Устройство для травления и одновременной регенерации травильных растворов

В электролитическом устройстве для регенерации травильных растворов регенерацию проводят в двухкамерном, диафрагменном электролизере, а анодную камеру электролизера включают в систему очистки поверхности, причем ионы стравливаемого металла после травления сразу же переходят в катодную камеру через катионитовую мембрану т.е. происходит одновременная регенерация травильного раствора. Катионы железа и других примесей при рН=9÷11 в катодной камере электролизера выпадают в осадок и суспензия при помощи насоса направляется на центрифугу или в отстойник для отделения раствора от осадка, возможно гальваническое восстановление (осаждение) на катоде электролизера ионов стравливаемого металла при снятой защитной анионитовой мембране. Более мелкие детали можно очищать непосредственно в первой анодной камере сдвоенного электролизера. Электролизер является сдвоенным двухкамерным диафрагменным фильтрпресного типа. Состав рабочего пакета следующий: прижимная плита; резиновая прокладка; катодная газовая камера; катод; защитная анионитовая мембрана; анодная рабочая камера; разделительная мембрана; центральная рабочая камера 1 d=30 мм; разделительная мембрана; рабочая анодная камера 1; защитная катионообменная мембрана; анод 1; анодная газовая камера 1; резиновая прокладка; анодная газовая камера 2; анод 2; защитная катионитовая мембрана; рабочая анодная камера 2; разделительная мембрана; рабочая катодная камера; защитная анионитовая мембрана; катод 2; катодная газовая камера 2; резиновая прокладка; прижимная плита; анодная буферная емкость 1; анодная буферная емкость 2; буферная емкость центральной рабочей камеры 1; емкость центральной рабочей камеры 2; катодная буферная емкость 1; катодная буферная емкость 2; блок питания.

Полезная модель относится к прикладной электрохимии, а именно к способу получения или регенерации кислот, в частности серной, плавиковой, соляной и азотной кислот, из отработанных травильных растворов (ОТР) или из других металлосодержащих растворов этих кислот путем электролиза.

Известно устройство для электрохимической регенерации растворов травления меди [см. патент RU 65052 МПК 2006.01 C23F 1/46 от 06.07.2006, опубл. 27.07.2007], содержащее электролизер с одним катодом и двумя анодами, емкость для хранения травильного раствора, погружной насос для циркуляции травильного раствора, систему контроля и регулирования рН и плотности раствора, электромагнитные клапаны и систему трубопроводов, отличающееся тем, что катод электролизера выполнен в виде полого барабана, погруженного в травильный раствор на глубину менее его радиуса и вращающегося со скоростью, достаточной для восполнения у катода требуемой концентрации меди и электрохимического осаждения ее из раствора в виде металлического порошка, при этом дополнительно содержит шнековое устройство для автоматической выгрузки утилизированной меди из электролизера в приемник и эжекторный насос для отсоса газовой смеси из воздушного пространства электролизера и пропускания ее через регенерируемый раствор.

Наиболее близким по совокупности признаков к заявляемой полезной модели по технической сущности и достигаемому эффекту является известное устройство для реализации электролитического способа регенерации травильных растворов [см. патент RU 2008372 С1 МПК C25D 21/16 от 06.04.1990, опубл. 28.02.1994], содержащее корпус, в котором размещены катод и анод и разделительная диафрагма, при этом с целью увеличения производительности и исключения механического удаления металла с катода оно снабжено камерой сопряженной с корпусом в нижней части, катод выполнен в форме стержней, диафрагма - в виде отдельных элементов, а анод выполнен со сквозными вертикальными полостями, в каждой из которых смонтированы стержень катода и элемент диафрагмы. Данное устройство является наиболее близким к полезной модели по технической сущности и достигаемому эффекту, поэтому выбирается за прототип.

Однако предлагаемое устройство сложно по конструкции, и, следовательно, трудоемко при изготовлении, что связано с большими финансовыми затратами, и не позволяет проводить одновременно травление и регенерацию.

Технической задачей, для решения которой предлагается полезная модель является создание высокоэффективного комплекса, упрощение конструкции, снижение финансовых затрат без снижения эффективности степени очистки поверхности обрабатываемых деталей, регенерации травильных растворов и возвращение их в технологическую цепочку, а также извлечение оксидов металлов при одновременном сокращении эксплуатационных расходов с учетом недостатков, присущих прототипу, при этом использование преимущества устройства с использованием в качестве источника питания переменным асимметричным током с регулируемой частотой и с элементами мембранной технологии в виде введение защитных мембран, при одновременном сокращении финансовых затрат при изготовлении и эксплуатационных расходов.

