CS203366B1 - Rotační bipolární elektrolyzér na elektrolytickou destrukci kyanidů a oxidovatelných látek - Google Patents

Description

Vynález se týká elektrolyzéru na destrukci kyanidů a oxidovatelných látek; Je zvláště vhodný pro destrukci zředěných roztoků s nízkou elektrickou vodivostí.

Elektrolytická destrukce roztokíi kyanidů a oxidovatelných látek se provádí elektrolýzou zneškodňovaného roztoku me2Í anodou a katodou. K oxidaci kyanidů dochází na anodě přímým stykem kyanidových aniontů a materiáLem anody, nebo častěji nepřímo působením plynného chloru nebo chlornanu, který na anodě vzniká oxidací chloridových iontů. Chloridové ionty jsou do zneškodňovaného roztoku přidávány obyčejně ve formě NaCl, čímž se současně zvyšuje vodivost zneškodňovaného roztoku. Přídavek chloridů je ve většině případů nezbytný, nebot přímá anodická oxidace kyanidů probíhá pouze v koncentrovaných roztocích. Elektrolytickou chlorací lze však zneškodňovat i zředěné roztoky kyanidů s dostatečnou účinností. K tomu je však zapotřebí aby koncentrace chloridů byla relativně vysoká a pohybovala se v rozmezí nejméně 10 g/litr NaCl a vyšší. Je tomu tak proto, že chlor se vylučuje na anodě s vysokým přepětím a při nízkých koncentracích chloridů dochází ke snižování účinnosti anodického procesu vylučování chlo ru. Přídavkem chloridu sodného nebo jiných indiferentních elektrolytů se navíc Zvyšuje elektrická vodivost zneškodňovaného roztoku, která často nebývá dostatečná. Nízká vodivost zneškodňovaného roztoku způsobuje ztráty elektrické energie, které se projevují zbytečným a neúčinným zahříváním roztoku Jouleovým teplem. V mnoha případech je rovněž třeba zneškodňovaný roztok v elektrolyzéru míchat. Ru.ší se. tím koncentrační polarizace u anody a vzniklý chlor nebo chlornan se rozmíchává v celém objemu zneškodňovaného roztoku, kde může reagovat s přítomnými kyanidovými anionty. K míchání lze použít mechanických míchadel, nebo i pohybu elektrod. Například rotací elektrod lze dosáhnout velmi intenzivního pohybu elektrolytu v těsné blízkosti povrchu elektrody, což je obzvlášt potřebné k průběhu elektrochemických pochodů. Přívod proudu do rotujících elektrod se musí provádět pomocí smýkavých kontaktů, které jsou však v praxi zdrojem četných nesnází a z tohoto důvodu rotační elektrody nenalezly v praxi širšího použití. ·

Některé nevýhody dosavadních metod lze odstranit v elektrolyzéru podle vynálezu, jenž je vyznačen tím, že sestává ze soustavy nejméně dvou rotujících elektrod ve tvaru disků, připevněných souose a elektricky isolovaně na hřídeli, jedné stacionární katody a jedné stacionární anody libovolného tvaru, nejlépe však ve tvaru prstence a opatřených přívodem proudu a elektrolyzéru, opatřeného přítokem a odtokem roztoku a případně i odvzdušňovacím otvorem a ložisky pro hřídel, přičemž stacionární katoda a stacionární anoda jsou umístěny elektricky isolovaně v elektrolyzéru na protilehlých stranách soustavy nejméně dvou rotujících elektrod a odtok udržuje hladinu roztoku v elektrolyzéru na hodnotě v rozmezí 0,1 až 0,8 R nad hřídelem, kde. R značí poloměr rotující elektrody.

