PL160951B1 - Sposób regulacji stężenia metalu w elektrolicie - Google Patents

Abstract

1. Sposób regulacji stężenia metalu w elektrolicie, stosowany w kąpielach z użyciem nierozpuszczalnych anod i polegający na uzupełnieniu w wybranych momentach zawartości metalu w elektrolicie o ilość odpowiadającą wymaganemu, optymalnemu dla danego procesu stężeniu, znamienny tym, że przez układ dwóch, zanurzonych w elektrolicie, metalowych elektrod pomiarowych przepuszcza się prąd elektryczny o stałym natężeniu i dużej gęstości, po czym, po zakończeniu procesu rozpuszczania, wykorzystując pośrednią zależność pomiędzy stężeniem metalu w elektrolicie i czasem rozpuszczania powłoki metalowej z elektrody pomiarowej, uzupełnia się zawartość metalu w elektrolicie.

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób regulacji stężenia metalu w elektrolicie, zwłaszcza cyny lub cynku w kąpielach, w których, z powodu prowadzonych procesów, powstaje ubytek tych metali. Sposób ten jest szczególnie przydatny do właściwego prowadzenia procesu utylizacji odpadów cyny oraz cynku na drodze elektrolitycznego osadzania tych metali z roztworów ługujących.

Znane są sposoby regulacji stężenia metalu w elektrolicie, polegające na uzupełnianiu w wybranych momentach zawartości metalu w kąpieli o ilość odpowiadającą wymaganemu, optymalnemu dla danego procesu stężeniu, przy czym podczas takich procesów przeprowadza się okresowo analizę chemiczną pobranych z elektrolitu próbek, po czym, na podstawie uzyskanych wyników, określa się metodami matematycznymi uzupełniające dawki składników kąpieli.

Analiza taka, choć dość czasochłonna, jest uzasadniona w przypadku, gdy wyczerpywanie metali jest minimalne - jak to ma miejsce w procesach pokryć galwanicznych z zastosowaniem anod rozpuszczalnych. W przypadku stosowania anod nierozpuszczalnych, np. w procesach odzysku cyny lub cynku z odpadów pogaiwanicznych, gdzie ekonomika procesu wymaga stosowania wysokich stężeń kąpieli oraz dużych gęstości prądu, na skutek czego stężenie kąpieli dość szybko się obniża, konieczna staje się częsta kontrola tego stężenia i odpowiednie dozowanie stężonego elektrolitu.

Sposób według wynalazku polega na tym, że przez układ dwóch, zanurzonych w elektrolicie, metalowych elektrod pomiarowych przepuszcza się prąd elektryczny o stałym natężeniu i dużej gęstości, po czym, po zakończeniu procesu rozpuszczania, wykorzystując pośrednią zależność pomiędzy stężeniem metalu w elektrolicie i czasem rozpuszczania powłoki metalowej z elektrody pomiarowej, uzupełnia się zawartość metalu w elektrolicie.

Korzystnym jest gdy gęstość prądu stosowaną przy osadzaniu, jak również przy rozpuszczaniu powłoki metalowej na elektrodzie pomiarowej dobiera się odpowiednio do stężenia metalu w elektrolicie, utrzymując wydajność tego procesu nie większą niż 85%, przy czym jako moment zakończenia procesu rozpuszczania powłoki metalowej przyjmuje się skok potencjału na elektrodach pomiarowych.

Korzystnym jest także, gdy temperaturę badanego elektrolitu utrzymuje się w przedziale od 38°C do 42°C.

Przez zanurzone w kąpieli elektrody pomiarowe przepuszcza się prąd elektryczny o natężeniu powodującym osadzanie metalu na katodzie przez z góry ustalony okres czasu.

160 951

Następnie biegunowość zostaje zmieniona na przeciwną i przebiega proces odwrotny, tj. rozpuszczanie poprzednio osadzonej powłoki. Całkowitemu rozpuszczeniu powłoki towarzyszy skok potencjału zamykający cykl pomiarowy.

