Изучение вопроса утилизации цинка из сернокислого электролита с добавкой настоя растения

Отработанные электролиты гальванического цинкования содержат ионы цинка в количествах, значительно превышающих предельно - допустимые концентрации данного металла. Цинк является одним из многочисленных вредных веществ. В природных водах нашей страны цинк содержится в концентрациях 0,0001 - 5,77 мг/л. Он содержится также в сточных водах рудников, горнообогатительных и рудообогатительных фабрик, плавильных заводов, металлургических комбинатов, приборостроительных, химических, химико-фармацевтических и других предприятий.

Одно время считалось, что цинк и его соединения мало токсичны для людей и теплокровных животных при поступлении в организм с пищей и питьевой водой. Вместе с тем, однако, есть данные о канцерогенном действии цинка при его содержании в питьевой воде в концентрациях 10-20 мг/л. В длительных опытах на мышах в течение 2-3 лет установлена возможность развития раковой опухоли при концентрации цинка в воде 5-20 мг/л. Цинк подозрителен и по мутагенному действию на организм.

Для рыб цинк во много раз токсичнее, чем для людей и теплокровных животных; его вредное действие проявляется во много раз ранее, чем изменяются органолептические свойства воды. Сульфат цинка в концентрации 0,4 мг/л вызывает гибель корюшки через семь суток. Цинк оказывает влияние на низшие водные ресурсы (кормовые ресурсы рыб).

С целью обезвреживания от цинка сточных вод на практике применяются различные методы очистки последних: коагуляция, фильтрование, активная адсорбция углем, осаждение известью, цементация, электролиз, обратный осмос, ионный обмен. Применяемые ранее методы извлечения из сточных вод металлов осаждением, осветлением и фильтрованием через песок давали недостаточный эффект и лишь после вторичной очистки бумажным пресс-фильтрованием удавалось снизить концентрацию металлов до порядка 10[-2] мг/л.

Итак, известен ряд способов количественного выделения цинка из отработанных электролитов гальванических ванн, сточных, промывных вод. Относительно широкое развитие в наши дни нашли химические и физико-химические методы утилизации цинка. Так, известен метод электроосаждения цинковых покрытий из хлористо-аммонийных электролитов. Известен метод электроосаждения цинка из цинкатного электролита.

Описаны разработанные способы переработки высокоминерализованных сточных вод Челябинского электролитноцинкового завода с извлечением из них сульфата и хлорида натрия и возвратом в производство цинксодержащего шлама и воды.

Следует отметить, что некоторые методы количественного выделения цинка из отработанных электролитов гальванических ванн применяют предварительное концентрирование электролита. Например, предлагается осуществлять способ пропускания сливов или использованного раствора через ионообменник с катионитом, содержащим функциональные группы в Н-форме. После насыщения катионита, прополаскивания водой и продувки сжатым воздухом через ионообменник пропускается стехиометрическое количество серной кислоты. Регенерация катионита проводится продувкой воздухом и промывкой водой. Далее следует еще целый ряд операций, делающих метод электролитического выделения цинка громоздким (использование ионообменника, требующего установки специального оборудования, затраты на проведение промежуточных этапов обработки ионообменников). Использование сжатого воздуха, для получения которого необходимо специальное оборудование (компрессоры), чья работа требует дополнительные людские и энергетические затраты, а также применение повышенного температурного режима также является недостатком рассмотренного метода утилизации цинка.

Сбрасывание отработанных электролитов гальванических ванн вместе со сточными водами вызывает не только значительное нарушение экологического режима, но и безвозвратные потери ценного металла - цинка. Вопросы экологии настойчиво требуют совершенствования известных и разработку новых методов утилизации и обезвреживания сточных вод различных производств. Основные задачи утилизации отработанных электролитов цинкования усматриваются в том, чтобы:

1-максимально не допустить безвозвратных потерь цинка при сбросе отработанного электролита созданием замкнутого технологического процесса;

2-используя процесс утилизации, расширить возможность нанесения качественных противокоррозионных покрытий, то есть повысить рентабельность электролита.

В настоящей работе поставлена задача утилизировать цинк в отработанном электролите, положив в основу утилизации процесс электролиза. При этом руководствовались стремлением снизить экономические затраты на осуществление технологического процесса утилизации. Опытный эксперимент сводился к проведению электролиза электролита цинкования (содержащего настой опытного растения - 5 г/л (в пересчете на сухую массу), сульфат цинка, сульфат натрия, костный клей в количестве 100, 50 и 2 г/л, соответственно), предназначенного к сбрасыванию, с использованием в качестве анода электрода из титана. Катодом служила стальная пластина со средней рабочей площадью 0,06 дм. Процесс утилизации имитировался в химическом стакане емкостью 50 мл, в который вносилось 25 мл исследуемого раствора. В этот же стакан помещались титановый анод цилиндрической формы диаметром 7мм и стальная пластина (катод). Процесс утилизации велся один час при оптимальной катодной плотности тока - 5 А/дм.

Расчет показал и опытные данные подтвердили, что в оптимальном режиме электролиза при указанной плотности тока за один час можно выделить практически 99,8 % цинка.

С целью максимального компенсирования энергетических затрат, обусловленных проведением процесса электровыделения цинка, рекомендуется утилизацию цинка из отработанного электролита сочетать с процессом нанесения цинковых покрытий.

Итак, предлагается следующая схема утилизации электролита гальванического цинкования после его отработки. Создать реакцию среды, характеризуемую величиной рН=3; температурный режим поддерживать в пределах 20-35[0]С. В качестве анода использовать титановый электрод, в качестве катода - стальные металлоконструкции, защищаемые от коррозии; поверхность следует предварительно рассчитать с целью варьирования времени электролиза, который рекомендуется проводить при катодной плотности тока 3-5А/дм.

Полярографический контроль показал, что в растворе после электролиза остается цинк в количестве, несколько превышающем величину ПДК - 1 мг/л. Остатки цинка рекомендуется обезвредить по принятой методике. Электролитически выделяемый цинк может играть роль равномерного полублестящего противокоррозионного покрытия с удовлетворительной адгезией.