Введение к работе
Актуальность темы.
Уникальные физические и химические свойства серебра, его соединений и сплавов обусловливают широкие возможности для их применения. Многократные попытки заменить серебро в промышленности другими, более дешевыми металлами пока к успеху не привели: индустриальный спрос на серебро в мире неуклонно растет и составляет более 12 тыс. т в год. Области применения серебра весьма разнообразны: производство ЖК-мониторов, многослойных керамических конденсаторов, фотогальванических элементов, твердых припоев и сплавов для пайки, потребляемых, в частности, в автомобилестроении.
Масштабы применения серебра в различных отраслях, растущая стоимость на мировом рынке, а также высокие требования к экологии производства поставили в ряд особо важных задач проблему совершенствования существующих технологий переработки серебросодержащего сырья и регенерации серебра из техногенного и вторичного сырья.
Крупнейшим производителем аффинированного серебра в России является ОАО «Красцветмет», на долю которого приходится более 60% всего производимого в стране серебра. Номенклатура поступающего на аффинаж сырья отличается большим разнообразием: серебросодержащие концентраты, промпродукты, отходы ювелирной и электротехнической промышленности. Разнообразие химического состава, неритмичность поставок сырья и жесткие временные рамки технологического цикла выдвинули на первый план проблему разработки и внедрения высокоэффективной и низкозатратной технологии получения аффинированного серебра, позволяющей перерабатывать в условиях предприятия различного рода техногенное сырьё.
Цель настоящей работы - разработка гидрометаллургической технологии получения аффинированного серебра из различных видов техногенного сырья. Для достижения поставленной цели предстояло решить следующие задачи:
оптимизировать процесс выщелачивания серебросодержащего сырья, отличающегося широким диапазоном концентраций ценного компонента и примесей неблагородных металлов, в азотной кислоте и выявить распределение серебра и основных примесей неблагородных металлов на данном этапе;
выбрать реагент и определить оптимальные условия осаждения серебра из нитратных растворов;
оптимизировать процесс получения кондиционного электролитического порошка серебра заданной крупности, отвечающего требованиям ТУ;
предложить и опробовать в укрупненных масштабах схему переработки различного серебросодержащего сырья с получением аффинированного металла.
Научная новизна.
1. Впервые проведены исследования по осаждению серебра из нитратных растворов сложного состава (г/дм3: Ад - 50-КЗОО, Си - до 20, Zn - до 25, РЬ - 3+5) сульфитом натрия. Установлено, что проведение процесса в оптимальных условиях: рН раствора - 2.0 * 2.5, температура -85 + 95 С; продолжительность -1 ч; расход сульфита натрия в зависимости от концентрации серебра в нитратном
растворе 1.2 - 1.3 г /1 г Ад позволяет извлекать в твердую фазу >99% серебра до его остаточной концентрации в растворе < 10 мг/дм3. Твердый продукт содержит > 95% Ад, 3 - 4% Pb, <1%Си и Zn. Выявлены оптимальные условия очистки полученного серебра от примесей неблагородных металлов: 2 М HCI, Т:Ж = 1:5, t - 80 -^ 90 С. Показано, что полученный порошок отвечает требованиям, предъявляемым к аффинированному серебру.
Исследованы условия формирования порошков серебра заданной крупности в процессе электролиза нитратных растворов. Установлено, что проведение электролиза из растворов с концентрацией серебра 50 - 70 г/дм3 и добавками ПАВ на основе полиакриламида в количестве 50-100 мг/1 кг катодного осадка в сочетании с реверсивной подачей тока при плотности тока 2.00 - 2.50 А/см2 позволяет получать серебряные порошки марки ПСр1 с высоким (более 90%) выходом в готовый продукт.
Разработан способ получения аффинированного серебра из серебросодержащих промпродуктов, характеризующихся широким диапазоном концентраций ценного компонента (20 - 90%) и неблагородных металлов -примесей (ICu, Zn, Pb до ЗО - 35 масс. %), который включает их выщелачивание в азотной кислоте и восстановление серебра сульфитом натрия из нитратного раствора и не требует проведения сложных энергоемких пирометаллургических операций.
Практическая значимость.
