РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ НИТРАТНЫХ РАСТВОРОВ ЦИНКА, ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ АЗОТНОКИСЛОТНОМ ВЫЩЕЛАЧИВАНИИ ЦИНКСОДЕРЖАЩИХ МАТЕРИАЛОВ

УДК 66.063.6:669.5:532.13

АННОТАЦИЯ

В работе исследованы реологические свойства растворов, образующихся при азотнокислотном выщелачивании отработанного цинксодержащего поглотителя. Определены показатели плотности и вязкости жидкой фазы в зависимости от концентрации азотной кислоты, её расходной нормы и температуры процесса. Экспериментальные исследования проводили при концентрации HNO₃ 20–56% и норме кислоты 80–120% от стехиометрического значения. Плотность растворов определяли пикнометрическим методом, а кинематическую вязкость измеряли капиллярными вискозиметрами. Установлено, что повышение концентрации и расходной нормы азотной кислоты способствует увеличению плотности и вязкости жидкой фазы. При увеличении температуры от 20℃ до 80℃ наблюдается снижение исследуемых показателей. Выявлена прямолинейная зависимость между плотностью и вязкостью растворов. Полученные результаты показывают, что жидкая фаза, образующаяся при азотнокислотной переработке цинксодержащих материалов, обладает удовлетворительными реологическими характеристиками и может эффективно транспортироваться насосным оборудованием в технологических условиях. Кроме того, проведён анализ влияния технологических параметров на устойчивость жидкой фазы и возможность её дальнейшего использования в гидрометаллургических процессах. Полученные данные могут быть использованы при проектировании и оптимизации процессов переработки цинксодержащих отходов и выборе эффективного технологического оборудования.

ABSTRACT

The work investigates the rheological properties of solutions formed during the nitric acid leaching of spent zinc-containing absorbent materials. The density and viscosity parameters of the liquid phase were determined depending on the concentration of nitric acid, its consumption rate, and process temperature. Experimental studies were carried out at HNO₃ concentrations of 20–56% and acid consumption rates of 80–120% of the stoichiometric value. The density of the solutions was determined using the pycnometric method, while the kinematic viscosity was measured using capillary viscometers. It was established that an increase in the concentration and consumption rate of nitric acid leads to an increase in the density and viscosity of the liquid phase. With increasing temperature from 20℃ to 80℃, a decrease in the investigated parameters was observed. A linear relationship between the density and viscosity of the solutions was identified. The obtained results show that the liquid phase formed during the nitric acid processing of zinc-containing materials possesses satisfactory rheological characteristics and can be efficiently transported by pumping equipment under technological conditions. In addition, an analysis of the influence of technological parameters on the stability of the liquid phase and the possibility of its further use in hydrometallurgical processes was carried out. The obtained data can be used in the design and optimization of zinc-containing waste processing technologies and in the selection of efficient technological equipment.

Ключевые слова: азотнокислотное выщелачивание, цинксодержащий поглотитель, нитрат цинка, реологические свойства, вязкость раствора, плотность жидкой фазы, гидрометаллургия.

Keywords: nitric acid leaching, zinc-containing absorbent, zinc nitrate, rheological properties, solution viscosity, liquid phase density, hydrometallurgy.

Введение. Рациональная переработка отработанных цинксодержащих материалов является одной из актуальных задач современной химической технологии и гидрометаллургии. Использование вторичного сырья позволяет повысить степень извлечения цветных металлов, снизить расход природных ресурсов и уменьшить негативное воздействие промышленных отходов на окружающую среду. Среди существующих методов переработки цинксодержащих отходов перспективным направлением считается азотнокислотное выщелачивание, обеспечивающее эффективный переход соединений цинка в раствор [1, C. 286].

В процессе выщелачивания образуются растворы нитрата цинка, реологические свойства которых оказывают существенное влияние на фильтрацию, транспортирование и разделение фаз в технологических системах. Изменение плотности и вязкости растворов в зависимости от концентрации кислоты, её расходной нормы и температуры определяет эффективность гидрометаллургических процессов.

