Спосіб вилучення міді зі шламів гальванічного виробництва

Спосіб вилучення міді зі шламів гальванічного виробництва, що включає обробку шламу кислотою і електроосадження міді в електролізері, який відрізняється тим, що кислоту, одержують в електролізері, а процес електроосадження міді здійснюють одночасно з одержанням кислоти при напрузі 25-35В і температурі 18-25°С. (19) (21) a200807409 (22) 29.05.2008 (24) 11.01.2010 (46) 11.01.2010, Бюл.№ 1, 2010 р. (72) КЛІЩЕНКО РОМАН ЄВГЕНІЙОВИЧ, ГОНЧАРУК ВЛАДИСЛАВ ВОЛОДИМИРОВИЧ, ЧЕБОТАРЬОВА РАЇСА ДМИТРІВНА (73) ІНСТИТУТ КОЛОЇДНОЇ ХІМІЇ ТА ХІМІЇ ВОДИ ІМ. А.В. ДУМАНСЬКОГО НАЦІОНАЛЬНОЇ АКАДЕМІЇ НАУК УКРАЇНИ (56) RU 94040903, 27.02.1997, A1 SU 1491899, 07.07.1989, A1 SU 1613502, 15.12.1990, A1 3 Недоліком відомого способу [3] є недостатньо високий ступінь видалення міді з відходів, тривалий час обробки за рахунок попереднього вилуговування та підвищена температура електроосадження, що потребує додаткових витрат енергії. Причиною, що перешкоджає отриманню необхідного технічного результату - високого ступеню вилучення міді за короткий час при зниженні енерговитрат є те, що описуваний процес є двостадшним, причому перша стадія вилуговування міді забирає досить тривалий час, та потребує додаткових витрат реагентів-вилуговувачів та додаткового устаткування. Крім того, при вилуговуванні можливе вторинне забруднення стічними водами. В основу винаходу поставлене завдання розробити спосіб вилучення міді з шламу гальванічного виробництва, в якому використання нового технологічного прийому, а саме суміщення двох процесів - вилуговування міді та її електроосадження, забезпечило б значне підвищення ступеня вилучення міді, зниження часу вилучення міді та зниження температури процесу і, як наслідок, зменшення енерговитрат. Для вирішення поставленого завдання запропоновано спосіб вилучення міді зі шламів гальванічного виробництва, що включає обробку шламу кислотою й електроосадження міді, в якому, згідно з винаходом, використовують кислоту, отриману в електролізері й процес електроосадження міді здійснюють одночасно з отриманням кислоти при напрузі 25 - 35 В і температурі 18 - 25°С. Нами показано, що при одночасному проведенні процесів вилуговування міді зі шламів та її вилучення в одному пристрої, кислота, що утворюється у результаті електролізу води на аноді, мігрує крізь шар шламу, поступово вилуговуючи мідь. Отриманий розчин сполук міді надходить до катодної камери, де відбувається електроліз з осадженням металічної міді на катоді. Нами показано, що вилучення міді зі шламу в одну стадію веде до підвищення ступеню вилучення міді при скороченні часу обробки, зниження температури й енерговитрат при електроосадженні міді, запобігає утворенню вторинних забруднень стічними водами. Таким чином, сукупність суттєвих ознак способу, що заявляється, є необхідною й достатньою для досягнення забезпечуваного винаходом технічного результату - підвищення ступеня очищення до 97,8 - 99,1%, зменшення часу вилучення до 24 28 годин з одночасним зниженням витрат електроенергії на електроосадження міді до 2,1 2,4кВт год/кг електроенергії Спосіб реалізується наступним чином. Для вилучення міді з гальванічного шламу використовували електрохімічну комірку, принципова схема якої показана на Фіг. Електрохімічна комірка складається з корпусу 1, камери для завантаження шламу гальванічного виробництва 2, катіонообмінних мембран 3, електродних камер 4 з вбудованими пластинчастими електродами 5 і газовідвідними трубками 6. В камеру 2 завантажують мідьвмістний шлам гальванічного виробництва, що містить 9 - 10% Сu у вигляді оксихлориду, а також близьк, 30% Fe, у 89299 4 вигляді гідроксокомплексів змінного складу. Шлам від електродних камер відділено катіонообмінними мембранами 3 МК-40. Електродні камери 4 заповнювали фоновим розчином 0,1 Μ Na2SO4, для забезпечення електропровідності системи. Вихід газів забезпечувався за допомогою трубок 6. Після вмикання електричного струму на аноді генеруються іони водню, що утворюються за реакцією електролізу води: Н2О - 2е- = 2H+ + О2 Кислота, що утворюється (іони ЕH+), мігрує до катода крізь об'єм шламу, розчиняючи при цьому сполуки міді. Розчинення оксихлориду міді в основному відбувається за реакцією: + 2+ Сu2Сl(ОН)3+3Н =2Сu +3Н2О+Сl Відомо, що розчинення оксихлориду міді протікає у діапазоні значень рН 2,5 - 5,0, а процес розчинення оксихлоридів заліза починається при значеннях рН < 2 [4] [Запольский А. К., Образцов В. В. Комплексная переработка сточных вод гальванического производства. - К. : Техніка, 1989.199с]. Тому процес вилучення міді проводили при значеннях рН від 2,5 до 3,0. Значення рН регулювали зміною напругиструму від 25 до 35 В, який подавали на електроди 5. Процес вели відповідно до винаходу в потенціостатичному режимі при напрузі на електродах 25,30 і 35 В безперервно протягом 24 - 28год. при температурі 18 -25°С. Мідь, у вигляді Сu 2+- іону мігрує до катодної камери, де відбувається її осадження у вигляді компактного металевого осаду на катоді. Кількість Сu визначали у вихідному шламі і в шламі після вилучення міді методом вилуговування з подальшим атомно-абсорбційним аналізом у розчинах після вилуговування міді зі шламу ЗМ HNO3, за методикою [5] [И. Хавезов, Д. Цалев. Атомно-абсорбційний аналіз.