CC BY
11УДК 544.6:66.08
А.Н. Давыдов, С.В. Плохов
РЕДУЦИРОВАНИЕ Cd (II) ИЗ ПРОМЫВНЫХ ВОД ХЛОРИСТОАММОНИЙНОГО КАДМИРОВАНИЯ МЕТОДАМИ ИОННОГО ОБМЕНА И ЭЛЕКТРОЛИЗА
(Нижегородский государственный технический университет) e-mail: [email protected]
Предложена технологическая схема редуцирования Cd (II) из промывных вод хло-ристоаммонийного кадмирования, основанная на сочетании методов фильтрации, сорбции, ионного обмена и электролиза. Определены основные кинетические закономерности и оптимальные параметры электроосаждения и ионообменного извлечения кадмия.
Ключевые слова: ионный обмен, электролиз, промывные воды, очистка, кадмий
Для редуцирования (извлечения и обработки с повторным использованием) ионов кадмия из сернокислых растворов предложена технологическая схема, включающая фильтрацию, сорбцию, ионный обмен и электролиз [1]. Целью данной работы является установление возможности, кинетических закономерностей и технологических параметров электрохимического и ионообменного извлечения Cd (II) из промывных вод после хлористоаммонийного кадмирования.
Кинетику электроосаждения металла с помощью вращающегося дискового электрода, по-тенциостатическим, хронопотенциометрическим и температурно-кинетическим методами в растворах (рН 6,2±0,2), моделирующих промывные воды, состава, г/л: CdCl2 (в пересчете на металл) 0,3 - 7,0; КН4С1 3,4 - 80,2. Блескообразователи в составах растворов отсутствовали, поскольку они совместно с ионами примесных металлов удаляются в ходе предварительной фильтрационной и сорбционной очистки. Установлено, что электрохимическое и ионообменное извлечение Cd (II) из этих растворов подчиняются тем же кинетическим и технологическим закономерностям, которые наблюдались нами при обработке сернокислых растворов кадмирования, но имели различные значения расчетных и измеряемых параметров.
Наличие предельной плотности тока (]пр) на парциальных поляризационных кривых электровосстановления Cd (II), ее прямолинейная зависимость от корня квадратного из скорости вращения дискового катода с экстраполяцией в начало координат, а также низкое значение (20 кДж/моль) эффективной энергии активации с независимостью от поляризации в области ]пр указывают на диффузионный контроль процесса, связанный с замедленным подводом ионов металла к электроду [2]. С учетом этого, методами одно- и многофакторного эксперимента определен оптимальный режим электролиза: плотность тока 0,2-
0,3 А/дм2, время электролиза 12-15 ч до остаточной концентрации Cd (II) не более 0,5 г/л со снижением выхода по току со 100 до 25 %, ввиду выработки электролита по ионам кадмия, максимально возможная скорость протока раствора, температура раствора 20±5 "С, применение графитовых анодов и медных катодов с соотношением площадей 1:1 - 2:1. Удельные затраты электроэнергии 1,3 - 1,4 кВт-ч/кг металла при межэлектродном расстоянии 2,5 см и напряжении на электролизере около 2,2 В.
Растворы с остаточной концентрацией ионов кадмия 0,5 г/л после электролиза или из ванны улавливания подвергают ионообменной очистке на зернистом катионите КУ-2-8 в Н-форме. Кинетику ионного обмена определяли из динамических кривых сорбции Cd (II), представляемых в виде зависимостей -1п(1-Р)=1пЛ-Бт, где Б и т -степень и время насыщения ионита; А и В - коэффициенты, зависящие от выбранной модели процесса. Прямолинейный характер кривых сорбции при низких и высоких Б, значения эффективных коэффициентов диффузии (3,0^9,0)-10-8см2/с и А=0,608 указывают на смешанно-диффузионный контроль процесса, протекание которого описывается моделью "шар с оболочкой" [3].
Следовательно, используя стандартную марку катионита с заданными свойствами, повысить такие параметры ионного обмена, как емкость до проскока (ЕП) и обменная емкость (ОЕ), можно только путем варьирования концентрацией Cd (II) в растворе (С) и скоростью его пропускания (и), а степень регенерации ионита (Я) - концентрацией (С1) и скоростью пропускания элюен-та (И1).
Зависимости ЕП и ОЕ от И и С, а также Я от С1 и И1 имеют экстремальный характер. Максимумы этих зависимостей можно считать оптимальными режимами ионного обмена: содержание Cd (II) в растворе 0,5 г/л; скорость его пропуска-
ния 0,75 м3/(м2-ч); регенерация катионита раствором H2SO4 с концентрацией 100 г/л скоростью 1,0 м3/(м2-ч) до степени регенерации не менее 93 % с получением элюатов, содержащих Cd (II) и серную кислоту в количествах до 4,8 и около 91,0 г/л, соответственно, после 3 циклов использования кислоты. ОЕ и ЕП в оптимальных условиях ведения процесса составляли 63,5 и 43,1 г/кг ионита.
Предложенная схема очистки позволяет сократить водопотребление за счет перехода от проточной к непроточной системе промывки деталей после металлизации, а полученный электро-
лизом металлический кадмий толщиной не менее 300 мкм после переплавки можно повторно использовать в качестве анодов в электролитах гальванического кадмирования.
ЛИТЕРАТУРА
1. Давыдов А.Н., Плохов С.В. // Изв. вузов. Химия и хим. технология. 2010. Т. 53. Вып. 2. С. 129-130.
2. Галюс З. Теоретические основы электрохимического анализа. М.: Мир. 1974. 552 с.
3. Кокотов Ю.А., Пасечник В.А. Равновесие и кинетика ионного обмена. Л.: Химия. 1970. 336 с.
Кафедра биотехнологии, физической и аналитической химия
