CC BY
20
ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ.2003. №2
щие необходимые технико-эксплуатационные свойства кирпича. Наличие повышенного содержания оксидов железа в глинах придает кирпичу приятный терракотовый цвет, что обеспечивает возможность такого кирпича как облицовочного (наряду с приданием ему определенной дизайнерской формы).
Литература
1. Голованова С.П. Физическая химия в технологии художественной обработки материалов: Уч. пособие / ЮРГТУ. Новочеркасск, 2002.
2. Крупа А.А., Городов В.С. Химическая технология керамических материалов: Уч. пособие. Киев, 1990.
5 декабря 2002 г.
Южно-Российский государственный технический университет (НПИ)
УДК 621.35.8:621.9.047
ПРОБЛЕМЫ ЭФФЕКТИВНОЙ УТИЛИЗАЦИИ ШЛАМА И СНИЖЕНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКОЙ ВРЕДНОСТИ ЭЛЕКТРОЛИТА ПРИ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОМ
ПЕРФОРИРОВАНИИ НИКЕЛЯ
© 2003 г. Н.И. Санников
При электрохимическом перфорировании (ЭХП) в производственных условиях остро стоят экологические вопросы, связанные с утилизацией шламов -продуктов анодного растворения и с высокой токсичностью электролитов за счет накопления в них, например, ионов бихромата или гидроксидов.
Поляризационные кривые, полученные при электрохимической обработке никеля на основе хлорида натрия, показали, что процесс его активного анодного растворения протекает при потенциалах, превышающих потенциалы разряда присутствующих хлор-анионов. Поэтому не исключена вероятность их анодного окисления и, как следствие этого, изменение физико-химических свойств электролита, по крайней мере, в приэлектродном пространстве. С целью выявления изменений, которые претерпевает электролит в процессе перфорации, был проведен качественный анализ продуктов анодного растворения, количественный анализ проработанного электролита, исследовано изменение электропроводности и рН, а также влияние этих изменений на качество обработки и анодный выход по току.
Было установлено, что в процессе обработки при прохождении 12 А ч/л происходит подщелачивание электролита до рН 11,5, после чего рН стабилизируется до рН 10,3 (рис. 1). В растворе образуется светло-зеленый осадок, растворимый в кислотах, и КИ4ОН.
При воздействии на раствор диметилдиоксимом образуется осадок красного цвета, что характерно для №(ОН)2. Электронографический анализ выявил сильно дефектную структуру №(ОН)2 со значительной аморфностью. При превышении рН 10,3 осадок имеет сложный фазовый состав. Основными продуктами анодного растворения в этом случае являются фазы У - №ООН и №2О3 -пИ2О.
При электрохимической обработке (ЭХО) по мере роста рН наблюдается изменение анодного выхода по току и электропроводности электролита. До рН 9,71 электропроводность за счет повышения концентрации анионов гидроксила увеличивается, затем, по мере накопления продуктов анодного растворения, падает с
величины ж =0,1235 до ж =0,1198 Ом :см 1 . Выход по току при этом уменьшается на 5 % (рис. 2).
рН 11,0 __
10,5 -10,0 9,5 9,0
2 4 6 8 10 12 Количество электричества, Ач/л
Рис. 1. Зависимость рН электролита от количества электричества, пропущенного через электролит
12,8--
М 12,4-
0
£ 12,0-
1
о 11,6-и о а
g 11,2-!з
н 10,8-
m
10,4
.. 92
-- 90
88
х1
о4
86
fr
О
н о
с
«
84 | 3
m
10 рН
82
80
12
Рис. 2. Зависимость электропроводности электролита (1) и анодного выхода по току (2) от рН
2
8
ISSN 0321-2653 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ РЕГИОН.
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ.2002. №2
При ЭХО никеля продукты анодного растворения могут находиться в электролите как в ионном состоянии, так и связываться в гидроксиды. Исследования показали, что практически весь растворенный никель связывается в гидроксид. Так, при анодном растворении никеля в расчетном количестве 3 г/л содержание никеля в электролите в ионной форме составляло только 5,25 мг/л.
Никель, содержащийся в шламе в виде Ni(OH)2, можно извлечь методом электроэкстракции в виде никелевой фольги или использовать для приготовления электролитов никелирования.
Применяемые в электроэкстракции никелевые сульфат-хлоридные электролиты близки по концентрации никеля к насыщению, что в сочетании с их относительно низкой электропроводностью позволяет вести процесс только при низких плотностях тока ik=170-180 А/м2
Задача повышения плотности тока может быть решена использованием хлоридного электролита, содержащего 130-150 г/л никеля в виде хлорида.
Получение растворов хлорида никеля с последующей его электроэкстракцией является одним из перспективных методов утилизации отходов электрохимического перфорирования никелевых лент. С этой целью электролит готовили следующим образом.
Отбирали порции шлама, промывали водой, сушили при 298 К до постоянного веса, после чего высушенный шлам растворяли 6М/л HCl и доводили водой до нужного объема. Получали электролит, содержащий 130 г/л Ni в виде NiCl.
В качестве катода использовали медь, анодом служил графит. Опыты проводили без циркуляции и с циркуляцией электролита. Исследования вели при катодных плотностях тока ix = 800-1000 А/м2, рН 2-3, Т = 333-338 К. Некоторые результаты опытов приведены на рис. 3 и 4.
100 +
90 .
о4
80 __
о
С
«
о л
т
70
60
50
40 60 80 100 120
Концентрация никеля, г/л
140
£
<
£ <
щ
1/^л/
Рис. 3. Зависимость катодного выхода по току от концентрации никеля в растворе
Рис. 4. Дифрактограмма катодного осадка
Как видно из дифрактограммы катодного осадка (рис. 4), покрытие представляет собой кристаллический никель с незначительными дефектами кристаллической решетки.
Полученный осадок обладал хорошей эластичностью и микротвердостью. Индекс эластичности по шкале НИИЛК равен 1, микротвердость составила 290 кг/мм2. При циркуляции электролита 20 мл/Ач концентрация никеля в растворе 60-130 г/л, выход по току никеля 95-98 %. Выход по току хлора - 75-87 %.
На основании полученных результатов можно рекомендовать как один из вариантов следующую схему утилизации шлама:
- отделение шлама (центрифугирование);
- растворение шлама в кислоте (НС1);
- электроэкстракция никеля.
Этот вариант легко осуществим и целесообразен на предприятиях, где полученные покрытия в виде фольги или ленты могут использоваться в основном производстве (в гальванотехнике, в аккумуляторной промышленности и др.).
Поскольку ранее установлено, что шлам при рН 10 и менее состоит из гидроксида никеля (II), экспериментально была проверена возможность использования шламов после ЭХП никеля в качестве добавки к активной массе положительного электрода щелочного НЖ аккумулятора. Установлено, что введение в массу до 15 % шлама улучшает характеристики ламелей. Так, при разряде ламелей с навеской 7,5 г, содержащих добавки шлама, получена емкость 0,98 А^ч, которая на 5-7 % выше емкости контрольных образцов. Полученные результаты при минимальных дополнительных затратах на центрифугирование (все остальные операции, начиная с отмывки, вписываются в стандартный техпроцесс) показывают целесообразность последнего варианта утилизации отходов ЭХП никелевых лент.
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса
25 декабря 2002 г.
