Технологические приемы стабилизации качества продукции при электрохимической переработке отходов гальванических производств/Electrochemical Processing of Galvanic Wastes: Techniques for Stabilization of Product Quality

Отходы > WasteECo > 2009 > Промышленные отходы

Технологические приемы стабилизации качества продукции при электрохимической переработке отходов гальванических производств

Бобров М. Н., Горева Т. В., Хранилов Ю. П., Вятский государственный университет, Киров, Россия

При утилизации некоторых концентрированных отходов гальванических производств одной из стадий технологического процесса является электролиз. В условиях малого производства затруднительно организовать процесс с поддержанием концентрации электролита путем циркуляции, и более удобен периодический электролиз. В этом случае уменьшается концентрация электролита по извлекаемому компоненту, что может привести к изменению качества получаемого продукта в процессе электролиза. Нами разработаны специфические приемы стабилизации качества продукта при истощении электролита по одному из компонентов.

Первый прием стабилизации относится к получению компактной меди из шламов, образующихся при травлении печатных плат в медноаммиачных растворах. В состав шлама входят аммиакаты меди, гидроксохлориды меди и др. По данным наших анализов, общее содержание меди в высушенном шламе составляет от 40 до 47 %, хлора в среднем 35 %, аммонийного азота — от 10 до 12 %.

Разработанная технология извлечения меди из шлама предусматривает его термическое разложение в щелочной среде (75—80 °С, рН 12,5—13) по реакциям:

Сu(NН₃)₂Сl₂ + 2NaOН → CuO↓ + 2NН₃↑ + 2NaСl + Н₂O, (1)

СuОНСІ + NaOН → СuО↓ + NaСl + Н₂O. (2)

Раствор отмытого на фильтре осадка оксида меди в серной кислоте служит электролитом при электроэкстракции меди. Кислота, образующаяся на аноде (свинец или его сплав), используется для растворения новых порций СuО. Поскольку при электроэкстракции из непроточного электролита концентрация ионов меди уменьшается, возникает опасность образования губчатых или порошкообразных осадков вместо компактного осадка меди.

Для проведения электроэкстракции с глубоким истощением меди необходимо непрерывное или ступенчатое уменьшение плотности тока. Рассчитана кривая изменения плотности тока со временем, которая может быть аппроксимирована ступенчатым понижением. Благодаря уменьшению плотности тока по определенному закону удается обеспечить стабильное качество катодной меди.

Лабораторный эксперимент, проведенный для раствора с начальной концентрацией меди 60 г/л при ступенчатом понижении плотности тока, позволил получить компактный осадок с извлечением 75 % меди без корректировки электролита. Чистота меди по спектральному анализу (спектрометр «Spectrolab») составляет 99,97 %.

Второй прием стабилизации относится к электрохимическому извлечению шестивалентного хрома в виде свинцового крона из отработанных технологических растворов (ОТР) гальванических производств (растворов пассивирования цинковых покрытий, анодирования, хромирования, травления меди, химического и электрохимического полирования и др.). Основной компонент свинцового крона — хромат свинца.

Сущность разработанной технологии заключается в том, что в ОТР после их очистки раствором №0Н от катионных загрязняющих примесей вводят активатор анодного процесса (ацетат натрия) и проводят электролиз с анодом из свинца (или некоторых сплавов свинца).

Анодная и катодная реакции имеют вид

2Pb + Сг₂O₇²⁻ + Н₂O → 2РbСгO₄↓ + 2Н⁺ + 4е⁻, (3)

2H₂O + 2е⁻ → 2OН⁻ + Н₂. (4)

Суммарная реакция в электролизере

2Pb + Сг₂O₇²⁻ + 3Н₂O → 2РbСгO₄↓ + 2OН⁻ + 2Н₂ (5)

сопровождается образованием избыточных ионов OН⁻, которые расходуются на трансформацию бихромат-ионов в хромат-ионы:

Cr₂O₇²⁻ + 2OН⁻ → 2СгO₄²⁻ + Н₂O. (6)

Таким образом, концентрация бихромат-ионов уменьшается одновременно по реакциям (3) и (6): при истощении электролита по шестивалентному хрому лишь на 2/3 концентрация бихромат-ионов падает до нуля.

Затем избыток ионов ОН⁻ накапливается в электролите, что приводит к резкому росту рН (до 10—12) и образованию при анодной реакции оксихромата свинца оранжевого цвета:

2Pb + СгO₄²⁻ + Н₂O → Рb₂СгO₅↓ + 2Н⁺ + 4е⁻. (7)

Вследствие этого меняется соотношение оксихромата и хромата свинца в кроне и, соответственно, цвет продукта.

Для стабилизации рН электролита и, соответственно, цвета крона предложена замена около половины ацетата натрия на уксусную кислоту с тем же анионом-активатором.

Время поддержания стабильного значения рН определяется расчетом. Оно зависит от объема электролита, силы тока, начальных концентраций бихромата и уксусной кислоты, электрохимических эквивалентов бихромат-ионов в реакции (3) и ионов OH⁻ в реакции (4).

Поддержание pH позволяет проводить электролиз с глубоким истощением по шестивалентному хрому и получать при этом крон, стабильный по цвету и составу и соответствующий марке КЖ-3 ГОСТ 478-80.

Electrochemical Processing of Galvanic Wastes: Techniques for Stabilization of Product Quality

Bobrov M. N., Goreva T. V., Khranilov Yu. P., Vyatka State University, Kirov, Russia

The methods for product quality stabilization (production of copper and lead crown) have been developed theoretically for two processes of periodic electrolysis being applied during galvanic waste utilization.

Сведения об авторах

Бобров Михаил Николаевич, аспирант, кафедра технологии электрохимических производств, Вятский государственный университет, ул. Московская, 36, к. 503а, Киров, 610601, Россия. Тел. (8332) 32-14-86, факс (8332) 69-02-47. E-mail₁, e-mail₂
Горева Татьяна Васильевна, преподаватель, кафедра технологии электрохимических производств, Вятский государственный университет, ул. Московская, 36, к. 503а, Киров, 610601, Россия. Tел. (8332) 32-14-86, факс (8332) 69-02-47. E-mail
Хранилов Юрий Павлович, канд. техн. наук, проф., кафедра технологии электрохимических производств, Вятский государственный университет, ул. Московская, 36, к. 503а, Киров, 610601, Россия. Тел. (8332) 32-14-86, факс (8332) 69-02-47. E-mail