Способ очистки электролита хромирования

 

Изобретение относится к способам очистки электролита хромирования от загрязняющих ионов металлов электродиализом в электродиализаторе с катионообменной мембраной и может быть использовано для очистки высококонцентрированных электролитов хромирование с целью их повторного использования. Задачей изобретения является повышение селективности и степени очистки высококонцентрированных электролитов хромирования от загрязняющих ионов металлов с сохранением концентрации хромовой кислоты с целью повторного использования в технологическом процессе, а также повышение скорости очистки и упрощение процесса. Сущность изобретения заключается в том, что очистку электролита хромирования от загрязняющих ионов металлов электродиализом в электродиализаторе с катионообменной мембраной ведут последовательно для извлечения каждого загрязняющего иона на импульсной точке с частотой, резонансной для извлекаемого иона и со скважностью импульсов от 2 до 5. 2 табл.

Изобретение относится к способам очистки электролита хромирования от загрязняющих ионов металлов электродиализом в электродиализаторе с катионообменной мембраной и может быть использовано для очистки высококонцентрированных электролитов хромирования, с целью их повторного использования.

Известен способ очистки отработанных растворов гальванических производств электродиализом в электродиализаторе с ионообменной мембраной [1] Недостатком известного способа является недостаточная скорость и степень очистки высококонцентрированных растворов. Мембраны быстро "забиваются" ионами тяжелых металлов, что называет необходимость в проведении после электродиализа дополнительной операции по обработке раствора реагентом с последующим отделением осадка. Это значительно усложняет технологию очистки. Предотвращение оседания ионов и "забивания" мембраны путем повышения плотности постоянного тока оказывает разрушающее воздействие на мембраны электродиализатора, снижая срок их службы. Кроме того, при использовании постоянного тока ионы в очищаемом растворе суммарно движутся в определенном направлении с определенными скоростями (нет селективности ионов, имеющих одинаковый знак заряда).

Известен способ очистки электролита хромирования в электродиализаторе с катионитовыми мембранами [2]-прототип.

Обработанные растворы хромовой кислотой помещают в анодную камеру электродиализатора, а в катодную 5%-ный раствор серной кислоты. Это позволяет обеспечить практически полное удаление примесей Cr⁺³ и 70-90% примесей железа, цинка, меди без снижения концентрации хромовой кислоты. Однако процесс электродиализа сопровождается повышением температуры электролитов в анодной и катодной камерах, что приводит к увеличению плотности тока и снижению селективности мембран и усилению их механического изнашивания. Искусственное охлаждение электролитов усложняет технологию очистки и увеличивает расход электроэнергии.

Задачей предлагаемого способа является повышение селективности и степени очистки высококонцентрированных электролитов хромирования от загрязняющих ионов тяжелых металлов с сохранением концентрации хромовой кислоты, а также повышение скорости очистки и упрощение процесса.

Сущность изобретения заключается в том, что очистку электролита хромирования от загрязняющих ионов металлов электродиализом мембраной ведут последовательно для извлечения каждого загрязняющего иона на импульсном токе с частотой, резонансной для извлекаемого иона и со скважностью импульсов от 2 до 5. Скважность это отношение времени длительности периода импульса к длительности импульса. Изменение скважности позволяет регулировать соотношение времени действия градиента напряжения электрического поля и степень снижения градиента концентраций в мембране.

Увеличение скважности (более 5) приводит к возрастанию скоростей побочных процессов: на катоде выделение водорода, на аноде кислорода, что снижает эффективность использования электрической энергии в процессе разделения ионов, а также скорость очистки растворов. Уменьшение скважности (менее 2 ) приводит к увеличению доли переходных процессов: во время паузы система не приходит в относительное равновесное положение, что снижает степень восстановления мембраны в бестоковый период, уменьшая тем самым селективность разделения ионов.

В процессе электродиализа через катионообменную мембрану идут два потока ионов: прямой поток загрязняющих ионов и обратный поток компенсирующих ионов. Движение прямого потока определяют градиентом напряжения электрического поля, в котором действуют законы очередности ионов. Обратный поток определяют концентрационным градиентом ионов в мембране. Использование импульсного тока электрохимически резонансной частоты позволяет регулировать качественный состав ионов прямого потока, а наличие паузы между импульсами, где напряженность электрического поля падает до нуля, позволяет снизить концентрационный градиент ионов в мембране, улучшая селективность процесса, - мембрана восстанавливается и повысить ее ресурсные рабочие характеристики, что позволяет более эффективно использовать ее для очистки высококонцентрированных растворов.

Способ осуществляют следующим способом. В анодную камеру электродиализатора с катионообменной мембраной заливают отработанный электролит хромирования, загрязненный ионами тяжелых металлов, а в катодную -3-5%-ный раствор серной кислоты. На аноды подают импульсный ток от генератора с резонансной частотой для извлекаемого иона и скважностью от 2 до 5. Частоту импульсного тока для каждого извлекаемого иона определяют предварительно экспериментально на стандартном хромовом электролите соответственно для каждого извлекаемого иона с целью установления электрохихимически резонансной частоты, на которой достигается максимальная скорость и степень очистки от извлекаемого иона, а также минимальное содержание других загрязняющих ионов в катодной камере. В процессе электродиализа на полученной частоте импульсного тока извлекаемые ионы переходят через мембрану в катодную камеру, а остальные загрязняющие ионы остаются в анодной камере. В случае необходимости очистки раствора от другого загрязняющего иона, процесс очистки повторяют на полученной частоте импульсного тока для этого загрязняющего иона. Тем самым достигается последовательное селективное извлечение загрязняющих ионов. 0после очистки электролит снова возвращают в производство.

Пример конкретного выполнения. В анодную камеру электродиализатора заливают стандартный электролит хромирования (CrO₃ 200г/л, H₂SO₄ 2,0г/л), загрязненный ионами железа до 10г/л, а также ионами меди 11г/л. Электролиз проводят на постоянном и импульсном токе плотностью 3,3 А/дм² для получения сопоставимых характеристик при температуре 40-50^oC. Предварительно экспериментально для стандартного электролита устанавливают значение частоты импульсного тока, т.е. электрохимически резонансной частоты, при которой достигается максимальная скорость и степень очистки от извлекаемого иона железа. Для селективного удаления из стандартного хромового электролита ионов железа значение этой частоты составляет 510 ±20 Гц.

В табл. 1 приведены результаты очистки хромового электролита от ионов железа.

В табл. 2 приведены результаты электродиализной очистки электролита по степени, селективности и времени очистки (скорости).

Из табл. 2 видно, что степень очистки по извлекаемым ионам железа достигает 100% при этом скорость очистки увеличивается в 3 раза. Ионы меди не переходят через мембрану и остаются в анодной камере.

В процессе электродиализа Cr⁺³ переходит в Cr⁺⁶ и остается в анодной камере.

При необходимости очистки указанного раствора от ионов меди процесс очистки повторяют на импульсном токе резонансной частоты для ионов меди, т.е. осуществляют селективное выделение загрязняющих ионов из электролита.

Формула изобретения

Способ очистки электролита хромирования от загрязняющих ионов металлов электродиализом в электродиализаторе с катионообменной мембраной, отличающийся тем, что электродиализ ведут последовательно для извлечения каждого загрязняющего иона на импульсном токе с частотой, резонансной для извлекаемого иона и со скважностью импульсов 2 5.

РИСУНКИ

Рисунок 1