CN101280432B

CN101280432B - 不锈钢酸洗后废酸再生的电解装置及再生方法

Info

Publication number: CN101280432B
Application number: CN2008101091055A
Authority: CN
Inventors: 陈同云; 张王兵
Original assignee: Anhui University of Technology AHUT
Current assignee: Anhui University of Technology AHUT
Priority date: 2008-05-04
Filing date: 2008-05-04
Publication date: 2010-12-29
Anticipated expiration: 2028-05-04
Also published as: CN101280432A

Abstract

本发明提供一种不锈钢酸洗后废酸再生的电解装置及再生方法，属于电解工艺应用技术领域。该电解装置有一台计算机控制的恒压恒流电源与多个装有不锈钢酸洗后的废酸作为电解质溶液的电解池组成，电解池中装有多只电极，使用多路输入/输出恒压恒流电源，以并联或串联的方式连接电解池中的多支阴极电极和多支阳极电极，多个电解池之间通过串联方式连接，在3.5V左右的恒电压下电解，通过电解的方式减少溶液中的氢氧根，使溶液中氢离子浓度增大的同时，避免溶液中氟离子及硝酸根离子的电解还原，从而使废酸再生。该电解装置可根据具体情况灵活使用，易于清洗、维护、调节，对于废酸处理具广泛的适用性。

Description

不锈钢酸洗后废酸再生的电解装置及再生方法

技术领域：

本发明属于电解工艺应用技术领域，具体涉及不锈钢酸洗后废酸再生的电解装置及再生方法。

背景技术：

目前国内外处理不锈钢酸洗废液的方法是化学法，即采用酸、碱中和的办法使氟离子生成某种难溶盐类析出，处理后的溶液直接排放；或采用减压蒸馏法，通过加入浓硫酸将废酸中氟离子及硝酸根离子以氟化氢和二氧化氮的形式蒸馏出来，再通过吸收池吸收。显然这两种处理方法对环境都会造成严重的污染或造成资源的严重浪费。文献“冷轧不锈钢酸洗废酸焙烧法回收工艺评述”(《宝钢技术》2003年增刊)中提出：利用焙烧法处理废酸，虽然技术成熟，但是过程产生大量有害气体，同时需要大型气体吸收设备，存在二次污染，因而应用前景不明朗。

发明内容：

本发明针对现有技术中存在的不足，提供一种不锈钢酸洗后废酸再生的电解装置及再生方法，目的是将废酸中的金属离子通过电解处理后从溶液中去除，从而使废酸再生。

本发明所提供的不锈钢酸洗后废酸再生的电解装置，有一台计算机控制的恒压恒流电源与多个装有不锈钢酸洗后的废酸作为电解质溶液的电解池组成，电解池中装有多只电极，使用多路输入/输出恒压恒流电源，将电源的负极输出端接头与电解池中的多支阴极电极接线柱相连接，将电源的正极输出端接头与电解池中的多个阳极电极连接，电解池中的多支阴极电极和多支阳极电极采用并联或串联的方式连接，多个电解池之间通过串联方式连接，所述电极材料，包括导电的金属或非金属，其形状为线形或板状或筒状。

所述电解池中电极的连接方式，包括多阳极多阴极，多阳极单阴极，多阴极单阳极和单阳极单阴极。所述电解池为单一电解池或多电解池串联。

在电解质废酸中加入不同浓度的硫酸钠作为电解催化剂，以加速电沉积速率，达到缩短处理时间的目的。

电解池中装有多只电极，通过增大电极的反应面积达到缩短处理时间和提高工作效率的目的。

本发明所提供的利用上述电解装置对不锈钢酸洗后废酸的再生方法是：将处理不锈钢后的废酸作为电解质装入上述用于废酸再生的电解装置中，在3.5V左右的恒电压下电解，废酸处理模式采用流动式或采用间歇式，电解时间视具体废酸情况而定，通过电解减少溶液中的氢氧根，使溶液中氢离子浓度增大的同时，避免溶液中氟离子及硝酸根离子的电解还原，从而使废酸再生。

本发明中金属离子的去除是通过电解还原的方式将金属电沉积在电极表面，金属离子的去除以及废酸再生的电解反应如下：

2H₂O-4e→O₂+4H⁺(阳极反应)

(Mn⁺，溶液中存在的金属离子)

Mⁿ⁺+ne→M(阴极反应)

与现有技术相比较，本发明具有如下优点：

1、与石灰中和法相比，本发明装置及方法通过电解方式除去废酸溶液中的金属离子，过程中不产生沉积物，不产生二次污染物，同时再生后的酸溶液可以循环利用，避免了繁琐、费时费力的金属离子沉淀等程序，达到二次利用的目的，因而是一重大进步。

