Оцінка ефективності процесів переробки концентрованих розчинів хлориду натрію з отриманням алюмінієвого коагулянту
Вантажиться...
Дата
2020
DOI
doi.org/10.20998/2413-4295.2020.04.16
Науковий ступінь
Рівень дисертації
Шифр та назва спеціальності
Рада захисту
Установа захисту
Науковий керівник
Члени комітету
Видавець
Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Анотація
У роботі досліджені процеси електрохімічної переробки розчинів хлориду натрію з отриманням хлориду
алюмінію і лугу в трикамерному електролізері з аніонообмінною мембраною МА-41 і катіонообмінною мембраною МК-40 та в двокамерному електролізері з катіонообмінною мембраною МК-40. Представлений спосіб переробки сольових концентратів із застосуванням розчинного алюмінієвого аноду є економічно доцільним, так як у результаті електролізу одночасно відбувається демінералізація рідких відходів до рівня нормативних вимог та виробництво з вихідних концентратів товарної продукції. Недоліком представленого способу отримання коагулянту є взаємодія алюмінію із водою. Проте, доведено, що із підвищенням анодної щільності струму під час електролізу вихід хлориду алюмінію практично повністю обумовлений електрохімічним розчиненням аноду, а хімічне розчинення алюмінію майже відсутнє. Стабільність отриманих розчинів коагулянтів протягом тривалого часу підтримується низькими значеннями реакції середовища (рН ≤ 3). Так, при силі струму 1 А (щільність струму 8,34 А/дм2) та вихідній концентрації хлориду натрію 1900 мг-екв/дм3 сумарна концентрація іонів алюмінію в отриманому розчині досягає 3884 мг-екв/дм3. На хімічно розчинений алюміній припадає не більше 12 %. За даних вихідних параметрів вихід іонів алюмінію з урахуванням хімічного розчинення аноду складає 100–108 %. Одночасно в катодній камері відбувається концентрування лугу до рівня приблизно 1500 мг-екв/дм3. Його вихід за струмом при цьому сягає 92 %. Ступінь дифузії хлорид-іонів через аніонообмінну мембрану з робочої камери в анодну область становить 99 %. Показано, що процес електролізу розчину хлориду натрію в двокамерному електролізері з катіонообмінною мембраною проходить не так ефективно, як у випадку із застосуванням трикамерного
електролізера. На початковій стадії процесу вихід за струмом становить по хлориду алюмінію 61 %, а по лугу 64 %. У подальшому через отруєння катіонообмінної мембрани катіонами алюмінію, що блокують всі аніонні функціональні групи даної мембрани, процес припиняється.
In this work, the processes of sodium chloride solutions electrochemical processing in order to obtain aluminum chloride and alkali in a three-chamber electrolyzer with anion exchange membrane MA-41 and a cation exchange membrane MС-40 and in a two-chamber electrolyzer with a cation exchange membrane МС-40 were investigated. The presented method of processing salt concentrates using a soluble aluminum anode is economically feasible, as the electrolysis simultaneously demineralizes liquid waste to the level of regulatory requirements and production from source concentrates of marketable products. The disadvantage of this method of obtaining a coagulant is the interaction of aluminum with water. However, it is proved that with increasing an odic current density during electrolysis, the yield of aluminum chloride is almost entirely due to the electrochemical dissolution of the anode, and the chemical dissolution of aluminum is almost absent. The stability of the obtained solutions of coagulants for a long time is maintained by low values of the reaction medium (pH ≤ 3). Thus, at a current of 1A (current density 8.34 A/dm2) and an initial concentration of sodium chloride of 1900 mg-eq/dm3, the total concentration of aluminum ions in the resulting solution reaches 3884 mg-eq/dm3. Chemically dissolved aluminum is not more than 12 %. According to the initial parameters, the yield of aluminum ions, taking into account the chemical dissolution of the anode is 100–108 %. At the same time in the cathode chamber is the concentration of alkali to a level of approximately 1500 mg-eq/dm3. Its current output reaches 92 %. The degree of diffusion of chloride ions through the anion exchange membrane from the working chamber into the anode region is 99 %. It is shown that the process of sodium chloride solution electrolysis in a two-chamber electrolyzer with a cation exchange membrane is not as efficient as when using a three-chamber electrolyzer. At the initial stage of the process, the current yield is 61 % for aluminum chloride and 64 % for alkali. Subsequently, due to the poisoning of the cation exchange membrane by aluminum cations, which block all the anionic functional groups of this membrane, the process stops.
In this work, the processes of sodium chloride solutions electrochemical processing in order to obtain aluminum chloride and alkali in a three-chamber electrolyzer with anion exchange membrane MA-41 and a cation exchange membrane MС-40 and in a two-chamber electrolyzer with a cation exchange membrane МС-40 were investigated. The presented method of processing salt concentrates using a soluble aluminum anode is economically feasible, as the electrolysis simultaneously demineralizes liquid waste to the level of regulatory requirements and production from source concentrates of marketable products. The disadvantage of this method of obtaining a coagulant is the interaction of aluminum with water. However, it is proved that with increasing an odic current density during electrolysis, the yield of aluminum chloride is almost entirely due to the electrochemical dissolution of the anode, and the chemical dissolution of aluminum is almost absent. The stability of the obtained solutions of coagulants for a long time is maintained by low values of the reaction medium (pH ≤ 3). Thus, at a current of 1A (current density 8.34 A/dm2) and an initial concentration of sodium chloride of 1900 mg-eq/dm3, the total concentration of aluminum ions in the resulting solution reaches 3884 mg-eq/dm3. Chemically dissolved aluminum is not more than 12 %. According to the initial parameters, the yield of aluminum ions, taking into account the chemical dissolution of the anode is 100–108 %. At the same time in the cathode chamber is the concentration of alkali to a level of approximately 1500 mg-eq/dm3. Its current output reaches 92 %. The degree of diffusion of chloride ions through the anion exchange membrane from the working chamber into the anode region is 99 %. It is shown that the process of sodium chloride solution electrolysis in a two-chamber electrolyzer with a cation exchange membrane is not as efficient as when using a three-chamber electrolyzer. At the initial stage of the process, the current yield is 61 % for aluminum chloride and 64 % for alkali. Subsequently, due to the poisoning of the cation exchange membrane by aluminum cations, which block all the anionic functional groups of this membrane, the process stops.
Опис
Ключові слова
катод, анод, знесолення води, гідроксохлориди алюмінію, cathode, anode, water desalination, aluminum hydroxychlorides
Бібліографічний опис
Оцінка ефективності процесів переробки концентрованих розчинів хлориду натрію з отриманням алюмінієвого коагулянту / Я. П. Крижановська [та ін.] // Вісник Національного технічного університету "ХПІ". Сер. : Нові рішення в сучасних технологіях : зб. наук. пр. = Bulletin of the National Technical University "KhPI". Ser. : New solutions in modern technology : col. of sci. papers. – Харків : НТУ "ХПІ", 2020. – № 4 (6). – С. 107-113.