Теоретическая и прикладная экология1995-43012618-840610.25750/1995-4301-2026-3-123-130OtherО возможности применения винной кислоты и её солей при утилизации отработанных электролитов медненияOn the possibility of tartaric acid and its salts application when disposing of waste copper plating electrolytesШумиловаМ. А.ShumilovaM. A.shumilovama@udman.ruhttps://orcid.org/0000-0001-5582-0258ЧаусовФ. Ф.ChausovF. F.https://orcid.org/0000-0003-4950-2370ЖировД. К.ZhirovD. K.https://orcid.org/0000-0003-4475-8561НовожиловК. А.NovozhivK. A.https://orcid.org/0009-0005-2905-471XUdmurt Federal Research Center of the Ural Branch of the Russian Academy of SciencesIzhevskRussiaУдмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАНИжевскРоссия290920263123130

Отработанные электролиты, представляя угрозу для окружающей среды при несанкционированном сливе, являются вторичным источником получения цветных металлов. Проведены исследования по определению оптимальных условий и физико-химических закономерностей образования тартатов меди(II), полученных в результате осаждения отработанного электролита меднения растворами винной кислот и её солей. Установлено, что мольное соотношение реагент:медь(II) для винной кислоты и тартрата аммония равняется 2:1, а для тартрата калия-натрия - 1,5:1. Степень извлечения меди из электролита превышает 98 % при pH 3,5-4,0. Найдено, что реакцию ионов меди с раствором винной кислоты лучше осуществлять в режиме синхронного осаждения, а взаимодействие с солями винной кислоты лучше проводить в варианте прямого осаждения. Описана работа предлагаемого технологического модуля по выделению концентратов меди из отработанного электролита. Ежегодно в России в гальванические стоки попадает до 2500 т меди стоимостью 580-620 тыс. руб./т; таким образом, использование предлагаемого модуля позволяет осуществить возврат ценного металла, обеспечивая существенную компенсацию затрат.

Spent electrolytes, which pose a threat to the environment if unauthorized, are a secondary source for obtaining non-ferrous metals. Research has been conducted to determine the optimal conditions and physicochemical patterns of formation of copper(II) tartrates obtained as a result of precipitation of waste copper plating electrolyte (WCPE) with solutions of tartaric acid and its salts. It was established that the molar ratio of reagent:copper(II) for tartaric acid and ammonium tartrate is 2:1, and for potassium sodium tartrate - 1.5:1. The extraction ratio of copper from the electrolyte exceeds 98 % in the pH range of 3.5-4.0. We studied the effect of the order of reagent mixing on the completeness of metal ions extraction from WCPE, as well as the structure and composition of the resulting precipitates. It was found that the reaction of copper ions with a tartaric acid solution is best carried out in the synchronous precipitation mode, and the interaction with tartaric acid salts is best carried out in the direct precipitation mode. Using synchronous thermal analysis, it was proven that in the direct precipitation mode, monohydrate is formed, and in the synchronous mode, copper tartrate dihydrate is formed. Consequently, the production process technology must provide for the possibility of using both direct and synchronous deposition of metals, based on the optimal conditions for their isolation. The operation of the proposed technological module for the extraction of copper concentrates from spent electrolyte is described.