2、与减压蒸馏法相比，本发明的装置，由于使用电解池处理废酸，过程不产生有毒、有害的污染性废气，避免使用气体收集装置，因而克服了该技术的局限性，将离子的物理特性与电化学氧化还原反应过程相联系，开拓了废酸处理的新领域。

3、本发明中的多电解池串联技术，使处理系统分离成相互独立的多个电解池，极大地提高了样品处理速度和效率，减小了装置的体积，方便了系统的拆卸、清洗、调节、维护、进行预实验、组装测试等操作，这就大大降低了操作的复杂性，提高了系统的灵活性与可靠性。

4、本发明中的多电极并联及串联技术，是通过在单一电解池中增大电极数目，提高电极反应的比表面积，达到加快反应速率及提高金属离子除去效率，因而具有广泛地适用性。

附图说明：

图1：本发明所提供废酸再生的电解装置示意图。

图2：单一阴极和多个并联丝状阳极电解装置示意图。

图3：单一阳极和多个并联柱状阴极电解装置示意图。

图4：单一阳极和单一阴极电解装置示意图。

图5：多个电解装置串联示意图。

图中：1：电源，2：电源负极输出端，3：导线，4：阴极接入端，5：电解池阳极，6：电解池，7：进样口，8：出样口，9：废酸，10：电解池阴极，11：阳极接入端，12：导线，13：电源正极输出端，14：连接管。

具体实施方式：

实施例1：废酸再生电解装置

废酸电解处理装置如图1所示，电源1为多路输入输出恒压电源，将电源负极输出端2利用导线3与电解池的阴极接入端4相连，并与电解池阴极电极10相接，电极为柱状，增大电解反应面积，电解池6为一密封式杯状容器，两端有进样口7和出样口8，方便样品进入与产物输出，阳极电极5为丝状或片状，并与电解池阳极接入端11相接，整个流路最终通过导线12与电源正极输出端13相连，在电解池中加入不锈钢酸洗后的废酸9，即可进行电解处理，工作时可采用间歇式处理方法，也可以采用流动式处理方法。

实施例2：

(1)如图4所示，采用单一柱状石墨阴极和丝状铂阳极，电解质为我国某大型不锈钢厂酸洗后废酸溶液A，其主要离子浓度分别为：铁离子浓度62g/L，镍离子浓度1.5g/L，铬离子浓度4g/L，氟离子浓度1.5mol/L，在3.5V恒电压下电解15个小时，得到溶液A1；

