Апр 05 2001

ПРО МОЖЛИВІСТЬ УТИЛІЗАЦІЇ ГАЛЬВАНОВІДХОДІВ

Опубликовано в 01:52 в категории Утилизация отходов

ПРО МОЖЛИВІСТЬ УТИЛІЗАЦІЇ ГАЛЬВАНОВІДХОДІВ

ДЛЯ ПОТРЕБ ЕЛЕКТРОТЕХНІКИ

В.Ю. Баклан, І.П. Колесникова

Одеський національний університет ім. І.І. Мечникова, м. Одеса, Україна

Одеська область по стану екологічної обстановки атмосфери, гідросфери та ґрунту створює складну і багатофакторну проблему безпеки для здоров’я людини і охорони навколишнього середовища. Тривалий період розвитку області без науково обґрунтованої виробничої орієнтації на існуючі природні ресурси та обліку рекреаційного потенціалу потребує створення реальних підходів в рішенні проблем екологічної безпеки регіону.

Викликає особливу стурбованість той факт, що за період з 1989 р. екологічна обстановка в Одеському регіоні не покращується, хоча різко скоротилося число постійно працюючих виробництв.

Для Одеської області концепція обмеження та ліквідації шкідливих та екологічно небезпечних виробництв найбільш актуальна. Будівництво нафтового терміналу, господарська орієнтація Григор’ївського виробничого вузла, припортового аміачного заводу потребує особливих підходів до розробки комплексних заходів по забезпеченню екологічної безпеки узбережного регіону Одеської області.

Очищення промислових стічних вод - одне з важливих елементів охорони навколишнього середовища. В технології очищення стічних вод знайшов велике застосування електрохімічний метод з використанням електрокоагулятора, який призначається для електрохімічного очищення виробничих стічних вод від нафтопродуктів, фенолів, радіоактивних та поверхнево-активних речовин, важких металів, легкоокислюючих сполук: солей двохвалентного заліза, нітратів, сульфідів, сульфітів, тощо.

Цей метод рекомендується для виробничих підприємств, підприємств хімічної промисловості, суден морського та річного флоту (для обробки малих обсягів води), на пунктах санітарної обробки критих вагонів після хімічних вантажів залізниць і танкерів морського флоту [1].

Основний елемент електрокоагулятору - набір плоскопаралельних залізних пластин (анодів та катодів). В залежності від обсягу води, що очищується, може бути один або декілька блоків електрокоагуляторів. Питомі витрати електроенергії можуть бути знижені за рахунок оптимізації розмірів електродів та відстані між ними, а також щільності струму в залежності від ступені забруднення розчину.

В основі метода електрокоагуляції лежить процес анодного розчинення металів під впливом електричного струму, який проходить крізь рідину. Катіони металів (алюмінію, заліза), які перейшли у воду, гідролізуються з утворенням гідроксидів металів і служать активними коагулянтами для колоїдно-дисперсних домішок. Внаслідок взаємодії частинок домішок з частинками електрогенерованого коагулянту агрегати частинок в залежності від щільності струму випадають в осад або спливають на поверхню рідини у вигляді піни.

При електрокоагуляції водних розчинів важливе значення має матеріал анода. Ми розробили і виготовили електрокоагулятори з залізними та алюмінієвими анодами. Досліди показали більш високу ефективність залізних електродів, що, на нашу думку, зв’язано з розміром коагуляційних часток. Так, трьохвалентне залізо утворює частки розміром 10-30 мікрон, трьохвалентний алюміній - 0,05-1 мікрон. Цей фактор визначає ефективність аноду [2].

Метод електрокоагуляції забезпечує високий ефект вилучення з води забруднень мінерального, органічного та біологічного походження, колоїдів, а також окремих речовин, що знаходяться у молекулярному та іонному стані.

