CC BY
9
УДК 66.087.97
Мавлетов М.Н., Дресвянников А.Ф.
Регенерирование электролита никелирования из промывных вод гальванического производства с помощью электродиализа
Мавлетов Марат Нафисович, старший преподаватель кафедры «Технология электрохимических производств», e-mail: [email protected];
Дресвянников Александр Федорович, д.х.н., профессор, заведующий кафедрой «Технология электрохимических производств», профессор кафедры «Аналитической химии, сертификации и менеджмента качества», Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский национальный исследовательский технологический университет», Казань, Россия; Регенерирование электролитов, ресурсосбережение являются актуальными направлениями гальванических производств. В настоящей работе определены технологические параметры электродиализа для регенерации электролита никелирования.
Ключевые слова: электродиализ, технологический режим, электролит никелирования, ресурсосбережение.
Regeneration of nickel electrolyte from waste water of electroplating production using electrodialysis
Mavletov M.N., Dresvyannikov A.F.
Kazan National Research Technological University, Kazan, Russia
Regeneration of electrolytes, resource saving are topical areas of electroplating production. In the present work, the technological modes of electrodialysis for the regeneration of the nickel plating electrolyte are investigated and determined.
Keywords: electrodialysis, technological regime, nickel plating electrolyte, resource saving.
Введение
При процессе нанесения покрытии на гальванических производствах имеются потери электролита вследствие уноса поверхностью обрабатываемых изделий. Унесенный электролит попадает в ванну промывки, где происходит его разбавление промывной водой, которая далее подается в очистные сооружения. Таким образом, происходит безвозвратный унос ценных компонентов, изначально содержащихся в электролите. В результате потерь электролит обедняется и требует периодического добавления компонентов. Актуальным вопросом гальванических производств на сегодняшний день является ресурсосбережение, создание безотходных производств, при котором осуществляется возврат электролита, унесенного поверхностью изделий обратно в процессную ванну. Для этих целей возможно использование электродиализных установок, которые в настоящее время редко применяются в гальванических производствах в связи с малой изученностью процесса в плане его использования для регенерации электролитов из промышленных стоков. Следует отметить, что при этом параллельно решается и проблема очистки сточной воды от токсичных веществ и её возврат на промывочные операции. Для оценки возможности применения электродиализной установки в качестве оборудования процесса регенерации электролита никелирования, экспериментально определены наиболее эффективные технологические режимы.
Экспериментальная часть
Описание схемы. Для проведения экспериментов использовали лабораторную установку, схема которой представлена на рисунке 1.
В качестве ёмкости концентрата (1) использовался мерный стакан объёмом 1 литр, куда первоначально заливалось 500 мл сточной воды. В качестве ёмкости для дилуата (2) использовали мерный стакан объёмом 5 литров, куда изначально заливалось 4500 мл образца сточной воды. В ёмкости дилуата установлен кондуктометр (7). Из ёмкостей концентрата и дилуата образец сточной воды перекачивался двумя самовсасывающими насосами-дозаторами (3) в электродиализную установку (5), к которому подключен выпрямитель (6). Между насосом и электродиализной установкой также были установлены расходомеры (4) для контроля скорости подачи дилуата и концентрата. Электродиализная установка изготовлена из полипропилена, размеры мембран после набухания составили 200х250 мм, количество ячеек - 7, в качестве катода использовали пластину из нержавеющей стали Х18Н10Т, в качестве анода - оксидно-рутениевый титановый анод (ОРТА), ширина канала распределения составляла 1 см, длина пути лабиринта - 204 см.
Для определения концентрации веществ в промывочной воде после ванны никелирования производили расчет с помощью программного
продукта «Расчет и оптимизация водопотребления гальванических производств». Был выбран электролит никелирования следующего состава: хлористый никель шестиводный - 200-240 г/л, соляная кислота - 70-100 г/л.
В качестве исходных данных взяты реальные данные работы гальванической подвесочной линии никелирования, а именно: производительность - 7 м2/ч, вид обработки - на подвесках, тип промывочной ванны - двухкаскадная противоточная.
Согласно расчетным данным концентрация компонентов электролита в сточной воде составляет: хлористый никель шестиводный - 3117,5мг/л, соляная кислота - 1298,9мг/л.
Для приготовления образца сточной воды брали чистый 1 -литровый лабораторный стакан, в который помещали 500 мл воды 2 категории согласно ГОСТ Р58431-2019, далее медленно наливали 3,2 мл 35%-ной соляной кислоты. После этого в стакан добавляли 3,1 г шестиводного хлорида никеля (II), взвешенного с использованием аналитических весов с точностью 0,0001 г и пластиковых дисков для взвешивания. Далее, согласно ГОСТ Р 58431-2019, водой 2 категории доводили уровень раствора до метки и тщательно перемешивали.
В ходе проведения экспериментов процесс продолжался до достижения электропроводности дилуата 550 мкСм/см в связи с тем, что из-за низкой электропроводности дилуата имеет место значительное падение плотности тока.
Результаты
В ходе экспериментов были определены зависимости времени процесса от напряжения на электродах (рисунок 2), времени процесса от скорости потока дилуата в камере обессоливания (рисунок 3), а также зависимость изменения плотности тока от времени (рисунок 4).
э
, 4
Э
3
О-------------
О 10 30 50 40 50 И 70 80 50 100
МИН
Рис.2 - Зависимость времени процесса от напряжения на электродах
ода о
12.5 13 115 14 14,5 13 155
МИН
Рис.3 - Зависимость времени процесса от скорости потока дилуата в камере обессоливания
4,5
1 Т
0
о г а б | ю 12 14 ^ мни
Рис.3 - Зависимость изменения плотности тока от времени
Заключение
Как видно из рисунка 2, при повышении напряжения время процесса уменьшается, однако при этом необходимо учесть, что плотность тока возрастает. Как видно из рисунка 3 повышение скорости дилуата в камере обессоливания приводит к сокращению времени процесса. На рисунке 4 видно, что плотность тока в начале эксперимента растет, что связано с выходом электродиализа на эффективный режим. Далее плотность тока снижается, что объясняется уменьшением электропроводности дилуата в результате удаления целевых ионов из раствора.
Выводы
В результате проведенных экспериментов установлены эффективные технологические режимы регенерирования электролита никелирования в электродиализной установке, которые
характеризуются следующими параметрами: напряжение - 7В, плотность тока - до 3,9 А/дм2, скорость потока дилуата в камере обессоливания -0,22 м/с, скорость потока концентрата в камере концентрирования 0,04 м/с.
