23.3. Электроионитные установки (мембранные) для регенерации отработанных травильных и других технологических растворов
Метод электродиализа можно применять для выделения (регенерации) ценных компонентов из высококонцентрйрованных сточных вод (отработанных травильных и других технологических растворов), образующихся при химической и электрохимической обработке стали и цветных металлов. В результате удаления из этих растворов катионов металлов или анионов кислот можно получить растворы кислот и щелочей и снова их использовать в производстве.
ВНИИ ВОДГЕО разработаны методы регенерации хромовой кислоты (из отработанных хромовых электролитов, травильных, анодировочных и полировочных растворов), серной, азотной, фосфорной и плавиковой кислот (из отработанных травильных и полировочных растворов), едкой щелочи (из отработанных растворов от травления алюминиевых сплавов).
Регенерацию осуществляют в двух- и трехкамерных электролизерах с ионитовыми или анионитовыми мембранами, используемыми в отдельности или в комбинации друг с другом. Наряду с регенерацией кислот и щелочей возможно осаждение на катодах металлического железа и цветных металлов, получения кристаллической гидроокиси алюминия и др.
На рис. 23.2 представлена схема процесса регенерации отработанных растворов хромовой кислоты. Регенерация осуществляется в двухкамерном электролизере периодического действия с катионитовой мембраной. Отработанным раствором хромовой кислоты заполняют анодную камеру, а катодную камеру 3—5%-ным раствором серной кислоты.
Электрохимические и химические процессы регенерации протекают по следующей схеме:
Порошковая покраска стальных дисков. Покраска дисков порошковая цена diskipro.ru.
Рис. 23.2. Электрохимические и химические процессы, протекающие при регенерации хромовой кислоты из высококонцентрированных сточных вод методом электродиализа
Рис. 23.3. Технологическая схема установки для регенерации хромовой кислоты из высококонцентрированных сточных вод
1 — сборник сточных вод; 2 — насосы; 3 — напорный бак для циркулирующего раствора хромовой кислоты (анолита); 4 — напорный бак для циркулирующего раствора серной кислоты; 5 — источник постоянного тока; 6 —- электролизер; 7 — сборник кислых растворов из катодных камер (католита); 8 — сборник регенерированного раствора хромовой кислоты; I — концентрированная сточная вода; II — регенерированный раствор хромовой кислоты; III — катодные осадки металлов;
IV — кислый раствор солей на нейтрализацию
Регенерационный раствор хромовой кислоты возвращается в производство для повторного использования, а катодные осадки металлов могут быть использованы для технических целей. Отработанный католит укрепляют серной кислотой и используют в последующих циклах регенерации хромовой кислоты. При значительном повышении концентрации ионов металлов в католите (более 10 г/л) он подлежит нейтрализации щелочными растворами вместе с кислыми промывными сточными водами предприятия.
Электролиз отработанных растворов хромовой кислоты проводят при анодной плотности тока 500—1000 А/м2 с использованием свинцовых анодов и стальных катодов. Расход электроэнергии зависит от степени загрязненности отработанных растворов хромовой кислоты ионами тяжелых металлов и составляет 800—1500 кВт-ч/м2. Ввиду высокой стоимости регенерированной хромовой кислоты, а также получаемой дополнительно металлической меди этот способ является экономически целесообразным. Производительность установок составляет 0,5—5 м3/сут. Один цикл регенерации продолжается 8—12 ч. Регенерацию проводят до остаточной концентрации ионов металлов (медь, железо и др.) 0.5—1 г/л.
На рис. 23.3 представлена принципиальная технологическая схема производственной установки для регенерации отработанных растворов хромовой кислоты. При регенерации происходит многократная непрерывная циркуляция растворов хромовой кислоты (анолит) через анодные камеры и растворов серной кислоты (католит) через катодные камеры электролизера.
При электролизе значительно повышается температура обрабатываемых растворов, что снижает селективность катионитовых мембран и увеличивает их износ. Чтобы предотвратить это, необходимо поддерживать температуру обрабатываемых растворов в пределах 30° С, поэтому циркулирующие, растворы охлаждают в выносных теплообменниках — змеевиках.
Регенерацию азотной и плавиковой кислот из отработанных травильных растворов проводят в трехкамерном электролизере. Отработанный травильный раствор подается в катодную камеру электролизера, отделенную от межэлектродной (средней) камеры анионитовой мембраной. Межэлектродная камера, в которую в начале цикла заливают 2%-ный раствор HN03 отделена от анодной камеры катионитовой мембраной (в анодную камеру заливают 30—50%-ный раствор серной кислоты). При электролизе происходит регенерация азотной и плавиковой кислот в межэлектронной камере в результате перехода в нее ионов N03- F- из катодной камеры и ионов Н из анодной камеры.
Электроионитный метод можно использовать при переработке концентрированных растворов сульфата натрия для получения концентрированных растворов едкого натра и серной кислоты. Процесс осуществляется в трехкамерном электролизере с катионитовой и анионитовой мембранами. Исходным раствором сульфата натрия заполняют межэлектродную (среднюю) камеру, а в катодную и анодную камеры заливают разбавленные (1—2% по массе) соответственно растворы едкого натра и серной кислоты. При электролизе происходит обессоливание раствора сульфата натрия с одновременным концентрированием растворов едкого натра и серной кислоты в электродных камерах.
Серийный выпуск электролизеров с ионитовыми мембранами для переработки высококонцентрированных сточных вод для регенерации из них ценных продуктов пока не производится.