы температура реакционной смеси не превышала. Реакционную смесь интенсивно перемешивали и нагревали на водяной бане.

Для уменьшения потери влаги заглушали отверстие в реакторе, куда подавалась азотная кислота. Во второе отверстие устанавливали обратный холодильник.

Полученные растворы выщелачивания анализировали на содержание цинка известными методами химического анализа [2, c. 6].

Изучено влияние концентрации и нормы азотной кислоты, температуры и продолжительности процесса на степень извлечения цинка в растворы азотной кислоты. В таблице 2 приведены данные влияния концентрации азотной кислоты на степень извлечения цинка из отработанного катализатора.

Исследовано влияние концентрации кислоты 20–56% при постоянных других параметрах – нормы азотной кислоты 120% от стехиометрии, температуры 95 °С и продолжительности процесса выщелачивания 3 часа. Выявлено, что максимальная степень извлечения цинка в раствор 91,28% достигается при концентрации азотной кислоты 30%.

Таблица 2.

Влияние концентрации азотной кислоты на степень извлечения цинка из отработанных цинковых катализаторов

В таблице 3 приведены данные влияния нормы азотной кислоты на степень извлечения цинка в 30%-ный раствор азотной кислоты. Установлено, что максимальная степень извлечения цинка достигается при норме 120% и более.

Таблица 3.

Влияние нормы азотной кислоты на степень извлечения цинка

Так, если при норме 120% и постоянстве других параметров степень извлечения составляет 91,28%, то при норме 130% от стехиометрии она составляет 91,62%. Увеличение нормы кислотного реагента свыше 120% приводит к повышению степени извлечения цинка на 0,34%, что нежелательно. Оптимальной нормой кислоты является 120%.

Исследования продолжительности процесса выщелачивания показали, что увеличение времени выщелачивания с 1 до 5 часов 30%-ной азотной кислотой при норме кислоты 120%, температуре 95 °С повышает степень извлечения цинка из отработанных цинковых катализаторов с 25,57 до 91,47% (табл. 4).

Таблица 4.

Влияние продолжительности процесса на степень извлечения цинка

Температура оказывает существенное влияние на степень извлечения цинка из отработанных катализаторов (табл. 5). Таким образом, при температуре выщелачивания 55 ℃ степень извлечения составляет 60,10%, при 85 ℃ – 83,67% и при 95 ℃ достигает 91,28%. Для достижения максимального извлечения цинка из отработанных цинковых катализаторов необходимо повысить температуру свыше 95 ℃.

Таблица 5.

Влияние температуры на степень извлечения цинка

Таким образом, проведенные исследования по выщелачиванию цинка из отработанных цинковых катализаторов азотной кислотой показали возможность получения растворов нитрата цинка. Оптимальными параметрами являются концентрация азотной кислоты 30%, норма не менее 120% от стехиометрии и продолжительность процесса не менее 3 часов при температуре 90–95 ℃. При этом степень извлечения цинка составляет 91,28%.

Список литературы:

1. Азотнокислотное растворение отработанного поглотителя сернистых соединений ГИАП-10 / Ш.Х. Тавашов, Б.И. Фарманов, Х.Ч. Мирзакулов, А.Т. Дадаходжаев // «Маҳаллий хомашёлар ва иккиламчи ресурслар асосидаги инновацион технологиялар»: республика илмий-техник анжумани материаллар тўплами, 2-жилд, 19-20 апрел, Урганч, 2021.
2. ГОСТ 202-84. Технические условия. Белила цинковые. – М. : ИПК Издательство стандартов, 2001. – С. 6–7.
3. Дадаходжаев А.Т., Тавашов Ш.Х. Выбор метода переработки отработанного ГИАП-10 в цинковые белила // «Cаноат ва қишлоқ хўжалигининг долзарб муаммоларини ечишда инновацион технологияларнинг аҳамияти» мавзусидаги республика илмий-амалий анжумани мақолалари тўплами. – Қарши, 2019. – 53 с.
4. Ищенко А.А. Аналитическая химия и физико-химические методы анализа. Т. 1 : учебник. – М. : Academia, 2018. – 512 c.
5. Общая и неорганическая химия. Лабораторный практикум : учеб. пособие для вузов / И.Б. Аликина, С.С. Бабкина, Л.Н. Белова [и др.] – Люберцы : Юрайт, 2016. – 477 c.
6. Способ получения оксида цинка // Предварительный патент № 5881, Рес. Узбекистан, 1999 / Дадаходжаев А.Т.
7. Тавашов Ш.Х., Мирзакулов Х.Ч., Дадаходжаев А.Т. Поглотители сернистых соединений из отработанных катализаторов // Химическая технология и техника: материалы докладов 84-й научно-технической конференции, посвященной 90-летнему юбилею БГТУ и Дню белорусской науки (с международным участием). – Минск, 2020.
8. Химические свойства неорганических веществ / под ред. Р.А. Лидина. – М. : Колосc, 2006. – 480 с.
9. Tavashov Sh.Kh., Dadakhodjaev A.T., Mirzakulov Kh.Ch. Recycling of zinc oxide scavengers // AJMR: asian journal of multidimensional research. – India. – 2020. – Vol 9, Issue 3. – P. 152–159.