Kinetics of reduction of lead chloride and oxychloride  with sodium carbonate

Г.Ж. Moлдабаева; Б.С. Баимбетов; Е.Б.  Тажиев; A.A.  Даулетбакова; Г.M. Қойшина; С.K.  Джуманкулова; М.Д. Тұран; A.A.  Искендиров

doi:10.51301/ejsu.2026.i3.01

Авторы

Г.Ж. Moлдабаева Satbayev University, Қазақстан
Б.С. Баимбетов Satbayev University, Қазақстан
Е.Б. Тажиев Satbayev University, Қазақстан
A.A. Даулетбакова Satbayev University, Қазақстан
Г.M. Қойшина Satbayev University, Қазақстан
С.K. Джуманкулова Satbayev University, Қазақстан
М.Д. Тұран Фырат Университеті,Түркия
A.A. Искендиров Satbayev University, Қазақстан

##plugins.pubIds.doi.readerDisplayName##:

https://doi.org/10.51301/ejsu.2026.i3.01

Ключевые слова:

қорғасын құрамды шаң, қорғасын хлориді, натрий карбонаты, тотықсыздандырып электрбалқыту, қатты фазалы реакциялар кинетикасы, энергия активациясы, термогравиметриялық талдау

Аннотация

Осы мақалада көміртектің қатысуымен қорғасын хлориді (PbCl₂) мен қорғасын оксихлоридінің (PbO·PbCl₂) натрий карбонатымен тотықсыздана әрекеттесуінің кинетикалық заңдылықтары зерттелді. Зерттеудің өзектілігі екінші реттік өндірістен алынатын қорғасынқұрамды шаңдарды өңдеудің тиімді технологияларын әзірлеу және натрийқұрамды флюстердің құрамын оңтайландыру қажеттілігімен негізделеді. Кинетикалық зерттеулер PbCl₂–Na₂CO₃–C жүйесі үшін 800-1100°C және PbO·PbCl₂–Na₂CO₃–C жүйесі үшін 500-800ºC температура аралығында изотермиялық жағдайларда термогравиметриялық әдіспен жүргізілді. Тотықсыздана әрекеттесу процесі түрлену дәрежесінің артуына қарай шектейтін сатының өзгеруімен сипатталатын көпсатылы механизм бойынша жүретіні анықталды. PbCl₂–Na₂CO₃–C жүйесі үшін процестің бастапқы бөлігі бірінші реттік реакция теңдеуімен қанағаттанарлық сипатталады, бұл химиялық бақылаудың басым екенін көрсетеді; осы сатыдағы көрінетін энергия активациясы 33.5 кДж/мольді құрайды. Түрлену дәрежесінің артуымен энергия активациясының 62-80 кДж/мольге дейін өсуі байқалады, бұл процестің диффузиялық және құрылымдық шектеулермен күрделенген режимге ауысуын көрсетеді. PbO·PbCl₂–Na₂CO₃–C жүйесі жоғары реакциялық қабілетімен және түрленудің едәуір дәрежелеріне жылдам жетуімен сипатталады. Орташа түрлену дәрежелерінде процесс негізінен химиялық бақылау жағдайында жүреді (E_a ≈ 43-44 кДж/моль), алайда α ≥ 55% кезінде энергия активациясының 74 кДж/мольге дейін өсуі байқалады, бұл массаалмасу әсерінің күшейетінін көрсетеді. Қорғасын оксихлоридінің құрылымындағы оттегінің болуы натрийқұрамды флюстік жүйелердегі тотықсыздандыру процесінің кинетикалық сипаттамаларына елеулі әсер ететіні көрсетілді. Алынған нәтижелер қорғасынқұрамды шаңдарды өңдеудің технологиялық схемаларын оңтайландыруда, металды шығару дәрежесін арттыру және процестің энергия тиімділігін жоғарылату мақсатында қолданылуы мүмкін.

