IT202100017015A1 - PROCEDURE AND ELECTROCHEMICAL CELL FOR THE RECOVERY OF PURE CHROME (III) FROM USED BATHS IN THE TANNING INDUSTRY - Google Patents
PROCEDURE AND ELECTROCHEMICAL CELL FOR THE RECOVERY OF PURE CHROME (III) FROM USED BATHS IN THE TANNING INDUSTRY Download PDFInfo
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Description
DESCRIZIONE DESCRIPTION
dell'invenzione industriale dal titolo: of the industrial invention entitled:
Cella elettrochimica per il recupero di metalli pesanti ad elevata purezza da bagni esausti di processi industriali Electrochemical cell for the recovery of high purity heavy metals from exhausted baths of industrial processes
Riassunto Summary
La presente invenzione si riferisce ad una cella elettrochimica a comparti differenziati ottenuti nello spazio tra anodo e catodo attraverso una innovativa predisposizione di membrane anioniche e cationiche tale da realizzare tra due membrane anioniche appaiate una zona che si presta ad essere progressivamente basificata ai fine di ottenere una elettroprecipitazione controllata come idrossido del(i) metallo(i) pesante(i) presente(i) nei reflui industriali. Gii idrossidi metallici cos? ottenuti sono caratterizzati da elevata purezza in quanto viene evitata la co-precipitazione di composti organici eventualmente presenti. Il corretto ed efficiente funzionamento della cella ? favorito dal trattamento delle membrane con polielettroliti antifouling. The present invention refers to an electrochemical cell with differentiated compartments obtained in the space between the anode and cathode through an innovative arrangement of anionic and cationic membranes such as to create a zone between two paired anionic membranes which lends itself to being progressively basified in order to obtain a controlled electroprecipitation as hydroxide of the heavy metal(s) present in industrial wastewater. The metal hydroxides cos? obtained are characterized by high purity as co-precipitation of any organic compounds present is avoided. The correct and efficient functioning of the cell? favored by the treatment of the membranes with antifouling polyelectrolytes.
Settore di applicazione dell?invenzione Sector of application of the invention
La cella inventiva sopra descritta pu? trovare applicazione in tutti quei processi industriali che generano reflui liquidi contenenti metalli pesanti residuali che necessitano di essere separati per il rispetto delle normative ambientali e/o recuperati in condizioni di massima purezza in relazione al loro valore commerciate. The inventive cell described above can find application in all those industrial processes that generate liquid waste containing residual heavy metals that need to be separated for compliance with environmental regulations and/or recovered in conditions of maximum purity in relation to their traded value.
Stato dell'arte State of art
Le principali tecniche elettrochimiche applicate al trattamento delle acque reflue sono rappresentate dall?elettrolisi e l?elettrodialisi. In entrambi i casi il processo elettrolitico avviene all'interno d? una cella, nella forma pi? semplice costituita da un catodo, un anodo, un elettrolita ed un elemento separatore (un setto poroso o una membrana a scambio ionico) che divide il comparto catodico da quello anionico. The main electrochemical techniques applied to the treatment of waste water are represented by electrolysis and electrodialysis. In both cases the electrolytic process takes place inside d? a cell, in the most? simple consisting of a cathode, an anode, an electrolyte and a separating element (a porous septum or an ion exchange membrane) which divides the cathodic compartment from the anionic one.
In particolare la tecnologia dell'elettrodialisi trova ampio impiego quando si tratta di realizzare attraverso l?applicazione di un campo elettrico, come ad esempio nei processi d? desalinizzazione, una migrazione selettiva degli ioni presenti in soluzione verso gli elettrodi, con separazione nei compartimenti catodico e anodico delle membrane permeabili rispettivamente ai cationi e agli anioni e conseguente produzione di due flussi in uscita, uno diluito e l'altro concentrato. In particular, the electrodialysis technology is widely used when it comes to creating through the application of an electric field, such as in the processes of desalination, a selective migration of the ions present in solution towards the electrodes, with separation in the cathodic and anodic compartments of the membranes permeable to cations and anions respectively and consequent production of two output streams, one diluted and the other concentrated.
L?elettrodialisi ben si presta quindi alla separazione degli ioni metallici dalle rispettive soluzioni quando si opera con matrici semplici a base acquosa; la realt? cambia nel momento che si debba operare sui reflui dei processi industriali, costituiti da matrici complesse e quasi sempre ricchi di sostanze organiche indesiderabili. Electrodialysis therefore lends itself well to the separation of metal ions from the respective solutions when working with simple water-based matrices; the reality? it changes when it is necessary to operate on wastewater from industrial processes, made up of complex matrices and almost always rich in undesirable organic substances.
