CS206884B1 - Bipolární rotační elektrolyzér zvláště vhodný pro elektrolýzu zředěných nebo málo vodivých roztoků - Google Patents

Abstract

Vynález se týká konstrukce bipolámího rotační.- i ho elektrolyzéru, který je zvláště vhodný pro elektrolýzu zředěných nebo málo vodivých roztoků prováděnou k získávání kovů, destrukce toxických látek nebo výroby látek elektrolýzou. Vynálezu lze , zvláště s výhodou použít při těžení barevných kovů i z odpadních vod po povrchových úpravách kovů. i V galvanizovnách odpadají po pokovování opia- ■■ chove vody obsahující v minimálních koncentra- * cích barevné kovy ve formě síranů, chloridů ’ á zejména kyanidů. Tyto oplachové vody se zne- ! škodňují v neutralizačních stanicích, ve kterých se ■ kovy z odpadních vod vysráží ve formě hydroxidů i á nechají se sedimentovat. Usazené kaly se vyváží na skládky. Kovy obsažené v kalech jsou nenávratně ztraceny a mimoto zatěžují dosti výrazně životní prostředí. Běží o vysoce deficitní kovy jako je kadmium, měď, zinek, nikl atd. Těžení barevných kovů z oplachových vod se ; dosud neprovádí, přestože běží řádově o desítky tun kovů ročně. Pokud se provádí těžení kovů z koncentrovaných ' roztoků, destrukce kyanidů a jiných toxických látek, chlorace a dezinfekce odpadních vod, používá se různých typů elektrolyzérů s deskovými a síťovými elektrodami nebo elektrodami s velkým ; povrchem vyrobených z poresních materiálů nebo vláken. Ke zvýšení rychlosti elektrolýzy se elektro 206884 lýzovaný roztok intenzívně míchá různými typy míchadel. Velmi intenzívní konvekce lze dosáhnout rotací elektrod. Nevýhodou rotačních elektrod je, že přívod proudu je proveden pomocí smýkavého kontaktu, který je zdrojem' poruch a technických nesnází. Uvedené nevýhody odstraňuje bipolární elektrolyzér podle vynálezu, který umožňuje ekonomické těžení barevných kovů z oplachových vod po galvanickém pokovování a je vyznačen tím, že sestává ze stacionární katody 4 a Stacionární anody 7 libovolného tvaru, nejlépe však ve tvaru prstence, které jsou opatřeny přívody proudu 2, dále pak Z alespoň dvou rotujících elektrod 6 ve tvaru disků upevněných elektricky isolovaně na dutém hřídeli 1 opatřeném otvory 10 pro přívod roztoku a nádoby elektrolyzéru 3 nejlépe válcového tvaru opatřené sací trubicí 8, výtlačnou trubicí 11 a vedením dutého hřídele 13, přičemž rotující elektrody 6 jsou umístěny v prostoru mezi stacionární katodou 4 a stacionární anodou 7 a dutý hřídel zasahuj e do sací trubice 8. | Elektrolyzér podle vynálezu je znázorněn na í výkrese. Sestává z nádoby elektrolyzéru 3 nejlépe válcového tvaru, zhotovené z elektricky nevodivého a korozi odolného materiálu, např. z umělé , hmoty. Nádoba elektrolyzéru 3 je opatřena sací i trubicí 8, výtlačnou trubicí 11 a vedením 13 dutého

Description

(54) Bipolární rotační elektrolyzér zvláště vhodný pro elektrolýzu zředěných nebo málo vodivých roztoků | Vynález se týká konstrukce bipolámího rotační.- i ho elektrolyzéru, který je zvláště vhodný pro elektrolýzu zředěných nebo málo vodivých roztoků prováděnou k získávání kovů, destrukce toxických látek nebo výroby látek elektrolýzou. Vynálezu lze , zvláště s výhodou použít při těžení barevných kovů i z odpadních vod po povrchových úpravách kovů. i

V galvanizovnách odpadají po pokovování opia- chove vody obsahující v minimálních koncentra- * cích barevné kovy ve formě síranů, chloridů ’ á zejména kyanidů. Tyto oplachové vody se zne- ! škodňují v neutralizačních stanicích, ve kterých se kovy z odpadních vod vysráží ve formě hydroxidů i á nechají se sedimentovat. Usazené kaly se vyváží na skládky. Kovy obsažené v kalech jsou nenávratně ztraceny a mimoto zatěžují dosti výrazně životní prostředí. Běží o vysoce deficitní kovy jako je kadmium, měď, zinek, nikl atd.

Těžení barevných kovů z oplachových vod se ; dosud neprovádí, přestože běží řádově o desítky tun kovů ročně.

Pokud se provádí těžení kovů z koncentrovaných' roztoků, destrukce kyanidů a jiných toxických látek, chlorace a dezinfekce odpadních vod, používá se různých typů elektrolyzérů s deskovými a síťovými elektrodami nebo elektrodami s velkým ^; povrchem vyrobených z poresních materiálů nebo vláken. Ke zvýšení rychlosti elektrolýzy se elektro206884 lýzovaný roztok intenzívně míchá různými typy míchadel. Velmi intenzívní konvekce lze dosáhnout rotací elektrod. Nevýhodou rotačních elektrod je, že přívod proudu je proveden pomocí smýkavého kontaktu, který je zdrojem' poruch a technických nesnází.

