Способ очистки растворов электролитов никелирования

 

Изобретение относится к области очистки растворов для нанесения никелевых покрытий и может быть использовано для очистки гальванических сточных вод и в гидрометаллургии. Способ очистки растворов электролитов включает удаление электроположительных металлов электроосаждением, извлечение железа окислением и осаждением гидроокиси, удаление органических загрязнений их окислением с последующей сорбцией, удаление электроотрицательных металлов подщелачиванием до выпадения осадка. Все загрязнения, выпавшие в осадок, отфильтровывают. Процесс очистки осуществляют в электролитической ванне с малым межэлектродным расстоянием, разделенными диафрагмами катодными и анодными областями, трехмерными катодами, причем очищаемый электролит пропускается через катодные и анодные области в определенной последовательности, зависящей от состава электролита. 5 з.п. ф-лы.

Изобретение относится к области выделения металлов из растворов электролитов, преимущественно очистки растворов наносимых никелевых гальванических покрытий, может быть использовано для очистки гальванических сточных вод и в других областях химии и гидрометаллургии.

Известен способ очистки электролитов никелирования цементацией [1] Он заключается в том, что очищаемый электролит движется через находящийся во взвешенном состоянии никелевый порошок. При этом происходит контактное осаждение загрязняющих примесей на частицы порошка. Этот способ дает возможность извлекать только более электроположительные металлы, чем основной компонент (никель), но не очищает раствор от органических загрязнений в случае их присутствия.

Известен также способ комплексной селективной очистки электролитов никелирования [2] Он состоит в удалении железа, посредством подогрева электролита, введения реагент-окислителя, подщелачивания до образования осадка гидроокиси железа и отделения осадка фильтрованием. Органические загрязнения сорбируются на гидроокиси железа и удаляются вместе с нею. Более полно сорбция протекает при добавлении активированного угля, отделяемом фильтрацией. Электроположительные металлы удаляют цементацией в слое никелевого порошка или подкислением электролита с последующим их электроосаждением при низкой плотности тока. Металлы более электроотрицательные, чем никель, например цинк, удаляют подщелачиванием раствора электролита до выпадения осадка гидроокиси цинка с последующим удалением ее фильтрованием. Этот способ осуществим только при остановке основного процесса (т.е. никелирования), производится в несколько стадий. Он требует добавочных емкостей отстойников, химикатов и дополнительных трудозатрат.

Наиболее близок к предлагаемому способ очистки растворов электролитов никелирования [3] Этот способ включает электролитическую обработку растворов в ванне с малым расстоянием между катодами и анодами, сложной формой катода при низкой катодной плотности тока, причем извлечение электроположительных металлов осуществляют подкислением раствора с последующим электрохимическим осаждением, удаление железа подогреванием, подщелачиванием с последующим окислением и образованием осадка гидроокиси, удаление органических загрязнений подогреванием и окислением с последующей сорбцией, удаление электроотрицательных металлов подщелачиванием до выпадения осадка, причем все удаляемые загрязнения, перешедшие в осадок, отделяют фильтрованием.

Недостаток этого способа применение химикатов и необходимость их точного дозирования, т. к. после любого подкисления или подщелачивания электролита перед возвращением в рабочую ванну величину его pH необходимо довести до нормы. Другим недостатком является периодичность способа, требующего дополнительных емкостей и площадей, трудозатрат.

Задача изобретения состоит в усовершенствовании способа очистки растворов электролитов никелирования путем исключения применения химикатов для подщелачивания или подкисления, проведения всех операций непрерывно, исключения дополнительных емкостей.

Технический результат достигается благодаря тому, что в известном способе очистки растворов электролитов никелирования, включающем электролитическую обработку растворов в ванне с малым расстоянием между катодами и анодами, сложной формой катода и при низкой катодной плотности тока, причем извлечение электроположительных металлов осуществляют подкислением раствора с последующим электрохимическим осаждением, удаление железа путем подогревания, подщелачивания с последующим окислением и образованием осадка гидроокиси, удаление органических загрязнений путем подогревания и окисления с последующей сорбцией, удаление электроотрицательных металлов путем подщелачивания до выпадения осадка, причем все удаляемые загрязнения, перешедшие в осадок, отделяют фильтрованием; предусмотрены следующие отличия: между катодами и анодами электролитической ванны устанавливают диафрагмы, образуя катодные и анодные области, очищаемый раствор электролита пропускают через катодные и анодные области в определенной последовательности; в качестве катодов используют трехмерные электроды. Кроме того, в качестве диафрагм используются ионообменные мембраны, нерастворимые аноды и катоды, раствор электролита через катодные и анодные области пропускают в последовательности: H анодных проходов M катодных проходов (M-H) анодных проходов, где M=1-4, H=0-2. Число пропусканий раствора электролита через анодные и через катодные области может не совпадать.

Примеры выполнения способа.

Сульфатный электролит никелирования (ГОСТ 9.305-84) содержал загрязнения: медь, железо, цинк, органические добавки. Очистка (по прототипу) заключается в непрерывном пропускании его через электролитическую ванну (600х400х1200 мм, высота уровня электролита 1000 мм, 3 гофрированных стальных катода, 4 никелевых анода, расстояние катод-анод около 40 мм, катодная плотность тока 0,05-0,2 A/кв.дм.).

Возможно только незначительное подкисление с 3,2 до 3,1 pH, достигнуто снижение содержания меди с 25 до 15 мг/л. Удаление остальных загрязнений осуществлялось при останавливании основного процесса, выполняемого в рабочей ванне, электролитической ванне и дополнительной емкости.