Etap I - osadzanie metalu - jest prowadzony w stałych warunkach prądowych, przy stałej temperaturze oraz przez ściśle określony czas. Ponieważ wydajność procesu wydzielania metalu przy zachowaniu innych stałych parametrów zależy od jego stężenia w elektrolicie - od tego stężenia jest również zależna bezwzględna ilość osadzonego metalu na katodzie.

Z kolei etap Π - rozpuszczanie metalu - jest prowadzony w tych samych warunkach prądowych z praktycznie 100% wydajnością, w związku z czym czas rozpuszczania poprzednio osadzonego metalu staje się pośrednio zależny od stężenia metalu w elektrolicie, tak istotnego w etapie I, przy czym czas ten jest dokładnie określony dzięki wystąpieniu skoku potencjału.

Jak wynika z przedstawionego sposobu - czas trwania etapu Π stanowi parametr pomiarowo-sterujący. Może on być wykorzystywany do odczytu stężenia badanego metalu w elektrolicie, np. odpowiednio wyskalowany miernik lub krzywa kalibracyjna wyrażająca stężenie C w funkcji czasu t, lub do sterowania pracą dozownika dawkującego stężony roztwór metalu do elektrolitu z równoczesnym odprowadzeniem nadmiaru wyczerpanego elektrolitu do sporządzania stężonego roztworu uzupełniającego.

W proponowanej metodzie istotnymi parametrami są: 1/ skład roztworu, 2/ gęstość prądu, 3/ temperatura, 4/ mieszanie.

Zarówno skład roztworu jak i gęstość prądu wpływają na wydajność procesu i dlatego powinny być odpowiednio dopasowane. Ponieważ metoda służy do utrzymywania pierwotnego składu roztworu, zatem po odpowiednim dobraniu gęstości prądu i wykalibrowaniu urządzenia możliwa jest długotrwała eksploatacja bez dodatkowych korekt, przy czym częstotliwość pomiarów /prowadzonych periodycznie/ można wyregulować stosownie do potrzeb. Dla danego zakresu stężeń badanego metalu w roztworze gęstość prądu należy tak dobrać, ażeby dla największego stężenia wydajność procesu osadzania nie była większa niż 85%. Gdy w kąpieli nie ma substancji silnie utleniających lub redukujących, wpływ temperatury na wydajność procesu jest nieznaczny, a ze względu na proporcjonalną zależność - łatwy do skorygowania konstrukcyjnego. Ma to miejsce w przypadku elektrolitu alkalicznego, zawierającego cynk lub cynę. W tym ostatnim przypadku, w zakresie temperatur 30 - 40°C, wydajność procesu zmienia się o około 2%. W przypadku kąpieli chlorkowych, gdy na skutek utleniania jonów chlorkowych na anodzie, w roztworze pojawia się rozpuszczony chlor - wpływ temperatury jest znaczny w zakresie poniżej 38°C, natomiast w zakresie temperatur 38 - 42°C dla jonów cynowych wynosi tylko około 1 % wydajności.

Zarówno spokojne mieszanie roztworu, jak i niezbyt intensywny przepływ nie mają większego wpływu, niemniej wskazane jest ograniczenie ruchu cieczy w pobliżu elektrod pomiarowych. Ograniczeniem metody jest obecność w roztworze innych metali biorących udział w reakcjach elektrodowych, niemniej w przypadku jednorodnych odpadów pogalwanicznych ograniczenie to nie będzie miało znaczenia. Dokładność metody w zakresie stężeń 10-40 g/dm³ wynosi okoto ± ² g/dm³.

