ВПЛИВ МАТЕРІАЛУ АНОДУ НА ПЕРЕБІГ СУМІЩЕНИХ ПРОЦЕСІВ ПРИ РЕГЕНЕРАЦІЇ СУЛЬФАТНО-КИСЛОТНИХ РОЗЧИНІВ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2079-0821.2022.02.06Ключові слова:
сульфатна кислота; відпрацьований розчин; кінетика; платина; мідь; сталь; титан; залізо; електроліз, сульфатна кислотаАнотація
Існуючі методи регенерації сульфо-кислотних розчинів, які містять заліза сульфат, що утворився після технологічних операцій із підготовки та травлення металевих деталей на підприємствах металообробки не є ефективними і тому не застосовуються на підприємствах України. Вони або направлені на осадження шламу важкорозчинних сполук заліза після нейтралізації непрореагованої сульфатної кислоти або на розбавлення утворених відпрацьованих сульфо-кислотних розчинів. Електрохімічний метод регенерації таких відпрацьованих сульфо-кислотних розчинів не є належно дослідженим. Особливістю розробки технології та устаткування для регенерації є катодне осадження заліза та зростання концентрації сульфатної кислоти в процесі регенерації. Процес електрохімічної регенерації відпрацьованих розчинів травлення сталі характеризується суттєвою зміною складу травильного розчину та температурою проведення процесу травлення. На початку роботи вихідний розчин сульфатної кислоти досягає концентрації 2,0 моль·дм-3 та не містить заліза (ІІ) сульфату. В процесі травлення концентрація сульфатної кислоти зменшується до 0,5 моль·дм-3, а концентрація заліза (ІІ) сульфату відповідно зростає. Тому перебіг анодного процесу досліджували для наступних складів розчину: 0,5 моль·дм-3; 1,0 моль·дм-3 та 1,5 моль·дм-3 H2SO4. 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. Основним процесом на платиновому аноді є виділення кисню в широкому діапазоні густин струму при значній перенапрузі анодного процесу. Зважаючи на одержані вольтамперні залежності, видно, що підйом струму відбувається при досягнені потенціалів, що значно перевищують стандартний потенціал одержання кисню з води. Перевагою платинового анода є незначний вплив концентрації сульфатної кислоти на кінетику анодного процесу. Одержані результати були використані для порівняння з іншими альтернативними анодними матеріалами. Діоксид марганцю був одержаний методом піролізу покривного розчину із однокислого марганцю нанесеного на струмопідвод із титану, що може бути представлено реакцією (5) розкладання азотнокислого марганцю на титановій основі. За рахунок розвиненої поверхні реальна густина струму більш ніж на порядок була нижча на ТДМА ніж на платиновому аноді із такими же геометричними розмірами. Більш низька густина струму сприяла зниженню стаціонарних потенціалів виділення кисню. Щільність струму можна збільшити на порядок, якщо додати до робочого розчину ПАР. Порівняння вольтамперних залежностей на платині та ТДМА вказує, що застосування ТДМА дає більш значний виграш у енергетичних витратах при проведені процесу регенерації. Зважаючи, що для катодного процесу за результатами дослідження було визначено діапазон густин струму 4-5 А/дм2, різниця у знижені поляризації аноду на ТДМА, у порівняні з платиною, складає більше 400 мВ, що дозволить суттєво знизити витрати при роботі блоку. Використання ТДМА доцільно в гальваностатичному режимі роботи електродного блоку для процесу електрохімічної регенерації відпрацьованих сульфо-кислотних розчинів травлення сталі.
Посилання
Pohrebennyk V., Mitryasova O., Dzhumelia E., Kochanek A. Evaluation of surface water quality in mining and chemical industry, 17th International Multidisciplinary Scientific GeoConference SGEM, Albena, Bulgaria, 2017, vol. 17, issue 51, pp. 425–433.