In questi casi il contatto diretto tra il catodo ed il refluo da trattare porta alla deposizione sull?elettrodo di un precipitato incrostante che ne riduce progressivamente la funzionalit?, le molecole di acqua presentano minore disponibilit? alla dissociazione con conseguente dilatazione dei tempi di lavoro e necessit? di innalzamento dei potenziali elettrici applicati, si registra un innalzamento anomalo della temperatura a cui opera il sistema, un possibile danneggiamento delle membrane, la deposizione irreversibile degli ioni in gioco e degli idrossidi sulle membrane medesime, ulteriori inconvenienti che di fatto impediscono allo stato attuale l'applicazione anche di questa tecnologia. In these cases the direct contact between the cathode and the wastewater to be treated leads to the deposition on the electrode of an encrusting precipitate which progressively reduces its functionality, the water molecules have less availability? to the dissociation with consequent extension of working times and necessity? of raising the applied electric potentials, there is an anomalous rise in the temperature at which the system operates, a possible damage to the membranes, the irreversible deposition of the ions involved and of the hydroxides on the membranes themselves, further drawbacks which actually prevent the application of this technology as well.
Lo scopo della presente invenzione ? quello di ovviare agli inconvenienti sopra lamentati in modo da cogliere in pieno tutte le opportunit? che la deposizione elettrochimica come idrossidi degli ioni metallici presenti nei reflui industriali comporta in termini di funzionalit?, recupero quantitativo e soprattutto purezza del metallo recuperato. The purpose of the present invention ? to overcome the drawbacks complained of above in order to fully seize all the opportunities? that the electrochemical deposition as hydroxides of metal ions present in industrial waste entails in terms of functionality, quantitative recovery and above all purity of the recovered metal.
Pertanto, sempre nell?ottica di utilizzare in pieno la tecnologia della elettrodialisi, si ? provveduto ad elaborare una nuova cella elettrochimica, non pi? costituita da due comparti, come quelle commercialmente fruibili, ma realizzata con tre comparti. Therefore, always with a view to making full use of electrodialysis technology, yes? proceeded to develop a new electrochemical cell, no more? made up of two compartments, like those commercially usable, but made with three compartments.
Descrizione dettagliata dell'invenzione Detailed description of the invention
La cella elettrochimica innovativa (CI), come rappresentato in fig. 1, ? costituita da tre comparti che sono originati dalla disposizione tra il catodo (1) e l?anodo (7) di due membrane a scambio anionico (3, 5) e di tre spaziatori (2, 4, 6) a percorso tortuoso disposti tra i singoli elettrodi e le adiacenti membrane anioniche e tra le due membrane anioniche medesime. Il catodo e l'anodo sono entrambi in contatto con un proprio flusso acquoso, mentre l?eiettrolita da trattare circola nel comparto centrale delimitato dalle due membrane anioniche. Nel comparto delimitato dal catodo (1) e dalla membrana a scambio anionico (3) ricircola un flusso di acqua (8); nel comparto delimitato dalla membrana anionica (3) e dalla membrana an?onica (5) ricircola l?elettrolita da trattare (9); nel comparto delimitato dalla membrana anionica (5) e dall?anodo (7) ricircola un flusso di acqua (10). The innovative electrochemical cell (IC), as represented in fig. 1, ? consisting of three compartments which originate from the arrangement between the cathode (1) and the anode (7) of two anion exchange membranes (3, 5) and three tortuous path spacers (2, 4, 6) arranged between the individual electrodes and the adjacent anionic membranes and between the two anionic membranes themselves. The cathode and the anode are both in contact with their own aqueous flow, while the electrolyte to be treated circulates in the central compartment delimited by the two anionic membranes. In the compartment delimited by the cathode (1) and by the anion exchange membrane (3) a flow of water recirculates (8); in the compartment delimited by the anionic membrane (3) and by the anonic membrane (5) the electrolyte to be treated recirculates (9); in the compartment delimited by the anionic membrane (5) and by the anode (7) a flow of water recirculates (10).
