CC BY
46
УДК 541.183.12
Деионизация никельсодержащих растворов гальванического производства
А.П. Вергун, Г.С. Тихонов, Л. И. Дорофеева
Томский политехнический университет E-mail: chair23@phtd.tpu.edu.ru
Представлены результаты экспериментальных исследований по извлечению ионов никеля из растворов никелирования гальванического производства методом электродиализа в смешанном слое ионита. Проведённые исследования показывают эффективное удержание ионов никеля в ионообменной насадке.
Очистка сточных вод промышленных предприятий актуальна в связи с постоянно увеличивающимся загрязнением окружающей среды. Одним из наиболее серьёзных источников загрязнения являются производства различных предприятий, в сбросных водах которых содержатся порядка 13 вредных веществ, в основном тяжёлые металлы.
Для очистки сточных вод гальванических производств используют различные методы или их сочетания: реагентный, сорбционный (физико-химический), физический, электрохимический.
Для более глубокой очистки сбросных растворов перспективны электрохимические методы [1], позволяющие снизить концентрацию ионов металлов в выходных растворах до 0,1...0,2 мг/л. Хорошие результаты показали также исследования по использованию электродиализаторов с межмембранным ионитовым заполнением для очистки сбросных растворов [2-5].
В работе рассмотрено извлечение ионов никеля из растворов никелирования гальванического производства Томского электролампового завода методом электродиализа при заполнении средней камеры трёхкамерного электродиализатора смешанным слоем ионитов КУ-2х8 и АВ-17. В данном случае использовался электродиализатор, принципиальная схема которого приведена на рисунке, с размерами катионитовой (МК-40) и анионитовой мембран (МА-40) 15,5 х 31 см и межмембранным расстоянием 0,9 см. Средняя камера заполнялась смесью набухших ионитов: катионита КУ-2х8 в Н+- форме и анионита АВ-17 в (Ж-форме, в соотношении 1:1,4 по весу, соответственно.
Исследования проводились при прикладываемых напряжениях 40... 100 В. Предварительно оценивалось время движения ионов никеля под действием постоянного электрического поля:
dk _ dk-F
dk-LAK'F
и
где ¿4 - межмембранное расстояние в средней камере; Уи - скорость движения ионов; Р - число Фарадея; Е - напряженность постоянного электрического поля; 9Н - подвижностьиона; и -прикладываемое напряжение; ЬАК - межэлектродное расстояние.
Время прохождения ионов никеля в вертикальном направлении с потоком раствора:
Рисунок. Схема электродиализатора: 1) катодная камера; 2) катод; 3) катионитовая мембрана; 4) средняя (рабочая) камера, заполненная смешанным слоем ионитов; 5) анионитовая мембрана; 6) анод; 7) анодная камера; 8)вентиль
Ни
где Нк - высота рабочего пространства средней камеры; Ур - линейная скорость движения раствора.
Для нормальных условий переноса ионов должно соблюдаться равенство:
К =
когда время переноса ионов в горизонтальном направлении ^ равно времени переноса в вертикальном направлении /р.
Тогда необходимый объёмный расход раствора через среднюю камеру:
QP = ®k-dk-vp-f =
Lak-F
где со* - ширина средней камеры; /- коэффициент пористости, /=0,4.
Затем, с учётом указанных оценок и исходных концентраций никеля выбирались рабочие расходы растворов через среднюю камеру, которые составляли 1...8 л/ч. Результаты исследований представлены в таблицах 1, 2 (расход раствора 1,2 л/ч).
Таблица 1. Изменение удельного сопротивления раствора (р ), выходящего из средней камеры электродиализатора'
Время работы, ^ мин. и, В
60 100
I, А р, кОм • см I, А р, кОм • см
0 0,40 0,96 0,8 0,96
30 0,36 6,55 1,0 18,00
60 оо О 12,60 1,1 27,00
90 0,42 18,00 1,1 30,00
Таблица 2. Изменение концентрации ионов никеля (С№) и удельного сопротивления (р ) исследуемых растворов'
Камера электродиализатора и, В
60 100
С№, мг/л р, кОм • см Сщ, мг/л р, кОм см
Анодная 0,0025 0,162 0,0975 0,080
Катодная 0,8750 0,504 1,1500 0,450
Средняя не обнаружено 18,000 не обнаружено 30,000
‘Концентрация никеля в исходном растворе 8,58 мг/л, время работы электродиализатора 1,5 ч
Концентрация ионов никеля в растворах определялась в заводской лаборатории фотоколоримет-рическим методом.
Выводы
Проведённые исследования показали, что при электродиализе в смешанном слое ионитов происходит эффективное удержание ионов никеля в ионообменной насадке с последующим перемещением их в катодную камеру электродиализатора, поскольку поглощаемые катионитом ионы металла перемещаются по зёрнам ионита под действием постоянного электрического поля. Одновременно
с этим происходит перенос тех же ионов по свободному пространству между зёрнами ионита из раствора, проходящего через это пространство в процессе перемещения через слой ионообменной насадки.
Рассмотренный метод деионизации при электродиализе с межмембранной засыпкой камер ионитами не требует затрат на регенерацию, отличается сравнительной простотой аппаратурного оформления и даёт возможность использовать его для решения вопросов деионизации никельсодержащих растворов гальванического производства, а также и других проблем, связанных с очисткой сбросных растворов и тонкой очисткой веществ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Запольский А.К., Образцов В.В. Комплексная переработка сточных вод гальванического производства.
- Киев: Техника, 1989. - 199 с.
2. Певницкая М.В., Стариковский Л.Г., Усов В.Ю., Бо-родихина Л.И. Исследование работы электроионит-ного аппарата при глубокой деионизации воды и пути оптимизации процесса // Журнал прикладной химии.
- 1981. - Т. 54. - № 9. - С. 2077-2081.
3. Певницкая М.В. Электромембранная технология деионизации вод с общим содержанием менее 300 мг/л
// Теория и практика сорбционных процессов. -1989. - № 20. - С. 135-137.
4. ПерминоваЛ.Г., БородихинаЛ.И., Певницкая М.В., Белобаба А.Г. Управление технологическим процессом глубокой деионизации воды электроионитным методом//Изв. СО АН СССР. Сер. хим. наук. - 1985.
- № 2/1. - С. 135—139.
5. Решетникова А.К., Шапошник В.А., Спицина Л.П. Стационарные фронты компонентов при глубоком обессоливании воды электроионированием // Теория и практика сорбционных процессов. - 1981. - № 14. -С. 110-112.
