Лабораторна робота 4. Електрохімічне вилучення міді

Мета роботи ознайомитись з електрохімічним метод вилучення іонів важких металів з промислових електролітів у мембранному електролізері

Завдання провести серію електролізів з різними густинами струму і визначити ту, яка забезпечує найвищий вихід по струму.

КОРОТКИЙ ОГЛЯД ТЕОРЕТИЧНИХ ОСНОВ ПРОЦЕСУ

Процеси травлення міді та її сплавів широко використовують в машино-, і приладобудуванні, електротехнічній і радіоелектронній галузях промисловості. У процесі травлення міді відбувається збільшення концентрації іонів Купруму у розчині. За певної концентрації іонів Купруму у розчині швидкість травлення міді зменшується і такий розчин вилучають з технологічного процесу. На гальванічних підприємствах Україні щорічно втрачається приблизно 0,5 тисяч тонн міді.

У літературі описано методи вилучення іонів важких металів, зокрема міді, зі стоків промислових підприємств. Переважно застосовують метод вилучення іонів Купруму у складі нерозчинних сполук. Для осадження сполук Купруму використовують вапнякову воду. Купрум(ІІ) гідроксид, який при цьому утворюється, входить до складу гальванічних шламів. Гальванічні шлами, як правило, не переробляють, а захоронюють на спеціальних майданчиках. Гальванічні шлами – джерело забруднення ґрунтових вод і ґрунтів іонами важких металів. Тому описаний метод вилучення іонів Купруму з відпрацьованих технологічних розчинів неефективний, не відповідає вимогам ресурсозбереження і попередженням хімічного забруднення об’єктів довкілля.

Більш раціональним і сучасним є метод електрохімічної регенерації відпрацьованих розчинів травлення міді. Його суть полягає в тому, що з відпрацьованого технологічного розчину електрохімічно вилучають надлишкові, порівняно з початковою концентрацією, іони Купруму. Після вилучення іонів Купруму регенерований розчин травлення знову придатний для роботи.

Е лектрохімічна регенерація розчинів травлення має певні особливості. Цей процес недоцільно проводити у однокамерному електролізері. Це зумовлено тим, що іони хлору окиснюватимуться на аноді й буде виділятися отруйний газ хлор.

Рис. 1 Мембранний двокамерний електролізер

Для усунення цього недоліку на кафедрі фізичної хімії та екології хімічних виробництв ЧНУ створено двокамерний мембранний електролізер для електрохімічної регенерації відпрацьованих хлоридних розчинів травлення міді (Рис. 1).

Мембранний двокамерний електролізер (Рис. 1) – це гальванічна ванна (1) для розчину, в якій знаходиться іонообмінна мембрана (2), що розділяє катодний (3) та анодний (4) об’єми. В катодному об’ємі розміщені катодна штанга (5) і катод (6), а в анодному – анодна штанга (7) та нерозчинний анод (8). У катодний об’єм заливають відпрацьований розчин травлення міді. За малих і помірних густин струму на катоді осаджуватиметься щільний метал, добре зчеплений з основою. Під час електролізу за великих густин струму на катоді утворюється порошок міді, який може осипатися на дно ванни. Цей порошок буде розчинятися у розчині травлення і ефективність вилучення іонів Купруму з розчину буде малою. Для попередження розчинення порошку міді, що осипається з катоду, запропоновано під катодом розташовувати піддон (10) з не електропровідного матеріалу, вкритий листовою міддю (9). До листової міді (9) піддону (10) приєднано електричний провідник (11), який з’єднаний з катодною штангою. За певних густин струму на піддоні порошок міді не буде розчинятися.

У анодний простір заливають водний розчин натрій сульфату; це попереджує виділення хлору на аноді під час електролізу.

Вилучивши з відпрацьованого розчину «надлишкові» іони Купруму до їх початкової концентрації, регенеруємо розчин травлення. Такий розчин знову можна використовувати для травлення міді. Швидкості травлення міді у свіжоприготовленому і регенерованому розчинах збігаються.

Використання мембранного двокамерного електролізеру дозволяє добитися ресурсозбереження – відпадає потреба витрачати реактиви для приготування нових розчинів травлення. Мідь, вилучена у вигляді щільних блоків, може бути використана як аноди. Порошкова мідь дорога, містить мало домішок, користується попитом у порошковій металургії, для виготовлення каталізаторів.