Апр 06 2001

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Опубликовано в 12:42 в категории Утилизация отходов

ЭЛЕКТРОЛИТИЧЕСКОЕ ИЗВЛЕЧЕНИЕ ЦВЕТНЫХ МЕТАЛЛОВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ ПРОИЗВОДСТВ

Г.П. Приходько, И.Г. Сидоренко, В.М. Огенко, Г.М. Загоровский

Институт химии поверхности НАН Украины, г. Киев

Наиболее безопасными с экологической точки зрения являются замкнутые системы с оборотным водопользованием. В гальванотехнике, гидрометаллургии и других отраслях промышленности применение таких технологий возможно при условии очистки промывных вод, представляющих собой низкоконцентрированные (менее 1г×л-1) растворы солей цветных металлов, безреагентными методами.

Одним из перспективных методов решения этой проблемы является применение электролиза, который позволяет получать металлы в наиболее концентрированном виде и требует минимальных затрат энергии для их дальнейшей переработки. Однако, электролитическое извлечение цветных металлов из низкоконцентрированных водных растворов затруднено диффузионными ограничениями тока. Эта проблема может быть решена при помощи объемно-пористых проточных электродов, в частности катодов из углеродных волокнистых материалов [1-3]. При применении таких электродов для очистки промывных растворов производства печатных плат было обнаружено явление сращивания углеродных волокон кристаллами выделяющегося металла и ухудшение вследствие этого характеристик электрода [4]. Это обстоятельство побудило нас вести поиск дисперсных углеродных материалов с развитой поверхностью, которые дают возможность реализовать "псевдоожиженный" катод, лишенный этого недостатка.

Нами был предложен способ извлечения цветных металлов из низкоконцентрированных растворов в электролизерах проточного типа с катодом из терморасширенного графита [5]. Выбор материала обусловлен тем, что терморасширенный графит имеет большую удельную поверхность и поверхностные кислородсодержащие функциональные группы, которые могут быть центрами адсорбции ионов цветных металлов. При этом частички графита с металлическим покрытием оседают на дно элек-

тролизера и легко извлекаются без остановки процесса. Кроме того, металлизированный графит представляет собой ценный материал для изготовления антифрикционных изделий и нанесения, антифрикционных покрытий на поверхность деталей.

Терморасширенный графит получали по методике [6].

Для определения работоспособности компактных и дисперсных электродов из терморасширенного графита были исследованы их вольтамперные характеристики, которые снимали в трехэлектродной стеклянной ячейке с помощью потенциостата ПИ - 50 - 1.1 при поляризации рабочего электрода со скоростью развертки потенциала 5мВ×с-1. Вспомогательным электродом служила графитовая пластинка с размерами 40х10х3мм. В качестве электрода сравнения использовали насыщенный хлорсеребряный электрод. Рабочий электрод из компактного терморасширенного графита изготовляли путем запрессовки дисперсного материала в стеклянную трубку с внутренним диаметром 3мм, устанавливая ее на стеклянную пластинку. Рабочей поверхностью служил нижний торец полученного углеродного стерженька, а токоподводом - запрессованный в него медный провод.

Выделение меди и никеля из раствора вели в электролизере проточного типа, изготовленном из стеклянной трубки диаметром 30мм и длиной 150мм, с дисперсным катодом, расположенным в верхней части. В качестве токоподвода использовали кружок диаметром 29,5мм из никелевой фольги и нихромовый провод. Проток электролита осуществлялся через зазор между краем никелевого кружка и стенкой электролизера. Анодом служил графитовый стержень диаметром 6мм, помещенный для предотвращения контакта с частицами катода в стеклянную трубку.

Прокачку электролита вели перистальтическим насосом РР1- 05. Электролизер подключали к стабилизированному источнику питания постоянного тока Б5 - 49.

Силу тока контролировали комбинированным прибором Щ-4300. Определение содержания меди и никеля в растворе вели по методикам, описанным в [7], с помощью колориметра фотоэлектрического концентрационного КФК - 2МП. Для изготовления растворов использовали реактивы марки "ч.д.а".

На рис. 1. приведены вольтамперограммы электродов из прессованного ТРГ.

Введение в раствор ионов Cu2+ приводит к изменению формы поляризационных кривых и при содержании меди в растворе 20мг×л-1 процесс выделения меди на терморасширенном графите становится преобладающим. На поляризационных кривых отмечаются участки предельных токов, величина которых зависит от концентрации деполяризатора.

Рис.1. Циклические вольтамперные характеристики прессованного электрода в растворах с различным содержанием меди: 2 - 5; 3 - 10; 4 - 20; 5 - 50 мг×л-1 меди; 1 - обратная развертка потенциала для кривых 2, 3, 4,5.

