MD211Z

MD211Z - Instalaţie pentru regenerarea electrochimică a electrolitului cu conţinut de fier oxidat

Info

Publication number: MD211Z
Application number: MDS20090109A
Authority: MD
Inventors: Ольга КОВАЛЁВА
Original assignee: Государственный Университет Молд0
Priority date: 2009-06-11
Filing date: 2009-06-11
Publication date: 2010-12-31
Also published as: MD211Y

Abstract

Invenţia se referă la o instalaţie pentru regenerarea electrochimică a electroliului cu conţinut de fier oxidat şi poate fi aplicată în industria galvanochimică pentru restabilirea pieselor uzate ale maşinilor şi mecanismelor.Instalaţia include o baie galvanică (4) în care este amplasat vertical un bloc electrodic (1) fixat în corpul băii, prin intermediul unui braţ de fixare (2), cu un şurub (3); blocul electrodic conţine un cilindru perforat (5), o tijă (8) amplasată coaxial şi unită la o sursă de curent electric, care conţine un conductor central de curent anodic (9) şi un conductor periferic de curent catodic (12), iar între conductoare este un strat izolator (10); tija (8) este fixată în partea inferioară cu ajutorul unor ghidaje (6) şi al unor bucşe (7), iar în partea superioară este fixată prin intermediul unui arc (15) cu dispozitiv excentric (16) acţionat de un motor (17) amplasat pe braţul de fixare (2); de tijă (8), cu ajutorul unor bucşe (14), sunt fixaţi orizontal alternativ nişte anozi de plasă (11) uniţi cu conductorul central (9) şi nişte catozi volumici poroşi penetrabili (13) uniţi cu conductorul periferic (12) şi executaţi dintr-un aliaj al fierului în formă de spumă metalică cu o grosime a stratului de 5…10 mm, cu un coeficient de porozitate de 0,90…0,95 şi cu o suprafaţă specifică de reacţie de 300…500 cm2/g, iar distanţa dintre anozi (11) şi catozi (13) este de 5…10 cm.

Description

Invenţia se referă la o instalaţie pentru regenerarea electrochimică a electroliului cu conţinut de fier oxidat şi poate fi aplicată în industria galvanochimică pentru restabilirea pieselor uzate ale maşinilor şi mecanismelor.

Este cunoscută o instalaţie pentru regenerarea electrochimică a electroliţilor oxidaţi ce conţin fier, care include un bloc electrodic amplasat în baia galvanică, în aceasta mai fiind amplasaţi un anod solubil şi un catod poros fără acumulare [1]. Spaţiul anodic este separat printr-o membrană, iar prin electrodul poros fără acumulare are loc recircularea electrolitului cu ajutorul unei pompe, asigurându-se astfel regenerarea electrochimică, iar în calitate de electrod poros fără acumulare este utilizat material carbonic fibros, care nu este suficient de rezistent în procesele electrochimice şi este supus distrugerii treptate. Totodată, o astfel de instalaţie nu asigură procesele de schimb şi transfer de masă a electrolitului regenerat din cauza imobilităţii sistemului electrodic, iar regenerarea ionilor de Fe(III) până la Fe(II) decurge ineficient.

Cea mai apropiată soluţie este instalaţia pentru regenerarea electrochimică a electroliţilor oxidaţi ce conţin fier, care include un bloc electrodic amplasat în baia galvanică sub forma unui cilindru fix cu catozii volumici poroşi penetrabili şi anozii solubili fixaţi pe un arbore [2]. Prin electrodul volumic poros penetrabil are loc recircularea electrolitului, asigurându-se astfel regenerarea electrochimică datorită regenerării ionilor de Fe(III) până la Fe(II), iar în calitate de electrod volumic poros penetrabil este utilizat materialul carbonic fibros care nu este suficient de rezistent la procesele electrochimice, fiind supus distrugerii treptate şi, prin urmare, regenerarea ionilor de Fe(III) până la Fe(II) decurge ineficient.

Problema pe care o rezolvă prezenta invenţie constă în simplificarea construcţiei şi majorarea eficacităţii regenerării electroliţilor ce conţin fier prin intensificarea schimbului de masă şi asocierea proceselor chimice şi electrochimice de regenerare selectivă a ionilor de Fe (III) până la Fe(II) cu utilizarea electrozilor poroşi fără acumulare confecţionaţidin spumă metalică.

Problema invenţiei se soluţionează prin aceea că instalaţia pentru regenerarea electrochimică a electrolitului cu conţinut de fier oxidat include o baie galvanică în care este amplasat vertical un bloc electrodic fixat în corpul băii prin intermediul unui braţ de fixare cu un şurub; blocul electrodic conţine un cilindru perforat, o tijă amplasată coaxial şi unită la o sursă de curent electric, care conţine un conductor central de curent anodic şi un conductor periferic de curent catodic, iar între conductoare este amplasat un strat izolator; tija este fixată în partea inferioară cu ajutorul unor ghidaje şi a unor bucşe, iar în partea superioară este fixată prin intermediul unui arc cu un dispozitiv excentric acţionat de un motor amplasat pe braţul de fixare; de tija menţionată, cu ajutorul unor bucşe, sunt fixaţi orizontal alternativ nişte anozi de plasă uniţi cu conductorul central şi nişte catozi volumici poroşi penetrabili uniţi cu conductorul periferic şi executaţi dintr-un aliaj al fierului în formă de spumă metalică cu o grosime a stratului de 5…10 mm, cu un coeficient de porozitate de 0,90…0,95 şi cu o suprafaţă specifică de reacţie de 300…500 cm2/g, iar distanţa dintre anozi şi catozi este de 5…10 cm.

