| |
|
|
|
| |
| №4, 2024: Методология и методы исследований. Модели и прогнозы |
<< Содержание номера
<< Архив
[RUS] / [ENG]Методология и методы исследований. Модели и прогнозы
Исследование возможности регенерационной утилизации отработанных электролитов меднения
М. А. Шумилова, к. х. н., в. н. с.,
Ф. Ф. Чаусов, д. х. н., в. н. с.,
Д. К. Жиров, к. т. н., с. н. с.,
И. С. Казанцева, н. с.,
Н. Н. Пастухова, аспирант,
И. К. Аверкиев, м. н. с.,
Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН,
426067, Россия, г. Ижевск, ул. Т. Барамзиной, д. 34 M. A. Shumilova ORCID: 0000-0001-5582-0258,
F. F. Chausov ORCID: 0000-0003-4950-2370,
D. K. Zhirov ORCID: 0000-0003-4475-8561,
I. S. Kazantseva ORCID: 0000-0002-3091-1513,
N. N. Pastukhova ORCID: 0009-0007-6031-9821,
I. K. Averkiev ORCID: 0000-0001-9952-8363,
Udmurt Federal Research Center of the Ural Branch
of the Russian Academy of Sciences,
34, T. Baramzinoy St., Izhevsk, Russia, 426067
e-mail
[email protected]
Аннотация
Проведено исследование возможности регенерационной утилизации отработанного раствора меднения промышленного предприятия г. Ижевска. В основу процесса был положен реагентный метод с применением в качестве веществ-осадителей растворов гидроксида натрия и карбоната натрия. Методами ИК-спектроскопии и синхронного термического анализа установлено, что при взаимодействии ионов меди с гидроксидом натрия образуется гидроксид меди(II), а с карбонатом натрия – дигидроксодикарбонат меди(II) – аналог природного материала азурита. Необходимое количество осадителя определяли методом потенциометрического титрования; установлено мольное соотношение для реагентов. Проведено моделирование технологической схемы регенерационной утилизации отработанных растворов меднения с получением новых рабочих электролитов, которые были подвергнуты испытаниям на качество наносимого медного покрытия. Оценка качества производимого медного покрытия показала, что раствор щёлочи является оптимальным вариантом для регенерации растворов меднения.
Abstract
The possibility of regenerative recycling of waste copper plating solution was studied. The process was based on the reagent method using 10% solutions of sodium hydroxide and sodium carbonate as precipitants. The required amount of precipitant was determined by potentiometric titration. We found that the molar ratio between the precipitant and copper ions is 2.2 to 1. The optimal pH value for solutions during precipitation with alkali was 11, and for soda solution – 10. The degree of metal ions extraction from the waste copper plating electrolyte in these conditions exceeds 99%. By methods of IR spectroscopy and simultaneous thermal analysis, it was established that the interaction of copper ions with alkali produces copper(II) hydroxide, and with sodium carbonate – copper(II) dihydroxydicarbonate (an analog of the natural material azurite). A simulation of the technological scheme for the regenerative recycling of waste copper plating solutions with the obtaining of new working electrolytes was carried out. Copper coatings applied to steel products using the resulting alkali working solutions satisfy the production requirements. Based on the experimental data obtained the disposal of 1 m3 of waste copper plating solutions required about 62 kg of sodium hydroxide or 26 kg of sodium carbonate. Economic calculations have shown that the cost of copper sulfate returned to production is almost 2 times higher than the cost of alkali and acid and 2.1 times higher than the cost of sodium carbonate and sulfuric acid. Taking into account the quality of the applied copper coating the most appropriate option is the regenerative recycling of waste copper plating solutions using alkali.
Ключевые слова
отработанный раствор меднения, регенерационная утилизация, ИК-спектроскопия, синхронный термический анализ, гидроксид меди(II), дигидроксодикарбонат меди(II)
Keywords
waste copper plating solution, regenerative recycling, IR spectroscopy, simultaneous thermal analysis, copper(II) hydroxide, copper(II) dihydroxydicarbonate
Литература
1. Трейман М.Г. Современное гальваническое производство и его экологизация // Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук. 2009. № 9. С. 15–17.