Як показує атомно-абсорбційна спектроскопія, в 1 грамі сухої речовини (СР) осаду електрохімічного очищення гальваностоків в окремому випадку конкретного підприємства (наприклад, завод фрезерних верстатів, м. Одеса) може спостерігатися наступний ваговий склад катіонитів:

m1(Fe) = 32,14*10-2 г/Г СР;               m2(Cr) = 10,67*10-2 г/Г СР;

m3(Ni) = 1,25*10-2 г/Г СР;                 m4(Cu) = 0,14*10-2 г/Г СР;

m5(Zn) = 0,31*10-2 г/Г СР;                 m6(Mn) = 0,15*10-2 г/Г СР;

Осад має також різні органічні сполуки. Рентгеноструктурний аналіз дає відповідний склад оксидних сполук в цьому гальваноосаді: Fe2O3; FeO; Co2O3; NiO; Cr2O3; ZnO; MnO2; MgO. Звідки витікає, що з урахуванням структури молекул та атомної ваги речовин в 1 Г сухої речовини утримується неорганічних сполук - 0,63 г, органічних сполук - 0,37 г. Присутність в гальваноосаді великої кількості (37%) органічних сполук потребує його обов’язкової термообробки при 800°С для виведення летючих компонентів та органічних домішок.

За нашим припущенням осад, що утворюється при електрокоагуляції, може бути використаний для виготовлення залізних анодів залізо-нікелевих акумуляторів.

Засоби підготовки гальваноосаду для електротехнічних потреб зумовлені його складом, а також вимогами до них. Так, електроди для нікель-залізних акумуляторів повинні мати високу питому електропровідність, тому проводився контроль електропровідності маси з гальваноосаду. Вимір електропровідності проводився в прес-формі з двома металевими пуансонами та фторопластикової матриці. Площа пуансонів - 1 см2. Верхній пуансон має лінійну шкалу, що дозволяє контролювати довжину порошкового стовпчика після його пресування. Результати вимірювання питомої електропровідності наведені в таблиці 1.

Вимір електропровідності активних мас з гальваноосадів після обробки їх відновлювачем залізом (у відношенні 10 %, 15 %, 20 %) та сажею (2 %, 3 %, 5 %), а також, для порівняння, з залізом і графітом показали, що високий опір отриманих активних мас потребує введення високопровідного матеріалу, наприклад, такого, як графіт (Гр) [3].

Таблиця 1. Питома електропровідність активних мас, отриманих з гальваноосадів після їх обробки відновлювачами - залізом або сажею.

Відновлювач

Залізо

Сажа

% відновлювача

10

15

20

20 Fe + 10 Гр

2

3

5

Питома електро-провідність, ом*см

7,1

*10-7

7,7

*10-7

8,0

*10-7

8,0

*10-3

0,8

*10-6

1,0

*10-6

1,7

*10-6

Отримані маси вивчались методом рентгенівської дифрактометрії дифрактометром УРС-50ИМ. Використовувалась рентгенівська трубка з залізним анодом. Відносна інтенсивність фаз оцінювалась виміром площі піків основних відображень за допомогою планіметра. Найбільшу інтенсивність мають фази Fe2O3, Fe3O4. По площі на дифрактограмах визначена кількість основної фази Fe2O3 та домішки фази Fe3O4.

Таблиця 2. Кількість Fe3O4 в електродній масі.

Склад маси

% Fe3O4 у основній фазі

Гальваноосад + 10 % заліза

21

Гальваноосад + 10 % заліза

30

Гальваноосад + 10 % заліза

21

Гальваноосад + 2 % ацетиленової сажі

18

Гальваноосад + 2 % ацетиленової сажі

40

Гальваноосад + 2 % ацетиленової сажі

54

Гальваноосад без відновлювача

0

Осад, оброблений на повітрі при 800°С

18

Для визначення можливості використання гальвановідходів в якості сировини для виготовлення анодів були проведені порівняльні дослідження активної маси, виготовленої з осаду і із реактивних оксидів - Fe2O3 та Fe3O4 марки хч. Методика досліджень складалась в знятті вольт-амперних характеристик, проведенні заряд-розрядних циклів, визначенні ємних характеристик. Дані наведені в таблиці 3.

