ТЕХНОЛОГІЧНІ ПОКАЗНИКИ КАТОДНОГО ПРОЦЕСУ ПРИ РЕГЕНЕРАЦІЇ ВІДПРАЦЬОВАНИХ СУЛЬФО-КИСЛОТНИХ РОЗЧИНІВ ТРАВЛЕННЯ СТАЛІ

Анотація

Проаналізовано сучасний стан регенерації сульфатних розчинів, встановлено, що існуючі фізико-хімічні методи не вирішують проблеми регенерації сульфатної кислоти,  а тільки нейтралізують її, для переведення за нормами ГДК на нейтралізацію та у систему стоків з подальшим захороненням. Підтверджено, що регенерацію доцільно проводити електрохімічним методом із застосуванням трьохкамерного електролізеру, коли розчин подається у середню камеру, концентрація регенерованої сульфатної кислоти зростає до 180-200 г/л, з одночасним осадженням заліза, з виходом за струмом 65-70 %. Такий метод знижує відходи та дозволяє перейти на замкнений цикл по сульфатній кислоті. З’ясовано, що в процесі травлення концентрація сульфатної кислоти зменшується від 2,0 до 0,5 моль·дм^-3, а концентрація заліза (ІІ) сульфату відповідно зростає. За умов зниження концентрації сульфатної кислоти знижується і її хімічна активність при взаємодії із оксидами та гідроксидами заліза. Для збільшення реакційної активності травильних розчинів застосовується збільшення температури всього процесу. Була встановлена кінетична закономірність суміщених катодних процесів у  модельних розчинах заліза (ІІ) сульфату з сульфатною кислотою. У якості матеріалу катоду використовували платину, мідь та вуглецеву сталь. Вибір матеріалу катоду ґрунтувався на різних електрохімічних властивостях цих обраних металів по відношенню до водневої реакції. Основним процесом на платиновому катоді є виділення водню в широкому діапазоні густин струму.  При густинах струму більше 0,1 А/см² спостерігалось різке зростання потенціалу через вбудову Fe²⁺ до складу межі розділу катод-електроліт, але потенціали відновлення Fe²⁺ не були досягненні. При заміні матеріалу катода з платини на вуглецеву сталь спостерігалося значне гальмування виділення водню, що дозволило досягти потенціалів сумісного відновлення водню та заліза, однак максимальний струм прямолінійної ділянки перебігу електрохімічного процесу з електрохімічним контролем скоротився від 10 при 20 ⁰С, до 3 разів при 80 ⁰С. Застосування мідного катоду дозволило виявити вплив водневої реакції на перебіг відновлення Fe²⁺. Виділення водню на мідному катоді перебігало зі значним гальмуванням розряду іонів водню. При застосування залізного катоду електрохімічна десорбція є лімітуючою стадією, що призводить до існування шарів адсорбованого водню міцно зчепленими із поверхньою залізного катоду. Порівняльний аналіз вольт-амперних залежностей для граничних досліджуваних температур вказує на значний вплив підвищення температури від 20 ⁰С до 80 ⁰С приблизно на 120-150 мВ. Катодний процес при 20 ⁰С перебігає у режимі збільшеної кінетики для обох суміщених процесів. При 80 ⁰С на вольт-амперних залежностях з’являються прямолінійні ділянки електрохімічного контролю катодного процесу, при концентраціях Fe²⁺ 1,0 та 1,5 моль/дм³. Ці ділянки простягаються від 20 до 60 мА/см². Концентрація іонів заліза та температура електролізу має суттєвий вплив на процес електрохімічного відновлення Fe²⁺, що було підтверджено експериментально. Так як цільовим процесом при електрохімічний регенерації відпрацьованих травильних розчинів є регенерація саме сульфатної кислоти, а не видалення з цього розчину Fe²⁺ то катодний режим роботи електродного блоку був визначений за технологічними показниками перебігу анодного процесу.