Предлагаемый способ иллюстрируется примерами 1-4.

Пример 1. В электролитической ванне между катодами и анодами установили асбестовые диафрагмы. Образовались 4 катодные и 4 анодные области. Катодные области соединили между собой. Анодные области также соединены друг с другом. В катодные области засыпали трехмерный электрод никелевую крошку размером 1-5 мм, высотой 600 мм, токоподводами служат тонкие стальные листы, аноды оставили прежние никелевые пластины. Подогрев электролита, в случае необходимости, осуществляли установленным в коллекторе перед ванной титановым змеевиком.

Очистка от меди включает операции: пропускание электролита через анодные области (электроподкисление), пропускание через катодные области (осаждение меди, электроподщелачивание), фильтрование через фильтрпресс (отделение твердых частиц), подача в рабочую ванну. Достигнуто снижение содержания меди с 20-30 мг/л до 3-7 мг/л. Удаление железа и органических загрязнений включает: подогрев раствора титановым змеевиком от 45^oC до 65^oC, подачу в катодные области электролитической ванны (электроподщелачивание), пропускание через анодные области (окисление железа и органических веществ, образование осадка гидроокиси железа и сорбция органики на нем, электроподкисление), подачу через обводную трубу (для лучшего охлаждения и удлинение времени реакции) на фильтрование, подачу в рабочую ванну. Удаление цинка включает: пропускание раствора через катодные области (подщелачивание до образования осадка), фильтрование фильтрпрессом (отделение осадка гидроокиси цинка), пропускание раствора через анодные области (подкисление), подачу в рабочую ванну.

Пример 1а. Аналогично условиям примера 1.

В случае малого содержания железа и/или большого количества органических загрязнений используется трехмерный катод из чугунной дроби. При пропускании раствора электролита через такой катод выделяется небольшое количество гидроокиси железа, более полно сорбирующего органические загрязнения.

Пример 2. Условия и операции аналогичны примеру 1 и 1а.

В качестве диафрагм используются катионообменные мембраны МК-40. Достигается более заметное подщелачивание и подкисление за счет ионоселективности, т.е. способ применим для очистки более широкого круга электролитов никелирования.

Пример 3. Условия аналогичны примерам 1-2.

Используются графитовые аноды. Это позволяет более интенсивно окислять органические загрязнения, т.е. эффективно производить очистку при их высоком содержании.

Пример 4. Условия аналогичны примерам 1-3.

В качестве трехмерного электрода использовали катод из дробленного углеграфита (фракция 2-5 мм). Применение нерастворимого катода позволяет очищать электролиты с более низким значением pH до 2,2, не опасаясь проскока через слой катода меди или железа.

В примерах 5-6 анодные и катодные области не соединены, как в примерах 1-4.

Пример 5. В электролитической ванне восемь, связанных только злектрически, областей: 4 катодные и 4 анодные. Очистку раствора электролита при высоком содержании меди проводят аналогично условиям примеров 2-4. Пропускание через анодные области (например, 1 и 2), пропускание через катодные области (1 и 2), затем пропускание через другие катодные области (3 и 4), наконец пропускание через неиспользованные анодные области (3 и 4). Сокращенно: А(1,2) К(1,2) К(3,4) А(3,4). Это позволяет снизить содержание меди от 35 мг/л до 2,5 мг/л.

Пример 6. Условия аналогичны примеру 5. Значение pH более низкое. Для эффективной очистки от меди раствор электролита пропускали так: К(1,2) К(3) К(4) А(1,2,3,4). В общем случае, когда концентрации всех видов загрязнений меди, железа, цинка и органики сопоставимы и нет необходимости преимущественно извлекать какой-либо один компонент, раствор электролита пропускают при нормальном значении pH электролита по схеме: А(1)-К(1)-К(2)-К(3)-К(4) фильтрация А(2)-А(3)-А(4); в случае закисленного электролита: К(1)-К(2)-К(3)-К(4) фильтрация А(1)-А(2), не использовали А(3) и А(4); при повышенной щелочности электролита: А(1)-А(2)-А(3)-К(1)-К(2)-К(3) фильтрация А(4), не использовали К(4).

Формула изобретения

1. Способ очистки растворов электролитов никелирования, включающий электролитическую обработку растворов в ванне с малым расстоянием между катодами и анодами, сложной формой катода и при низкой катодной плотности тока, причем извлечение электроположительных металлов осуществляют подкислением раствора с последующим электрохимическим осаждением, удаление железа путем подогревания, подщелачивания с последующим окислением и образованием осадка гидроокиси, удаление органических загрязнений путем подогревания и окисления с последующей сорбцией, удаление электроотрицательных металлов путем подщелачивания до выпадения осадка, причем все удаляемые загрязнения, перешедшие в осадок, отделяют фильтрованием, отличающийся тем, что между катодами и анодами устанавливают диафрагмы, образуя катодные и анодные области, раствор электролита пропускают через катодные и анодные области в определенной последовательности, а в качестве катодов используют трехмерные электроды.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве диафрагм используют ионообменные мембраны.

3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что используют нерастворимые аноды.

4. Способ по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что используют нерастворимые катоды.

5. Способ по любому из пп.1 4, отличающийся тем, что раствор электролита через катодные и анодные области пропускают в последовательности: Н анодных проходов М катодных проходов (М-Н) анодных проходов, где М 1-4, Н 0-2.

6. Способ по любому из пп.2 5, отличающийся тем, что число пропусканий раствора электролита через анодные и катодные области может не совпадать.