книги из ГПНТБ / Де Барр, А. Е

и просушивают, их редко подвергают общепринятому методу восстановления с целью извлечения металла.

Однако процесс извлечения металлов из отработавших электро­ литов методом экстрагирования обладают преимуществом перед методом осаждения. Нафтеновая кислота является эффективным реагентом для этого процесса. Метод заключается в том, что раствор нафтеновой кислоты в керосине тщательно перемешивают с отра­ ботавшим электролитом. Затем нафтеновая кислота экстрагирует металлы из водного раствора в соответствии с рН этого раствора. Таким способом при рН 6,5 может быть извлечено 95% меди из разбавленного раствора сульфата меди, а из раствора сульфата никеля такой же концентрации может быть извлечено не менее 10% никеля. Следовательно, при этом значении рН медь может быть в значительной степени отделена от никеля.

После отделения органической фазы минеральной кислотой экстрагированный металл переносят в водную фазу, а нафтеновая кислота восстанавливается. Металл может быть извлечен, напри­ мер., электролизом водной фазы. Реакции в процессах экстраги­ рования и десорбирования представляют собой ионообменные реакции в жидкой фазе.

Осадки гидроокиси не влияют на экстракцию, и поэтому состав раствора восстанавливается при обработке металлов в нейтраль­ ных электролитах при условии, что рН не требует корректи­ ровки. В таких случаях процесс может облегчить извлечение металлов без влияния электролита. Если необходимо значи­ тельно корректировать рН, то электролит повторно использовать нельзя.

Применение нафтеновой кислоты в качестве экстрагирующего агента для отработавших электролитов очень ограничено, так как с ее помощью могут быть экстрагированы только те металлы, которые имеют двухосновные гидроокиси. Хотя двухвалентное железо экстрагируемо, • трехвалентное железо должно выпадать в осадок до того, как можно будет применить процесс экстракции. Некоторые из сравнительно дорогих металлов, для которых про­ цесс мог бы. быть особенно целесообразен, не экстрагируются; примером служат молибден, титан и вольфрам. В случае сплавов типа нимоник необходимо осаждать трехвалентный хром, прежде

осаждением других металлов, несмотря на сравнительно большую разницу в рН, обычно связанную с осаждением хрома и никеля. Другим недостатком является то, что нафтеновая кислота в ка­ честве агента не отделяет кобальт от никеля; это не было бы необходимым, если бы оба металла можно было извлекать в виде сплава, но если их нужно разделять, то следует использовать дру­ гие реагенты.

Следовательно, для извлечения металлов и восстановления отработавших электролитов, используемых при электрохимической

обработке, можно использовать несколько процессов. Применение этих процессов зависит от значения экстрагируемых веществ и стоимости процесса. Поэтому процессы восстановления мало используют в практике.

3. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТРАБОТАВШИХ ЭЛЕКТРОЛИТОВ

Когда электролит отработал, возникает вопрос о возможности удаления его через заводскую канализационную систему. Однако отработавшие электролиты и вода, используемые для промывки обработанных деталей, обычно имеют остаточную кислотность или

с растворами для таких гальванических процессов, как гальва­ ностегия, поэтому они должны рассматриваться с одинаковых позиций.

Установки для очистки сточных вод, работающие на некоторых заводах, могут иметь достаточную емкость, чтобы разместить отработавшие электролиты; но и в этом случае нужно учитывать, сможет ли сточная вода, полученная от другого смежного процесса, уменьшить концентрацию примесей, если ее смешать с отработав­ шим электролитом.

Сточные воды после процесса чистовой обработки металлов, как правило, представляют собой разбавленные промывочные растворы, содержащие, например, 0,3 Ю - 6 г-л""1 тяжелых метал­ лов, в то время как отработавшие кислотные электролиты могут содержать их 2,5 г - л - 1 . Следовательно, хотя способы очистки

условия, например оптимальная продолжительность процесса, могут быть разными.

