Электрохимическая очистка промывных вод от ионов тяжелых металлов
Теоретическая часть
Электрохимические методы используют для очистки промывных вод гальванических производств от ионов тяжелых металлов од-
14
ного вида ( никеля, цинка, и др.) с целью создания локальных замкнутых циклов по воде и металлу.
Локальные замкнутые циклы операций никелирования, хромирования и т.п. могут быть созданы на базе гиперфильтрационных установок, предложенных ВНИИ возгео, ГИСИ и др., представляющие блочные компактные установки “Элион” горизонтального и вертикального типа [1, рис.24, с. 456]. Такие установки могут быть применены для очистки воды в замкнутых системах водного хозяйства от ионов тяжелых металлов, нефтепродуктов, пав, а так же и других ингредиентов.
Установки “Элион” включают в себя три основные блока: блок превращения примесей (электрореактор с “газовым слоем”, например, для восстановления хрома и образования гидроксидов тяжелых металлов); блок разделения фаз (флоторазделитель, осветлитель, фильтр) и блок превращения воды. Блок электрохимического превращения примесей и воды выполнены на базе унифицированных модулей, позволяющих компоновать различные типы электродных систем.
В установке “Элион” промывная вода поступает в электрореактор с газовым слоем со стальными электродами. При растворимом железном аноде катодный процесс выделения водорода вызывает защелачивание католита до рН 8 — 10 и осаждение гидроксида загрязняющего воду металла. Для полноты осаждения гидроксидов металлов в электрореактор подается вода из катодной камеры электрокорректора рН с рН 11,6 — 11,9.
В блоке разделения за счет флотации, осветления и фильтрации происходит очистка воды от механических примесей и нерастворимых гидроксидов. Из анодной камеры электрокорректора рН вода с рН 6,5 — 8,2 вновь поступает на операции промывки.
Цель работы: Ознакомиться с электрохимическим методом очистки промывных вод от ионов тяжелых металлов на модели электрокорректора рН установки “Элион”.
Экспериментальная часть
Промывные воды после операций никелирования, цинкования или других анализируются на содержание ионов металла, согласно приложенной методике. Собирается электрическая схема установки ( рис.4).
В начале электролизер заливается подлежащим очистке раствором из емкости 2 . Согласно задания , устанавливается постоянный ток ( j =0.2 - 0.5 А/см2) и проводится электролиз непроточного раствора в течении рассчитанного времени (до полной очистки).
В дальнейшем раствор, содержащий промывные воды из емкости 2 подается в электролизер с заданной скоростью протока (мл/ч). 15
Регулирование скорости протока осуществляется с помощью крана в усреднителе, а измерение цилиндром для сбора очищенных промывных вод.
1
— анод; 2 — усреднитель промывных вод
с исходным раствором; 3 —катод; 4 —
корпус электролизера; 5 — фильтр; 6
—сборник очищенного раствора; А —
амперметр; V — вольтметр; СИПТ —
стабилизированный источник постоянного
тока.
Вытекающая из электролизера вода направляется на фильтр (5) и собирается в сборнике очищенного раствора (7). Каждые 10 минут измеряется объем собранного фильтрата и проводится анализ на содержание иона металла. Степень очистки ( % ) промывных вод определяется по формуле:
С исх - Скон
С % = --------------- 100 % ,( 16 )
Сисх
где, (г/л) Сисх- исходная концентрация ионов металла в промывных водах; Скон- концентрация ионов металла в очищенной воде.
Степень очистки промывной воды может также контролироваться по электропроводности:
R оч - Rисх
С % = ------------------ 100 % , ( 17 )
16 Rоч
где Rочи Rисх- сопротивление электролита после очистки и исходного электролита до очистки соответственно.
Полученные в работе данные заносим в таблицу 1.
Таблица 1.
|
, мин |
V, мл |
С NiSO4 г/л |
Rр-ра, Ом-1 см-1 |
U B |
|
|
|
|
|
|
По полученным экспериментальным данным строятся и анализируются графики зависимостей: С % = f () , j = f () , U = f () , C% = f (N) , где- время проведения опыта ( мин )..
Рассчитывается удельный расход электроэнергии на очистку
Uср I ср кВт час
W = ---------------- 103 , ----------- , ( 17 )
Vр-ра C 60 лр-ра
где Uср- среднее напряжение ( В ) ;
I ср- средний ток на электролизере ( А ) ;
Vр-ра - объем очищенных промывных вод (л)
По заданию преподавателя опыты могут проводиться с различными скоростями протока электролита, с различными межэлектродными расстояниями, для различных ионов металлов, исходная концентрация которых в промывных вода обычно не превышает 5 - 10 г/л
Полученные расчетные данные заносим в таблицу 2.
Таблица 2.
|
мин |
Ucр, В |
Скон г/л |
С % % |
W, кВт ч/л |
|
|
|
|
|
|
Приложение 2
Анализ электролитов на содержание ионов тяжелых металлов
Концентрация ионов тяжелых металлов определяются трилонометрическим титрованием.
5 - 10 мл электролита (а) отбирают в коническую колбу, объемом 250 мл, добавляют 100 мл воды, а затем 15 мл 25 % раствора аммиака или аммиачно-хлоридного буферного раствора.
17
На кончике шпателя переносится индикатор ( мурексид - для определения ионов никеля или хромоген темно-синий (эриохром черный Т) - для определения ионов цинка). Раствор в колбе титруют 0.1 н раствором Трилона Б до изменения окраски ( например, при определении никеля с желтой до сине-фиолетовой). Записывается объем Трилона Б (V1) ,пошедшего на титрование. Концентрацию соли тяжелого металла в промывном растворе рассчитывают по формуле:
V1 T
CNiSO4 7 H2O = -------------------------- , ( 19)
a
где V1- объем 0.1 н раствора Трилона Б, пошедшего на титрование, мл
Т - титр соли металла (иона металла или кристаллогидрата соли металла ) по Трилону Б. Так для NiSO47 H2O титр равен 14.04.
Литература
1.Гибкие автоматизированные гальванические линии/ Справочник под ред. В.Л.Зубченко М.: Машиностроение ,1989. 467 с.
Вопросы для самопроверки.
1. Электродные процессы, протекающие на электродах электрореактора ?
2. Принцип выбора материалов электродов.
3. Каково устройство электролизера с “ газовым слоем” и принцип его работы ?
4. Устройство и принцип работы блока разделения.
5. Назначение блока превращения и его устройство . Электрокорректор рН.
6. Электродные процессы, протекающие в электрокорректоре рН .
7. Выбор материалов электродов и диафрагмы электрокорректора рН .
8. Как используется католит и анолит из электрокорректора рН.
18
Лабораторная работа № 4.