Целью исследования являлось изучение реологических характеристик растворов, полученных при азотнокислотном выщелачивании отработанного цинксодержащего поглотителя, а также установление влияния технологических параметров на показатели плотности и вязкости жидкой фазы [2, C. 42-47].

Научная новизна работы заключается в установлении закономерностей изменения плотности и вязкости растворов нитрата цинка, полученных при азотнокислотном выщелачивании отработанного цинксодержащего поглотителя, в зависимости от концентрации азотной кислоты, её расходной нормы и температуры процесса. Впервые для данной системы в диапазоне концентраций HNO₃ 20–56%, нормы кислоты 80–120% и температур 20–80°С получены комплексные экспериментальные данные по изменению реологических характеристик жидкой фазы, позволяющие определить оптимальные параметры гидрометаллургического процесса переработки цинксодержащих материалов. Полученные результаты могут быть использованы при инженерных расчётах, моделировании и оптимизации процессов азотнокислотного выщелачивания цинксодержащих отходов в гидрометаллургии.

Материалы и методы исследования. Плотность пульп и растворов определяли с помощью пикнометра ПЖ-2 [3; С. 4]. Кинематическую вязкость растворов и пульп измеряли стеклянными капиллярными вискозиметрами ВПЖ-1 и ВПЖ-2 [4; С. 13].

В работе исследованы показатели плотности и вязкости растворов, полученных при азотнокислотном выщелачивании отработанного цинксодержащего поглотителя. Эксперименты проводили при концентрации HNO₃ 20–56% и расходной норме кислоты 80–120% от стехиометрического значения. Влияние температуры на реологические свойства растворов изучали в диапазоне 20–80℃ с определением изменений вязкости и плотности жидкой фазы [5, C. 62-64].

Результаты и обсуждения. В табл. 1 приведены данные по влиянию концентрации и нормы азотной кислоты на плотность и вязкость жидкой фазы.

Таблица 1.

Влияние концентрации и нормы на плотность и вязкость жидкой фазы

С повышением нормы выщелачивания с 80% до 120% плотности и вязкости жидкой фазы повышаются. Плотность повышается с 1,159 г/см³ до 1,169 г/см³ при норме выщелачивания 80-120% и температуре измерения 20°С. При этих условиях вязкость повышается с 0,141 сПз до 0,179 сПз при концентрации 20%. Повышение температуры с 20°С до 80°С способствует снижению показателей плотности и вязкости. Плотность жидкой фазы изменяется с 1,159-1,787 г/см³ при 20°С до 1,119-1,747 г/см³ при 80°С. Вязкость изменяется с 0,141-0,275 сПз до 0,022-0,156 сПз.

Заключение. Установлено, что реологические свойства растворов, образующихся при азотнокислотном выщелачивании отработанного цинксодержащего поглотителя, существенно зависят от концентрации азотной кислоты, её расходной нормы и температуры процесса. Экспериментальные исследования показали, что с увеличением концентрации HNO₃ от 20 до 56% и нормы кислоты от 80 до 120% наблюдается закономерное повышение плотности и вязкости жидкой фазы. Повышение температуры измерения от 20 до 80°С приводит к снижению значений плотности и вязкости растворов.

Установлено, что полученные зависимости имеют монотонный характер и свидетельствуют о стабильном влиянии технологических параметров на реологические свойства растворов нитрата цинка. Полученные результаты могут быть использованы при инженерных расчётах, моделировании и оптимизации процессов азотнокислотного выщелачивания цинксодержащих материалов в гидрометаллургии.