La configurazione sopra descritta, che si differenzia dalla normale strutturazione delle celle elettrochimiche a due comparti, permette di superare le molte problematiche a queste connesse. In particolare il contatto diretto tra il catodo e l?anodo con ? rispettivi flussi acquosi posti in ricircolo (8, 9) garantisce la protezione degli elettrodi dalla deposizione di ioni indesiderati ed evita quindi le conseguenti incrostazioni che portano alla riduzione della superficie disponibile alla reazione di dissociazione dell'acqua e di conseguenza un calo sempre pi? sensibile nell'efficienza del processo. Inoltre (fig. 2) il contatto diretto del catodo (-) con acqua esente da inquinanti favorisce la rapida ed abbondante produzione di ioni ossidrilici (OH-) che facilmente migrano nel comparto centrale attraversando la membrana a scambio anionico (3) adiacente sotto l?influenza del campo elettrico applicato. Allo stesso tempo gli ioni metallici con segno positivo (M<+>) non possono migrare verso l?anodo (+) essendo bloccati dalla membrana a scambio anionico (5) e permangono pertanto nel comparto centrale la cui soluzione (9) va pian piano basificandosi. Migrano invece verso l'anodo gli anioni (A ) eventualmente presenti nella soluzione da trattare, determinando il loro allontanamento dalla matrice in trattamento cos? da contribuire alla elevata purezza dell'idrossido elettroprecipitato. The configuration described above, which differs from the normal structuring of two-compartment electrochemical cells, allows the many problems associated with these to be overcome. In particular the direct contact between the cathode and the? anode with? respective aqueous flows placed in recirculation (8, 9) guarantees the protection of the electrodes from the deposition of unwanted ions and therefore avoids the consequent encrustations which lead to the reduction of the surface available for the water dissociation reaction and consequently an increasingly decrease? sensitive in the efficiency of the process. Furthermore (fig. 2) the direct contact of the cathode (-) with water free from pollutants favors the rapid and abundant production of hydroxyl ions (OH-) which easily migrate into the central compartment crossing the adjacent anion exchange membrane (3) under the ?influence of the applied electric field. At the same time the metal ions with a positive sign (M<+>) cannot migrate towards the anode (+) being blocked by the anion exchange membrane (5) and therefore remain in the central compartment whose solution (9) is slowly basing itself. On the other hand, do the anions (A ) possibly present in the solution to be treated migrate towards the anode, causing them to move away from the matrix being treated thus? to contribute to the high purity of the electroprecipitated hydroxide.
Con questa nuova disposizione non si registra alcuna necessit? di innalzare il potenziale elettrico nel corso del tempo, non si hanno innalzamenti di temperatura all'interno del sistema e non s? verificano danneggiamenti sulle membrane anche per usi continuativi, la membrana anionica (3) lato catodo (-) non subisce alcun tipo di incrostamento, mentre qualche attenzione in pi? merita la membrana anionica (5) lato anodo (+) per il possibile accumularsi nel corso del trattamento degli anioni, quando presenti in quantit? sostanziali nella matrice originaria. With this new provision there is no need? to raise the electric potential over time, there are no temperature rises inside the system and not s? occur damage to the membranes even for continuous use, the anionic membrane (3) on the cathode side (-) does not undergo any type of encrustation, while some extra attention? deserves the anionic membrane (5) on the anode side (+) for the possible accumulation during the treatment of the anions, when present in quantity? substantial in the original matrix.
Un approccio diverso ? necessario invece per quanto attiene l'imbrattamento dalla membrana anionica (3) lato anodo (+) e della membrana anionica (5) lato catodo (-) che pu? verificarsi e tendere ad avanzare nel corso dell?attivit? per la deposizione sulle superfici indicate di ioni positivi ossidrilati e delle sostanze organiche quasi sempre presenti in forma consistente nei reflui. A different approach? necessary instead as regards the fouling of the anionic membrane (3) on the anode side (+) and of the anionic membrane (5) on the cathode side (-) that can? occur and tend to advance in the course of? activity? for the deposition on the indicated surfaces of positive hydroxyl ions and organic substances almost always present in a consistent form in the wastewater.
Questo inconveniente, estremamente limitante sulla funzionalit? di qualsiasi applicazione elettrochimica, ? eliminato introducendo nella cella innovativa caratteristiche specifiche di up-grading dettate dal lungo processo sperimentale condotto. This inconvenience, extremely limiting on functionality? of any electrochemical application, ? eliminated by introducing specific up-grading characteristics into the innovative cell dictated by the long experimental process conducted.
