Метод электролиза, в том числе на объемно-пористых электродах

3 Февраль 2017
 Февраль 3, 2017
Категория: Статьи

Электролиз является эффективным методом извлечения тяжелых, цветных, благородных и драгоценных металлов, в первую очередь Au, Ag, Си, Ni, Zn, Cd из разбавленных растворов электролитов. Катодное восстановление металлов происходит по схеме:

Меn+ + nе -» Ме°.

Эффективность процесса существенно зависит от массопереноса, концентрации ионов металлов, плотности тока. В последнее время широкое практическое применение нашел электролиз на объемно-пористых электродах, позволяющий эффективно извлекать металлы из сильноразбавленных растворов электролитов – промывных вод.

Установки для электрохимической регенерации типа ЭУ-1М обеспечивают извлечение цветных и благородных металлов из промышленных растворов и сточных вод с исходной концентрацией 0,02-2,0 г/л до остаточной концентрации менее 0,1 мг/л. Используются объемно-пористые электроды из волокнистых углеграфитовых материалов, сквозь поры которых прокачивается обрабатываемый раствор. Катодные и анодные камеры проточного кассетного типа, электродные пространства разделены ионообменными мембранами. Высокоразвитая реакционно­активная поверхность катодов позволяет увеличить производительность электролиза более, чем в 100 раз по сравнению с аппаратами с плоскими и пластинчатыми катодами при практически равных габаритных размерах. На рис.4.12 представлена принципиальная схема электролитической очистки.

При циркуляции раствора сквозь объем электрода металл осаждается на углеграфитовом катоде. Электроды с осажденным металлом могут использоваться в качестве растворимых анодов в ванне нанесения покрытий. Электролизер может устанавливаться рядом с ванной улавливания или многоступенчатой каскадной ванной промывки. В этом случае наиболее экономически целесообразной концентрацией ионов тяжелых цветных металлов является 0,1-0,5 г/л.

Очистка цинкосодержащих вод

Метод электролиза находит применение и для обезвреживания циансодержащих сточных вод и отработанных растворов с концентрацией цианидов более 200 мг/л. Очистку воды от цианидов проводят в бездиафрагменных открытых электролизерах непрерывного или периодического действия. В качестве анодов используют графитированный уголь в виде плит или стержней по ГОСТ 11256-73 или магнетит и РЬОг на титановой основе. Анодная плотность тока 0,5-2 А/дм2. Катоды – из легированных сталей.

Рис.4.12. Принципиальная схема электролитической очистки: 1-сборник промывной воды, 2-насос, 3-электролизер, 4-выпрямитель.

При электролизе на аноде в щелочной среде происходит электрохимическое окисление CN- -ионов и комплексных анионов типа [Cu(CN)3]2-, [Zn(CN)4]2-:

CN + 2OН – 2е -> CNO  +H2О ­

[Cu(CN)3]2- + 6OН – 6е -> Cu2+ + 3CNO- + ЗН2О

2CNO- + 4OН -> 2СО2 + N2 + 2H2О + 6е

CNO- + 2Н2О -> NH4+ + СОз2-

40Н – 4е —> 2Н2О + О2

На катоде происходит образование водорода при разряде ионов Н+: 2Н+ + 2е -> Н2

или осаждение металлов при разряде ионов [Cu(CN)2]-, образующихся при диссоциации комплексных ионов [Cu(CN)3]2-:

[Cu(CN)3]2–      [Cu(CN)2]- + CN-

[Cu(CN)2]- + e -> Cu° + 2CN-

Повышение электропроводности сточных вод гальванического цеха

Для повышения электропроводности очищаемых сточных вод, снижения расхода электроэнергии, интенсификации процесса окисления цианидов добавляют NaCl в количестве 5-10 г/л, при электролизе которого образуется активный хлор (гипохлорит натрия), участвующий в процессе окисления цианидов:

2С1- – 2е -> С12

Cl2 + CN- + 2OН- -> CNO- + 2С1- + Н20

Реакция среды рН>11, температура не более 40-50 °С, объёмная плотность тока 1-3 А/л, продолжительность обработки 20- 30 мин. Удельный расход электроэнергии 40 кВт-ч/м3.

Преимуществами данного метода при обезвреживании циансодержащих сточных вод (по сравнению с реагентными) являются: компактность установки; простота эксплуатации;

возможность автоматизации; степень очистки от цианидов практически 100 %-ная; утилизация металлов из сточных вод до 80 % (остальная часть металлов удаляется в виде гидроокисей); возможность обработки высоко концентрированных растворов. В качестве недостатков можно отметить загрязненность очищенных стоков активным хлором до 200 мг/л и невозможность интенсификации процесса путем повышения температуры реакционной среды.

 

_