Главная страница
Сведения об авторах

АВТОНОМНЫЙ КОМПЛЕКС С ПРОТОЧНЫМ ПОРИСТЫМ КАТОДОМ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ

Вайс А. А., Маслий А. И., Белобаба А. Г., Институт химии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук, Новосибирск, Россия

Одна из серьезных экологических проблем, стоящих перед многими промышленно развитыми странами, — загрязнение окружающей среды ионами тяжелых металлов. Его основные источники — процессы химической и электрохимической обработки металлов и их солей. Для мелких предприятий, где суточные объемы образования сточных вод невелики и имеется дефицит площадей, применение крупных очистных установок экономически невыгодно. Поэтому задача создания и внедрения мобильных, малогабаритных локальных систем очистки растворов, в том числе на базе безреагентных электрохимических методов, весьма актуальна.

Научные исследования и практические работы по извлечению металлов из разбавленных растворов были начаты в лаборатории электрохимии гетерогенных систем ИХТТМ около 40 лет назад. За эти годы изучены разнообразные типы проточных электродов и показано, что наиболее перспективны материалы из тонких электропроводных нитей, например углеродных волокон. Эти материалы обладают высокими значениями удельной поверхности, пористости и коэффициента массопереноса. Были разработаны процессы извлечения металлов на проточные пористые катоды (ПК) из углеродных волокнистых материалов (УВМ) и несколько типоразмеров электролизеров ящичного типа, предназначенных для переработки больших объемов растворов.
Для решения подобного рода задач при небольших объемах жидких отходов (100–200 л/сут) разработана мобильная переносная установка — автономный комплекс АК-1 с проточным ПК (рис. 1).

Рис. 1. Автономный комплекс АК-1 с проточным пористым катодом из УВМ

Комплекс АК-1 состоит из погружного модуля и универсального программируемого источника. Несмотря на малые габариты и вес, он содержит все необходимое для проведения процесса электролиза и не требует дополнительных трубопроводов с запорной арматурой, насосов и источников питания.

Погружной модуль представляет собой цилиндрический проточный электролизер, совмещенный с узлом подачи раствора и состоящий из анода, диафрагмы и пористого катода, выполненных в виде коаксиальных цилиндров. Модуль снабжен электродом сравнения и отличается от электролизеров ящичного типа малыми габаритами и низкой материалоемкостью при сохранении большой катодной поверхности, которая, прежде всего, и определяет производительность установки. При работе модуль погружается в обрабатываемый раствор непосредственно в рабочей ванне или накопительной емкости.

Универсальный программируемый источник является низковольтным источником постоянного тока как для процесса электролиза, так и для электродвигателя узла подачи раствора. Прибор обеспечивает задание потенциостатического или гальваностатического режима электролиза, измерение и цифровую индикацию основных параметров, а также ряд дополнительных сервисных функций, например акустическую сигнализацию с текстовыми подсказками аварийных ситуаций, сигнализацию окончания процесса электролиза и т. д.

Автономный комплекс АК-1 прошел опытно-промышленные испытания и внедрен на ряде предприятий. С учетом этих результатов можно привести некоторые примеры и указать перспективные области, в которых использовался комплекс АК-1 для решения локальных технологических и экологических проблем.

1. Регенерация гальванических электролитов. В качестве примера можно привести процесс очистки электролита никелирования от ионов меди. При обработке ванны никелирования объемом 400 л
за 36 часов суммарной работы комплекса АК-1 с проточным ПК из УВМ содержание меди в никелевом электролите было снижено с 2,57 до 0,018 г/л. Обработка на комплексе АК-1 электролита оловянирования стальной ленты позволяет избавиться от растворенного кислорода, стабилизировать раствор и предотвратить процесс окисления Sn²⁺ до Sn³⁺ и образование шлама SnО₂.

2. Утилизация отработанных электролитов. Для утилизации концентрированных металлсодержащих электролитов, например сернокислого электролита меднения, комплекс АК-1 использовался с двумя вариантами катодов. На первом этапе — с катодом из медной фольги и протоком раствора вдоль катодной стенки — концентрация меди в растворе снижалась с 50–60 до 3–5 г/л. На втором этапе обработки использовался проточный ПК из УВМ, и концентрация меди в растворе снижалась до 0,01–0,02 г/л.

3. Гидрометаллургия. Результаты испытания комплекса АК-1 на участке извлечения индия показали, что экономически оправдано использование двухстадийного электролиза взамен цементации и перспективно доизвлечение индия после цементации на проточные ПК. Примерами подобного рода задач являются также процессы кучного выщелачивания золота и серебра, переработка отработанных катализаторов и др.

4. Переработка отработанных фоторастворов. Эта область — одна из наиболее подготовленных для эффективного применения комплекса АК-1. Здесь применим самый простой вариант АК-1 с графитовым анодом и без разделительной диафрагмы.

