Электролизер для извлечения металлов из сточных вод

 

Изобретение относится к технологии очистки сточных вод от металлов и позволяет извлекать из растворов такие металлы, как медь, цинк, серебро . Использование данной конструкции электролизера позволяет повысить производительность аппарата и за счет этого значительно сократить его размеры, за счет использования в известной конструкции электролизера для извлечения металлов из сточных вод, состоящего из цилиндрического корпуса с размещенными в нем цилиндрическим анодом и насыпным катодом, крышки с закрепленными на ней токоподводящими элементами и системой для подачи сточной воды и отвода очищенной воды, в теле анода коаксиально с ним выполнен кольцевой канал, в котором размещен катод, имеющий сплошные торцовые стенки и перфорированные боковые, а катодные токоподводящие элементы выполнены в виде набора стержней, расположенных параллельно оси катода по окружности, при отношении расстояний от токоподводящих стержней до внутренней и наружной цилиндрическими стенками катода 1,5-1,0, причем сто.чная вода подается к наружной поверхности катода и отводится с внутренней . 2 ил,, 3 табл. € (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (1)5 С 02 F 1/46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ П4НТ СССР (21) 441 8970/26 (22) 29. 04. 88 (46) 30.03. 91, Бюл. ¹- 12 (71 ) Мо сков ский институт тонкой химической технологии (72) С. С. Кипарисов, А.Л.Бескин и С.Б.Кожиков (53) 628.543(088.8) (56) Патент СUIA ¹ 4585539, кл. 204228, 1986„ (54) ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ЛЛЯ ИЗВЛЕЧКНИЯ МЕТАПЛОВ ИЗ СТОЧНЫХ ВОД (57) Изобретение относится к технологии очистки сточных вод от металлов и позволяет извлекать из растворов такие металлы, как медь, цинк, серебро. Использование данной конструкции электролизера позволяет повысить про-. изводительность аппарата и за счет этого значительно сократить его размеры, за счет использования в известной

Изобретение относится к очистке сточных вод и обеспечивает глубокое извлечение ионов таких металлов, как медь, цинк, никель, серебро и т.п., из промышленных сточных вод.

Цель изобретения — повышение производительности электролизера за счет увеличения его эффективной рабочей поверхности.

На фиг.1 показан электролизер для извлечения металлов из сточных вод; на фиг.2 — кольцевые слои в окрестностях окружностей.

„„SU„„1638115 А 1 конструкции электролизера для извле-чения металлов из сточных вод, состоящего из цилиндрического корпуса с размещенными в нем цилиндрическим анодом и насыпным катодом, крышки с закрепленными на ней токоподводящими элементами и системой для подачи сточной воды и отвода очищенной воды, н теле анода коаксиально с ним выпалнен кольцевой канал, в котором размещен катод, имеющий сплошные торцовые стенки и перфорированные боковые, а катодные токоподводящие элементы выполнены в виде набора стержней, расположенных параллельно оси катода по окружности, при отношении расстояний от токоподводящих стержней до внутренней и наружной цилиндрическими стенками катода 1,5-1,0, причем сточная вода подается к наружной поверхности катода и отводится с внутрен-. ней. 2 ил., 3 табл, Устройство состоит из цилиндрического корпуса 1 с размещенным в нем цилиндрическим анодом 2 и насыпным катодом 3 в виде сменной карзины, крышки электролизера 4 с размещенными на ней токоподводящими элементами

5 выполненными в виде набора стержней. Катодная корзина имеет сплошные торцовые стенки и перфорированные внешнюю 6 и внутреннюю 7 стенки, а также патрубки для подачи сточной воды к наружной поверхности катодной корзины 8 и отвода очищенной воды 9.

1638115

Аппарат работает следующим образом.