Jedna z možností provedení elektrolyzéru podle vynálezu je znázorněna na přiloženém výkrese. Bipolárni rotační elektrolyzér podle vynálezu sestává z válcového těla elektrolyzéru 11, zhotoveného z elektrochemicky odolného a elektricky nevodivého materiálu, například z polyvinylchloridu. Válcová nádoba elektrolyzéru je opatřena čely tvořícími podstavu válce, jež jsou opatřeny odtokem zneškodňovaného roztoku J^, přítokem roztoku 9,» ložisky pro hřídel 13, přívody proudu £. Uvnitř těla elektrolyzéru je souose umístěna hřídel 10, na níž jsou izolovaně umístěny rotující elektrody 4_v pravidelných vzdálenostech, vymezených distančními podložkami 1 2 . Na protilehlých koncích soustavy rotujících elektrod jsou umístěny stacionární katoda 3 a stacionární anoda 6. Stacionární katoda a stacionární anoda jsou zhotoveny ve formě prstenců a připevněny k tělu elektrolyzéru. Otvorem ve středu stacionárních elektrod prochází hřídel 10,aniž by se jich dotýkala. Na hřídeli je dále upevněn převod ozubenými koly 8,, který je poháněn elektromotorem 7_, Odtok roztoku _1_ udržuje hladinu zneškodňovaného roztoku 13 v elektrolyzéru na hodnotě v rozmezí 0,1 až 0,8 D, kde D je průměr rotující elektrody. Rotující elektrody jsou tedy ponořeny pouze částečně ve zneškodňovaném roztoku, Horní část rotujících elektrod je ve styku se vzduchem. Vyrovnávání tlaku uvnitř elektrolyzéru a únik plynů umožňuje odvzdušňovací otvor 5,. Vzdálenost mezi rotujícími elektrodami 4_, jež je vymezena distančními podložkami 12,má být co nejmenší, nejlépe v rozmezí 0,5 až 1,5 mm nebo i vyšší. Stejná vzdálenost je i mezi stacionárními elektrodami a rotujícími elektrodami.

Rotující a stacionární elektrody jsou vyrobeny například z e1ektrogra£itu. Jejich tlouštka je dána v podstatě mechanickou pevností použitého materiálu. Lze použít elektrod, které byly opracovány z uhlíkového celistvého bloku, vyrobeny slisováním uhlíkového prásku s vhodným pojivém nebo i zatmelením uhlíkových destiček do otvorů v nosiči ve tvaru disku.

Je možné použít i jiných materiálů. Stacionární i rotující elektrody mohou být z oceli nerez, poplat.inovaného titanu a jiných kovů. Je možno používat i elektrod dvoustranných. Jsou to elektrody vyrobené slisování, stmelením, sešroubovaním nebo jiným spojením dvou materiálů.

Tak například rotující elektrody mohou býti na anodické straně vyrobeny z uhlíku a na katodické straně z mědi, železa nebo oceli nerez. Lze je vyrobit například spojením diskfi z příslušných materiálů. Elektrody je možno vyrobit i tak, že se na podkladový materiál, například na uhlík, elektrolyticky vyloučí vrstva vhodného kovu_y-jako je například měů, olovo, cín, platina a j iné látky.

Rychlost otáčení soustavy rotujících elektrod se volí v závislosti na jejich průměru a požadovaném pracovním režimu. Tuto rychlost je třeba určit pokusně, nebot závisí rovněž na vzdálenosti mezi jednotlivými rotujícími elektrodami, viskozitě roztoku, teplotě a jiných faktorech. Při postupném zvyšování rychlostí otáčení rotujících elektrod se roztok v elektrolyzéru začne strhávat rotujícími elektrodami a jeho hladina se v místech, kde rotující elektrody vystupují z roztoku, zvyšuj e' nad původní úroveň. Na protilehlé straně, kde elektrody do roztoku vstupují, se naopak hladina roztoku snižuje. Tento stav, kdy ještě nedochází k úplnému strhávání roztoku a rotující elektrody se ve zneškodňovaném roztoku brodí, je optimální a ve většině případů pracuje elektrolyzér za těchto podmínek s největší účinností. Při dalším zvyšování rychlosti otáčení dochází ke stavu, kdy zneškodňovaný roztok začne rotovat společně s rotujícími elektrodami uvnitř válcového těla elektrolyzéru podobně jako v odstředivém čerpadle. I v tomto případě lze však elektrolyzéru použít k destrukci kyanidů. Mezi rotujícími elektrodami se v blízkosti osy 10 zachytí plynový polštář, který vlivem odstředivé síly osciluje, mění svůj tvar a při překročení jisté kritické velikosti unikne z prostoru mezi elektrodami. Pohybem plynového polštáře dochází k žádoucímu intenzivnímu promíchávání roztoku mezi, rotují čími elektrodami .