Исследования природы катодных и анодных процессов в различных по составу фиксажных и фиксажно-отбеливающих растворах позволили выбрать условия наиболее эффективного использования комплекса АК-1 с проточным ПК из УВМ для максимального сохранения других компонентов раствора (сульфита и тиосульфата) и создать условия для оборота фиксажных растворов. Это, наряду с извлечением серебра, позволяет существенно сократить расход реагентов, а также объем загрязняющих веществ, сбрасываемых в окружающую среду. В результате обработки из раствора извлекается более 99 % серебра, а остаточное содержание составляет 10–20 мг/л.

Опыт практического использования комплекса АК-1 с катодом из УВМ выявил существенный недостаток этих материалов — низкие механические свойства углеродных волокон (высокие хрупкость и ломкость), а также низкую электропроводность карбонизированных УВМ. Это не позволяет использовать их в качестве электродов в свободном, несжатом состоянии: их всегда зажимают между перфорированным токоподводом (для обеспечения равномерного контакта с УВМ) и сеткой. В процессе выделения серебра токоподвод и прижимная сетка срастаются с УВМ и его последующее отделение (с целью дальнейшей переработки) превращается в весьма трудоемкую операцию.

В лаборатории электрохимии гетерогенных систем ИХТТМ было найдено техническое решение этой проблемы, которое заключается в использования нового волокнистого пористого материала — металлизированного синтепона. Он представляет собой синтетический нетканый материал из полиэфирных волокон, на поверхность которых методом химического восстановления наносится тончайший слой металла. Электропроводность, например, посеребренного синтепона в 10–50 раз выше, чем лучших образцов УВМ. Благодаря высокой пористости (≥ 99 %) металлизированного синтепона облегчается протекание процесса в глубине пористого катода и достигается большая металлоемкость.

Некоторые стадии заполнения синтепона серебром приведены на рис. 2.

а	б	в

Рис. 2. Стадии заполнения синтепона серебром:
а — синтепон, химически металлизированный серебром; б — синтепон, частично
заполненный серебром; в — синтепон, полностью заполненный серебром

Высокая прочность, эластичность, пористость и электропроводность металлизированного синтепона позволяют использовать его в качестве проточного катода без перфорированного токоподвода в свободном несжатом состоянии, что увеличивает конечную массу металла, упрощает сам аппарат и его обслуживание (рис. 3).

Рис. 3. Автономный комплекс АК-1 с проточным ПК из металлизированного синтепона

Основные технические характеристики автономного комплекса АК-1 приведены в таблице.

Технические характеристики комплекса АК-1

По данным работы комплекса АК-1 удельный расход пористого катодного материала для карбонизированных УВМ составляет 1 кг войлока на 20–30 кг серебра (в зависимости от исходной концентрации серебра в растворе), а для проточного ПК из металлизированного синтепона — 1 кг материала на 150–300 кг серебра.

В зависимости от типа раствора и цели переработки (только извлечение серебра или регенерация и повторный оборот раствора) в работе комплекса АК-1 используются различные программируемые потенциостатические режимы электролиза.

Для удобства работы с комплексом АК-1 — определения исходного и остаточного содержания серебра в фиксажных и фиксажно-отбеливающих растворах — разработана измерительная система «ВАК-фото» и аттестован экспрессный вольтамперометрический метод, который внесен в Федеральный реестр методик выполнения измерений.

В настоящее время десятки автономных комплексов АК-1 успешно эксплуатируются во многих города России. Комплекс АК-1 поставлялся также по зарубежным контрактам в Данию, Южную Корею, Китай, Киргизию и Казахстан. Оборудование защищено патентами РФ. В 2005 г. комплекс АК-1 был награжден дипломом и удостоен Большой золотой медали Сибирской ярмарки. Лицензию на его производство приобрели две российские фирмы.
 

AUTONOMOUS RECYCLING COMPLEX WITH A FLOW POROUS CATHODE FOR PROCESS SOLUTIONS

Vais A. A., Masliy A. I., Belobaba A. G., Institute of Solid State Chemistry and Mechanical Chemistry,
Siberian Branch, Russian Academy of Sciences, Novosibirsk, Russia

In order to resolve local technical and environmental problems, a portable autonomous electroche­mical complex AK-1 with a flow porous cathode has been developed. The paper provides some practical application examples and recommends the potential application areas. It also demonstrates the advantages of using a flow porous cathode made of metallized padding polyester in order to recover silver from photographic solutions.
 

Главная страница

Сведения об авторах

Вайс Анатолий Альбертович, канд. техн. наук, ст. науч. сотр., Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, ул. Мичурина, 15, Новосибирск, 630091, Россия. Тел. (383) 217-01-81. E-mail
Маслий Александр Иванович, д-р хим. наук, зав. лабораторией, Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, ул. Мичурина, 15, Новосибирск, 630091, Россия. Тел. (383) 2-170-983. E-mail
Белобаба Анатолий Григорьевич, канд. техн. наук, науч. сотр., Институт химии твердого тела и механохимии СО РАН, ул. Мичурина, 15, Новосибирск, 630091, Россия. Тел. (383) 217-01-88. E-mail

© Независимое агентство экологической информации

Последние изменения внесены 17.09.08