Обрабатываемая сточная вода подается во входной патрубок 8, затем через питающую трубу 10, распределитель потока 11 и отверстия в донной части анода 2 попадает в узкое кольцевое наружное межэлектродное пространство и через перфорацию наружной стенки сменной катодной корзины 6 по падает в объем катода 3, где происходит извлечение металла. После этого обработанная сточная вода через перфорацию внутренней стенки катодной корзины 7 попадает в узкое кольцевоь внутреннее межэлектродное пространство, поднимается и через отверстия в упорном кольце 12 переливом поступает в кольцевую щель между стенками рабочей ванны 2 и корпуса 1 аппарата, собирается в донной части корпуса и выводится из электролизера через ! выходной патрубок 9.

Для электролизера предложенной 25 конструкции найдено, что отношение расстояний от катодных токоподводящих стержней 5 до внутренней и наружной цилиндрических поверхностей объемного катода 1 составляет 1,5-1,0 соответственно. При превышении верхнего предела вблизи внутренней цилиндрической поверхности катода образуется анодная зона, а при выходе за пределы нижнего — вблизи наружной. Катодные то-. коподводящие стержни могут быту погружены в объем катода 1 на всю его глубину, но могут и не доходить до нижнего дна катодной корзины, причем это расстояние не должно превышать 40 эффективной толщины электрода, в противном случае в нижней его части образуется анодная зона. Наличие у электролизера катодной корзины с перфорированными цилиндрическими 45 стенками и глухим дном, а также системы прокладок обеспечивает строго определенное направление протока обрабатываемой сточной воды. Кроме того, общая толщина катода в радиальном направлении увеличена по сравнению с известными конструкциями в

2-,2,5 раза и дает значительное увели-чение эффективной рабочей поверхности катода Возможно также конструктивное

55 решение в виде плоскопараллельного катодного объема, центрального линейного катодного токоподвода и двустороннего плоского анода, но цилиндрическая конструкция более технологична и позволяет лучше организовать рабочее пространство, обеспечивая при этом равномерность заполнения объемного катода осаждаемым металлом.

Для объемных электродов всегда существует вопрос снятия катодного осадка. В данном техническом решении предлагается использовать сменную катодную кассету. По достижении предельноro заполнения катодноro объема осаждаемым металлом, оцениваемого по гидродинамическому сопротивлению, кассета легко изымается из аппарата.

Взамен изъятой кассеты вставляется новая и процесс извлечения может быть продолжен.

Экспериментальные исследования, проведенные в электролизере, изготовленном в соответствии с приведенным вариантом (цилиндрический аппарат, сменная катодная кассета), показали полное соответствие ожидаемым результатам и продемонстрировали его существенные преимущества по сравнению с известными решениями. В качестве критерия достижения поставленной цели выбран коэффициент заполнения метал-. лом (г/г) в окрестности данной точки объемного электрода, вычисляемый как отношение массы осаждаемого за определенное время металла к массе стружечной засыпки для единичного (1х1х х1 см ) объема электрода в окрестности данной точки. В ряде случаев рассчитывался коэффициент заполнения металлом (г/r) в кольцевом слое в окрестности данной окружности как отношение массы осаждаемого за определенное время металла к массе стружечной засыпки для кольцевого слоя (сечением

1х1, см ) в окрестности данной окружности. Коэффициент заполнения объемного электрода металлом является удобным интегральным параметром, комплексно характеризующим локальную эффективность работы данного электрода по всему его объему,.позволяющим количественно оценивать как величину рабочей поверхности электрода, так и эффективность ее использования.

Сравнительный анализ данных эксперимента приведен в таблицах.

Пример 1. Сравнение характеристик предлагаемого и известного электролизеров проводилось при одинаковой токовой нагрузке обоих аппаратов в 100 А. Размер объемного катода

5 16

Р 234/46х211 мм (цилиндрический кольцевой). Материал засыпки — титан ВТ1.