Rezultatul invenţiei constă în aceea că în urma mişcării dus-întors a blocului electrodic este asigurat transferul, nu doar prin structura poroasă a materialului catodului, dar sunt create şi nişte condiţii de flux, care intensifică schimbul de masă, intensificând astfel procesul de regenerare a ionilor de Fe(III) până la Fe(II) în electrolitul de lucru, creând totodată condiţii pentru combinarea regenerării electrochimice şi chimice, intensificând procesul de regenerare şi majorând eficacitatea instalaţiei.

În calitate de catozi volumici poroşi penetrabili este utilizată spuma metalică cu structură celulară, care este produsă industrial conform unei tehnologii speciale din materiale topite, prin debitarea în ele a unor fluxuri de gaze (aer, gaze inerte) sau din amestec de aliaje în formă de prafuri şi reactivi ce degajă gaze. Spuma metalică face parte dintr-o nouă clasă de materiale, care posedă o densitate mică (până la 0,05 kg/m3), combinată cu o porozitatea mare (coeficientul de porozitate de 0,90…0,95) şi o suprafaţă specifică de reacţie înaltă, precum şi cu o electroconductibilitate destul de mare.

Învenţia se explică prin fig.1 şi 2, care reprezintă:

fig. 1, instalaţia revendicată în secţiune;

fig.2, secţiunea arborelui cu electrozii.

Instalaţia include o baie galvanică 4 în care este amplasat vertical un bloc electrodic 1 fixat în corpul băii prin intermediul unui braţ de fixare 2, cu un şurub 3; blocul electrodic conţine un cilindru perforat 5, o tijă 8 amplasată coaxial şi unită la sursa de curent electric, care conţine un conductor central de curent anodic 9 şi un conductor periferic de curent catodic 12, iar între conductoare este un strat izolator 10; tija 8 este fixată în partea inferioară cu ajutorul unor ghidaje 6 şi a unei bucşe 7, iar în partea superioară este fixată prin intermediul unui arc 15 cu un dispozitiv excentric 16 acţionat de un motor 17 amplasat pe braţul de fixare 2; de tija 8, cu ajutorul unor bucşe 14, sunt fixaţi orizotal alternativ nişte anozi de plasă 11 uniţi cu conductorul central 9 şi nişte catozi volumici poroşi penetrabili 13 uniţi cu conductorul periferic 12 şi executaţi dintr-un aliaj al fierului în forma de spumă metalică cu o grosime a stratului de 5...10 mm, cu un coeficient de porozitate de 0,90...0,95 şi cu o suprafaţă specifică de reacţie de 300...500 cm2/g, iar distanţa dintre anozi 11 şi catozi 13 este de 5...10 cm.

Instalaţia funcţionează astfel.

Blocul electrodic 1 este fixat de braţul de fixare 2 cu ajutorul unui şurub de fixare 3 de corpul băii galvanice 4, iar electrolitul oxidat umple spaţiul electrodic al blocului. Prin intermediul motorului 17 este reglată viteza de rotire a dispozitivului excentric 16, care cu ajutorul arcului 15 asigură mişcarea dus-întors a tijei 8, care este amplasată în cilindrul perforat 5 cu ajutorul bucşelor 7 de sus şi de jos, şi care corespund ghidajelor 6 ce transmit mişcarea dus-întors anozilor 11 şi catozilor volumici poroşi penetrabili 13 fixaţi de tija 8. Datorită conductorului central de curent anodic 9 şi conductorului periferic de curent catodic 12, care sunt separate între ele cu stratul izolator 10 are loc admisia curentului electric continuu la aceşti electrozi.

Amplasarea orizontală a catozilor volumici poroşi penetrabili şi a anozilor de plasă în mişcarea lor dus-întors asigură condiţii hidrodinamice pentru fluxul de electrolit, atât în plan orizontal şi vertical prin porii catozilor, cât şi un intens schimb de masă datorită turbulizării în porii catozilor. Iar perechile de catod-anod în instalaţie pot fi multiple. Electrolitul prelucrat poate fi scos parţial prin pereţii perforaţi ai cilindrului exterior, iar parţial să fie admis pe alte perechi electrodice datorită mişcării continuă a perechilor, majorând astfel eficacitatea procesului de regenerare a electrolitului.

