Дәріс № 20. Өндірістік айнымалы токпен поляризацияланған түйіршікті электродтардағы электрохимиялық процестер.

Жоспары:

1. Aғызынды сулардан ауыр және түсті метал иондарын бөліп алуда aйнымалы токты қолдану.

2. Түйіршікті металл электродтарын ағызынды суды тазалауда қолдану.

1. Aғызынды сулардан ауыр және түсті метал иондарын бөліп алуда aйнымалы токты қолдану. Тұрақты токпен поляризацияланған электродтық процестермен айнымалы ток қатысында жүретін электродтық процестерді салыстырғанда, кейінгісінің біршама ерекшелігі болатындығы белгілі. Әсіресе қиын тотығатын және пассивтелінетін металдар үшін айнымалы токты электролизде қолдану, электрод бетінде жүретін процестерді жылдамдатуға және интенсивтендіруге тікелей әсерін тигізеді.

Электролиз заңдылықтарын қарастыратын болсақ, жазық электрод бетінде анод және катод электродтарында негізінен тотығу және тотықсыздану процестері жеке- дара жүреді. Катодтық процесс- электрод материалының түріне, ток тығыздығы мен электродтың конструкциясының геометриялық формасына, электролит құрамы мен ондағы еріген заттар концентрациясының мөлшеріне тікелей тәуелді болса, анодтық процесс- электрод потенциалына, электролиттің қышқыл ортасы мен еріген иондар концентрациясының мөлшеріне және анодтық ток тығыздығына тәуелді жүреді. Айнымалы токты электролизде қолдану көптеген қайтымды процестер үшін тиімді болмағандықтан классикалық электрохимияда кең қолданысқа ие болмады. Электродтық процестерді интенсивтендіру үшін арнайы пішіндегі импульсты, реверсті, ассиметриялы және т.б. токтарды қолдануда. Бұл процестерді өндірісте қолдануда арнайы түзеткіштер мен электротехникалық қондырғыларды пайдалануды қажет етеді.

Қайтымсыз процестерде өндірістік жиіліктегі айнымалы токты қолданудың біршама өзіндік ерекшеліктері болатындығы белгілі. Қайтымды процестер үшін классикалық электролиз теориясы бойынша электродтардан айнымалы ток өткенде, катодтық және анодтық процестер ток жиілігіне сәйкес бір мезетте электрод бетіндегі жүретіндігінен, тотығу процесінің нәтижесінде түзілген өнімдер тотықсыздану процесінде бейтараптанады. Нәтижесінде электр мөлшерін қаншалықты өткізгенімен бағытталған реакция жүрмейді. Алайда, электрод материалдарын таңдау барысында, қайтымсыз катодтық және анодтық процестерді жүргізуге болады. Бұл жағдайда катодтық жартылай тогы периодында электрод бетінде жүретін тотықсыздану процесі анодтық жартылай периодта қайтадан бастапқы күйге өтетін өзгеріске үшырамай, электродта аралық тотықсыздану өнімдеріне айналады. Нәтижесінде айнымалы токпен поляризацияланған ұяшықта таңдамалы реакциялар жүре бастайды. Бұл айтылған жағдайлар, айнымалы токпен поляризацияланған темір және титан электродтары үшін орын алады.

Катодтық жартылай периодтағы электрод бетінде негізінен су немесе гидроксоний иондарының тотықсыздануы жүруімен қатар ерітінді құрамындағы элементтердің жоғары тотықсыздану дәрежесі бар иондардан төменгі тотықсыздану дәрежесіне немесе элементті түрге өтуі жүреді. Ал анодтық жартылай периодта- электродтың анодтық тотығуы немесе титан электроды үшін әлсіз қышқыл ортада электродтың пассивтелінуі байқалады. Осы процестерге байланысты өндірістік ағызынды сулардан ауыр және түсті метал иондарын бөліп алуда электрокоагуляциялық процесте айнымалы токпен поляризацияланған түйіршікті темір және титан электродтарын қолдану ағызынды суларды тазалау процестерін интенсивтендіру үшін тиімді тәсілдердің бірі болып табылады.

2. Түйіршікті металл электродтарын ағызынды суды тазалауда қолдану. Түйіршікті темір электродтары өндірісте қолданып жүрген жазық темір электродымен салыстырғанда біршама ерекшеліктерге ие:

• түйіршікті электродтар негізінен темір қалдықтарынан, машина жасау немесе метал өңдеу кәсіпорындарының қалдықтарынан жасалғандықтан, өзінің құны бойынша экономикалық тұрғыдан тиімді болып келеді;

• жазық электродтармен салыстырғанда беттік ауданы бірнеше есе үлкен болғандықтан, электролизер арқылы үлкен ток мөлшерін өткізу мүмкіншілігі;

• ағызынды су құрамындағы тазаланатын метал иондарының концентрациясы төмен болғандықтан электрод бетіне ол иондардың тасымалданып жеткізілуі біршама қиыншылықпен іске асады. Сүзгілеуші темір түйіршікті электродында метал иондарының электрод бетіне тасымалдануы жеңілденеді, яғни иондардың электродқа жетуінің диффузия жылдамдығының шектелінуі азаяды.

• жазық электродтардың жұмыс істеу барысында шеттік бұрыш әсері мен пассивтеліну салдарынан электродтың геометриялық пішінінің өзгеруіне байланысты ток тығыздығы мәнінің өзгеруі тазалау процесінің тиімділігін төмендетеді. Темір түйіршікті электродта арнайы қорапшаларға салынған темір түйіршіктері үнемі толықтырылып отыруына байланысты өзінің геометриялық өлшемдерін өзгертпейді.

