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

Автор(и)

  • Кристина Кравченко Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна, Ukraine https://orcid.org/0000-0002-9412-1393
  • Геннадій Тульський Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», м. Харків, Україна, Ukraine

DOI:

https://doi.org/10.20998/2413-4295.2023.01.10

Ключові слова:

сульфатна кислота, кінетика, платина, мідь, вуглецева сталь, залізо

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.

Посилання

Etching of stamped details and pipe blanks. Technological instruction. No. 0450.25071.00014. JSC "HTZ". Kharkov. 2014. 9 p.

Smirnova O. L., Leshchenko S. A. Resource-saving electrochemical production: a textbook. Kharkiv. Publishing Ivanchenko I. S., 2019. 120 p.

Kravchenko K. M., Tulsky G. G. The influence of the anode material on the course of combined processes during the regeneration of sulfate-acid solutions. Bulletin of the National Technical University "KhPI". Series: Chemistry, chemical technology and ecology, 2022, vol. 2, No. 8 (2022), pp. 45-50, doi: 10.20998/2079-0821.2022.02.06.

Kravchenko K. M., Tulsky G. G. Mechanism of behavior of Fe2+ and Fe3+ ions during the regeneration of solutions of sulfate-acid treatment of steel. Information technologies: science, engineering, technology, education, health: theses add. 30th International science and practice conf. MicroCAD–2022, October 19-21, 2022. – Kharkiv. NTU "KhPI", 2022. P. 435.

Gapon Y. K., Chirkina M. A. Electrode materials for electrochemical treatment of industrial wastewater. Current issues of chemistry and integrated technologies. Materials of the international science and practice conf. dedicated to the 100th anniversary of XNUMG named after O. M. Beketova, June 7, 2022. Kharkiv national city university farm named after O. M. Beketova [etc.]. Kharkiv. XNUMG named after O. M. Beketova, 2022. P. 105.

Chemie. Allgemeine und anorganische Chemie. Aufbauwissen. Red. Dr. Hans-Peter Waschi. 2004. Hamburg. 189 p.

Linyucheva O. V., Frolenkova S. V., Miroshnychenko Y. S. Theoretical electrochemistry. Kyiv. KPI named after Igor Sikorskyi, 2018. 49 p.

Shi G., Liao Y., Su B., Zhang Y., Wang W., Xi J. Kinetics of copper extraction from copper smelting slag by pressure oxidative leaching with sulfuric acid. Separation and Purification Technology, 2020, vol. 241, pp. 116699, doi: 10.1016/j.seppur.2020.116699.

Poubaix M. Atlas D’Équilibres Électrochimiques. Paris. Gauthier – Villars & Cie. Éditeur-Imprimeur-Libraire, 1963. 646 p.

Kosohin O., Makohoniuk O., Kushmyruk A. Electrochemical Oxidation of Thiocyanate on Metal Oxide Electrodes. Materials Today: Proceedings, 2019, vol. 6, part 2, pp. 219-226, doi: 10.1016/j.matpr.2018.10.097.

Gurreri L., Tamburini A., Micale G. Electromembrane Processes: Experiments and Modelling. Basel, Switzerland. MDPI, 2021. 226 p.

##submission.downloads##

Опубліковано

2023-05-05

Як цитувати

Кравченко, К., & Тульський , Г. . (2023). ТЕХНОЛОГІЧНІ ПОКАЗНИКИ КАТОДНОГО ПРОЦЕСУ ПРИ РЕГЕНЕРАЦІЇ ВІДПРАЦЬОВАНИХ СУЛЬФО-КИСЛОТНИХ РОЗЧИНІВ ТРАВЛЕННЯ СТАЛІ . Вісник Національного технічного університету «ХПІ». Серія: Нові рішення у сучасних технологіях, (1(15), 76–82. https://doi.org/10.20998/2413-4295.2023.01.10

Номер

Розділ

Хімічні та харчові технології, екологія