Этапы обработки кислотных (или щелочных) сточных вод, содержащих тяжелые металлы, следующие: 1) разрушение хроматов, содержащих шестивалентный хром, который может полу­ чаться при обработке хромоникелевых сплавов; 2) добавление кислоты или щелочи для получения необходимого показателя рН в сточной воде, а также осаждения тяжелых металлов; 3) отделе­ ние выпавших в осадок твердых частиц от нейтрализованной

в том отношении, что некоторые из операций по обработке сточных вод являются составной частью самого процесса обработки. Однако, если в отработавшем нейтральном электролите присут­ ствует хром в шестивалентной форме, то некоторые из этих преиму­ ществ исчезают, так как для восстановления иона хромата необ­ ходимо подкисление.

Разрушение хроматов. Обычно хроматы разрушаются в резуль­ тате восстановления трехвалентного хрома, который потом может быть осажден с помощью щелочи. Метод непосредственного оса­ ждения хромата с помощью соли бария обычно не применяют из-за экономических причин.

Восстановителями обычно являются сульфат железа и двуокись

реагентом, но в дальнейшем потребуется дополнительно щелочь, чтобы осадить трехвалентное железо, являющееся составной частью этого реагента. Окончание восстановления легко опреде­ ляется по цвету сточных вод.

Следовательно, сульфат железа используют для периодичес­

Цианиды не являются обычными составляющими отработавших электролитов, но при их присутствии необходима обработка окис­ лением, например хлором, в щелочном растворе, чтобы превра­ тить цианид в цианад. Последний радикал можно, кроме того, превратить в относительно безвредные газообразные продукты. Смешение сточных вод, несущих цианид, со сточными водами, со­ держащими соли никеля или хроматы, следует предотвращать, чтобы избежать трудностей при обработке смешанных раст­ воров.

Нейтрализация сточных вод. Оборудование для нейтрализации отработавших кислотных электролитов состоит из резервуара с ре­ зиновой или пластмассовой футеровкой, мешалки и дозирующего устройства для добавления щелочи. Количество щелочи можно рассчитать, если известен состав раствора, но чаще всего ориен­ тируются на водородный показатель рН. Поэтому, хотя нейтраль­

т. е. гашеную известь, либо соединения натрия типа кальциниро­ ванной соды (карбоната натрия) или каустика. Гашеная известь, являясь самым дешевым реагентом, дает большое количество шлама, особенно при обработке растворов, содержащих сульфаты. Однако может оказаться, что этот шлам легче фильтровать, чем шлам, образованный другими щелочами. Кальцинированная сода дороже, и выделяющаяся двуокись углерода может неблагоприятно влиять на образование осадка. Можно использовать каустик, самый дорогой реагент. Так как в нейтрализатор легче подавать

жидкости, чем твердые вещества, обычно применяют 5—10%-ные известковое молоко, водный раствор кальцинированной соды или каустика. Известь в этой форме реагирует гораздо эффективнее. Недостатком щелочи на основе натрия является то, что сульфат натрия, образующийся в нейтрализуемых кислотных растворах

в зависимости от размера установки. Для маленьких установок используют каустик или кальцинированную соду, а для больших установок — гашеную известь. Процесс нейтрализации заклю­

Время выдержки растворов в нейтрализаторе составляет обычно полчаса.

Отделение осажденных твердых частиц. После нейтрализации отработавший кислотный или щелочной электролит находится в основном в таком же состоянии, как электролит нейтрального типа, взятый непосредственно от электрохимического станка. Следовательно, применимы методы разделения твердого вещества, аналогичные рассмотренным выше. Например, можно собирать сточную воду в нейтрализаторе, особенно если добавить флоку­ лирующие вещества; и наоборот, сточную воду можно прокачи­ вать под давлением через фильтр, например фильтрпресс или центрифугу.

Однако, когда сточной воды много, ее подают после нейтрали­ зации в отстойник, где твердое вещество осаждается. Так как отстаивание происходит обычно намного медленнее, чем нейтрали­ зация, отстойники должны иметь большую емкость. Отстойники обычно кольцевые, с конусным основанием и с отбойными пере­ городками, чтобы вновь поступающий нейтрализованный раствор не нарушал процесс отстаивания. В больших резервуарах медленно вращающаяся лопасть собирает осажденный шлам в центр конуса. У жидкости, скопившейся в резервуаре, необходимо проверять рН и чистоту; затем эту жидкость направляют либо в дренажную систему, либо в реку.

