Содержание к диссертации
Введение 3
Физико-химические основы и технологические аспекты
применения лигносульфонатов в качестве поверхностно-
активных веществ
Поверхностно-активные свойства лигносульфонатов в условиях гидрохимического окисления сульфидов тяжелых цветных
металлов
Физико-химические и химические свойства лигносульфонатов
различного состава в гомогенных и гетерогенных системах 11
Особенности состава технических лигносульфонатов 11
Физико-химические свойства растворов лигносульфонатов 13
Поверхностно-активные свойства лигносульфонатов 15
Окислительно-восстановительные превращения
лигносульфонатов в водных растворах. Хелатообразование 20
Выводы по главе 1. Постановка задач исследования 23
Влияние состава лигносульфонатов на показатели автоклавного 28
выщелачивания цинкового концентрата
Методика эксперимента 28
Исходные материалы 28
Аппаратура и характеристики процесса 30
Анализ и обсуждение результатов 31
Показатели выщелачивания в присутствии технических 31 лигносульфонатов
Показатели выщелачивания в присутствии низко- и 35
высокомолекулярных разновидностей лигносульфонатов
Выводы по главе 2 39
Физико-химические характеристики и химические свойства
лигносульфонатов различного состава 42
Кислотно-основные превращения технических и
расфракционированных лигносульфонатов 42
Окислительно-восстановительные превращения
лигносульфонатов в присутствии молекулярного кислорода,
катионов меди (II), железа (II) и (III)
1 Кинетика гидрохимического окисления низко- и
высокомолекулярных сульфонатов 58
Идентификация состава и физико-химические свойства растворов активированных (термообработкой и окислением)
лигносульфонатов
Получение и физико-химические свойства лигносульфонатов
различного катионного состава 71
Выводы по главе 3 75
Физико-химические исследования водных суспензий сульфида
цинка и элементной серы в присутствии лигносульфонатов 80
Исследование диспергирующего эффекта лигносульфонатов в
водных суспензиях сульфида цинка и элементной серы
компьютерно-микрооптическим методом 8 *
Исходные материалы, аппаратура и методика эксперимента 81
Система «ZnS-nC-H20-H2S04» 85
Система «S0^C-H20-H2S04» 89
4.2 Влияние тиолигнинов на смачивание и седиментационную
устойчивость дисперсий сульфида цинка и элементной серы в 92
водных суспензиях
Исходные материалы и методика эксперимента 92
Система «8-ЛС» 93
Система «ZnS-JIC» 99
Выводы по главе 4 105
5. Исследование смачивающего и диспергирующего действия
модифицированных лигносульфонатов в суспензиях сульфида
цинка и элементой серы
5.1 Влияние лигносульфонатов различного катионного состава на
свойства суспензий ZnS и S *10
Характеристика исходных материалов 11
Система «Сфалерит - ЛСК» Ш
Система «Элементная сера - ЛСК» 119
5.2 Поверхностно-активные свойства термо окисленных
лигносульфонатов в суспензиях ZnS и S 121
Смачивание поверхности элементной серы и сфалерита растворами активированных сульфонатов 122
Дезагрегирующий эффект активированных сульфонатов в
суспензиях сульфида цинка и элементной серы 125
Выводы по главе 5 131
6. Стабилизирующие свойства лигносульфонатов. Испытания
высокомолекулярных лигносульфонатов в привязке к
технологической схеме Балхашского цинкового завода
Влияние лигносульфонатов различного молекулярно-массового 135 распределения на агрегативную устойчивость дисперсий серы....