In particolare la disposizione all?interno della cella di tre spaziatori a percorso tortuoso, d? cui uno rappresentato a livello specifico in fig. 3, inserito tra la membrana anionica (3) lato anodo e la membrana anionica (5) lato catodo, identificato anche in fig. 1 con il numero 4, e gli altri due disposti come rappresentato in fig.1 con i numeri 2 e 6. L? utilizzo di questo tipo di spaziatori, unitamente alla disposizione sfalsata tra gli ingressi e le uscite della matrice da trattare ed alla adozione di una velocit? laminare non inferiore ai 30 cm/sec, permette infatti da un lato di mettere in contatto la matrice medesima con la totalit? della superficie della membrana garantendone cos? la piena funzionalit? e dall?altro di evitare la formazione di vie preferenziali indesiderate e fenomeni di stazionamento tanto pi? possibili nei processi di precipitazione ossidrilica degli ioni a carica positiva di interesse. In particular, the arrangement inside the cell of three spacers with a tortuous path, d? of which one represented at a specific level in fig. 3, inserted between the anionic membrane (3) on the anode side and the anionic membrane (5) on the cathode side, also identified in fig. 1 with the number 4, and the other two arranged as represented in fig.1 with the numbers 2 and 6. L? use of this type of spacers, together with the staggered arrangement between the inputs and outputs of the matrix to be treated and the adoption of a speed? laminar not less than 30 cm / sec, it allows on the one hand to put the matrix itself in contact with the totality of the surface of the membrane thus ensuring? the full functionality? and from the other to avoid the formation of undesired preferential routes and phenomena of parking all the more? possible in the hydroxyl precipitation processes of the positively charged ions of interest.
Considerazioni diverse devono essere fatte invece a riguardo della presenza nel refluo di sostanza organica inserita o derivata dal processo industriale. Queste macromolecole, siano esse idrofile o idrofobiche, sono caratterizzate da una carica complessiva di segno negativo per cui, migrando sotto l'azione di un campo elettrico, una volta giunte in prossimit? di una membrana anionica, non ne saranno respinte in considerazione dell?attrazione elettrostatica esercitata dalle cariche fisse di segno positivo presenti sulla superficie della membrana, ma allo stesso tempo non riusciranno comunque a penetrarvi e ad attraversarla a causa delle loro dimensioni e delia carica negativa elevata. Una altissima percentuale delle molecole organiche presenti nella soluzione da trattare tende quindi a fermarsi in prossimit? della membrana determinando la formazione di un deposito che provoca la riduzione dell?area superficiale attiva, il passaggio degli altri ioni ed influendo conseguentemente sulle prestazioni fino a generare aumenti nella resistenza elettrica e spesso ti deterioramento irreversibile della membrana medesima. Different considerations must instead be made regarding the presence in the wastewater of organic matter inserted or derived from the industrial process. These macromolecules, whether they are hydrophilic or hydrophobic, are characterized by an overall charge of a negative sign so that, by migrating under the action of an electric field, once they come close to of an anionic membrane, they will not be rejected in consideration of the electrostatic attraction exerted by the fixed positive charges present on the surface of the membrane, but at the same time they will not be able to penetrate and cross it due to their size and the high negative charge . A very high percentage of the organic molecules present in the solution to be treated therefore tends to stop near the? of the membrane causing the formation of a deposit which causes the reduction of the active surface area, the passage of the other ions and consequently influencing the performance up to generating increases in the electrical resistance and often irreversible deterioration of the membrane itself.
Le complesse problematiche del fouling organico sono superate nella cella innovativa proposta mediante l?utiiizzo di membrane a scambio anionico pretrattate con poliacrilsulfonammid? o altri polielettroliti della stessa famiglia, costituiti da catene polimeriche contenenti gruppi funzionali sulfonici ed ammidici (11), come rappresentato in fig. 4. The complex problems of organic fouling are overcome in the innovative cell proposed through the use of anion exchange membranes pretreated with polyacrylsulfonamide? or other polyelectrolytes of the same family, consisting of polymeric chains containing sulphonic and amide functional groups (11), as shown in fig. 4.
Questi polimeri vanno stericamente a formare sulla superficie della membrana un sottile strato negativo che pur senza modificare la selettivit? complessiva ? comunque in grado di cambiare la permeabilit? in prossimit? dell'interfaccia soluzione - membrana. These polymers go sterically to form a thin negative layer on the surface of the membrane which, without modifying the selectivity? overall ? still able to change the permeability? in the vicinity? of the solution-membrane interface.
Il polielettrolita utilizzato come modificante si sviluppa in lunghezza verso la soluzione e perpendicolarmente alla membrana (12) come in fig. 5; resta ancorato ad essa tramite i propri gruppi funzionali anionici ed allo stesso tempo coordina attorno a se un numero sufficiente di molecole d?acqua tale da impedire alle molecole organiche idrofobiche di avvicinarsi alla superficie della membrana medesima, evitandone l'imbrattamento, The polyelectrolyte used as modifier develops in length towards the solution and perpendicularly to the membrane (12) as in fig. 5; remains anchored to it through its anionic functional groups and at the same time coordinates around itself a sufficient number of water molecules such as to prevent the hydrophobic organic molecules from approaching the surface of the membrane itself, avoiding its contamination,
Infine la struttura geometrica della cella innovativa, in conseguenza delle simmetrie dispositive, si presta ottimamente all?inversione periodica del flusso di corrente, attraverso l?applicazione di tecniche a elettrodialisi inversa (EDR) basate appunto sull'inversione delle reazioni agli elettrodi, il sistema. Finally, the geometric structure of the innovative cell, as a result of the device symmetries, lends itself excellently to the periodic reversal of the current flow, through the application of reverse electrodialysis techniques (EDR) based precisely on the inversion of the reactions at the electrodes, the system .