Y. K. Gapon, M. A. Chirkina. Electrode materials for electrochemical treatment of industrial wastewater. Current issues of chemistry and integrated technologies [Electronic resource]: materials of the international science and practice conf. dedicated to the 100th anniversary of XNUMG named after O. M. Beketova, Kharkiv, June 7, 2022 / Kharkiv. national city university farm named after O. M. Beketova [etc.]; [redcol.: O. V. Savvova, G. I. Gurina, I. S. Zaitseva, and others]. Electronic text data. – Kharkiv: XNUMG named after O. M. Beketova, 2022. P. 105.
The mechanism of behavior of Fe2+ and Fe3+ ions during the regeneration of solutions of sulfate-acid steel treatment. Kravchenko K.M., Tulsky G. G. Information technologies: science, engineering, technology, education, health = Information technologies: science, engineering, technology, education, health: theses add. 30th International science and practice conf. MicroCAD–2022, [October 19-21, 2022] / ed. E. I. Sokol. – Kharkiv: NTU "KhPI", 2022. – P 435.
Kravchenko K. M., Tulsky G. G. Titanium-dioxide manganese anode for regeneration of sulfate-acid solutions of steel pickling. Current issues of chemistry and integrated technologies [Electronic resource]: materials of the international science and practice conf. dedicated to the 100th anniversary of XNUMG named after O. M. Beketova, Kharkiv, June 7, 2022 / [ed. : O. V. Savvova, G. I. Gurina, I. S. Zaitseva, and others]. – Kharkiv: XNUMG named after O. M. Beketova, 2022. P. 109.
Justification of the choice of anode materials for regeneration of sulphatic acid solutions. Kravchenko K. M., Tulsky G. G. I Internet conference of young scientists "Prospects of chemistry in the modern world" (November 24, 2021). Conference materials. - Zhytomyr: ZhSU Publishing House I. Franko, 2021. – Р. 57 – 59.
Kutsiy A.V., Manilevych F.D., Kozin L.H. Comparative studies of anodic processes on titanium with rhodium coating, rhodium and platinum electrodes in sulfuric acid solutions. Ukrainian chemical journal. Kyiv. 2015. No. 4. P. 108-109.
O. Kosohin, O. Makohoniuk, A. Kushmyruk, Electrochemical Oxidation of Thiocyanate on Metal Oxide Electrodes, Materials Today: Proceedings, Volume 6, Part 2, 2019, Pages 219-226, ISSN 2214-7853, https://doi.org/10.1016/j.matpr.2018.10.097.
Diab Kh. M. et al. Selection of electrode materials for electrochemical stabilization of water // Bulletin of the KhPI National Technical University. Series: Chemistry, chemical technology and ecology. – 2017. – No. 49. – Р. 34-38.
Tulska A. G., Bayrachny B. I. Catalytic activity of platinum in the dipolarization of SO2 anodic process in the electrolysis of sulfuric acid. Information technologies: science, engineering, technology, education, health: abstracts of the XX International Scientific and Practical Conference MicroCAD-2013. October 28. 2013. in 5 p. Part I. Kharkiv: NTU "KhPI". P. 275.
Etching of stamped details and pipe blanks. Technological instruction. No. 0450.25071.00014. JSC "HTZ". Kharkov. 2014. 9 p.
Tulska A. G., Bayrachny B. I. Catalytic activity of platinum in the dipolarization of SO2 anodic process in the electrolysis of sulfuric acid. Information technologies: science, engineering, technology, education, health: abstracts of the XX International Scientific and Practical Conference MicroCAD-2013. October 28. 2013. in 5 p. Part I. Kharkiv: NTU "KhPI". P. 275.
Dybkov, V.I. Reaction diffusion and solid-state chemical kinetics: Monogr. / V. I. Dybkov. - Kyiv: The IPMS Publ., 2002. - 298p.
Adhesion properties of tartaric sulfuric acid anodic films assessed by a fast and quantitative peel tape adhesion test / [M. P. Martinez-Viademonte, S. T. Abrahami, T. Hack та ін.]. // International Journal of Adhesion and Adhesives. – 2022. – С. 183–197.
Electrode Processes and Electrochemical Engineering, 1985. – (Plenum press). – (Electrochemistry, Industrial, Electrodes).