• түйіршікті темір электродын қолданғанда электрод толтыратын себеттің геометриялық өлшемдерін өзгерту арқылы электрод қабатының қалыңдығын, электролизер конструкциясын өзгертпей - ақ реттеуге болады.

• түйіршік материалын өзгерту арқылы электролизер жұмысын жылдам басқа процестер жүретін технологияға жеңіл ауыстырылады.

Кейбір су тазалау технологиялық процестерінде еритін түйіршікті темір электродының орнына инертті металдарды қолдану қажеттілігі туындайды. Мысалы қолданылған ерітінділер құрамындағы қорғасын иондарын бөліп алуда түйіршікті қорғасын катоды қолданылады. Сол сияқты мыс түйіршікті электродтар мен графит түйіршікті электродтар да технологиялық процестерде кеңінен қолдануға болады.

Инертті графит түйіршікті электроды бетінде жүретін негізгі анодтық процесс - оттегі газының электролит құрамындағы су молекулаларынан тотығуы, немесе гидрокил аниондарының тотығуы жүрсе, катодтық процесте - ағызынды судағы метал катиондарының тотықсыздануы мен сутегі газының бөлінуі байқалады.

Бақылау сұрақтары:

1. Тұрақты токпен поляризацияланған электродтық процестермен айнымалы ток қатысында жүретін электродтық процестерді салыстыру сипаттамасы.

2. Катодтық және анодтық процестердің тәуелділігі.

3. Түйіршікті темір электродтарын жазық электродымен салыстырғандағы ерекшеліктері.

Әдебиеттер:

1. Диденко А.Н., Лебедев В.А., Образцов С.В. и др. Интенсификация электрохимических процессов на основе несимметричного переменного тока.// Сб.науч. тр. Интенсификация электрохимических процессов в гидрометаллургии. Отв. Ред. А.П. Томилов, М.: Наука,1988,С.189.

2. Егинбаева А.Ж., Баешов А., Баешова А.К. Электрохимическое поведение железа при поляризации промышленным переменным током в растворе хлорида натрия. Тр. Междун. конф. Молодые ученые - 10 летию независимости Казахстана, Алматы: КНТУ им.К. Сатпаева, 2001, С.517-520.

Дәріс № 21. Қымбат және аз кездесетін металдар қалдықтарын регенерациялау.

Жоспары:

1. Жуу суларынан және жұмысқа жарамсыз электролиттерден алтынды регенерациялау.

2. Жұмысқа жарамсыз электролиттерден палладий мен никельді бөлу әдістері

1. Жуу суларынан және жұмысқа жарамсыз электролиттерден алтынды регенерациялау. Жұмысқа жарамсыз электролиттерден алтынды ттотықсыздандырудың химиялық әдісінің үш түрі белгілі. Ең көп қолданылатын түрі алтынды мырыш тозаңымен немесе жоңқасымен тұндыру. Ол үшін құрамында бос калий цианидінің консентрациясы 2 г/л-ден -кіші емес сүзілген электролитке, 8-10 г/л мөлшерде қорғасындалған жоңқаны салады. Ерітіндіні екі тәулікте бір рет араластырады, бөлме температурасында, 10-15 тәулікте қорғасындалған жоңқаға таптап тұрады. Алтынның түгелімен тұнғанын, ерітіндіге 5-7 минутқа жылтыр қорғасындалмаған жоңқаны салу арқылы тексереді, егер тотықсыздану процесі біткен болса, онда ол қараймайды. Алынған тұнбаны тұз қышқылымен жақсылап жуып өңдейді, содан кейін қыздыру арқылы азот қышқылымен өңдейді, бұл кезде тұнба металдың алтын түріне келеді.

Электрохимиялық әдіс. Қозғалмайтын катодта ерітіндіні араластыру арқылы немесе коррозияға тұрақты болаттан дайындалған айналмалы электродқа жұмысқа жарамсыз электролитттерден алтынды тұндыру, ең кең тараған әдісі. Тұнба алынып болғаннан кейін, қалған алтынды бөліп алу үшін электролиттті ионалмастыру схемасы арқылы өткізеді.

Жуу схемаларындағы алтынның құрамы 0,2 –ден 1 г/л-ге дейін жетеді. Алтынды амонит арқылы бөліп алуға болады. Маркалары Н-0 ЭДЭ-10П, және де смоламер АМ және АМП аз ісінетін және жоғары парлы синтетикалы анонитті смолалар қолданылады. Өндірістің көлемі жоғары болғанда ұстап қалу процесін үздіксіз әдіспен амоний смоласымен толтырылған адсорбционды колонканы толтыру арқылы жүргізуге болады. Жуу суларының өту жылдамдығы 40 мл/мин. Анионитті смолалар 100 % металды сіңіре алады, бірақ олардың практикалық қолданылу коэффициенті жоғары емес.

Барлық жағдайда қымбат металдарды өндірістің қалдығы ретінде бөліп алады және екінші қымбат металдар заводына өткізеді. Бұл әдістердің жалпы кемшілігімен олардың қиындылығы және қымбат металдарды жоғалту мүмкіншілігімен регенерация өнімінің ластығы осы әдістердің үлкен кемшілігі болып келеді. Ион алмастырғыш смолалар мен талшықтар қымбат металдарды эффективті бөліп алғанмен бірақ бұл материалдар алтын немесе күміспен қаныққанмен кейін жағуға тура келеді, концентрленген десорбция ерітіндісін алуға мүмкіншілік болмағандықтан химиялық десорбция жүргізілмейді.

Қазіргі уақытта үш әдіс алмастырғыш технология бойынша өндіріске енгізілген сұйық иониттермен экстракция ионитті мембрана қолданылуымен электролиз, импрегнирленген сорбенттермен сорбция.