<<
>>

ЭЛЕКТРОЛИЗ В ЩЕЛОЧНЫХ РАСТВОРАХ. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

  Один из весьма распространенных способов снятия олова с жестяного скрапа — электролиз в растворе едкого натра. По этому способу жестяной скрап обрабатывается в электролизной ванне, где служит растворимым анодом.

Электролитический метод используется также для осаждения олова на катодах из щелочных растворов с применением нерастворимых анодов.
Широкому распространению способа электролитического растворения олова с отходов жести способствовали следующие его достоинства: олово электрохимически хорошо растворяется в щелочных растворах; железо в щелочных растворах не растворяется, поэтому остающийся после снятия олова жестяной скрап не подвергается коррозии; пассивность железа в щелочных растворах позволяет применять для изготовления аппаратуры обыкновенную сталь; щелочные электролиты обладают высокой электропроводностью, поэтому электролиз в щелочных растворах протекает при невысоком напряжении.
Электропроводность растворов NaOH в зависимости от концентрации при 18°С приведена ниже;

Концентрация раствора NaOH, %

1

2

4

5

6

8

10

Удельная электропроводность, Ом-1-см-1

0,016

0,088

0,163

0,197

0,224

0,273

0,312

Концентрация раствора NaOH, %

15

20

25

30

35

40


Удельная электропроводность, Ом-1 см1

0,349

0,328

0,272

0,207

0,151

0,116

концентрация ионов водорода в щелочных растворах невелика, перенапряжение водорода в этих условиях составляет 0,5 В, поэтому водород выделяется на катоде в небольших масштабах; этот способ можно реализовать как в крупном, так и в небольших масштабах.
К основным недостаткам электролиза в растворах каустической соды (без добавок окислителей) следует отнести получение на катодах губчатого олова, переплавка которого требует дополнительных затрат и вызывает потери. Кроме того, из-за низкого электрохимического эквивалента олова в щелочных растворах расходуется больше энергии, чем при работе с кислыми электролитами.
Значение нормальных потенциалов олова, характеризующих переход олова в различную степень ионизации:
Sn —gt; Sn2+              -0,14 В;
Sn -gt; Sn4+              +0,05 В;              (5.20)
Sn2+ -gt; Sn4+              +0,2 В,
а также потенциалы электрохимических процессов, происходящие при электролизе олова в щелочных растворах:
Sn -gt; Sn2+              -0,906 В
(раствор 0,44 - н. Sn2+, 3 - н. NaOH);
Sn -gt; Sn4+              -0,875 В
(раствор 0,024 - н. Sn4+, 3 - н. NaOH); (5.21)
Sn2+ -gt; Sn4+              -0,845 В
(раствор 0,44 - н. Sn2+, 3 - н. NaOH),

показывают, что потенциалы приведенных реакций изменяются в сторону более положительных значений.

В соответствии со значениями потенциалов при анодном растворении олово должно было бы переходить в раствор в виде Sn2+. Но ввиду близости значений потенциалов Sn Sn2+ и Sn -gt; Sn4+ даже небольшое повышение анодного потенциала, вызываемое образованием анодного шлама, приводит к сближению потенциалов реакций на аноде, и фактически проходят оба процесса: Sn —gt; Sn2+ и Sn —gt; Sn4+ с преимущественным протеканием второго.
Таким образом, при анодном растворении олово переходит в раствор главным образом в виде ионов Sn4+. Одновременно в растворе в небольшом количестве присутствуют ионы Sn2+.
В соответствии со значениями потенциалов на катоде очевидно должен был бы идти в первую очередь процесс Sn4+ + 2е —gt; Sn2+, а затем Sn2+ + 2е—gt; Sn, однако скорость реакции Sn4+ + 2е —gt; Sn2+ мала и реакция Sn2+ + 2e—gt;Sn протекает значительно быстрее. Поэтому ионы Sn2+, содержащиеся в щелочном растворе, при электролизе немедленно восстанавливаются на катоде в металле и в прика- тодном слое остаются ионы Sn4+, которые также восстанавливаются непосредственно до металла.
Ионы Sn2+ и Sn4+ образуют в щелочных растворах комплексы:
Sn2+ +ЗОН- lt;-gt;HSn02 +Н20;              (5.22)
Sn4+ + 60Н- lt;-gt; SnO2" + 3H20.              (5.23)
В водных растворах ионы подвергаются гидролизу с выпадением Sn02 в осадок.
Равновесие реакции 2Sn2+ lt;-» Sn+ -I- Sn4+ определяется константой:
°Sn4+
Г2
USn2+
При температуре 25°С и содержании Sn4+, равном 1 г-ион/л, концентрация Sn2+ составляет 10"1 г-ион/л.