(2)将溶液A1通过火焰原子吸收仪，采用火焰法或石墨炉法测量其中Fe、Ni、Cr等金属离子含量；采用氟离子选择电极，测量其中氟离子含量，计算电解离子去除效率。

实施例3：

(1)称取10g的无水硫酸钠，用水溶解并稀释至200mL，便制得催化剂S；

(2)如图4所示，采用单一柱状石墨阴极和丝状铂阳极，在3.5V恒电压下电解废酸溶液A，加入催化剂S，电解时间15小时，得到溶液A2；

步骤3同实施例2中的(2)步骤，计算电解金属离子去除效率。

实施例4：

(1)如图2所示，采用单一柱状石墨阴极和多个并联丝状铂阳极，在3.5V恒电压下电解废酸溶液A，电解时间15小时，得到溶液A3；

(2)将溶液A4通过火焰原子吸收仪，重复上述(2)步骤，计算金属离子去除效率。

实施例5：

(2)如图2所示，采用单一柱状石墨阴极和多个并联丝状铂阳极，在3.5V恒电压下电解废酸溶液A，加入催化剂S，电解时间15小时，得到溶液A4；

(3)将溶液A4通过火焰原子吸收仪，采用火焰法或石墨炉法测量其中Fe、Ni、Cr等金属离子含量，计算电解金属离子去除效率。

实施例6：

(1)如图3所示，采用多个并联柱状石墨阴极和单一丝状铂阳极，在3.5V恒电压下电解废酸溶液A，电解时间15小时，得到溶液A5；

(2)将溶液A5通过火焰原子吸收仪，重复实施例6中(3)步骤，计算金属离子去除效率。

实施例7：

(1)如图3所示，采用多个并联柱状石墨阴极和单一丝状铂阳极，在3.5V恒电压下电解废酸溶液A，加入催化剂S，电解时间15小时，得到溶液A6；

(2)将溶液A6通过火焰原子吸收仪，重复上述(2)步骤，计算金属离子去除效率。

实施例8：

(1)如图1所示，采用多个并联柱状石墨阴极和多个并联丝状铂阳极，在3.5V恒电压下电解废酸溶液A，电解时间15小时，得到溶液A7；

(2)将溶液A7通过火焰原子吸收仪，重复上述(2)步骤，计算金属离子去除效率。

实施例9：

(1)如图1所示，采用多个并联柱状石墨阴极和多个并联丝状铂阳极，在3.5V恒电压下电解废酸溶液A，加入催化剂S，电解时间15小时，得到溶液A8；

(2)将溶液A8通过火焰原子吸收仪，重复上述(2)步骤，计算金属离子去除效率。

实施例10：

(1)如图5所示，采用多个并联柱状石墨阴极和多个并联丝状铂阳极组成电解池，并通过连通管路14串联2个相同电解池，采用间歇式处理方式，在3.5V恒电压下电解废酸溶液A，加入催化剂S，电解时间10小时后将溶液送入第二个电解池，电解时间5小时，得到溶液A9；

(2)将溶液A9通过火焰原子吸收仪，重复上述(2)步骤，计算金属离子去除效率。

实施例11：

(1)如图5所示，采用多个并联柱状石墨阴极和多个并联丝状铂阳极组成电解池，并采用3个电解池串联方式，采用间歇式处理方式，在3.5V恒电压下电解废酸溶液A，加入催化剂S，电解时间5小时后将溶液送入第二个电解池，电解5小时后送入第三个电解池，再电解5小时，得到溶液A10；

(2)将溶液A10通过火焰原子吸收仪，重复上述(2)步骤，计算金属离子去除效率。

实施例12：

(1)如图5所示，采用多个并联柱状石墨阴极和多个并联丝状铂阳极，并采用3个电解池串联方式，在3.5V恒电压下电解废酸溶液A，加入催化剂S，共计电解时间10小时，得到溶液A11；

(2)将溶液A11通过火焰原子吸收仪，重复上述(2)步骤，计算金属离子去除效率。

实施例13：

(1)如图5所示，采用多个并联柱状石墨阴极和多个并联丝状铂阳极，并采用3个电解池串联方式，在3.5V恒电压下电解废酸溶液A，加入催化剂S，共计电解时间5小时，得到溶液A12；

(2)将溶液A12通过火焰原子吸收仪，重复上述(2)步骤，计算金属离子去除效率。

实施例14：

(1)如图5所示，采用多个并联柱状石墨阴极和多个并联丝状铂阳极，并采用3个电解池串联方式，在3.5V恒电压下电解废酸溶液A，加入催化剂S，共计电解时间20小时，得到溶液A13；

(2)将溶液A13通过火焰原子吸收仪，重复上述(2)步骤，计算金属离子去除效率。

以上实施例2-14电解处理后的溶液，利用原子吸收及氟离子电极检测，离子除去率见表1。

表1不同电解方式对除去离子效率的影响

从实施例及表1中可以看出，采用多阴极并联和多阳极并联模式构建的电解池，可以加快金属离子的处理效率，同时缩短废酸再生的时间，铁离子除去率达到95％以上，而氟离子没有消耗，由于酸洗技术中一个重要指标是铁离子浓度，当铁离子浓度大时，酸洗液失效。因此电解处理后的溶液完全可以重复使用；采用多个电解池串联间歇式处理模式，可以在最短时间内处理最多的样品，并且铁离子除去率可以达到99％以上，说明本发明的电解废酸再生装置，具有很好的实用性。

Claims

1.不锈钢酸洗后废酸再生的电解装置，其特征在于：该装置有一台计算机控制的恒压恒流电源与多个装有不锈钢酸洗后的废酸作为电解质溶液的电解池组成，电解池中装有多只电极，使用多路输入/输出恒压恒流电源，将电源的负极输出端接头与电解池中的多支阴极电极接线柱相连接，将电源的正极输出端接头与电解池中的多个阳极电极连接，使用并联的方式连接电解池中的多支阴极电极和多支阳极电极，多个电解池之间通过串联方式连接，所述电极材料，包括导电的金属或非金属，其形状为线形或板状或筒状。

2.使用权利要求1所述电解装置处理不锈钢酸洗后废酸的再生方法，其特征是：将所述废酸作为电解质装入所述再生装置中，在3.5V左右的恒电压下电解，废酸处理模式采用流动式或采用间歇式，电解时间视具体废酸情况而定，通过电解的方式减少溶液中的氢氧根，使溶液中氢离子浓度增大的同时，避免溶液中氟离子及硝酸根离子的电解还原，从而使废酸再生。

3.如权利要求1所述电解装置，特征在于所述电解池为单一电解池或多电解池串联。

4.如权利要求1所述电解装置，特征在于所述电解质溶液中加入不同浓度硫酸钠作为电解催化剂。