Elektrolyzér pracuje takto: Na začátku elektrolýzy je naplněn zneškodňovaným roztokem 13 do výše určené umístěním, přepadu 2.. Rychlost otáčení soustavy rotujících elektrod senařídí na hodnotu několika otáček za sekundu tak, aby se.rotující elektrody ve zneškodňovaném roztoku brodily a nedocházelo k jeho cirkulaci. Zdroj stejnosměrného proudu se připojí kladným polem ke stacionární anodě 6, a záporným pólem k stacionární katodě 3 pomocí přívodu 2. Po. zapnutí elektrického proudu o dostatečném napětí začne procházet e1ektrolyzérera proud mezi stacionární katodou a stacionární anodou.. Prochází vrstvou roztoku mezi stacionární anodou· a první rotující elektrodou £, dále pak materiálem rotující elektrody £, další vrstvou elektrolyt další rotující elektrodou a případně i dalšími vrstvami elektrolytu a rotujícími elektrodami a pak vstupuje do stacionární katody J3. Strana rotující elektrody 4 přivrácená k anodě se chová jako katoda a její odvrácená strana jako anoda. Obdobně se chovají i další rotující elektrody. V elektrolyzéru podle vynálezu pak dochází k elektrolýze roztoku na principu bipolárního elektrolyzéru, který se chová jako n+1 elektrolyzéru zapojených za sebou, kde n je počet rotujících elektrod. Napětí na svorkách tohoto elektrolyzéru musí být tedy n+1 krát větší, než je napětí na jednom elektrolyzéru.. Pří elektrolýze roztoků s nízkou vodivostí je svod mezi stacionární katodou a stacionární anodou v průřezu roztoku mezi tělem elektrolyzéru a plochou rotujících elektrod zanedbatelný vůči proudu, který prochází rotujícími elektrodami. Tento případ je typický při elektrolytické destrukci zředěných zneškodňovaných roztoků,pro něž je elektrolyzér podle vynálezu obzvláště určen.

Na stacionární anodě a dále na anodických stranách rotujících elektrod dochází k anodickému dej i'vylučování chloru nebo chlornanu spojenému se současnou oxidací kyanidů. Na stacionární katodě a dále na katodických stranách rotujících elektrod dochází ke dvěma reakcím.

Na části povrchu stacionární katody a katodických stranách r o t.u j í c í c h .e 1 ek t ro d ponořených v roztoku dochází k vylučování vodíku podle reakce ' 2H₂O + 2e = 1I₂ + 20H~ /1/

Na části povrchu stacionární katody a katodických stranách rotujících elektrod, jež jsou ve styku s plynem nad zneškodňovaným roztokem, však dochází hlavně k redukci kyslíku ze vzduchu za tvorby peroxidu vodíku podle reakce

0₂ + 2H₂O + 2e = H₂0₂ + 20H^- /2/

Touto reakcí se tvoří ve filmu roztoku na části stacionární katody a rotujících katod ve styku s plynem nad zneškodňovaným roztokem peroxid vodíku, který je silným oxidačním Činidlem.

Jeho působením dochází k oxidaci kyanidů, kyanatanů, meziproduktu destrukční oxidace kyanidů a mnoha jiných látek. Novým a vyšším účinkem elektrolyzéru podle vynálezu je, še se využívá části elektrického náboje, který by se jinak neúčinně spotřeboval na vylučování vodíku a jenž je z hlediska destrukce kyanidů a dalších oxidovatelných látek zcela .neúčinný, V rotačním bipolárním elektrolyzéru podle vynálezu se zvyšuje energetická účinnost destrukčního procesu. Peroxid vodíku, vzniklý ve filmu roztoku ulpívajícím na povrchu rotujících elektrod, se při· jejich otáčení smývá a rozmíchává uvnitř zneškodňovaného rozteku. Redukce kyslíku ve filrau elektrolytu na povrchu katody je velmi rychlá, nebot slabá vrstva filmu elektrolytu představuje jen malý difuzní odpor. Rovnovážná koncentrace peroxidu vodíku se v zneškodňovaném roztoku utvoří v závislosti na jeho objemu a rychlosti otáčení v době od několika s.ekund do několika desítek sekund. Vzniklý peroxid vodíku ve zneškodňovaném roztoku lze snadno dokázat chemickými metodami.

