Способ регенерации отработанных кислых травильных растворов Советский патент 1979 года по МПК C23G1/36 B01D13/02 

Изобретение относится к регенерации кислых травильных растворов, кислотных элюатов катионитовых фильтров и любых других концентрированных растворов, содержащих кислоты совместно с их солями.

Известен способ регенерации отработанных кислых травильных растворов путем электролиза в диафрагменном электролизере с использованием инертного анода при плотности тока 2,5-10 а/дм 2 и температуре 30- 100°С 1.

Недостатком этого способа является невысокая степень регенерации травильных растворов.

Известен способ регенерации отработанных кислых травильных растворов путем электродиализа в электродиализаторе, разделенном катионообменной мембраной. При этом ванодном пространстве регенерируется кислота, а катионы металлов проникают через мембрану в катодную камеру, куда необходимо ввести определенное количество кислоты 2.

Недостатком способа является невозможность получения после регенерации травильных растворов, содержащих соляную или

серную, или азотную кислоту концентрацией 5-i2°/o с одновременным получением порощкообразного металла.

Цель предлагаемого изобретения - обеспечение регенерации растворов, содержащих соляную или серную, или азотную кислоту, с получением кислоты концентрацией 5-22% и порощкообразных металлов.

Для этого процесс проводят в трехкамерном электродиализаторе с заполнением катодной камеры регенерируемым раствором, анодной камеры кислотой, средней камеры выработанным католитом при плотности тока 20-50 a/дм до остаточного содержания металла в католите 1,5-15 вес. %.

На чертеже представлена схема, иллюстрирующая предлагаемый способ.

Электродиализатор I с анионитовой и катионитовой мембранами 2 и 3 разделен на три равные по объему камеры. В крайние камеры помещают электроды: катод 4 в камеру, образованную анионитовой мембраной, а анод 5 - в камеру, образованную катионитовой мембраной, бак-сборник 6 для слабоконцентрированных растворов. Катодную камеру заполняют раствором, подлежащим регенерации и представляющим собой высококонцентрироваиную кислотно-солевую систему. Среднюю камеру, заключенную между анионитовой и .катионитовой мембранами, для обеспечения электропроводности заполняют слабоконцентрированным раствором (первоначальноподкисленной водой) той же кислоты или соли, что и в катодной камере. Анодную камеру, независимо от природы регенерируемого раствора, заполняют серной кислотой с концентрацией 600-800 г/л. При подключении электродиализатора к источнику постоянного тока в каждой из камер протекают следующие процессы: а)в катодной камере идет процесс разложения кислот и их солей; катионы водорода, а затем ,и катионы металлов (кроме щелочных и щелочноземельных) разряжаются на катоде с образованием молекулярного водорода и чистого металла, а отрицательно заряженные анионы кислот и соли под действием сил электрического поля и в силу закона электронейтральности раствора проходят сквозь анионообменную мембрану в среднюю камеру. Реакции разложения протекают по схеме:2H4-2e H2t Me + е Me. В результате общая концентрация католита уменьщается и в зависимости от длительности процесса может достигнуть любой, заранее заданной, величины; выработанный католит собирается в бак-сборник 6; б)в анодной камере, в силу того, что ионы гидроксила разряжаются на аноде значительно легче, чем сульфат-ионы, основным процессом является разложение воды с об.разованием молекулярного кислорода и свободных водородных ионов: 2НгО+ 4е 021+4Н Под действием сил электрического поля и в силу закона электронейтральности раствора образовавщиеся свободные ионы водорода проходят сквозь катионитовую мембрану из анодной камеры в среднюю камеру. Применение анодной камеры необходимо для предотвращения непосредственного контакта анода с легкоразряжающимися анионами, накапливающимися в средней камере. Серная кислота, не разлагающаяся на аноде, обеспечивает электропроводность раствора. При этом кислота не расходуется и количество ее в анолите остается неизменным; в)в средней камере в результате непроницаемости анионитовой мембраны для катионов и катионитовой мембраны для анионов концентрируются ионы водорода и анионы, образованныеразложением в катодной камере кислоты и их солей, т.е. идет процесс образования и концентрирования кислоты. При выборе интервала концентрации получаемой кислоты руководствовались тем, что предлагаемь1Й способ позволяет по; учить кислоту любой концентрации, не более 22°/оОднако кислота концентрации меньще 5% используется редко. Чаще всего для травления используют кислоту концентрацией 15- 20%: Плотность тока, необходимая для получения на катоде порощкообразного металла, зависит от концентрации соли металла в католите, которая в процессе его выработки уменьщается. В предлагаемом способе интервал плотности тока составляет 20-50 а/дм, верхнего предела содержания металла в католите не существует. Чем больще соли в процессе регенерации можно оставить, тем лучще. Нижний предел - 1,5% обусловлен особенностями процесса: возрастание энергозатрат при более глубокой выработке электролита. Наряду с основным процессом регенерации наблюдается также перенос воды через анионитовую мембрану из катодной ка.меры в среднюю камеру, обусловленный наличием у анионов гидратных оболочек. В результате, по мере протекания процесса объем католита уменьщается, а объем раствора в средней камере увеличивается, что приводит к некоторому разбавлению отрегенерированной кислоты и к несоответствию между объемом раствора, поданного на регенерацию, и объемом отрегенерированного раствора. В зависимости от природы анионов .(т.е. природы регенерируемых кислот) водоперенос составляет от 10 до 40 об.%. Для устранения вредного влияния водопереноса предлагается следующая последовательность операций для одного цикла регенерации:1.Средняя камера перед началом процесса заполняется первоначально подкисленной водой, а во всех последующих циклах - слабоконцентрированным раствором из бака-сборника. При этом камера заполняется не полностью, а так, чтобы разница между объемом раствора в катодной камере и объемом раствора в средней камере перед начало.м процесса соответствовала величине водопереноса. Поэтому первоначальное заполнение камеры составляет 60-70 об. %. 2.По мере протекания процесса убывание воды из катодной камеры компенсируется добавлением в нее слабоконцентрированного раствора из ба а-сборника, причем величина добавок к концу процесса регенерации соответствует величине переноса. 3.Процесс регенерации ведут до тех пор, пока раствор в катодной камере не выработается до такой концентрации соли металла, которая допустима требованиями к качеству отрегенерированной кислоты. 4. После окончания процесса отрегенерированная кислота удаляется из средней камеры и используется в производстве, а выработанный (слабоконцентрированный) раствор удаляется из камеры и собирается в бак-сбооник.При этом катод очищается от выделившегося на нем порошкообразного металла, после чего следует новый цикл регенерации. Таким образом,.на каждую единицу объема раствора, поданного на регенерацию, образуется единица отрегенерированного раствора с допустимым содержанием соли металла при отсутствии собственного сброса сточных вод с установки. Предлагаемый способ обеспечивает получение раствора для регенерации, содержащего соляную или серную, или азотную кислоты концентрацией 5-22 вес. % и порошкообразных металлов. Формула изобретения Способ регенерации отработанных кислых травильных растворов путем электродиализа, отличающийся тем, что, с целью обеспечения регенерации растворов, содержащих соляную или серную, или азотную кислоту, с получением кислоты концентрацией 5- 22% и порошкообразных металлов, процесс проводят в трехкамерном электродиализаторе с заполнением катодной камеры регенерируемым раствором, анодной камеры кислотой, средней камеры выработанным католитом при плотности тока 20-50 а/дм до остаточного содержания металла в католите 1,5-15 вес. 0/0. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 438729, кл. С 23 G 1/36, 1970. 2.Патент США № 3481851, кл. 204-180, 1969.

+

Л

-,/