2. Винокуров Е.Г., Бурухина Т.Ф., Гусева Т.В. Гальваническое производство в России: оценочный подход, задачи повышения ресурсной и экологической эффективности // Технология металлов. 2020. № 7. С. 2–6. doi: 10.31044/1684-2499-2020-0-7-2-6
3. Лемешев Д.О., Протасов А.С., Колесников В.А. Перспективы повторного использования и безопасной утилизации металлосодержащих отходов (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 4. С. 140–147. doi: 10.25750/1995-4301-2021-4-140-147
4. Сырчина Н.В., Ашихмина Т.Я., Кантор Г.Я. Получение неорганических пигментов из отходов гальванических производств // Теоретическая и прикладная экология. 2021. № 1. С. 22–29. doi: 10.25750/1995-4301-2021-1-022-029
5. Turaev D.Yu., Kruglikov S.S. Regeneration of a solution for electroless copper plating // Russ. J. Appl. Chem. 2005. V. 78. No. 4. P. 579–583. doi: 10.1007/s11167-005-0345-5
6. Плохов С.В., Михаленко М.Г. Рекуперация ионов
металла промывных вод кислого меднения методами ионного обмена и электролиза // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2002. Т. 45. № 5. С. 161–163.
7. Перелыгин Ю.П., Зуева Т.В., Зорькина О.В. Реагентная технология утилизации медно-аммиачного раствора травления печатных плат // Водоочистка. 2017. № 10. С. 72–76.
8. Измайлова А.Р., Рустамова А.И. Технологии обезвреживания сточных вод гальванического производства // E-Scio. 2020. № 4 (43) С. 516–519.
9. Подчайнова В.Н., Симонова Л.Н. Медь. М.: Наука, 1990. 279 с.
10. Лурье Ю.Ю. Справочник по аналитической химии. М.: Химия, 1979. 480 с.
11. Накамото К. ИК-спектры и cпектры КР неорганических и координационных соединений. М.: Мир, 1991. 536 с.
12. Raul P.K., Senapati S., Sahoo A.K., Umlong I.M., Devi R.R., Thakur A.J., Veer V. CuO nanorods: a potential and efficient adsorbent in water purification // RSC Adv. 2014. V. 4. No. 76. P. 40580–40587. doi: 10.1039/c4ra04619f
13. Шуйский А.В., Зорина М.Л. Инфракрасные спектры природного и выращенного малахитов // Журнал прикладной спектроскопии. 2013. Т. 80. № 4. С. 591–595.
14. Fukuda M., Koga N. Kinetics and mechanisms of the thermal decomposition of copper(II) hydroxide: a consecutive process comprising induction period, surface reaction, and phase boundary-controlled reaction // J. Phys. Chem. C. 2018. V. 122. No. 24. P. 12869–12879. doi: 10.1021/acs.jpcc.8b03260
15. Лидин Р.А., Андреева Л.Л., Молочко В.А. Константы неорганических веществ: справочник. М.: Дрофа, 2008. 685 с.
16. Schmidt M., Lutz H.D. Hydrogen bonding in basic copper salts: a spectroscopic study of malachite, Cu2(OH)2CO3, and brochantite, Cu4(OH)6SO4 // Phys. Chem. Minerals. 1993. V. 20. No. 1. P. 27–32. doi: 10.1007/bf00202247
References
1. Treiman M.G. Modern galvanic production and its greening // Aktual’nye problemy gumanitarnykh i estestvennykh nauk. 2009. No. 9. P. 15–17 (in Russian).