отработанный раствор меднениявинная кислотакалий-натрий виннокислыйтартрат аммонияпрямое осаждениесинхронное осаждениетехнологический модульwaste copper plating solutiontartaric acidpotassium-sodium tartrateammonium tartratedirect precipitationsynchronous precipitationprocess moduleАшуйко В.А., Акулич Н.Е., Иванова Н.П., Кандидатова И.Н. Получение окрашенных соединений меди из отработанных электролитов меднения и изучение возможности их использования в качестве антикоррозионных пигментов // Свиридовские чтения: сб. статей. Вып. 12. Минск: БГУ, 2016. С. 40–46.Мажуга А.Г., Колесников В.А., Сахаров Д.А., Корольков М.В. Техногенные отходы I–II классов опасности – ресурс для получения вторичных продуктов // Теоретическая и прикладная экология. 2020. № 4. С. 34–42. doi: 10.25750/1995-4301-2020-4-061-067Лемешев 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: 10.25750/1995-4301-2021-4-140-147Миронов В.А., Шишкин А.Ю., Трейс Ю.К., Поляков А.В. Извлечение меди из водных растворов с использованием железных порошковых материалов // Журн. Белорус. гос. ун-та. Экология. 2018. № 1. С. 97–102.Turaev D.Yu., Kolesnikov V.A., Popov A.N. Theoretical and practical basis of the regeneration and disposal of sulfuric copper etching solutions used in the production of printed circuit boards by membrane and membraneless electrolysis // Theor. Found. Chem. Eng. 2021. V. 55. No. 1. P. 80–90. doi: 10.1134/S0040579521010140Dashti A., Amirkhani F., Jokar M., Mohammadi A.H., Chau K.W. Insights into the estimation of heavy metals ions sorption from aqueous environment onto natural zeolite // Int. J. Environ. Sci. Technol. 2021. V. 18. P. 1773–1784. doi: 10.1007/s13762-020-02912-9Rahim A.R.A., Iswarya, Johari K., Shehzad N., Saman N., Mat H. Conversion of coconut waste into cost effective adsorbent for Cu(II) and Ni(II) removal from aqueous solutions // Environ. Eng. Res. 2021. V. 26. No. 4. Article No. 200250. doi: 10.4491/eer.2020.250Акимов И.И., Хохлова Е.Ф. Очистка сточных вод от меди методом реагентного осаждения // Сборник научных трудов XIII Национальной научно-технической конференции. М.: Союз машиностроителей России, 2024. С. 21–23. doi: 10.24412/CL-35807-2024-1-21-23Подчайнова В.Н., Симонова Л.Н. Медь. М.: Наука, 1990. 279 с.Levanov A.V., Chukanova A.E., Isaikina, O.Ya. Solubility product of divalent copper salts with dicarboxylic acids // Russ. J. Phys. Chem. 2024. V. 98. P. 406–413. doi: 10.1134/S0036024424030117Andriychenko E.O., Zelenov V.I., Bovyka V.E., Bukov N.N. Electrochemical synthesis of porous copper(II) oxide microparticles with rectangular hexagonal morphology // Russ. J. Gen. Chem. 2021. V. 91. No. 4. P. 707–710. doi: 10.1134/S1070363221040204Jian F., Zhao P., Wang Q. Synthesis and crystal structure of a novel tartrate copper(II) two-dimensional coordination polymer: {[Cu2(C4H4O6)2(H2O)2]·4H2O}∞ // J. Coord. Chem. 2005. V. 58. No. 13. P. 1133–1138. doi: 10.1080/00958970500148446Albrecht S., Klüfers P. The structural chemistry of text-book species: the tartrato-cuprates in Fehling’s solution // Z. Anorg. Allg. Chem. 2013. V. 639. No. 2. P. 280–284. doi: 10.1002/zaac.201200458Al-Dajani M.T.M., Abdallah H.H., Mohamed N., Hemamalini M., Fun H.K. Diaquabis(hydrogen tartrato) copper(II) dihydrate // Acta Crystallogr. Sect. E Struct. Rep. Online. 2010. V. 66. Pt. 7. P. m774–m775. doi: 10.1107/s160053681002115xLiu Y.H., Lee S.H., Chiang J.C., Chen P.C., Chien P.H., Yang C.I. Dehydration induced 2D-to-3D crystal-to-crystal network re-assembly and ferromagnetism tuning within two chiral copper(II)-tartrate coordination polymers // Dalton Trans. 