Исследование возможности утилизации серебросодержащих отходов фотопроизводства

Необходимость воспитания в обществе экологической и технологической культуры, создание малоотходных и безотходных способов переработки сырья, а также экономное расходование ресурсов требует создания теоретических основ получения материалов и полуфабрикатов с заранее заданными свойствами. Внедрение в жизнь этих идей позволит человечеству не только существовать без больших проблем длительное время, но и предотвратить собственное самоуничтожение.

В России существовали чудовищные моменты пренебрежения основными принципами природопользования. Например, в изобретениях экономия средств не могла выступить в качестве основной цели (а лишь второстепенной), хотя в зарубежных патентах основная цель — это экономия. Исходя из принципов бережного отношения к природе, любая исследовательская или технологическая работа должна быть использована в целях не только цивилизации, но и сохранения первооснов на Земле. В этом смысле данная работа весьма актуальна не только в смысле новизны, но и в смысле возможного примера для других технологических разработок по другому исходному сырью .

Несмотря на то, что в настоящее время накоплен огромный научный материал в химии переходных металлов, нельзя считать совершенными технологические процессы переработки различного сырья как с экономической, так и с экологической точки зрения. Поэтому, детальное рассмотрение растворимых форм любого рассеянного и редкого металла представляет большой интерес, поскольку для них, как правило, используются гидрометаллургические циклы либо для очистки, либо для выделения. Бережное отношение к вторичному сырью, в частности, к отходам фотоматериалов [1−9], позволяет существенно уменьшать расход первичного сырья, и в пределе возможен цикл обеспечения потребностей общества с постоянным и неизменным количеством вторичного сырья, по крайней мере, в некоторых отраслях. Постоянное совершенствование технологии [10−59] трудно осуществлять без соответствующего теоретического подхода. К традиционным способам такого рода относятся термодинамические расчеты, надежность которых подтверждена многолетним опытом [60−68].

Целью настоящей работы является разработка технологии утилизации серебросодержащих фотоотходов, имеющей физико-химическое обоснование оптимальности параметров и характеризующейся экономической и экологической целесообразностью при внедрении в реальное производство.

Поставленная цель достигается путем решения следующих задач: • определение социальной, экологической и технологической целесообразности переработки различных фотоотходов ;

• теоретическое исследование различных форм нахождения серебра как в жидком, так и твердом состоянии с целью создания теоретических основ переработки не только фотоотходов, но и любого другого сырья ;

• экспериментальное изучение влияния технологических параметров на процесс переработки фотоотходов ;

• создание комплекса рекомендаций для внедрения технологии переработки фотоотходов с учетом проблем экологии, экономики и технологии.

Данная задача не является масштабной в силу того, что зачастую рассматриваемое сырье сливается в канализацию вследствие нерентабельности переработки. Именно отсутствие масштабности и рождает актуальность. Появление обоснования позволило бы пересмотреть эту проблему и принять разумное решение, позволяющее связать вместе экономию, экологию и цивилизацию .

Научная новизна результатов, полученных в настоящей работе и выносимых на защиту, состоит в следующем:

• дано комплексное обоснование необходимости переработки фотоотходов, содержащих различные концентрации серебра;

• проведены термодинамические расчеты распределения серебра по растворимым формам в тиосульфатных, хлоридных, сульфитных, нитратных, сульфидных, гидроксидных и сульфатных растворах в зависимости от концентрации и комплексообразующего действия различных ионов;

• проведено экспериментальное исследование возможности переработки фотоотходов различного характера (фиксажные растворы, золы сжигания фотопленок, электролитические осадки) в шламовом производстве;

• разработан принципиально новый способ извлечения серебра из отработанных фиксажных растворов.

Практическая ценность работы заключается в создании комплекса рекомендаций для реального претворения в жизнь результатов диссертационной работы и дальнейшая возможность их использования путем создания передвижных малогабаритных установок и их эксплуатация не только в крупных, но и в мелких населенных пунктах с целью избежания слива фотоотходов в канализацию.

Автор считает своим приятным долгом выразить глубокую благодарность своему научному руководителю профессору Ю. Н. Макурину, научному консультанту к.х.н. H.A. Быкову, а также сотрудникам УГТУ-УПИ и ПТП «Медтехника», оказавшим дружескую поддержку при выполнении работы.