Таблиця 3. Електрохімічні характеристики залізних анодів з різноманітних матеріалів.

Матеріал

Струм розряду, мА(при - 0,4 В)

Тривалість розряду, годин

Кількість

циклів

Fe2O3

6

2-4

40

Fe2O3 + сажа(6 %)

5

2,5-3

20

Fe3O4

14

4-5

30

Fe3O4 + сажа(6 %)

11

5

10

Осад + Fe (13 %)

8-9

4-6

153

Осад + сажа(6 %)

6

2

37

Осад + 1/3Fe2O3 + Fe(13 %)

6-7

6

35

Осад + 1/3Fe2O3 + сажа(6 %)

8

5

190

Таким чином, по своїм електрохімічним характеристикам маса з гальваноосаду має досить допустимі характеристики. Вольт-амперні та розрядні характеристики близькі по своїм величинам, а тривалі іспити осадових мас свідчать про стабільності цих характеристик. Як нами вже вказувалось раніше, при недостатньому вмісті заліза в осаді кількість його можна збільшити доданням чистого Fe2O3. Нами розроблювалась також технологія виготовлення електродів з дослідних мас.

Активна маса для виготовлення залізних електродів виготовлялась змішанням осаду з тефлоновою суспензією (15-25 %), висушуванням її, здрібнюванням та доданням графіту для збільшення електропровідності. Електроди пресувались на нікелеву струмовідводну сітку з розміром 400 і 160 мк з подальшою термообробкою зразків при 300 °С на повітрі протягом однієї години. Електроди готувалися з маси осаду, відновленої карбонільним залізом (10-13 %) та ацетиленовою сажею (3-5%). Кількість заліза в масі вирівнювали доданням реактивної Fe2O3 до процесу відновлення.

Електрохімічні характеристики виготовлених електродів визначались в електрохімічних ячейках в парі з нікелевими електродами. Одержані результати дозволяють зробити наступні висновки: активність електродів, активна маса яких відновлена залізом, вище, ніж у електродів з активною масою, відновленою сажею. Так, при -0,6 В по Hg/HgO на електроді з залізом знято 16 мА/см2, на електроді з сажею 8 мА/см2; тривалість розряду в першому випадку - приблизно 3 години (іноді 4-5 годин), в другому випадку - 2 години. Струм - 1мА, тиск пресування - 70 кг/см2, to = 17°С, електроліт - 6 н КОН.

Кількість циклів приблизно однакова, залежність від циклування - також однакова (проходить через максимум). При використанні сіток 400мк знімаєма ємність приблизно на 20 % вище, ніж на електродах з сіткою 160 мк. Процес саморозряду протікає з невеликою швидкістю, приблизно 1,5 мВ на добу. Вольт-амперні розрядні криві мають два ступені, зв’язані з переходом Feo ®Fe2+®Fe3+.

Електрохімічна активність електродів залежіть в основному від вмісту заліза, тому його кількість в активній масі постійно коректується. Потенціал електродів стабільний – 0,86 - 0,95 В. Електрична ємність 3 – 6мА*год/Г.

Таким чином, створені основи технології переробки металоутримуючих гальвановідходів у складні оксидні сполуки для використання їх в електрохімічних джерелах струму.

Література

1. В.Ю. Баклан. Электрокоагуляционная очистка сточных вод сложного состава // Химия и технология воды, 1992, № 4, - С. 316-320.

2. Baklan V.Yu., Kolesnikova I.P. Influence of electrode material of the electrocoagulative // J.Aerosol. Sci., vol. 27, suppl. 1, pp. S209-S211, 1996.

3. Баклан В. Ю., Колесникова И. П. Исследование электрохимических свойств железных анодов из продуктов очистки сточных вод: материалы Международной научно-практической конференции «Экология городов и рекреационных зон», Одесса, 25-26 июня, 1998. - С.224-227.

Нет пока ответов

Комментарии закрыты.