Библиографические ссылки

International Lead Association. (2014). Lead recycling: Sustain-ability in action (Technical report). Retrieved from: https://www.ila-lead.org/UserFiles/File/ILA9927%20FS_Recycling_2014.pdf

Ichlas, Z.T., Rustandi, R.A., & Mubarok, M.Z. (2020). Selective nitric acid leaching for recycling of lead-bearing solder dross. Journal of Cleaner Production, 264, 121675. https://doi.org/10.1016/j.jclepro.2020.121675

Bača, P., & Vanýsek, P. (2023). Issues concerning manufacture and recycling of lead. Energies, 16(11), 4468. https://doi.org/10.3390/en16114468

Vivar, Y., Velásquez-Yévenes, L., & Vargas, C. (2025). Sus-tainable recovery of lead from secondary waste in chloride me-dium: A review. Minerals, 15(3), 244. https://doi.org/10.3390/min15030244

Precedence Research. (n.d.). Recycled lead market report. Re-trieved from: https://www.precedenceresearch.com/recycled-lead-market

Díaz, G., & Andrews, D. (1996). Placid: A clean process for recycling lead from batteries. JOM, 48, 29-31. https://doi.org/10.1007/BF03221358

Ferracin, L.C., Chácon-Sanhueza, A.E., Davoglio, R.A., Rocha, L.O., Caffeu, D.J., Fontanetti, A.R., Rocha-Filho, R.C., Biag-gio, S.R., & Bocchi, N. (2002). Lead recovery from a typical Brazilian sludge of exhausted lead–acid batteries using an elec-trohydrometallurgical process. Hydrometallurgy, 65(2-3), 137-144. https://doi.org/10.1016/S0304-386X(02)00087-7

Barbin, N.M., Kazantsev, G.F., Moiseev, G.K., & Vatolin, N.A. (2002). Lead recovery from PbO, PbCl₂, PbS, PbSO₄ and their mixtures in carbonate melts. Inorganic Materials, 38(12), 1216-1223. https://doi.org/10.1023/A:1021363102585

Ignatiev, V.S., & Koroteev, E.S. (2009). Industrial processing of lead chloride dust. Metallurgy Series, National Metallurgical Academy of Ukraine, 15, 141-143.

Zhang, X., Yang, L., Li, Y., Li, H., Wang, W., & Ye, B. (2012). Impacts of lead/zinc mining and smelting on the environment and human health in China. Environmental Monitoring and As-sessment, 184, 2261-2273. https://doi.org/10.1007/s10661-011-2115-6

Toyshybek, A.M., & Moldabayeva, G.Zh. (2018). Study of thermodynamic parameters of reactions during electric smelting of lead battery dusts. Vestnik KazNRTU, 1(125), 152-155.

Moldabayeva, G.Zh. (2023). Technologies for comprehensive processing of lead-containing waste in non-ferrous metallurgy. Almaty.

Gutiérrez Pérez, V.H., Osorio Hernández, J.D., Sánchez Al-varado, R.G., Cruz Ramírez, A., Olvera Vázquez, S.L., & Rive-ra Salinas, J.E. (2021). Lead recovery from a lead concentrate throughout direct Smelting reduction process with mixtures of Na2CO3 and SiC to 1000° C. Metals, 12(1), 58. https://doi.org/10.3390/met12010058

Salem, A., Tavakkoli-Osgouei, Y., & Jamshidi, S. (2010). Kinetic study of barite carbothermic reduction in the presence of sodium carbonate as catalyst. Iranian Journal of Chemical En-gineering, 7, 58-67.

Vignes, A. (2013). Extractive metallurgy 1: basic thermody-namics and kinetics. John Wiley & Sons. https://doi.org/10.1002/9781118618974

Sviridova, T.V. (2011). Solid-state chemistry: Topochemical kinetics. Belarusian State University, 23 p.

Pickles, C.A. (2008). Thermodynamic analysis of the selective carbothermic reduction of electric arc furnace dust. Journal of Hazardous Materials, 150(2), 265-278. https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2007.04.097

Muvunyi, R.A. (2023). Kinetics of Carbothermal Reduction of Electric Arc Furnace Dust from a Stainless Steel Plant: Muvunyi, Zheng, Li, Ma, Owusu-Acheaw, and Zhang. JOM, 75(4), 1137-1147. https://doi.org/10.1007/s11837-022-05682-6