L?applicazione di una corrente inversa permette numerosi vantaggi, quali il distacco dei film di polarizzazione, l?eliminazione di eventuali incrostazioni residue, la riduzione dei fanghi depositati sulla superficie delle membrane, l?eliminazione dei prodotti chimici normalmente impiegati per la pulizia degli elettrodi. In altre parole la tecnologia EDR permette pi? in generale un sensibile aumento della funzionalit? del sistema e dei tempi operativi, a cui si accompagna un notevole alleggerimento della gestione. The application of a reverse current allows numerous advantages, such as the detachment of the polarization films, the elimination of any residual encrustations, the reduction of the sludge deposited on the surface of the membranes, the elimination of the chemical products normally used for cleaning the electrodes . In other words, EDR technology allows more? in general, a significant increase in functionality? of the system and operating times, which is accompanied by a significant reduction in management.
Si ? data finora una descrizione di carattere generale dell?invenzione, Con l'aiuto dell?esempio seguente, di carattere esplicativo e non limitativo dell?invenzione, viene illustrata una applicazione in un settore industriale notoriamente inquinante come quello dell'industria della concia delle pelli, finalizzata a far meglio comprenderne gli scopi, le caratteristiche, i risultati ottenibili. Yes ? so far a general description of the invention has been given. With the help of the following example, of an explanatory and non-limiting nature of the invention, an application is illustrated in a notoriously polluting industrial sector such as that of the leather tanning industry, aimed at a better understanding of its purposes, characteristics and obtainable results.
Esempio 1 Example 1
Nell'industria conciaria e pi? specificatamente nella concia al cromo, rispetto alla quota di cromo (IN) che viene offerta, solo i i due terzi (2/3) vengono fissati alla pelle, mentre la parte res?dua rimane nel bagno esausto con tutte le problematiche conseguenti che spaziano dalla perdita di un valore consistente riferibile al metallo, fino alla presenza del cromo medesimo nei fanghi derivanti dal trattamento di depurazione delle acque reflue. In the tanning industry and more specifically in chrome tanning, compared to the amount of chromium (IN) that is offered, only two thirds (2/3) are fixed to the leather, while the residual part remains in the exhausted bath with all the consequent problems ranging from loss of a consistent value attributable to the metal, up to the presence of the same chromium in the sludge deriving from the treatment of waste water purification.
L?abbattimento ed il recupero del cromo da tali reflui costituisce un problema di primaria importanza che rischia di costituire un limite imprescindibile non solo allo sviluppo ma anche e soprattutto alla continuit? operativa di tutto il settore. The abatement and recovery of chromium from such wastes constitutes a problem of primary importance which risks constituting an essential limit not only to development but also and above all to continuity? operating across the industry.
In letteratura sono riportate al proposito varie applicazioni che spaziano dall'assorbimento su carboni attivi ai processi a membrana (micro-nano-ultra filtrazione e osmosi inversa), all?utilizzo di resine a scambio ionico, alle tecnologie infine che si avvalgono del?uso di corrente elettrica quali l?elettrocoagulazione (EC), l?elettroflottazione (EF), l'elettroossidazione (EO). In the literature, various applications are reported in this regard ranging from absorption on activated carbon to membrane processes (micro-nano-ultra filtration and reverse osmosis), to the use of ion exchange resins, finally to technologies that make use of the of electric current such as electrocoagulation (EC), electroflotation (EF), electrooxidation (EO).
In particolare la tecnica di elettrodialisi (ED-EDR) consente di prevedere buoni risultati .soprattutto quando si debba realizzare la rimozione contemporanea di pi? metalli presenti nella soluzione esausta, ma comunque la cella a due compartimenti presenta sempre gli svantaggi gi? citati a cui, nel caso del cromo, occorre aggiungere la facilit? del passaggio dallo stato di ossidazione (III) a quello (VI) con tutte le problematiche determinate dall?acclarata concerogeneit? di quest?ultimo. In particular, the electrodialysis technique (ED-EDR) makes it possible to predict good results, especially when it is necessary to carry out the simultaneous removal of more? metals present in the exhausted solution, but in any case the two-compartment cell always has the disadvantages already? cited to which, in the case of chromium, it is necessary to add the facility? of the transition from the state of oxidation (III) to that (VI) with all the problems determined by?acclarata concerogeneit? of the latter.