Uvedené nevýhody odstraňuje bipolární elektrolyzér podle vynálezu, který umožňuje ekonomické těžení barevných kovů z oplachových vod po galvanickém pokovování a je vyznačen tím, že sestává ze stacionární katody 4 a Stacionární anody 7 libovolného tvaru, nejlépe však ve tvaru prstence, které jsou opatřeny přívody proudu 2, dále pak Z alespoň dvou rotujících elektrod 6 ve tvaru disků upevněných elektricky isolovaně na dutém hřídeli opatřeném otvory 10 pro přívod roztoku a nádoby elektrolyzéru 3 nejlépe válcového tvaru opatřené sací trubicí 8, výtlačnou trubicí 11 a vedením dutého hřídele 13, přičemž rotující elektrody 6 jsou umístěny v prostoru mezi stacionární katodou 4 a stacionární anodou 7 a dutý hřídel zasahuj e do sací trubice 8.

| Elektrolyzér podle vynálezu je znázorněn na í výkrese. Sestává z nádoby elektrolyzéru 3 nejlépe válcového tvaru, zhotovené z elektricky nevodivého a korozi odolného materiálu, např. z umělé , hmoty. Nádoba elektrolyzéru 3 je opatřena sací i trubicí 8, výtlačnou trubicí 11 a vedením 13 dutého hřídele s těsnicím kroužkem 12. Na protilehlých koncích nádoby elektrolyzéru 3 je umístěna stacionární katoda 4 a stacionární anoda 7, jež jsou opatřeny přívody proudu 2. Obě zmíněné elektrody jsou zhotoveny nejlépe ve tvaru prstence z elektrochemicky odolného materiálu jako je např. uhlík, poplatinovaný titan nebo nerez ocel. Mezi stacionární katodou 4 a stacionární anodou 7 je umístěna soustava nejméně dvou rotujících elektrod 6 zhotovených ve tvaru disků z elektrochemicky odolného materiálu, např. uhlíku, nerez oceli nebo poplatinovaného titanu. Rotující elektrody 6 jsou upevněny pomocí upevňovaných kroužků 5 ve stejné vzdálenosti na dutém hřídeli 1, jehož dutina 9 zasahuje do sací trubice 8. Dutý hřídel 1 a upevňovací kroužky 5 jsou opatřeny otvory 10, které spojují prostor mezi rotujícími elektrodami 6 a dutinou v hřídeli 9. Rotující elektrody 6 jsou upevněny na dutém hřídeli 1 elektricky izolovaně.

Elektrolyzér podle vynálezu pracuje takto. Nádoba elektrolyzéru 3 je naplněna až do výše výtlačné trubice 11 elektrolýzovaným roztokem. Dutý hřídel 1 je spojen s motorem, který otáčí dutými hřídelem a soustavou rotujících elektrod 6. Při postupném zvyšování otáčení dutého hřídele 1 se dosáhne stavu, kdy soustava rotujících elektrod 6 začne pracovat jako odstředivé čerpadlo. Vlivem odstředivé síly se vypudí vzduch z prostoru nad výtlačnou trubicí 11 a nádoba elektrolyzéru se zcela zaplní elektrolýzovaným roztokem. Po zavedení proudu do stacionární katody 4 a stacionární anody 7 začne procházet elektrolyzérem elektrický proud, který převážně prochází nej kratším směrem mezi stacionární anodou 7 a stacionární katodou 4. Proud prochází elektrolýzovaným roztokem nacházejícím se v prostoru mezi jednotlivými rotujícími elektrodami a dále i materiálem rotujících elektrod 6, které se chovají jako bipolámí elektrody. Strana rotující elektrody přivrácená ke stacionární anodě 7 pracuje jako katoda, zatímco druhá strana téže rotující elektrody pracuje jako anoda. Obdobné děje probíhají i na dalších rotujících elektrodách. Rotační bipolámí elektrolyzér podle vynálezu s n rotujícími elektrodami se proto chová jako n + 1 jednotlivých elektrolyzérů zapojených za sebou.

Elektrolyzér podle vynálezu má řadu výhod. Jsou to předně malé rozměry a vysoký poměr mezi plochou elektrod a objemem roztoku v elektrolyzéru, který má typicky hodnotu 5-20 cm²/cm³. Vzdálenost mezi rotujícími elektrodami je běžně asi 1,5 mni, může však být i menší. Snížením vzádlenosti mezi elektrodami se dosahuje značného snížení ztrát elektrické energie na odporu roztoku, která je u dosavadních typů elektrolyzérů jedním z hlavních zdrojů ztrát. V elektrolyzéru podle vynálezu lze proto elektrolýzovat i roztoky zředěné a málo vodivé, jakými jsou např. odpadní nebo oplachové vody. Rotací elektrod se dále dosahuje vysoké konvence roztoku v prostoru mezi elektrodami charakterizované vysokou hodnotou

Reyňoídsova čísla řádu 1Ó⁵, současně se odstraňují i bublinky plynu a brání se vytváření plynových kapes v prostoru mezi elektrodami. Další výhoda spočívá v tom, že dochází k současnému čerpání elektrolýzovaného roztoku.

