Электролизер для извлечения металлов из сточных вод Советский патент 1991 года по МПК C02F1/46 

оо оо

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 токоподводя- щими 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.ч- ная вода подается к наружной поверхности катода и отводится с внутренней. 2 ил,, 3 табл. € (Л

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.

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.

СП

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 кольцевое, 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 конструкции найдено, что отношение расстояний от катодных токоподводящих стержней 5 до внутренней и наружной цилиндрических поверхностей объемного катода 1 составляет 1,5-1,0 соответ- ственно. 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 быть 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 эффективной толщины электрода, в противном случае в нижней его части образуется анодная зона. Наличие у электролизера катодной корзины с перфорированными цилиндрическими стенками и глухим дном, а также системы прокладок обеспечивает строго определенное направление протока обрабатываемой сточной воды. Кроме того, общая толщина катода в радиаль- ном направлении увеличена по сравнению с известными конструкциями в 272,5 раза и дает значительное увеличение эффективной рабочей поверхности катода. Возможно также конструктивное 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 предельного заполнения катодного 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 металлом (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 см3) -объема электрода в окрестности данной точки. В ряде случаев рассчитывался коэффициент заполнения металлом (г/г) в кольцевом слое в окрестности данной окружности как отношение массы осаждаемого за определенное время металла к массе стружечной засыпки для кольцевого слоя (сечением 1x1 см2) 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.

Иример1. Сравнение характеристик предлагаемого и известного электролизеров проводилось при одинаковой токовой нагрузке обоих аппаратов в 100 А. Размер объемного катода

Сравнительные данные представлены в табл. 1 .

П р и м е р 2. Проводилось исследование эффективности 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 2 - отношение равно 1,0; 3 - 1,8; 4-0,6 (во всех случаях катодные токоподводящие стержни касались дна катодной кассеты).

ПримерЗ. В представлены результаты третьей серии экспе- риментов (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 элект- ролизер позволяет обеспечить равно156

мерное заполнение объемного катода извлекаемым металлом при одновременном увеличении его эффективной рабочей 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, крышки с закрепленными на ней токо- подводящими 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 перфорированные боковые стенки, а катодные токоподводящие элементы выполнены в виде набора стержней, расположенных параллельно оси катода по окружности, при отношении расстояния от токоподводящих стержней до внутренней и наружной цилиндрической поверхности катода 1,0- 1,5, причем электроды размещены в цилиндрической рабочей ванне, выполненной в форме 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 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 ванной, и патрубок вывода воды установлен в нижней части корпуса.

Зоны объемного катода

Предлагаемый

Окрестности точек

10,3470,016

20,3550,002

30,3400,001

40,3420,009

50,3560,667

60,3480,450

70,3450,013

80,3550,002

90,3520,001

100,3500,002

110,3540,029

120,3460,187

Таблица/ Зоны объемного катодаВарианты

ZIZIZZZZZZZ

Кольцевые слои в окрестностях окружностей

1-60,3480,3500,3530,001

2-50,3550,3520,3620,358

3-40,3420,3460,0010,360

I

ТаблицаЗ

Зоны объемного катода Варианты

ZIZZZZZ

Кольцевые слои в окрестностях окружностей

2-50,3520,350 0,365

8-110,3540,343 0,001

Таблица 1

Аппарат

I

Известный

| I

Фиг. I

-L