Pertanto i limiti dell'arte nota sono riconducibili al fatto che attualmente l?unica tecnologia di recupero che viene concretamente applicata ? la precipitazione del cromo presente nei bagni esausti mediante basificazione e separazione/concentrazione del cromo idrossido formatosi generalmente mediante filtropressatura. Therefore, the limits of the known art can be traced back to the fact that currently the only recovery technology that is actually applied? the precipitation of the chromium present in the exhausted baths by means of basification and separation/concentration of the chromium hydroxide generally formed by filter-pressing.
Questa tecnologia, abbastanza obsoleta, presenta il difetto di una inevitabile coprecipitazione di sostanze organiche ed altri inquinanti presenti nel bagno di concia insieme al cromo, tale che neppure la brillantatura condotta sul cromo base con farina fossile riesce a ridurne la presenza nel prodotto finale a valori accettabili per un riutilizzo tal quale nei bagni di concia. This technology, quite obsolete, presents the defect of an inevitable co-precipitation of organic substances and other pollutants present in the tanning bath together with the chromium, such that not even the polishing carried out on the base chromium with diatomaceous earth manages to reduce its presence in the final product to values acceptable for reuse as such in tanning baths.
La precipitazione selettiva mediante elettrodialisi elimina tutte le problematiche precedentemente citate in relazione alla purezza de! cromo idrossido ed oltretutto non necessita di operazioni accessorie quali concentrazione e nobilitazione. Selective precipitation by electrodialysis eliminates all the problems previously mentioned in relation to the purity of the! chromium hydroxide and moreover does not require ancillary operations such as concentration and ennobling.
Nell?ottica dell'applicazione industriale e secondo i principi di progettazione e costruttivi di un impianto dimensionato allo scopo, si ? provveduto quindi a mettere in serie pi? celle identiche a quella base innovativa precedentemente descritta, costruendo in questo modo una ?pila? di unit? di elettrodialisi, secondo una sequenza del tipo: catodo - Anionica - Anionica - Cationica - ( Anionica - Anionica - Cationica n-volte) - Anionica - Anionica - anodo. In view of the industrial application and according to the design and construction principles of a plant sized for the purpose, yes? then proceeded to put in the series pi? cells identical to that previously described innovative base, thus building a ?pile? of units of electrodialysis, according to a sequence such as: cathode - Anionic - Anionic - Cationic - ( Anionic - Anionic - Cationic n-times) - Anionic - Anionic - anode.
Con questa configurazione, limitata nella rappresentazione in fig. 6 a n? 3 unit? impilate, con le membrane cationiche (C) introdotte che impediscono il passaggio di ioni da una unit? di elettroflocculazione all?altra, ? possibile far ricircolare l?acqua (8) in contatto con il catodo, contenente quindi gli ioni ossidrili {OH ) prodotti per dissociazione delle stesse molecole d'acqua, contemporaneamente nel primo, nel quarto, ne! settimo comparto e cosi via. Lo stesso avviene per il bagno di concia (9) e per l?acqua del comparto anodico (10); di conseguenza viene triplicata nel caso specifico l?area superficiale delle membrane anodiche a contatto con la matrice da trattare con evidente riduzione dei tempi di lavoro. With this configuration, limited in the representation in fig. 6 to n? 3 units? stacked, with the cationic membranes (C) introduced that prevent the passage of ions from a unit? of electroflocculation to? the other, ? possible to recirculate the water (8) in contact with the cathode, thus containing the hydroxyl ions {OH ) produced by dissociation of the same water molecules, simultaneously in the first, in the fourth, ne! seventh compartment and so on. The same occurs for the tanning bath (9) and for the water in the anodic compartment (10); consequently, in the specific case, the surface area of the anodic membranes in contact with the matrix to be treated is tripled, with an evident reduction in working times.
La precipitazione del cromo Cr<3+ >(13) ? esclusiva dei comparti delimitati dalle due membrane anioniche di volta in volta appaiate, mentre nel flusso di acqua (10) andranno a spostarsi gli anioni A<- >(14), costituiti sostanzialmente da ioni cloruro e solfato, mentre nel flusso di acqua (8) avremo la formazione di ioni OH-. The precipitation of chromium Cr<3+ >(13) ? exclusive of the compartments delimited by the two anionic membranes paired from time to time, while in the flow of water (10) the anions A<- >(14) will move, essentially consisting of chloride and sulphate ions, while in the flow of water (8 ) we will have the formation of OH- ions.
