апрель 2019

Електроекстракція міді з нітратовмісних відпрацьованих промислових розчинів


Більченко Олександр Юрійович Більченко О. Ю. , Ущаповський Дмитро Юрійович Ущаповський Д. Ю. , Мотронюк Т. І.
Химия и современные технологии
Abstract / Full Text

Більченко О. Ю., Ущаповський Д. Ю., Мотронюк Т. І. Електроекстракція міді з нітратовмісних відпрацьованих промислових розчинів / Химия и современные технологии : Метериалы ІХ Международной научно-технической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Химия и современные технологии», 2019. – C. 88-89


Промислові гальванічні стоки та відпрацьовані технологічні розчини містять іони важких металів та інші агресивні компоненти, які є екологічно небезпечними. Утилізація даних розчинів реагентним методом є високо затратною. Актуальним завданням є регенерація концентрованих відпра-цьованих травильних розчинів та їх повернення зворотно на виробництво.

Мета даної роботи полягає у дослідженні можливості електро-екстракції міді із кислих нітратовмісних розчинів. Оскільки наявність нітрат іонів суттєво впливає на катодний процес електроосадження міді та унеможливлює використання досить доступних свинцевих анодів.

Дослідженню підлягав відпрацьований розчин освітлення мідних деталей наступного іонного складу, моль/л: Cu2+ – 2; SO42 – 1,57; Cl – 3,5; NO3 – 1,36.

В роботі використовували скляну двоелектродну комірку об’ємом 0,5 дм3. Катодом слугувала  пластина з нержавіючої сталі 12Х18Н9 площею 0,12 дм2, аноди – титан, вкритий  шаром оксидів рутенію та титану (ОРТА) площею 0,48 дм2. Міжелектродна відстань становила 0,11 дм. Вихід за струмом визначали гравіметричним методом.

В процесі електроекстракції міді з досліджуваного розчину можливим є проходження таких реакцій:

катод:

Cu2+ + 2e → Cu

NO3 + 3H3O+ + 2e →HNO2 + 4H2O

NO3 + 10H3O+ + 8e → NH4+ + 13H2O

2H+ + 2e → H2

O2 + 4H+ + 4e → 2H2O

анод:

2H2O → O2 + 4H+ + 4e

2Cl → Cl2 + 2e

В ході досліджень встановлено, що вихід за струмом та якість катодного осаду суттєво змінюється в залежності від величини катодної густини струму (рис. 1).

 

Рисунок 1 − Гістограма зміни виходу за струмом та якості катодних осадів міді в інтервалі густин струму 1-25 А/дм2

При густині струму 1 А/дм2 на поверхні катоду утворюється білий осад. Очевидно, відбувається осадження основних солей міді. Це відбу-вається внаслідок сильного підлуговування прикатодного шару за рахунок перебігу реакцій (2-5).

При густині струму 5 А/дм2 посилюється газовиділення на електродах (реакції 4, 6) та перемішування розчину. Більш кислий електроліт з прианодного шару швидше надходить у прикатодний шар, внаслідок чого pH знижується і уможливлюється процес осадження міді. Однак, як видно з рисунку, основні солі продовжують утворюватися, через що вихід за струмом становить більше 100%.

Подальше підвищення густини струму (20 А/дм2) призводить до ще більшої інтенсифікації перемішування та до більшого підкислення у прикатодному шарі, при цьому вихід за струмом становить близько 100%, на катоді осаджуються компактний дрібнокристалічний осад міді. Наступне збільшення густини струму (25 А/дм2) призводить до зменшення виходу за струмом за рахунок інтенсифікації побічних процесів виділення водню та відновлення нітрат іону реакції (2-4).

Отже, в ході проведених досліджень підтверджена можливість електроекстракції міді, з відпрацьованого нітратовмісного розчину, в компактному вигляді, що дає змогу регенерувати розчин із його поверненням назад у виробництво.