Při otáčení rotujících elektrod dochází dále k intenzivnímu promíchávání zneškodňovaného roztoku, což umožňuje rychlou reakci mezi vzniklým oxidačním činidlem na anodě i r.a katodě a zneškodňovaným roztokem. '

Další výhodou elektrolyzéru podle vynálezu je, že při otáčení rotujících elektrod dochází vlivem odstředivé síly a sil povrchového napětí k vypuzování bublin plynu nad hladinu roztoku. Nedochází proto k tvorbě izolujících plynových polštářů mezi anodickými a- katodickými stranami rotujících nebo stacionárních elektrod. Za tohoto stavu je možno podstatně snížit vzdálenost mezi rotujícími a stacionárními elektrodami a mezi jednotlivými rotujícími elektrodami na hodnotu 0,5 až 1,5 mm. Podstatně se tak sníží zbytečné ztráty elektrické energie a zahřívaní roztoku Jouleovým teplem, vzniklým průchodem elektrického proudu zneškodňovaným roztokem. Elektrolyzér podle vynálezu je proto mošno použít i k destrukcí kyanidů ve zředěných roztocích, kde použiti 'dosavadních metod bylo neekonomické. Při zkouškách elektrolyzé.ru s roztokem.o koncentraci 500 mg/NaCN a 5 g/NaCl bylo dosaženo destrukce kyanidů na koncentraci nižší než 0,1 mg/1. Spotřeba elektrické energie na destrukci kyanidů v tomto roztoku byla 7,8 kWh na 1 kg NaCN.

Elektrolyzéru podle vynálezu lze. rovněž použít i k oxidaci dusitanů v odpadních vodách po tepelném zušlechťování ocelí, k dezinfekci pitných, povrchových a splaškových vod.

Příklad 1

Ke kontinuálnímu zneškodňování odpadních kyanidových vod z galvanizovny, které obsahovaly 0,5 g CN /1, byl použit bipolární elektrolyzér 9 brodícími elektrodami. Kyanidy se kvantitativně zneškodnily , přičemž na 1 kg CN se spotřebovalo 10,1 kWh. Této hodnoty bylo dosaženo při koncentraci 10 g NaCl/1 ve zneškodňovaných vodách.

Příklad 2

Ke kontinuálnímu zneškodňování odpadních vod po tepelném zpracování, které obsahovaly 1,2 g N0₂/l byl použit bipolární elektrolyzér s brodícími elektrodami. Odpadní vody byly upraveny na pH 6,5 a kontinuálně zneškodňovány v -elektrolyzéru. Bylo dosaženo jejich, kvantitativního zneškodnění, přičemž na 1 kg N0₂ se spotřebovalo 7,2 kWh. Této hodnoty bylo dosaženo při koncentraci 10 g NaCl/1 ve zneškodňovaných vodách.

Claims (1)

1. Rotační bipolární elektrolyzér na elektrolytickou destrukci kyanidů a oxidovatelných látek, vyznačený tím, že sestává ze soustavy nejméně dvou rotujících elektrod ve tvaru disků připevněných souose a elektricky izolovaně na hřídeli, jedné stacionární katody a jedné stacionární anody nejlépe ve tvaru prstence a těla elektrolyzéru, opatřeného přítokem a odtokem roztoku a případně i odvzdušňovacím otvorem a ložisky pro hřídel, přičemž stacionární katoda a stacionární anoda jsou umístěny elektricky izolovaně v elektrolyzéru na protilehlých stranách. soustavy nejméně dvou rotujících elektrod a odtok udržuje hladinu roztoku v elektrolyzéru na hodnotě v, rozmezí 0,1 až.0,8 D nad hřídelem, kde D značí průměr rotujících elektrod.