Totodată, lichidul care este admis în interiorul instalaţiei de sus în jos poate fi de mai multe ori admis prin porii catozilor 13 înainte de a fi scos din volumul prelucrat şi schimbat cu o altă cantitate de electrolit. Astfel este asigurată circularea forţată a electrolitului în tot volumul băii galvanice în dependenţă de direcţia mişcării tijei 8 - de sus în jos, de jos în sus şi în volumul de lucru al electrolitului.

Prin reglarea vitezei de rotire a dispozitivului de acţionare electrică poate fi variat transferul de masă în spaţiul dintre electrozi şi în spaţiul dintre porii catozilor 13 datorită turbulizării fluxului de electrolit în volumul spumei de metal şi la suprafaţa ei, intensificând astfel procesele electrodice.

La aplicarea curentului continuu asupra conductorului central de curent anodic 9 şi a conductorului periferic de curent catodic 12, la anozii 11 şi la catozii 13 executaţi din spumă de metal, pe suprafaţa lor şi în pori se iniţiază regenerarea ionilor de Fe(III) până la Fe(II). Totodată, procesul are loc la densităţi mici ale curentului în intervalul potenţialului de +0,6 până la -0,4 V, când încă nu are loc degajarea intensă a hidrogenului şi a depunerii catodice a fierului metalic. În intervalul potenţialului +0,6…0 V are loc doar o reacţie electrochimică - trecerea ionilor de Fe(III) până la Fe(II) cu randamentul aproape de 100%. La potenţialul de la 0 până la -0,4 V de rând cu procesul de bază se iniţiază o reacţie paralelă de degajare a hidrogenului. Hidrogenul atomar în momentul degajării este un regenerator suplimentar pentru ionii de Fe(III), ceea ce conduce la majorarea randamentului curentului reacţiei Fe(III) până la 100%. La deplasarea potenţialului în domeniul electronegativ (mai mult de -0,4 V), de rând cu cele două reacţii se iniţiază şi cea de-a treia - regenerarea ionilor de Fe(II) până la Fe° cu formarea la suprafaţa electrodului poros a unui sediment poros uşor solubil de fier metalic. În acest caz procesul poate avea loc cu aplicarea curentului în impulsuri cu frecvenţă reglabilă a impulsurilor, ceea ce ar permite selectarea mărimii pauzei curentului, pe durată căreia apariţia ionilor de Fe(II) şi diminuarea concentraţiei de Fe(III) poate fi condiţionată de un şir de procese: formarea directă a ionilor în urma dizolvării chimice a fierului metalic în mediul puternic acid al electrolitului, care se află activ în formă poroasă, cu degajarea hidrogenului atomar la interacţiunea chimică a fierului cu acidul în electrolit; cu instabilitatea ionilor de Fe(III) în prezenţa sistemului Fe(III)/Fe(II) şi tendinţa ionilor de Fe(II) pentru atingerea echilibrului termodinamic, cu degajarea din reţeaua cristalină a fierului a hidrogenului atomar în momentul electrocristalizării sedimentului, care este un regenerant puternic.

Astfel, decurgerea reacţiilor conduce la regenerarea ionilor de Fe(III) până la Fe(II), ceea ce permite asigurarea unei eficacităţi înalte de regenerare a electrolitului ce conţine cantităţi mari de ioni de Fe(III).

Particularităţile construcţiei asigură posibilitatea confecţionării cilindrului din masă plastică acidorezistentă. Anozii din plasă pot fi confecţionaţi din fier ARMCO, oţel 3 sau alt oţel carbonic, sunt detaşabili şi pot fi uşor înlocuiţi.

Aşadar, invenţia asigurată simplificarea instalaţiei şi majorarea eficacităţii procesului de regenerare a electroliţilor prin intensificarea proceselor de transfer de masă şi prin combinarea proceselor chimice şi electrochimice de regenerare selectivă a ionilor de Fe(III) până la Fe(II).

1. SU 1254066 A1 1986.08.30

2. SU 1502668 A1 1989.08.23

Claims

Instalaţie pentru regenerarea electrochimică a electrolitului cu conţinut de fier oxidat, care include o baie galvanică în care este amplasat vertical un bloc electrodic fixat în corpul băii, prin intermediul unui braţ de fixare, cu un şurub; blocul electrodic conţine un cilindru perforat, o tijă amplasată coaxial şi unită la o sursă de curent electric, care conţine un conductor central de curent anodic şi un conductor periferic de curent catodic, iar între conductoare este amplasat un strat izolator; tija este fixată în partea inferioară cu ajutorul unor ghidaje şi a unor bucşe, iar în partea superioară este fixată prin intermediul unui arc cu un dispozitiv excentric acţionat de un motor amplasat pe braţul de fixare; de tija menţionată, cu ajutorul unor bucşe, sunt fixaţi orizontal alternativ nişte anozi de plasă uniţi cu conductorul central şi nişte catozi volumici poroşi penetrabili uniţi cu conductorul periferic şi executaţi dintr-un aliaj al fierului în formă de spumă metalică cu o grosime a stratului de 5…10 mm, cu un coeficient de porozitate de 0,90…0,95 şi cu o suprafaţă specifică de reacţie de 300…500 cm2/g, iar distanţa dintre anozi şi catozi este de 5…10 cm.