2. Vinokurov E.G., Burukhina T.F., Guseva T.V. Galvanic industry in Russia: assessment approach, improvement tasks of resource and environmental effictiveness // Tekhnologiya metallov. 2020. No. 7. P. 2–6 (in Russian). doi: 10.31044/1684-2499-2020-0-7-2-6
3. Lemeshev D.O., Protasov A.S., Kolesnikov V.A. Modern methods of recovery, reuse and safe disposal of hazardous metal-containing waste // Theoretical and Applied Ecology. 2021. No. 4. P. 140–147 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2021-4-140-147
4. Syrchina N.V., Ashikhmina T.Ya., Kantor G.Ya. Obtaining inorganic pigments from galvanic waste // Theoretical and Applied Ecology. 2021. No. 1. P. 22–29 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2021-1-022-029
5. Turaev D.Yu., Kruglikov S.S. Regeneration of a solution for electroless copper plating //Russ. J. Appl. Chem.2005. V. 78. No. 4. P. 579–583. doi: 10.1007/s11167-005-0345-5
6. Plokhov S.V., Mikhalenko M.G. Recovery of metal ions from acid copper plating wash waters by ion exchange and electrolysis methods // Izvestija Vuzov. Khimiya i Khimicheskaya tekhnologiya. 2002. V. 45. No. 5. P. 161–163 (in Russian).
7. Perelygin Yu.P., Zueva T.V., Zor’kina O.V. Reagent
technology for utilization of copper-ammonia solution from printed circuit board etching // Vodoochistka. 2017. No. 10. P. 72–76 (in Russian).
8. Izmaylova A.R., Rustamova A.I. Technologies for neutralization of wastewater from galvanic production // E-Scio. 2020. No. 4 (43) P. 516–519 (in Russian).
9. Podchainova V.N., Simonova L.N. Copper. Moskva:
Nauka, 1990. 279 p. (in Russian).
10. Lurie Yu.Yu. Handbook of analytical chemistry. Moskva: Khimiya, 1979. 480 p. (in Russian).
11. Nakamoto K. Infrared and Raman spectra of inorganic and coordination compounds. Moskva: Mir, 1991. 536 p. (in Russian).
12. Raul P.K., Senapati S., Sahoo A.K., Umlong I.M., Devi R.R., Thakur A.J., Veer V. CuO nanorods: a potential and efficient adsorbent in water purification // RSC Adv. 2014. V.4. No. 76. P.40580–40587. doi: 10.1039/c4ra04619f
13. Shuysky A.V., Zorina M.L. Infrared spectra of natural and synthetic malachites // Zhurnal prikladnoy spektroskopii. 2013. V. 80. No. 4. P. 591–595 (in Russian).
14. Fukuda M., Koga N. Kinetics and mechanisms of the thermal decomposition of copper(II) hydroxide: a consecutive process comprising induction period, surface reaction, and phase boundary-controlled reaction // The Journal of Physical Chemistry C. 2018. V. 122. No. 24. P. 12869–12879. doi: 10.1021/acs.jpcc.8b03260
15. Lidin R.A., Andreeva L.L., Molochko V.A. Constants of inorganic substances: handbook. Moskva: Drofa Publ., 2008. 685 p. (in Russian).
16. Schmidt M., Lutz H.D. Hydrogen bonding in basic copper salts: a spectroscopic study of malachite, Cu2(OH)2CO3, and brochantite, Cu4(OH)6SO4 // Phys. Chem. Minerals. 1993. V. 20. No. 1. P. 27–32. doi: 10.1007/bf00202247
Прикреплённые файлы:
<< Содержание номера
<< Архив
Дата последнего обновления: 11:24:48/27.03.25
|
|
 |
| |
|
| |
|
|
|
| |
|
|
|
| |
 |
ИАА "Информ-Экология" |
|
 |
| |
|
| |
|
|
| | |
| |
|
|
|
| |
|
Министерство природных ресурсов Российской Федерации |
|
|
| |
|
| |
|
|
| | |
| |
|
|
|
| |
|
Счётчик |
|
|
| |
|
| |
|
|
| | |
|