I,мкА

Рис. 2. Поляризационные характеристики дисперсного электрода в растворах с различным содержанием меди: 1 - 0; 2 - 0,1; 3 - 0,2; 4 - 0,5; 5 - 1,0; 6 - 2,0; 7 - 5,0 мг×л-1 меди

При поляризации дисперсного электрода из терморасширенного графита наблюдаются те же явления (рис.2), однако величины тока на порядок выше по сравнению с таковыми для прессованных электродов, а предельные токи выделения меди начинают наблюдаться при содержании ее в растворе 2мг×л-1. Катодная плотность тока достигает 0,15А×дм-2 в расчете на габаритную площадь электрода, что вполне приемлемо для проведения электролиза с достаточной интенсивностью.

Как следует из результатов вольтамперометрии на катоду из терморасширенного графита идут побочные процессы вследствие чего выход металла по току не будет достигать 100%, что подтверждается результатами электролиза, приведенными в таблице.

Таблица. Зависимость выхода меди и никеля по току от концентрации электролита

Свход.,

мг×л-1

I×103, мкА

Свыхлд., мг×л-1

Извлечение

металла, %

Выход металла по току, %

Cu

Ni

Cu

Ni

Cu

Ni

1

1

4.0

0.1

92.0

2.5

2

1

2.0

0.4

0.3

60.1

70.1

5.3

6.2

3

5

2.2

0.6

0.2

88.4

96.0

9.5

12.0

4

10

2.5

0.1

0.1

99.0

99.0

15.6

15.6

5

20

2.8

0.3

0.15

95.5

99.2

17.2

18.3

6

50

3.5

0.2

0.1

99.5

99.8

29.8

30.9

7

100

3.7

0.5

0.2

99.6

99.8

37.2

39.0

8

200

4.0

0.7

0.4

99.5

99.7

44.5

46.1

9

500

6.0

0.6

0.2

99.8

99.9

50.0

52.8

Эксперименты по электролизу подтвердили результаты вольтамперометрических исследований электродов из ТРГ.

Исходя из результатов лабораторных опытов был спроектирован и изготовлен экспериментальный электрохимический реактор с катодом из дисперсного ТРГ для извлечения меди из промывных вод участка изготовления печатных плат производительностью 60л×час-1. Реактор представлял собой электролизер проточного типа с направленим потока очищаемой воды сверху вниз и имел размеры 1,5х0,35х1м. При токовой нагрузке 8А и напряжении 35В содержание меди в растворе снижалось со 100 до 2мг×л-1. Очищенная вода возвращалась в ванну промывки. Затраты электроэнергии на очистку 1м3 воды составляли 4,5кВт×час.

Электрохимический реактор с катодом из дисперсного ТРГ позволяет достичь той же степени извлечения меди из раствора, что и реактор с катодом из углеродного волокна при одинаковом расходе углеродного материала (100г/ 1кг извлеченного металла). Однако он имеет то преимущество, что не происходит ухудшение его характеристик в процессе эксплуатации за счет сращивания частиц катода кристаллами меди.

Литература

1. ВаренцовВ.К. // Интенсификация электрохимических процессов/ Сборник научных трудов. АН СССР Ин-т электрохимии (Отв. ред. ТомиловА.П.). М.: Наука. 1988. С.94 - 118.

2. ВаренцовВ.К., ВаренцоваВ.И.// Электрохимия. -1995. -Т.31., №3. С.304‑306.

3. ВаренцовВ.К., ВаренцоваВ.И.//ЖПХ. 1997. Т.70. №1. С.83‑86.

4. ВаренцовВ.К., ЮдкинаА.А. // Современные химические и гальванические процессы в производстве печатных плат: Материалы научно-технического семинара./ О-во “Знание” РСФСР. Ленинград. дом научно-технической пропаганды.- Л.: 1991. С.68 - 70.

5. Пат. 28338А Україна, МКВ 6 С25С1/16. Спосіб вилучення кольорових металів із низькоконцентрованих розчинів/ Г.М.Загоровський, Г.П.Приходько, О.О.Чуйко, В.М.Огенко, С.О.Слєсаревський.-№96072959; Заявлено 23.07.96; опубл.2000, Бюл.№5 - 11.

6. ЧернышИ.Г., КарповИ.И., ПриходькоГ.П., ШайВ.М. Физико-химические свойства графита и его соединений. Киев: Наукова думка. 1990.- 200с.

7. ЛурьеЮ.Ю. Аналитическая химия промышленных сточных вод. М. Химия. 1984.- 447 с.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.