Modalit? di esecuzione di una prova significativa mode performing a meaningful test
La composizione del bagno residuale dd ioncia oggetto del trattamento presenta le caratteristiche seguenti: The composition of the residual bath of the ion object of the treatment has the following characteristics:
Il pacco celle utilizzato presenta le seguenti caratteristiche: The cell pack used has the following characteristics:
dimensioni esterne 100 x 49 cm, interne 82 x 39 cm; n? 9 membrane cationiche base polistirene funzionalizzate con acido cloro solfonico supportate su spaziatori a rete in polietilene n? 22 membrane anioniche base polistirene funzionalizzate con gruppi trimetilammonio supportate su spaziatori a rete in polietilene per un volume equivalente totale pari a c.a 9600 cm<3>; n? 2 elettrodi di titanio spessore 0.8 mm external dimensions 100 x 49 cm, internal 82 x 39 cm; n? 9 cationic polystyrene-based membranes functionalized with chlorosulphonic acid supported on polyethylene mesh spacers n? 22 polystyrene-based anionic membranes functionalized with trimethylammonium groups supported on polyethylene mesh spacers for a total equivalent volume of about 9600 cm<3>; n? 2 titanium electrodes 0.8 mm thick
Le condizioni di lavoro sono le seguenti: The working conditions are as follows:
portata alimentazione 1000 lt / giorno comprendente 20 ricircoli (1,45 l/min); tensione 10 -12 vdc; corrente 40 -70A feed flow rate 1000 l / day including 20 recirculations (1.45 l / min); voltage 10 -12 vdc; current 40 -70A
in queste condizioni, relativamente alla alimentazione di un (1) me di liquido come sopra caratterizzato, si riesce a recuperare una quota superiore al 99% del cromo presente nel bagno esausto, suddiviso in 3380 g presenti nel precipitato (fase concentrata) e 210 g nel surnatante (fase diluita), il surnatante cos? ottenuto ha caratteristiche tali (presenza di cromo trivalente < 6%) da poter essere direttamente riutilizzato nella fase di nickel precedente alla concia, unitamente alle altre acque circolanti nei comparti sussidiari che assumono caratteristiche di elevata acidit?. under these conditions, with regard to the feeding of one (1) ml of liquid as described above, it is possible to recover a quota greater than 99% of the chromium present in the exhausted bath, divided into 3380 g present in the precipitate (concentrated phase) and 210 g in the supernatant (diluted phase), the supernatant cos? obtained has such characteristics (presence of trivalent chromium < 6%) that it can be directly reused in the nickel phase prior to tanning, together with the other waters circulating in the subsidiary compartments which assume characteristics of high acidity.
La caratterizzazione del precipitato, di seguito riportata, mette in evidenza che il sistema adottato permette di ottenere un precipitato estremamente compatto, ricco di cromo idrossido, contemporaneamente molto povero di sostanze organiche coprecipitate, e praticamente esente da altri metalli. The characterization of the precipitate, reported below, highlights that the adopted system allows to obtain an extremely compact precipitate, rich in chromium hydroxide, at the same time very poor in co-precipitated organic substances, and practically free from other metals.
Caratterizzazione analitica Analytical characterization
I : refluo in ingresso, Fpp : precipitato finale, Fsur : surnatante finale I : inlet wastewater, Fpp : final precipitate, Fsur : final supernatant
L'appiicazione della cella innovativa, cos? come proposta, permette la precipitazione del Cromo (III) sotto forma di idrossido praticamente puro ed offre quindi evidenti vantaggi rispetto ai metodi classici che si basano sulla precipitazione chimica del cromo con agenti basici, dato che in questi casi non ? possibile evitare la coprecipitazione e l?ing?obamento di considerevoli quantit? di prodotti organici comunque presenti nei bagni esausti. The application of the innovative cell, so? as proposed, it allows the precipitation of Chromium (III) in the form of practically pure hydroxide and therefore offers clear advantages over the classic methods which are based on the chemical precipitation of chromium with basic agents, given that in these cases there is no ? possible to avoid the co-precipitation and the? ing? obamento of considerable quantities? of organic products still present in the exhausted bathrooms.
Il precipitato ottenuto presenta un secco a 105 ?C intorno al 22-25% contro il 5-7% dei metodi tradizionali. The obtained precipitate has a dryness at 105 ?C of around 22-25% against 5-7% of traditional methods.
L' idrossido di cromo precipitato non necessita di ulteriori operazioni di nobilitazione e pu? essere direttamente impiegato per la preparazione del solfato basico di cromo mediante una veloce reazione con acido solforico. The precipitated chromium hydroxide does not require further finishing operations and can be used directly for the preparation of basic chromium sulphate by means of a rapid reaction with sulfuric acid.