ПроводилоСь извлечение меди из модельного сульАатнбго раствора, содержащего 0,1 г/л Си2 при протоке

225 л/ч в течение 100 ч. Токоподвод осуществлялся: для известного аппарата — по цилиндрической поверхности

1-7-12-6 для предлагаемого — по цилиндрической поверхности 2-8-11-5 (см. Аиг,2) . Поток сточной воды осуществлялся: для известного аппарата — от точки 5 к точке 2, для предлагаемого - в радиальном направлении по всей поверхности от периферии к центру. Отношение расстояний 2-3 к 1-2 равно 1,5.

Сравнительные данные представлены в табл.1.

Пример 2. Проводилось исследование эАфективности работы предложенного электролизера с различными вариантами токоподвода при указанных условиях.

В табл.2 представлены результаты экспериментов для следующих конструктивных вариантов: 1 — отношение расстояний 2-3 к 1-2 равно 1 ° 5; 2 — от ношение равно 1, 0; 3 — 1, 8; 4 — О, 6 (во всех случаях катодные токоподводящие стержни касались дна катодной кассеты).

Пример 3. В табл,3 представлены результаты третьей серии экспериментов (при тех же условиях) для следующих вариантов: 1 — катодные токоподводящие стержни касаются дна катодной кассеты; 2 — стержни не доходят до дна на расстояние, равное расстоянию 1-2;,3 — на расстояние, в

1, 3 раза большее (во всех случаях отношение расстояний 2-3 к 1-2 равно

1,0) °

Таким образом, предлагаемый электролизер позволяет обеспечить равно38115 6 мерное заполнение объемного катода извлекаемым металлом при одновременном увеличении его эффективной рабо5 чей поверхности.

Формула изобретения

Электролизер для извлечения металлов из сточных вод, состоящий из цилиндрического корпуса с размещенными в нем цилиндрическим анодом и насыпным катодом в виде корзины, 15 крышки с закрепленными на ней токоподводящими элементами и системы для подачи сточной воды и отвода очищенной воды, отличающийся тем, что, с целью повышения производительности электролизера, в теле анода коаксиально с ним выполнен кольцевой канал, в котором размещен катод; установленный с зазором по отношению к аноду, имеющий сплошные торцовые и перАорированные боковые стенки, а катодные токоподводящие элементы выполнены в виде набора стержней, расположенных параллельно оси катода по окружности, при отношвЗО нии расстояния от токоподводящих стержней до внутренней и наружной цилиндрической поверхности катода 1,01,5, причем электроды размещены в цилиндрической рабочей ванне, выполЗ5 ненной в Аорме стакана и установленной с зазором по отношению к корпусу, анод выполнен с центральным отверстием, соединенным с патрубком подачи воды и установлен в ванне с зазором

40 относительно ее днища, и образующаяся полость соединена с полостью у наружной поверхности катода, а полость у внутренней поверхности катода соединена с полостью между корпусом и ван45 ной, и патрубок вывода воды установлен в нижней части корпуса.

1638115 катода

Предлагаемый

Известный

Варианты (2 4

2 (3

О, 353

О, 362

0,001

О, 348

О, 355

О, 342

О, 350

О, 352

О, 346

0, 001

О, 358

О, 360

Зоны объемного катода

Варианты

I ) 1 2, 3

Кольцевые слои в окрестностях окружностей

2-5

8-11

О, 365

0,001

О, 352

0, 354.

О, 350

0,343

Зоны объемного

Окрестности точек

2

4

6

8

11

Зоны объемного катода

Кольцевые слои в окрестностях окружностей

1-,6

2-.5

3-4

О, 347

О, 355

О, 340

О, 342

О, 356

О, 348

О, 345

О, 355

О, 352

О, 350

О, 354

О, 346

Таблица1

О, 016

0i002

0%001 .

0,009

0,667

О, 450

0,013

О, 002

0,001

0,002

0,029

0,187

Та блица

Та блица 3

1.638115

Щг-l

Составитель Т. Барабаш

Редактор M.Íåäîëóæåíêo Техред М,Дидык Корректор Т.Малец

Заказ 899 Тираж 625 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. ц/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.Óæãoðoä, ул. Гагарина,101