Разработана гидрометаллургическая технология переработки различных видов
серебросодержащего сырья, позволяющая получать аффинированное серебро
чистотой 99.99% (получен патент № 2421529, опубл. 20.06.2011. Бюл. № 17).
Эффективность предложенной технологии подтверждена положительными
результатами переработки нескольких партий гидроксидов регенерации
отработанного электролита (20 - 30% Ад, 19 - 25% Си, до 10% Zn и до 5% Pb),
цинковых цементатов золотоизвлекательных фабрик ОАО «Полиметалл», а также
одного из видов вторичного сырья - электронного лома (85 - 90% Ад, до 10%
Си и Zn). В ходе укрупненных испытаний на оборудовании опытно -
производственного цеха ОАО «Красцветмет» переработано 25.0 кг цинкового
цементата, содержащего от 64.0 до 87.0% серебра. Получено 15.5 кг порошка
серебра, удовлетворяющего требованиям ТУ 48-1-702-87 «Порошок
серебряный» (акт о проведении опытно - промышленных испытаний от 07.04.2011). Внедрение предложенной технологии позволит значительно повысить извлечение серебра в готовую продукцию, в 3 - 4 раза сократить продолжительность технологического цикла, в 10 - 12 раз снизить затраты на электроэнергию за счет исключения пирометаллургических операций.
Проведены испытания по получению электролитических порошков заданной крупности, в результате которых получено 20.2 кг электролитического порошка серебра, из которых 9.0 соответствовали марке ПСр 1 крупностью (-56) мкм, 11.2 кг - марке ПСр 2 (-160) мкм (акт о проведении опытно - промышленных испытаний от 05.02.2010). Серебряные порошки, благодаря широкому применению в электротехнической промышленности, позволили расширить ассортимент выпускаемой продукции на ОАО «Красцветмет».
На защиту выносятся:
гидрометаллургическая технология переработки серебросодержащего сырья с получением аффинированного металла;
совокупность данных по выбору условий формирования электролитических порошков серебра заданной крупности.
Личное участие автора.
В работе представлены результаты, полученные лично автором на стадии исследований, лабораторных и опытно-промышленных испытаний. Эксперименты по осаждению серебра из модельных нитратных растворов, а также идентификация полученных осадков методами ИК спектроскопии, термогравиметрии и рентгенофазового анализа выполнены при непосредственном участии автора на кафедре Химии и технологии редких и рассеянных элементов им. К.А.Большакова МИТХТ им. М.В.Ломоносова. Диссертант является исполнительным лицом по проведению испытаний разработанной им технологии получения аффинированного серебра на базе опытно - производственного цеха ОАО «Красцветмет».
Апробация работы.
Основные результаты работы доложены на I Международном конгрессе «Цветные металлы Сибири» (г. Красноярск, 8 - 10 сентября 2009 г.), Международной научно-практической конференции «Металлургия цветных металлов. Проблемы и перспективы» (МИСиС, г. Москва, 16-18 февраля 2009 г.), XIX Международной Черняевскои конференции по химии, аналитике и технологии платиновых металлов (г. Новосибирск, 4-8 октября 2010 г.), Международной научно-технической конференции молодых ученых и специалистов «Актуальные вопросы металлургии цветных металлов» (СФУ, г. Красноярск, 16-19 мая 2011 г.), IX Международной научно-технической конференции «Современные металлические материалы и технологии» (г. Санкт - Петербург, 22 - 24 июня 2011 г.), Ill Международном конгрессе «Цветные металлы Сибири» (г. Красноярск, 7-9 сентября 2011 г.).
Публикации по работе. По теме диссертации опубликовано 2 статьи в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 8 тезисов докладов, получен 1 патент на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертационная работа изложена на 130 страницах машинописного текста и содержит 34 таблицы и 35 рисунков. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, 3 глав с изложением основных экспериментальных результатов и их обсуждением, выводов и списка литературы, включающего 149 наименований.
Автор выражает глубокую благодарность за помощь в выполнении работы и ценные замечания сотрудникам опытно-производственного цеха ОАО «Красцветмет»: к.т.н. В.Д. Ильяшевичу, к.х.н. Л.К. Герасимовой, к.т.н. ЕМ. Павловой, к.т.н. В.А. Вострикову, к.т.н. Е.А.Павлову, к.т.н. С.Н. Мамонову.