La dissoluzione viene infatti completata in circa quindici minuti risultando pertanto estremamente pi? veloce rispetto al metodo classico gi? citato. The dissolution is in fact completed in about fifteen minutes, resulting therefore extremely more? fast compared to the classic method gi? quoted.
La cella innovativa, ripetutamente testata, non ha mostrato segni di decadimento nei tempi di lavoro o fenomeni di imbrattamento su entrambe le superfici delle membrane anioniche impiegate. The innovative cell, repeatedly tested, has not shown signs of decay in the working times or fouling phenomena on both surfaces of the anionic membranes used.
In molte applicazioni si ? fatto ricorso alla tecnica d? elettrodialisi inversa(EDR) semplicemente invertendo la polarit? degli elettrodi, con evidenti vantaggi gestionali. In many applications yes ? resorted to the technique of reverse electrodialysis (EDR) by simply reversing the polarity? of the electrodes, with obvious management advantages.
DISEGNI DRAWINGS
Si riporta una breve descrizione delie figure di seguito rappresentate: A brief description of the figures shown below is provided:
Figura 1 - Cella modello a tre comparti con la predisposizione delle membrane e dei setti separatori nell?area tra anodo e catodo. In particolare vengono rappresentati il catodo (1) e l'anodo (7), le due membrane a scambio anionico (3, 5), i tre spaziatori (2, 4, 6), il flusso di acqua in ricircolo (8), l'elettrolita da trattare in ricircolo (9), il flusso di acqua (10). Figure 1 - Three-compartment model cell with the arrangement of the membranes and separator partitions in the area between the anode and cathode. In particular, the cathode (1) and the anode (7), the two anion exchange membranes (3, 5), the three spacers (2, 4, 6), the recirculating water flow (8), the electrolyte to be treated in recirculation (9), the water flow (10).
Figura 2 - Schema semplificato (Catodo/Anionica/Anionica/Anodo) dei tre comparti base e migrazione delle varie specie ioniche al passare della corrente. Figure 2 - Simplified diagram (Cathode/Anionic/Anionic/Anode) of the three basic compartments and migration of the various ionic species as the current passes.
Figura 3 - Separatore tortuoso e flussi schematici. Figure 3 - Tortuous separator and schematic flows.
Figura 4 - Struttura molecolare della poliacrilsulfonammide. Figure 4 - Molecular structure of polyacrylsulfonamide.
Figura 5 - Schema si macromolecola polielettrol?tica legata alla membrana a scambio anionico e sua configurazione spaziale. Figure 5 - Scheme of the polyelectrolytic macromolecule bound to the anion exchange membrane and its spatial configuration.
Figura 6 - Rappresentazione di una ?pila? formata da tre celle , intervallate tra loro da membrane cationiche (C) introdotte al fine di impedire che il passaggio di ioni da una unit? di elettroflocculazione all'altra. Esempio di migrazione delle varie specie ioniche al passare della corrente. Figure 6 - Representation of a ?stack? formed by three cells, spaced between them by cationic membranes (C) introduced in order to prevent the passage of ions from a unit? of electroflocculation to the other. Example of migration of the various ionic species as the current passes.
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Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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IT102021000017015A IT202100017015A1 (en) | 2021-07-02 | 2021-07-02 | PROCEDURE AND ELECTROCHEMICAL CELL FOR THE RECOVERY OF PURE CHROME (III) FROM USED BATHS IN THE TANNING INDUSTRY |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
IT (1) | IT202100017015A1 (en) |
Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2325736A1 (en) * | 1975-09-23 | 1977-04-22 | Bonnemay Maurice | Purifying chromium contg. solns. from rinsing baths from pickling - by electrodialysis continuously using specified apparatus |
JPS5312158A (en) * | 1976-07-20 | 1978-02-03 | Fuji Satsushi Kogyo Kk | Purifying apparatus for metal salt waste liquor |
-
2021
- 2021-07-02 IT IT102021000017015A patent/IT202100017015A1/en unknown
Patent Citations (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2325736A1 (en) * | 1975-09-23 | 1977-04-22 | Bonnemay Maurice | Purifying chromium contg. solns. from rinsing baths from pickling - by electrodialysis continuously using specified apparatus |
JPS5312158A (en) * | 1976-07-20 | 1978-02-03 | Fuji Satsushi Kogyo Kk | Purifying apparatus for metal salt waste liquor |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
STRATHMANN ET AL: "Electrodialysis, a mature technology with a multitude of new applications", DESALINATION, ELSEVIER, AMSTERDAM, NL, vol. 264, no. 3, 31 December 2010 (2010-12-31), pages 268 - 288, XP027484168, ISSN: 0011-9164, [retrieved on 20101109], DOI: 10.1016/J.DESAL.2010.04.069 * |
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