1.ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

Химия серебра имеет далекие исторические корни и непосредственно связана с технологией переработки сульфидных руд, содержащих, как правило, кроме серебра и его аналоги — медь и золото. Несмотря на то, что эти три элемента имеют много общего, они принципиально отличаются друг от друга. Например, хлориды меди хорошо растворяются в водных растворах, тогда как хлорид серебра является нерастворимой солью. Уникальные свойства галогенидов серебра — это их использование в фотоматериалах. Все это ведет к необходимости создания специальной технологии переработки серебросодержащего сырья с учетом всех особенностей [6,29,30,43,46−51,57].

1.1. Общие сведения.

Содержание серебра в земной коре незначительно (10″ 5 мас.%). Оно встречается как самородное, так и в виде сульфидов, селенидов, теллуридов, галогенидов и т. д. в различных минералах, содержащих, как правило, d-элементы (включая благородные металлы). Следует отметить, что в отличие от меди и золота, самородки серебра встречаются с золотом (кюстелит), медью, сурьмой, ртутью и платиной, что очевидно, связано с протеканием восстановительных процессов в халькогенидах в присутствии воды и водорода [57−59] .

Наиболее распространенными минералами серебра являются aKaHTHHT-Ag2S, apreHTHT-Ag2S, npycTHT-Ag3AsS3, пираргирит-АдзБЬБз, cтeфaнит-Ag5SbS4,полибазит- 8(Ag, Cu)2S*Sb2S3, кераргирит-AgCl [57−58].

Интересно подчеркнуть, что при окислении сульфида серебра образуется сульфат Ag2S04 (частично растворим), который вымывается природными водами, что ведет к восстановлению серебра сульфатом железа (И) [57−59]:

Ag2S04+2FeS04=2Ag+Fe (S04)3 (1.1).

Если же на пути этих вод встречаются хлориды, то серебро снова переходит в твердую фазу:

Ag2S04+2NaCl=2AgCl+Na2S04 (1.2).

Приблизительно 80% серебра получается при комплексной переработке полиметаллических сульфидных руд. При пирометаллургической переработке сульфидов свинца, цинка и меди серебро извлекается вместе с основным металлом, а в последующем производят разделение (отгонка, купелирование, электролиз). Достаточно большое количество серебра и других благородных металлов содержится в анодном шламе при рафинировании меди. В отличие от платиновых металлов и золота серебро растворяется азотной кислоте, что позволяет провести процесс фракционного растворения [57]. Рафинирование серебра можно осуществлять либо химическим, либо электролитическим способом.

В первом случае техническое серебро растворяют в азотной кислоте, проводят перекристаллизацию нитрата серебра, а затем его восстанавливают. Электрохимическое рафинирование полностью связано с режимами пропускания электрического тока через технологический раствор (в качестве анодов используется техническое серебро).

Общие выводы.

1.На основе литературных данных определена экономическая, технологическая и экологическая значимость разработки вопросов, связанных с химией серебросодержащих систем.

2.Дан термодинамический анализ равновесных состояний в тиосульфатных, хлоридных, сульфитных, нитратных, сульфидных, гидроксидных и сульфатных серебросодержащих системах, что позволило выбрать оптимальные варианты для проведения последующих экспериментальных работ.

3 .Экспериментально изучено выщелачивание катодных осадков и зол сжигания фотоматериалов, что позволило установить характерные особенности кинетических параметров процесса, которые связаны с формированием на поверхности твердой фазы защитных пленок оксидного и сульфидного характера.

4.Экспериментально установлены режимы электрохимического концентрирования серебра с использованием разбавленных (по серебру) растворов фотопроизводства.

5.Установлено, что состав катодных осадков в значительной степени зависит от плотности тока, при ее больших значениях образуются только сульфиды.

6.Проведены исследования по выяснению возможности дальнейшей переработки получаемого на ПТП «Медтехника» серебросодержащего продукта в шламовом производстве.

7.С внедрением полученных результатов получаемый на ПТП «Медтехника» серебросодержащий продукт перерабатывается на уральских предприятиях, благодаря чему отпала необходимость отправлять его на Щелковский завод ВДМ, что значительно сократило транспортные расходы.

8.Разработан принципиально новый способ утилизации серебра из отработанных фиксажных растворов, на который оформлена заявка на изобретение.