Агрегативная устойчивость дисперсий серы в присутствии 141 лигносульфонатов различного катионного состава
Агрегативная устойчивость дисперсий серы в присутствии 150 термо окисленных лигносульфонатов
Испытания высокомолекулярных лигносульфонатов в привязке к
технологической схеме Балхашского цинкового завода 153
Выводы по главе 6 157
Заключение 161
Литература 169
Приложения 181
Введение к работе
Современные тенденции развития технологии переработки сульфидного цинксодержащего сырья свидетельствуют о перспективности приемов непосредственного гидрохимического окисления с использованием автоклавных режимов и газообразного кислорода, как в наибольшей степени отвечающих требованиям ресурсосбережения, экологичности и автоматизации. Предпосылкой для дальнейшей интенсификации процессов выщелачивания явилась способность ряда поверхностно-активных веществ, в частности лигносульфонатов (ЛС), удалять пленки образуемой элементной серы с поверхности сфалерита. Опыт промышленного использования технических лигносульфонатов на ряде гидрометаллургических предприятий России и Казахстана выявил различия в их функциональной эффективности в составе сульфитных щелоков, поставляемых различными целлюлозно-бумажными предприятиями, а также существенное ухудшение их поверхностно-активных свойств во времени, при вариациях парциального давления кислорода и ионно-молекулярного состава пульпы. Одновременно установлено, что при повышенных расходах лигносульфонаты ингибируют окисление сульфидов, что затрудняет надежное управление процессами выщелачивания.
На основе систематизации литературных данных о составе, структуре и физико-химических характеристиках лигносульфонатов в сульфит-целлюлозных щелоках, а также отдельных сведений об их химических свойствах нами определены вероятные причины изменения их поверхностно-активных свойств, обусловленные различиями их молекулярно-массового, катиошюго и функционального составов, а также развитием в автоклавных условиях сопутствующих кислотно-основных и окислительно-восстановительных превращений.
Имеющиеся сведения о химических и поверхностно-активных свойствах
лигносульфонатов во многом противоречивы, а о процессах кислотно-
основного и окислительно-восстановительного взаимодействия
лигносульфонатов с представительной (в составе технологических пульп)
номенклатурой ионно-молекулярных составляющих (О2, Fe +, Fe +, Си +) и
вовсе ограничены. В литературе отсутствуют данные о смачивающем,
диспергирующем, солюбилизирующем, стабилизирующем действии
лигносульфонатов в отношении элементной серы и сульфида цинка, в том
числе во взаимосвязи с особенностями их молекулярно-массового,
катионного и функционального составов. Установление закономерностей
развития вышеуказанных процессов, идентификация составов продуктов и их
поверхностно-активных свойств представляет не только теоретический
интерес, но и является основой для оптимизации режимов окислительного
выщелачивания и последующих операций (рафинирование и электролиз
растворов, утилизация кека) в технологии автоклавной переработки
цинксодержащего сырья.
В этой связи в рамках данной работы был предпринят комплекс
целенаправленных исследований химических и поверхностно-активных
свойств лигносульфонатов различного молекулярно-массового, катионного и
функционального составов в гомогенных и гетерогенных системах на основе
сульфида цинка и элементной серы. Предусматривалось установить, во-
первых, сам факт и закономерности развития процессов кислотно-основного
и окислительно-восстановительного превращения лигносульфонатов в
условиях, моделирующих технологические по ионно-молекулярному составу
и режимам (температура, давление кислорода). Во-вторых, исследовать
закономерности изменения поверхностно-активных свойств
лигносульфонатов в растворах и на межфазных границах раздела фаз с элементной серой и сульфидом цинка во взаимосвязи с особенностями их катионного, функционального и молекулярно-массового состава.
Работа выполнена в соответствии с целевой научно-технической программой проведения научно-исследовательских работ, утвержденной Национальной академией наук Республики Казахстан (Раздел 10.3 «Моделирование и оптимизация процессов автоклавного выщелачивания сульфидных материалов», 2000 г.), научно-техническим планом (Тема: «Исследование закономерностей межфазного взаимодействия в системах на основе сульфидов тяжелых цветных металлов, элементной серы и поверхностно-активных веществ» в рамках Соглашения между Уральским государственным техническим и Северо-Казахстанским государственным университетами (Екатеринбург-Петропавловск, 2005).
Автор выражает благодарность коллективам кафедры металлургии тяжелых цветных металлов УГТУ-УПИ (г. Екатеринбург) и лаборатории физико-химических методов исследований СКГУ (г. Петропавловск) за постоянную помощь и поддержку при выполнении работы и, особенно, член-корреспонденту РАН, д.т.н. Набойченко С.С, постоянное внимание и участие которого во многом способствовали подготовке данной работы.
4^