Список литературы:

1. Алексеев В.И., Журавлев Е.Г. Гидрометаллургические процессы переработки цинксодержащего сырья. – Москва: Металлургия, 2019. – C. 286.
2. Абрамов А.А., Медков М.А. Исследование реологических свойств технологических растворов цветной металлургии // Цветные металлы. – 2021. – № 5. – С. 42–47.
3. ГОСТ 18995.1-73. Продукты химические жидкие. Методы определения плотности. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. – C. 4.
4. ГОСТ 10028-81. Вискозиметры капиллярные стеклянные. – М.: ИПК Изд-во стандартов, 2005. – C. 13.
5. Ш.Х.Тавашов Разработка технологии извлечения оксида цинка из отработанных цинковых поглотителей сернистых соединений с вовлечением его в новый цикл производства поглотителя // Дисс. ... докт. фил. тех. наук Тошкент, 2022. – C. 62-64.
6. Шахзод Хужахматович Тавашов, Бехзод Илхомович Фарманов, Абдулла Турсунович Дадаходжаев ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССА ПОЛУЧЕНИЯ НИТРАТА ЦИНКА ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ЦИНКОВЫХ КАТАЛИЗАТОРОВ Universum: технические науки 2021 10-4 (91). – C. 28-31.
7. Dadakhodjaev Abdulla Tursunovich, Mirzakulov Kholtura Chorievich, Tavashov Shakhzod Khuzhakhmatovich Recycling of zinc oxide scavengers Asian Journal of Multidimensional Research (AJMR) 2020 9 3. – PP. 152-159. DOI: 10.5958/2278-4853.2020.00076.2
8. Gupta C.K., Mukherjee T.K. Hydrometallurgy in Extraction Processes. – Boca Raton: CRC Press, 2020. – Vol. 2. – P. 312.
9. Habashi F. Principles of Extractive Metallurgy. – New York: Gordon and Breach Science Publishers, 2018. – P. 754.
10. Шахзод ТАВАШОВ STUDYING THE PROCESS OF OBTAINING ZINC NITRATE FROM SECONDARY ZINC RAW MATERIALS O‘ZBEKISTON MILLIY UNIVERSITETI XABARLARI, 2023,[3/2] ISSN 2181-7324 255. – P. 231.

References:

1. Alekseev V.I., Zhuravlev E.G. [Hydrometallurgical processes of processing zinc-containing raw materials]. Moscow, Metallurgiya Publ., 2019. 286 p. (In Russ.)
2. Abramov A.A., Medkov M.A. [Study of rheological properties of technological solutions in non-ferrous metallurgy]. Tsvetnye metally, 2021, no. 5, pp. 42–47. (In Russ.)
3. GOST 18995.1-73. [Liquid chemical products. Methods for determination of density]. Moscow, IPK Izdatelstvo standartov Publ., 2004. 4 p. (In Russ.)
4. GOST 10028-81. [Glass capillary viscometers]. Moscow, IPK Izdatelstvo standartov Publ., 2005. 13 p. (In Russ.)
5. Tavashov Sh.Kh. [Development of technology for extraction of zinc oxide from spent zinc absorbents of sulfur compounds with its involvement in a new absorbent production cycle]. Diss. PhD Tech. Sci. Tashkent, 2022, pp. 62–64. (In Russ.)
6. Tavashov Shakhzod Khuzhakhmatovich, Farmanov Bekhzod Ilkhomovich, Dadakhodjaev Abdulla Tursunovich. [Study of the process of obtaining zinc nitrate from spent zinc catalysts]. Universum: tekhnicheskie nauki, 2021, no. 10-4 (91), pp. 28–31. (In Russ.)
7. Dadakhodjaev Abdulla Tursunovich, Mirzakulov Kholtura Chorievich, Tavashov Shakhzod Khuzhakhmatovich. Recycling of zinc oxide scavengers. Asian Journal of Multidimensional Research (AJMR), 2020, vol. 9, no. 3, pp. 152–159. DOI: 10.5958/2278-4853.2020.00076.2
8. Gupta C.K., Mukherjee T.K. Hydrometallurgy in Extraction Processes. Boca Raton, CRC Press, 2020, vol. 2, 312 p.
9. Habashi F. Principles of Extractive Metallurgy. New York, Gordon and Breach Science Publishers, 2018. 754 p.
10. Tavashov Shakhzod. Studying the process of obtaining zinc nitrate from secondary zinc raw materials. O‘zbekiston Milliy Universiteti Xabarlari, 2023, no. 3/2, p. 231.