Published November 11, 2025 | Version v1
Journal article Open

CHEMICAL KINETICS AND INTERFACIAL ELECTRON TRANSFER IN THE HYDRAZINE REDUCTION OF ZINC FERRITE

Authors/Creators

  • 1. Almalyk State Technical Institute

Description

This study investigates the hydrazine-assisted reduction of zinc ferrite (ZnFe₂O₄), a major phase in zinc hydrometallurgical residues, with the aim of developing an energy-efficient and selective decomposition process. The experimental results revealed that the reduction follows a pseudo-first-order kinetic model with respect to hydrazine concentration and a surface-controlled mechanism with an activation energy of approximately 45 kJ mol⁻¹. Spectroscopic analyses confirmed the conversion of Fe³⁺ to Fe²⁺ and the formation of Zn(OH)₂ and Fe(OH)₂ phases, which significantly improve subsequent acid leaching efficiency. The proposed interfacial electron-transfer mechanism demonstrates that hydrazine can effectively decompose zinc ferrite under mild conditions (60–90 °C), producing only nitrogen and water as by-products. This approach provides a sustainable solution for improving metal recovery and minimizing environmental impact in zinc hydrometallurgical operations. 

Abstract (Russian)

В данной работе исследован процесс восстановления цинковой ферритной фазы (ZnFe₂O₄), содержащейся в гидрометаллургических отходах цинка, с использованием гидразина в качестве восстановителя. Экспериментальные результаты показали, что реакция подчиняется кинетике псевдопервого порядка по концентрации гидразина и имеет поверхностноконтролируемый механизм с энергией активации около 45 кДж/моль. Спектроскопические исследования подтвердили восстановление Fe³⁺ до Fe²⁺
и образование фаз Zn(OH)₂ и Fe(OH)₂, что повышает эффективность последующего кислотного выщелачивания. Предложенный межфазный механизм переноса электрона показывает, что гидразин эффективно
разлагает цинковый феррит при мягких условиях (60–90 °C), образуя безвредные продукты — азот и воду. Разработанный подход способствует устойчивому развитию цветной металлургии, повышая извлечение металлов и снижая экологическую нагрузку. 

Abstract (Uzbek)

Ushbu tadqiqotda rux ishlab chiqarish gidrometallurgiya chiqindilaridagi asosiy faza — rux ferriti (ZnFe₂O₄)ning gidrazin yordamida qaytarilish jarayoni o‘rganildi. Tadqiqot natijalari bu jarayonning gidrazin konsentratsiyasiga nisbatan psevdobirinchi tartibli kinetika asosida kechishini va yuzada boshqariluvchi mexanizmga ega ekanligini (Ea ≈ 45 kJ/mol) ko‘rsatdi. Spektroskopik tahlillar Fe³⁺ ning Fe²⁺ ga qaytarilishini hamda Zn(OH)₂ va Fe(OH)₂ fazalarining hosil bo‘lishini tasdiqladi, bu esa keyingi kislota bilan yuvish samaradorligini sezilarli darajada oshiradi. Taklif etilgan interfazaviy elektron almashinuvi mexanizmi shuni ko‘rsatadiki, gidrazin 60–90 °C kabi yumshoq sharoitlarda rux ferritni samarali parchalab, faqat azot va suv hosil qiladi. Ushbu yondashuv rux ishlab chiqarishning gidrometallurgik jarayonlarida metallni qayta olish samaradorligini oshiruvchi va ekologik xavfsiz texnologik yechim sifatida
tavsiya etiladi. 

Files

2525.pdf

Files (1.5 MB)

Name Size Download all
md5:100dd48ba4d12a5d4d45b3b429362889
1.5 MB Preview Download