Таким образом, равновесие реакции 2Sn2+ о Sn+ -I- Sn4+ в щелочных растворах сильно сдвинуто вправо.
Анодное растворение олова описывается следующими реакциями:
Sn2+ + ЗОН" = HS11O2 + Н20 + 2е; ?’=-0,91В;              (5.25)
HSn02+30H-+H20 =
= Sn(OH)|" + 2е; Е° =-0,93 В.              (5 26)
Так как имеет место реакция:
HSn02 + 2Н20 = Sn + Sn(OH)2-,              (5.27)
то в растворе преобладающей формой олова является Sn(OH)^- и на катоде происходит непосредственный разряд Sn(OH)§" с осаждением олова.
Так как для реакции
2Н20 + 2е -gt; Н2 + 20Н";
Е° = -0,828 В,              (5.28)
т. е. потенциал выделения водорода имеет более положительное значение, чем потенциал выделения олова из стан- натных растворов, то на катоде в первую очередь должен выделяться водород.
В практических условиях выделение водорода на катоде ограничено, так как на олове водород имеет высокое перенапряжение, которое растет с повышением плотности тока и при DK = 100 А/м2 достигает 1 В.
В связи с реакцией 40Н"-gt; 2Н20 -I- 02 + 4е на аноде выделяется кислород.
Водород, выделяющийся на катоде, при смешении с анодным кислородом может образовывать взрывоопасный гремучий газ, что следует учитывать в технологии производства. В результате гидролиза станнитов и станнатов, находящихся в щелочных растворах, образуются труднорастворимые кислоты: оловянистая H2Sn02 и оловянная H2Sn03, которые выпадают в осадок, что приводит к снижению концентрации олова в растворе.
Поэтому для стабилизации растворов и поддержания в них нужной концентрации олова необходимо иметь избыток свободного едкого натра.
Благодаря высокому перенапряжению водорода на олове процесс электролиза, протекает с высоким выходом по току.
При осаждении олова на железный катод в начале электролиза происходит обильное выделение водорода, так как при применяемых плотностях тока перенапряжение водорода на железе значительно меньше, чем на олове (~ 0,5 В). После покрытия железа оловом выделение водорода на катоде почти прекращается.
На рисунке 5.25 приведена схема технологического процесса снятия олова с жестяного скрапа методом электролиза в растворе едкого натра.
На рисунке 5.26 изображена схема технологического процесса металлургического передела оловосодержащих материалов.
Выход металлического олова при обработке отходов жести разные авторы оценивают по-разному.
Известны следующие показатели извлечения и потерь олова: извлечение в металл составляет около 85%; потери — остаток на скрапе 5,6%, при электролизе и регенерации электролита 6,2%, при обработке катодного осадка и плавке 3,2%.
Извлечение олова составляет 94-95%, однако эти цифры относятся только к переработке чистых обрезков жести с высоким содержанием олова на них.
Результаты работы электролитических установок на некоторых консервных заводах дают следующие показатели извлечения олова: с 1 т обрезков жести — от 16,5 до 18,5 кг; с 1 т старых банок — от 11 до 13 кг. Колебания в выходе олова зависят от качества перерабатываемой жести.
Практическое извлечение олова на разных установках, применяющих электролитический метод с получением губчатых осадков, колеблется в широких пределах (от 75 до 90%). Олово в процессе извлекается в разные продукты — катодное (губчатое) олово, переплавляемое в чушковой металл, изгарь и шлам.

Рис. 5.25
Схема технологического процесса электролитического снятия олова с жестяного скрапа в растворе едкого натра с получением губчатого олова






<< | >>
Источник: Кривошеин Д. А., Дмитренко В. П, Федотова Н. В.. Основы экологической безопасности производств: Учебное пособие. 2015 {original}

Еще по теме ЭЛЕКТРОЛИЗ В ЩЕЛОЧНЫХ РАСТВОРАХ. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ:

  1. ОБЕСЦВЕЧИВАЮЩИЕ И ФИКСИРУЮЩИЕ РАСТВОРЫ ИЗ ОТРАБОТАННЫХ ФОТОГРАФИЧЕСКИХ РАСТВОРОВ
  2. І. Общие положения
  3. Глава I. Общие положения
  4. Глава 1. Общие положения
  5. Раздел I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  6. Глава 6. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  7. Глава 13. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  8. 6.12. Общие положения о договоре
  9. Раздел I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  10. Раздел I. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ
  11. Раздел 1.ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ.
  12. Общие положения
  13. 12.1. Общие положения
  14. Подраздел 1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ ОБ ОБЯЗАТЕЛЬСТВАХ
  15. Подраздел 2. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ О ДОГОВОРЕ
  16. Глава 61. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ О НАСЛЕДОВАНИИ