2013. V. 42. No. 48. P. 16857–16867. doi: 10.1039/c3dt52330fАналитическая химия. Физические и физикохимические методы анализа / Под ред. О.М. Петрухина. М.: Химия, 2001. 496 с.Ashujko V.A., Akulich N.E., Ivanova N.P., Kandidatova I.N. Obtaining colored copper compounds from spent copper electrolytes and studying the possibility of their use as anticorrosive pigments // Sviridov readings: collection of articles. Iss. 12. Minsk: BGU, 2016. Р. 40–46 (in Russian).Mazhuga A.G., Kolesnikov V.A., Sakharov D.A., Korolkov M.V. Technogenic waste of I and II hazard classes – a resource for obtaining secondary products // Theoretical and Applied Ecology. 2020. No. 4. P. 34–42 (in Russian). doi: 10.25750/1995-4301-2020-4-061-067Lemeshev 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.Mironov V.A., Shishkin A.Yu., Trejs Yu.K., Polyakov A.A. Extraction of cooper from aqueus solutions using iron powder // J. Belarus. State Univ. Ecol. 2018. No. 1. P. 97–102 (in Russian).Turaev D.Yu., Kolesnikov V.A., Popov A.N. Theoretical and practical basis of the regeneration and disposal of sulfuric copper etching solutions used in the production of printed circuit boards by membrane and membraneless electrolysis // Theor. Found. Chem. Eng. 2021. V. 55. No. 1. P. 80–90. doi: 10.1134/S0040579521010140Dashti A., Amirkhani F., Jokar M., Mohammadi A.H., Chau K.W. Insights into the estimation of heavy metals ions sorption from aqueous environment onto natural zeolite // Int. J. Environ. Sci. Technol. 2021. V. 18. P. 1773–1784. doi: 10.1007/s13762-020-02912-9Rahim A.R.A., Iswarya, Johari K., Shehzad N., Saman N., Mat H. Conversion of coconut waste into cost effective adsorbent for Cu(II) and Ni(II) removal from aqueous solutions // Environ. Eng. Res. 2021. V. 26. No. 4. Article No. 200250. doi: 10.4491/eer.2020.250Akimov I.I., Khokhlova E.F. Wastewater treatment from copper by reagent deposition // Collection of proceedings of the XIII National scientific and technical conference. Moskva: Soyuz mashinostroiteley Rossii, 2024. P. 21–23 (in Russian). doi: 10.24412/CL-35807-2024-1-21-23Podchaynova V.N., Simonova L.N. Copper. Moskva: Nauka Publ., 1990. 279 p.Levanov A.V., Chukanova A.E., Isaikina O.Ya. Solubility product of divalent copper salts with dicarboxylic acids // Russ. J. Phys. Chem. 2024. V. 98. P. 406–413. doi: 10.1134/S0036024424030117Andriychenko E.O., Zelenov V.I., Bovyka V.E., Bukov N.N. Electrochemical synthesis of porous copper(II) oxide microparticles with rectangular hexagonal morphology // Russ. J. Gen. Chem. 2021. V. 91. No. 4. P. 707–710. doi: 10.1134/S1070363221040204Jian F., Zhao P., Wang Q. Synthesis and crystal structure of a novel tartrate copper(II) two-dimensional coordination polymer: {[Cu2(C4H4O6)2(H2O)2]·4H2O}∞ // J. Coord. Chem. 2005. V. 58. P. 1133–1138. doi: 10.1080/00958970500148446Albrecht S., Klüfers P. The structural chemistry of text-book species: the tartrato-cuprates in Fehling’s solution // Z. Anorg. Allg. Chem. 2013. V. 639. No. 2. P. 280–284. doi: 10.1002/zaac.201200458Al-Dajani M.T.M., Abdallah H.H., Mohamed N., Hemamalini M., Fun H.-K. Diaquabis(hydrogen tartrato)copper(II) dehydrate // Acta Crystallogr. Sect. E Struct. Rep. Online. 2010. V. 66. Pt. 7. P. m774–m775. doi: 10.1107/s160053681002115xLiu Y.H., Lee S.H., Chiang J.C., Chen P.C., Chien P.H., Yang C.I. Dehydration induced 2D-to-3D crystal-to-crystal network re-assembly and ferromagnetism tuning within two chiral copper(II)-tartrate coordination polymers // Dalton Trans. 2013. V. 42. No. 48. P. 16857–16867. doi: 10.1039/c3dt52330fAnalytical chemistry. Physical and physicochemical methods of analysis / Ed. O.M. Petrukhin. Moskva: Khimiya Publ., 2001. 496 р. (in Russian).