Additional details

References

  • Khaydaraliev Kh.R., Hojiyev Sh.T., Shaymanov I.I., Ramazanova Z.B. Zinc prices and main producing countries in the last decade // "Kimyo sanoatining dolzarb muammolari, innovatsion yechimlari va istiqbollari" nomli xalqaro ilmiyamaliy anjumani to'plami, Olmaliq, 1-2 noyabr, 2024 y. S. 294-295.
  • Khojiev Sh.T., Rakhmataliev Sh.A., Tulaganov M.I., Rakhmonaliyev M.M. Modern technologies of zinc production // Моя профессиональная карьера, 2022, 35(8). С. 266-275.
  • Toshpulatov D.D., Khojiev Sh.T., Berdiyarov B.T. Study of the possibilities of the metallothermic reduction process of zinc ferrite // Proceedings of international scientific and scientific-technical conference on "Practical and Innovative Scientific Research: Current Problems, Achievements and Innovations (Dedicated to the memory of professor A.A. Yusupkhodjaev)", Tashkent, December 6, 2021. P. 386 – 388.
  • Askarova N.M., Boltayev O.N., Hojiyev Sh.T., Axmedova N.E. Gidrolizlashdan olingan temir (II)-gidroksidi cho'kmasidan gematit olish jarayonining termodinamikasi va kinetikasi // Development of Science. – 2025. – Vol. 2. – № 9. – P. 61–68.
  • Zhang C., Deng Y. Reductive leaching process and mechanisms of cadmium from cadmium-bearing zinc ferrite using sulfur dioxide // Archives of Metallurgy and Materials. – 2024. – T. 69, № 2. – P. 289-299.
  • Li B., Tan J., Wei C., Chen X., Chen Y., Guo H. Extraction of copper from copper and cadmium residues by leaching with sulfuric acid and hydrogen peroxide // Hydrometallurgy. – 2018. – T. 180. – P. 245-254.
  • Hao J., Zhang H., Liu S., Meng S., Jiang C., He Y. Optimizing the leaching parameters and studying the leaching kinetics of copper from waste printed circuit boards in H₂SO₄-H₂O₂ system // ACS Omega. – 2022. – T. 7, № 2. – P. 1546-1554.
  • Kolbadinejad S., Javadpour S., Jahangiri A., Rashchi F. Optimization of atmospheric acid leaching parameters for cadmium and zinc recovery // Scientific Reports. – 2024. – T. 14, № 1. – P. 52088.
  • Gargul K., Mura M., Klemm R., Chelminska U., Gora S. Studies on the hydrometallurgical transfer of lead, copper, and iron from direct-to-blister copper flash smelting slag to solution using L-ascorbic acid // Molecules. – 2025. – T. 30, № 6. – P. 1365.
  • He F., Yuan B., Jiang Z., Cai J. Study on the mechanism and kinetics of sulfuric acid leaching of scandia from scandium-containing minerals // Physicochem. Probl. Miner. Process. – 2022. – T. 57, № 2. – P. 71-83
  • Shi Y., Yin H., Xu C., Wang X., Liu H. Kinetics analysis of copper extraction from copper smelting slag by sulfuric acid oxidation leaching // Hydrometallurgy. – 2024. – T. 219. – P. 106115.
  • Khojiev Sh.T., Saidova M.S., Mirzajonova S.B., Ibrokhimov H.X., Ismatov Sh.O'. Development of Technology for Processing Zinc Cakes Based on the Use of Petroleum Coke // International Journal of Academic Engineering Research, 6(6), 2022. P. 23-28.
  • Якубов М. М., Холикулов Д. Б., Ёкубов О. М., Хайдаралиев Х. Р. Разработка эффективной технологии гидрометаллургической переработки цинковых кеков АО «Алмалыкский ГМК» // Цветные металлы. — 2025. — № 2. – С. 33–40.
  • Khojiev Sh.T., Rakhmataliev Sh.A., Saidova M.S., Suyarova M.N., Esonova M.O. Enhancing Zinc Extraction Efficiency from Insoluble Zinc Cake through Citric Acid Leaching: A Hydrometallurgical Approach // International Journal of Engineering and Information Systems, 8(4), 2024. P. 22-29.
  • Kholikulov D.B., Khaydaraliev Kh.R., Khojiev Sh.T. Mineralogical investigation of zinc cake generated in Almalyk zinc production // Proceedings of the International Conference on Integrated Innovative Development of Zarafshan Region: Achievements, Challenges and Prospects. – Navoi, 2025. – P. 401–402.
  • Якубов М.М., Холиқулов Д.Б., Ёкубов О.М., Хайдаралиев Х.Р., Максудхўжаева М.С. Инновaционные технологии переработки цинковых кеков // Kompozitsion materiallar. – 2024. – №1. – С. 129–131.
  • Якубов М.М., Холиқулов Д.Б., Ёкубов О.М., Максудхўжаева М.С., Хайдаралиев Х.Р. Усовершенствование технологии гидрометаллургической переработки цинковых концентратов на АО «Алмалыкский ГМК» // Kompozitsion materiallar. – 2023. – №4. – С. 222–224.
  • Холикулов Д.Б., Хайдаралиев Х.Р., Хожиев Ш.Т., Муталибхонов С.С. Термодинамический анализ выщелачивания феррита цинка серной кислотой с использованием гидразина сульфата // Химическая технология и техника: материалы докладов 89-й Междунар. науч.-техн. конф. Минск, 2025. – С. 87– 90.