Příklad 1

K získávání kadmia z oplachových vod po galvanickém kadmiování se používá elektrolyzéru podle vynálezu. Stacionární anoda 7 a stacionární; katoda 4 a rotující elektrody 6 jsou zhotovený z plechu z nerez oceli. Sací trubice 8 a výtlačná trubice 11 jsou připojeny k vaně prvního oplacho-; vého stupně při galvanickém kadmiování. Vzdálenost mezi rotujícími elektrodami 6 je 1,5 mm, rychlost otáčení 1400 ot/min, proudová hustota 100—200 mA/cm² plochy jedné strany rotující elektrody. Oplachová voda z vany cirkuluje přes . elektrolyzér a na katodických stranách rotujících elektrod 6 a na stacionární katodě 4 se vylučuje; kovové kadmium. Kadmium se obyčejně vylučuje v hrubě krystalické formě a vytváří dendrity, které jsou s povrchu rotujících elektrod odtrhávány vlivem odstředivé síly a prouděním roztoku. Kovové kadmium se zachycuje na filtru umístěném ve výtlačné trubici 11. Čas od času se provede úplné očištění elektrod od kadmia anodickým rozpouštěním. To se provede tak, že se změní polarita ' elektrod a sníží se rychlost otáčení. Kovové kad- ; mium se rozpouští zpět do roztoku a vzniklý : koncentrovaný roztok kadmia se zachycuje a pou- j žije se k přípravě lázně pro galvanické pokovo- j Vání. i

Obdobným způsobem lze získávat i jiné kovy, které se používají při galvanickém pokovování, jako je např. měď, nikl a zinek. Pokud jsou rotující elektrody a stacionární anoda 7 zhotoveny z elektrochemicky odolného materiálu, jakým je např, kvalitní nerez ocel, poplatinovaný titan nebo uhlíky lze dosáhnout při elektrolytickém získávání kovů í' současné destrukce kyanidového aniontu na anodě. K destrukci dochází přímou anodickou oxidací kyanidového aniontu a dále působením plynného kyslíku, který se na anodě vyvíjí. V některých případech lze dosáhnout rychlejší destrukce kyanidů přídavkem malého množství chloridového aniontu např. ve formě NaCl do elektrolýzovaného roztoku.

Příklad 2

Elektrolyzéru podle vynálezu se používá k dezinfekci a odstraňování těžkých kovů splaškových vod. Elektrody jsou zhotoveny z uhlíku. Splašková voda se přivádí do sací trubice 8, výtlačnou trubicí 11 odtéká od odpadu. Proudová hustota na rotujících elektrodách závisí na koncentrací těžkých kovů jako je např. kadmium, měď, zinek a jiné a dále na obsahu organických látek. Elektrolýza se obyčejně provádí proudovou hustotou 50 mA/cm² geometrické plochy jedné strany rotující elektrody. Pokud splaškové vody neobsahují chloridy, přidává se do elektrolýzovaného roztoku před vstupem do rotačního bipolárního elektrolyzéru roztok chloridu sodného na výslednou koncentraci ;1—3 g NaCl/1 vody. Při elektrolýze dochází na katodických stranách rotujících elektrod a na stacionární katodě k vylučování těžkých kovů, zatímco na anodě se vytváří chlornanový aniont, který dezinfikuje odpadní vody a způsobuje dále .chemickou destrukci organických látek.

Uvedené příklady nijak nevyčerpávajímožnosti použití elektrolyzéru podle vynálezu, jehož může být použito i k dezinfekci a úpravě pitných vod, výrobě různých činidel, nápř. chlornanu sodného elektrolýzou roztoku chloridu sodného, redukci dusičnanů na dusík v pitných vodách a k dalším účelům.

Claims (1)

1. PŘEDMĚT

   Bipolámí rotační elektrolyzér zvláště vhodný pro elektrolýzu zředěných nebo málo vodivých .roztoků za účelem získávání kovů, destrukce toxických látek nebo úpravy roztoku elektrolýzou vyznačený tím, že sestává ze stacionární katody (4) •a stacionární anody (7), nejlépe ve tvaru prstence a opatřených přívody proudu (2), alespoň dvou rotujících elektrod (6) zhotovených ve tvaru disků

   VYNÁLEZU a upevněných elektricky izolovaně na dutém hřídeli (1) opatřeném otvory (10) pro přívod roztoku a nádoby elektrolyzéru (3) nejlépe válcového tvaru, opatřené sací trubicí (8), výtlačnou trubicí (11) a vedením dutého hřídele (13), přičemž rotující elektrody (6) jsou umístěny v prostoru mezi stacionární katodou (4) a stacionární anodou (7) a dutý hřídel (1) zasahuje do sací trubice (8).