Обезвоживание и утилизация шлама. Шлам, скопившийся в отстойнике, удаляют, выкачивая насосом либо под давлением вновь поступающей жидкости. Влажный шлам обычно обезвожи­ вают, подавая его либо на фильтрпресс, либо на вращающийся фильтр. Для обезвоживания шлама можно использовать центри­ фуги. После обработки шлам приобретает форму твердого вещества и может подвергаться металлургической переработке для извлече­ ния металлов.

Описанный выше процесс может осуществляться как в периоди­ ческом, так и в непрерывном цикле. Преимуществом периодиче­ ского цикла, который больше приемлем для относительно не­ больших установок производительностью не более 4500 л, является гибкость. Непрерывный цикл с частичным или полным автомати­ ки

ческим контролем больше пригоден для обработки больших объ­ емов сточной воды.

Многие фирмы конструируют и изготовляют установки для обработки сточных вод как небольших размеров для восстановле­ ния хромата и нейтрализации кислот, так и полностью автомати­ зированные, имеющие отстойники и фильтры. Производительность типовой установки для очистки отработавшего раствора 7,3 млн. л в день.

Все приведенные выше рассуждения показывают, что при электрохимической обработке с применением кислотных электро­ литов потребуется дорогая очистка сточных вод, и поэтому лучше использовать электролиты нейтрального типа.

Г л а в а 8

ПОТОК ЭЛЕКТРОЛИТА

1. ГИДРОДИНАМИКА ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ

Электролит необходимо прокачивать через межэлектродный зазор, чтобы удалить продукты реакции из зазора, довести до ми­ нимума катодную поляризацию и ограничить повышение тем­ пературы электролита, особенно при работе на высоких плотно­ стях тока. При условии турбулентности потока скорость прокачки электролита 30—55 м - с е к - 1 не обязательна, так как плотности тока не настолько высоки, чтобы вызвать кипение электролита. Однако во многих случаях обработка происходит при малых ра­ бочих зазорах, и если сечения для потока слишком малы, то обычно используют насосы высокого давления специальной конструкции для поддержания необходимой скорости электролита. При кон­ струировании электрохимических станков нужно правильно подо­ брать техническую характеристику соответствующего иасоса (да­ вление, производительность), чтобы обеспечить необходимую скорость электролита.

Межэлектродный промежуток при прошивке отверстий труб­ чатым электродом и при формообразовании плоскими электродами находится в диапазоне 0,1—1 мм, а путь потока может составлять 5—35 см. Следовательно, применяя основные принципы гидрав­ лики, расчетным путем определим минимальное давление р, необходимое для получения средних скоростей v электролита.

Используемые формулы действительны только для труб с ров­ ными внутренними поверхностями и не учитывают потерь в ма­ гистралях трубопроводов. Однако эти дополнительные потери могут быть незначительными, если поверхности труб будут ров­ ными, большого поперечного сечения и расширены на входе и выходе из межэлектродного зазора.

Чтобы показать порядок величин необходимых давлений, в качестве примера воспользуемся показателями одного кислот­ ного электролита, содержащего 10%-ный водный раствор серной

результаты, чтобы они соответствовали любому другому типу электролита.

на рис. 8.1 соответствует числу Рейнольдса при температуре электролита 20° С, а правая — числу Рейнольдса при температуре 60° С.

Исследование турбулентного потока в одинаковых трубах показали, что X с некоторыми эмпирическими допущениями всегда постоянна при постоянном числе Рейнольдса. Из этих допущений самой простой является зависимость, установленная Блазиусом, верная для всех величин числа Рейнольдса до 80 ООО, а именно:

Эта зависимость в логарифмических координатах и эквивалент­ ное изменение X для ламинарного потока в трубе согласно закону

Рис. 8.2. Зависимость "коэффициента сопротивления X от числа Рейнольдса для потока в трубах:

Хагена—Пуазейля показана на рис. 8.2. Эквивалентная величина X определяется из уравнений (8.8), (8.13) и (8.15) следующим об-

разом:

Соответствующий эквивалент X для ламинарного потока в тон­ ком прямоугольном сечении составляет 96R.

ПО