Przykład I. Elektrolit wyjściowy zawierał cynę o stężeniu 40 g/dm3 oraz kwas solny o stężeniu 8 %. Podczas pracy elektrolizera w procesie odzysku cyny, poprzez wydzielanie jej na katodach płytowych, zachodził sukcesywny spadek stężenia cyny w elektrolicie. Zainstalowany dozownik miał uzupełniać ubytek metalu z kąpieli stężonym roztworem cyny w przypadku, gdy stężenie Sn w elektrolicie obniży się poniżej 35 g/dm3. Elektrolizer pracował przy temperaturze 40°C. Cykl pracy urządzenia sterująco- pomiarowego, realizującego sposób według wynalazku był następujący:

Etap I: prąd o natężeniu 0,1 A, wydzielanie Sn na platynowej katodzie pomiarowej dokładnie przez 20 s.

Etap II: zmiana polaryzacji, pomiar czasu rozpuszczania Sn do momentu skoku potencjału z około 1 V do 3,3 - 4,0 V /punkt odczytu przy 2 V/. Sporządzono krzywą wzorcową, z której wynikało, że przy stężeniu cyny w elektrolicie początkowym 40 g/dm3, ^etap I^{I trwa 6,8 s}, ^natomias^{t p}rz> sianiu ^{35 g/}dm³ trwa już t^ylko ^6,3 s^{, p}rz^y st^ężeni^u 3⁰ g^{/dm - 5},8 ^s, a p^rzy ²⁵ g^/dm³ - ^5,1 s. Każ^dorazowo^{, gdy} czas etapu U s^pa^da^{ł p}on^iżej ^6,3 s

160 951 ο _Β

- włączany był dozownik stężonego roztworu cyny /120 g Sn na dm / na okres 1 minuty w wyniku czego stężenie cyny w elektrolicie wzrastało powyżej 40 g/dm³.

Przykład Π. Elektrolit wyjściowy zawierał cynk o stężeniu 32 g/dm3 oraz NaOH o stężeniu 30 g/dm3. Temperaturę elektrolitu utrzymywano w zakresie 25 - 27°C. Gdy stężenie cynku na skutek elektrolizy odzyskowej obniżało się do 28 g/dm3 - urządzenie sterująco-pomiarowe powodowało uruchomienie dozownika, który wprowadzał do elektrolitu roztwór o stężeniu cynku 40 g/dm3. Urządzenie pracowało w warunkach:

Etap I: 20 s przy natężeniu prądu 20 mA.

Etap Π: 10 s przy stężeniu 32 g/dm3,8,7 s przy stężeniu 28 g/dm3,6,5 s przy stężeniu 20 g/dm3 i 3,8 s przy stężeniu 10 g/dm3. W przypadku, gdy czas etapu Π spadał poniżej 8,7 s - włączał się dozownik, który uzupełniał stężenie cynku w elektrolicie.

Zakład Wydawnictw UP RP. Nakład 90 egz.

' Cena 10 000 zł

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Sposób regulacji stężenia metalu w elektrolicie, stosowany w kąpielach z użyciem nierozpuszczalnych anod i polegający na uzupełnieniu w wybranych momentach zawartości metalu w elektrolicie o ilość odpowiadającą wymaganemu, optymalnemu dla danego procesu stężeniu, znamienny tym, że przez układ dwóch, zanurzonych w elektrolicie, metalowych elektrod pomiarowych przepuszcza się prąd elektryczny o stałym natężeniu i dużej gęstości, po czym, po zakończeniu procesu rozpuszczania, wykorzystując pośrednią zależność pomiędzy stężeniem metalu w elektrolicie i czasem rozpuszczania powłoki metalowej z elektrody pomiarowej, uzupełnia się zawartość metalu w elektrolicie.
2. 2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że gęstość prądu stosowaną przy osadzaniu, jak również przy rozpuszczaniu powłoki metalowej na elektrodzie pomiarowej dobiera się odpowiednio do stężenia metalu w elektrolicie, utrzymując wydajność tego procesu nie większą niż 85%, przy czym jako moment zakończenia procesu rozpuszczania powłoki metalowej przyjmuje się skok potencjału na elektrodach pomiarowych.