Wydział: Metali Nieżelaznych	Data wykonania ćwiczenia: 25.04.2016
KIERUNEK: METALURGIA	ROK STUDIÓW: III
PRZEDMIOT: Podstawy recyklingu metali	NUMER ĆWICZENIA: 3
TYTUŁ ĆWICZENIA: Odzysk cynku z zachlorowanych roztworów odpadowych
Grupa nr: 2	Data oddania sprawozdania: 1.06.2016
Zespół nr: 2 Bartosz Jakimko Justyna Juszkiewicz Karol Krukowski Artur Pałka	Data oddania sprawozdania do poprawy:

1. Wstęp teoretyczny

Materiały cynkonośne, takie jak pyły z przetopu katod, zawierają duże ilości cynku. Pomimo dużej zawartości cynku w tych materiałach wprowadzenie ich do cyklu technologicznego otrzymywania tego metalu na drodze elektrolizy, wiąże się z koniecznością przeprowadzenia dodatkowej operacji odchlorowania. Również, ze względu na zawartość w nich metali toksycznych, głównie ołowiu i kadmu, a także chloru i siarki, surowce te wymagają odpowiedniej przeróbki przed wykorzystaniem ich w przemyśle rolno – spożywczym, który narzuca wysokie wymagania odnośnie zawartości tych metalu w tlenku cynku. Wynoszą Ole dla ołowiu <0,03%, dla kadmu < 0,003%, dla żelaza <0,4% oraz dla chloru < 0,03%. Stężenie tych metali w odpadach cynkonośnych znacznie przekracza ich dopuszczalne zawartości. Z tego względu dąży się do uzyskania takiego produktu, w którym stężenie szkodliwych składników będzie mieścić się w dopuszczalnych granicach.

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z technologią odzysku cynku w postaci ZnO z zachlorowanych roztworów odpadowych.

1. Przebieg ćwiczenia

Początkowo do zlewki o pojemności 500 ml wlano roztwór chlorku cynku o stężeniu 20 g_zn/dm³. Następnie na podstawie obliczeń stechiometrycznych (ZnCl₂ + (NH₄)2CO₃ = ZnCO₃ + 2NH₄Cl) obliczono masę węglanu potrzebną do strącenia węglanu cynku- z nadmiarem 20% i rozpuszczono w 100 ml wody destylowanej za pomocą mieszadła. Kolejnym etapem było dolanie przygotowanego roztworu do zlewki zawierającej ZnCl₂. Gdy wytrącił się osad roztwór umieszczono w łaźni wodnej (temperatura 50^oC na czas 15 minut). Osad przefiltrowano i umieszczono w tyglu alundowym, który to umieszczono w suszarce laboratoryjnej (105 ^oC; 15 minut). Wysuszony osad węglanu cynku włożono do pieca (500 ^oC; 30 minut) w celu rozkładu węglanu na tlenek cynku i dwutlenek węgla wg reakcji ZnCO₃ = ZnO + CO₂. Po wyprażeniu i wystudzeniu zważono otrzymany tlenek cynku.

1. Obliczenie ilości węglanu potrzebnego do strącenia węglanu cynku:

ZnCl₂+(NH₄)₂CO₃ = ZnCO₃+2NH₄Cl

MZn = 65 g/mol

M(NH₄)₂CO₃ = 96 g/mol

65 – 96

10 g – x

X= 14,77g * 20% (nadmiar w stosunku do ilości stechiometrycznej) = 17,72 g

1. Obliczenie stopnia uzysku tlenku cynku:

Z reakcji rozpadu węglanu cynku otrzymujemy tlenek cynków i dwutlenek węgla. Ze stosunku stechiometrycznego wyliczamy ilość gram cynku.

ZnCO₃ = ZnO + CO₂

Masa cynku w badanym roztworze: 10 g

Masa tlenku cynku (po wyprażeniu węglanu cynku ): 10,492 g

Masa tlenu- 16g

Masa cynku 65,4g

16g+65,4- 10,492

65,4- x

X=8,43

Stopień uzysku tlenku cynku: $\frac{\text{Masa\ cynku\ \ uzyskanego\ w\ postaci\ ZnO}}{\text{Masa\ cynku\ w\ badanym\ roztworze}}$ *100 %

Stopień uzysku tlenku cynku: $\frac{8,43\ g\ \ }{10\ g}$ *100 % = 84,3 %

1. Obliczenie temperatury inwersji węglanu cynku:

Na podstawie równania ZnCO₃ = ZnO + CO₂ przy użyciu programu HSC Chemistry obliczono :

T	∆H	∆S	∆G
[K]	[kJ]	[J/K]	[kJ]
400	68,321	173,631	-1,131
500	67,092	170,923	-18,369
600	64,941	167,025	-35,274
700	61,857	162,29	-51,746
800	57,713	156,773	-67,705
900	52,439	150,574	-83,078
1000	45,992	143,793	-97,801
1100	38,346	136,514	-111,82

• Δ H₀ = 57087,63 J

• ΔS₀ = 157,68 J/K (podane wartości są wartościami uśrednionymi), stąd:

T_inw= Δ H₀/ Δ S₀

T_inw= 57087,63/157,68 = 362,02 K

1. Wnioski:

Przeprowadzone doświadczenie miało na celu uzyskanie tlenku cynku z odpadowych roztworów ZnCl₂. Tą metodą można uzyskać znaczne ilości cynku z odpadowych roztworów. Dzięki temu odzyskany na skalę przemysłową tlenek cynku może być wykorzystywany na dalszej drodze hydrometalurgicznych sposobów przeróbki, do otrzymywania cynku. W naszym przypadku uzysk cynku wyniósł 84,3[%] co mogło być spowodowane stratami węglanu cynku, który osadził się na sączku.