- Л.: Хімія, 1983144с.] нa спектрофотометрі С-115.М1 з використанням окислювального полум'я ацетилен-повітря. Довжина хвилі (аналітична лінія) для Сu-324,7 нм, межа визначення - 0,005мкг/мл. Ступінь вилучення міді визначали за формулою: CO = 100 (m 0- m)/m0, %, де: m0 - початкова кількість міді, г., m - кількість міді після очистки, г. Для розрахунку кількості вилученої міді катод зважували до і після електроосадження. Кількість вилученої міді розраховували за формулою: Рміді= р -р0, г. де: р0 - початкова маса катоду, г., р - маса катоду після вилучення міді, г. Ступінь вилучення міді та тривалість обробки шламу при різних режимах наведено у таблиці. При реалізації способу, що заявляється, витрата електроенергії становить 2,1 - 2,4 кВт год/кг. Приклад виконання за винаходом Камеру 2 електрохімічної комірки (Фіг.) об'є3 мом 30см , відокремлену від електродних камер катіонообмінними мембранами МК-40, заповнювали мідьвмістним шламом масою 74,5г. Початкова вологість шламу 18,4%, вміст міді у вигляді оксихлориду 9,8%, що становить 7,31г. міді. Електродні камери 4 (об'єм кожної по 10см3), заповнювалися 0,1Μ розчином Na2SO4. Катод виготовлено з міді, 5 89299 матеріал аноду - гладка платина, площі анода й 2 катода по 10см . Процес вели відповідно до винаходу в потенціостатичному режимі при напрузі на електродах 30 В безперервно протягом 24год. При температурі 22°С. Значення рН в об'ємі шламу під час експерименту підтримували у межах 2,5 - 3. Після закінчення процесу вилучення міді відпрацьований шлам вивантажували з камери 2 й аналізували кінцевий вміст міді, що становив 0,1747г. Таким чином, ступінь вилучення міді становила: 100 (7,31-0,1747)/7,31=99,1% Для підтвердження ступеню вилучення міді було визначено масу міді, яка виділилась на катоді. Маса катоду до вилучення становила 15,3508г, маса катоду після електроосадження - 32,5855г. Маса міді, що виділилась на катоді становить: 32,5855-15,3508 = 7,2347г. Маса міді, що виділилась зі шламу 7,31 0,1747 = 7,2353г. практично дорівнює масі міді, яка виділилась на катоді (7,2347г.), що підтверджує повноту електролітичного осадження міді з розчину після вилуговування шламу гальванічного виробництва. 6 Установлено, що заявляємий режим вилуговування і електроосадження міді (напруга 25 - 35 В, тривалість обробки 24 - 28год, температура 18 25°С) обрані з умов, які забезпечують високій ступінь вилучення міді з гальванічного шламу (97,8 99,1%) при скороченні часу обробки й зниженні енерговитрат (табл. приклади 1 - 7). При позамежному зниженні температури, наприклад, до 15°С, знижується ступінь видалення міді зі шламу за рахунок зростанню електричного опору шламу, та уповільнення процесу вилуговування міді при низьких температурах [табл. приклад 8]. При позамежному підвищенні температури, наприклад, до 28°С, ступінь видалення міді зі шламу не підвищується, але зростає енергоємність процесу за рахунок витрат на підігрів пристрою [табл. приклад 9]. При позамежному зниженні напруги, наприклад, до 22 В знижується ступінь видалення міді зі шламу за рахунок зниження ефективності генерації кислоти при зниженій напрузі [табл. приклад 10]. Таблиця № п/п Режим електрохімічної обробки шламу Uи, В t, °C 1 2 3 4 5 6 7 25 30 35 25 35 25 35 22 22 22 25 25 18 18 8 9 10 11 30 30 22 38 15 28 22 22 12 30 60 Показники о, год. Ступінь вилучення міді, % За винаходом 24 24 24 24 26 28 24 97,8 99,1 99,1 98,7 99,1 98,0 98,6 24 24 24 24 93,0 98,9 95,3 99,1 72 91,2 Позамежні За способом [3] При позамежному підвищенні напруги, наприклад, до 38 В, ступінь видалення міді зі шламу не підвищується, але, за рахунок підвищення напруги збільшуються затрати електроенергії на процес видалення міді [табл. приклад 11],. Таким чином, параметри способу вилучення міді зі шламів гальванічного виробництва, що заявляються, забезпечують підвищення ступеню видалення міді з 91,2% до 97,8 - 99,1%, тобто на 6,6 - 8,9%, а також зниження температури процесу з 60 до 18-25°С, тобто у 2,4 - 3,3 раза. Крім того, суміщення процесів вилуговування й електровилучення міді дає змогу зменшити час процесу з 72 до 24 - 28год., тобто у 2,5 - 3 рази. Перевагою процесу є значне зменшення переліку устаткування, що використовується, та зменшення вторинного техногенне забруднення довкілля. 7 Комп’ютерна верстка Л. Купенко 89299 8 Підписне Тираж 28 прим. Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601