Предлагается устройство для очистки поверхности изделий и регенерации травильных растворов путем извлечения, получаемых оксидов металлов под воздействием переменного асимметричного тока с регулируемой частотой, с элементами мембранной технологии и создание устройства и соответствующей поставленной задачи по очистке поверхности и регенерацией травильного раствора, организацией технологического процесса, при одновременном сокращении эксплуатационных расходов. Полезная модель состоит из следующих составляющих: 1 - прижимная плита; 2 - резиновая прокладка; 3 - катодная газовая камера; 4 - катод; 5 - защитная анионитовая мембрана; 6 - катодная рабочая камера первой (левой) части сдвоенного электролизера; 7 - разделительная мембрана; 8 - анодная рабочая камера левой части сдвоенного электролизера (реактор для мелких деталей) толщиной 30 мм; 9 - реактор для обработки больших деталей второй (правой) части сдвоенного электролизера; 10 - рабочая анодная камера первой (левой) части сдвоенного электролизера; 11 - защитная катионообменная мембрана; 12 - анод первой (левой) части сдвоенного электролизера; 13 - анодная газовая камера первой (левой) части сдвоенного электролизера; 14 - резиновая прокладка; 15 - анодная газовая камера второй части (правой) сдвоенного электролизера; 16 - анод второй (правой) части сдвоенного электролизера; 17 - защитная катионообменая мембрана; 18 - рабочая анодная камера второй (правой) части сдвоенного электролизера; 19 - разделительная мембрана; 20 - рабочая катодная камера второй (правой) части сдвоенного электролизера; 21 - защитная анионитовая мембрана; 22 - катод второй (правой) части сдвоенного электролизера; 23 - катодная газовая камера второй (правой) части сдвоенного электролизера; 24 - резиновая прокладка; 25 - прижимная плита; 26 - катодная буферная емкость - отстойник второй (правой) части сдвоенного электролизера; 27 - буферная емкость анодной рабочей камеры - реактора первой (левой) части сдвоенного электролизера; 28 - буферная емкость - отстойник катодной рабочей камеры первой (левой) части электролизера; 30 - блок питания (фиг.1).

Заявляемое устройство работает следующим образом. Рассмотрим на примере очистки поверхности стальных изделий в 25% растворе серной кислоты.

1. Крупные детали. В анодный контур, состоящий из реактора 9, анодной камеры 18, анода 16 с защитной катионитовой мембраной 17, заливают 25% раствор серной кислоты и помещаются в реактор 9 обрабатываемые стальные детали. В катодный контур, состоящий из буферной емкости - отстойника 26, катодной камеры 20, катода 22 с защитной анионитовой мембраной 21, заливают принимающий 0.5% раствор NaCl. Актвированный раствор серной кислоты получаемый под действием асимметричного переменного тока, подаваемого на электроды от блока питания 30, при помощи насоса подается в реактор с обрабатываемыми стальными деталями, а затем раствор, насыщенный ионами стравливаемого железа возвращается в анодную камеру. Ионы стравливаемого железа из анодной камеры 18 через разделительную катионитовую мембрану 19 переходят в катодную камеру 20, где в щелочной среде, образующейся под действием электрического тока начинается формирование мелкодисперсного осадка, далее раствор с помощью насоса поступает в отстойник 26, где под действием коагуляции происходит укрупнение и выпадение осадка гидроокиси железа. Далее образующийся осадок поступает на утилизацию, а очищенный травильный раствор кислоты возвращается в реактор для очистки поверхности очищаемых деталей.

2. Мелкие детали. В анодный контур, состоящий из анодной камеры 8, служащей одновременно и реактором в который загружают обрабатываемые стальные детали из реактора, анода 12 с защитной катионитовой мембраной 11 и буферной емкости - отстойника 27, заливают 25% раствор серной кислоты. В катодный контур первой, состоящий из буферной емкости - отстойника 28, катодной камеры 6, катода 4 с защитной анионитовой мембраной 5, заливают принимающий 0.5% раствор NaCl. Актвированный раствор серной кислоты получаемый под действием асимметричного переменного тока, подаваемого на электроды от блока питания 30, при помощи насоса циркулирует в анодном контуре, где и происходит стравливание ионов загрязнений с ионами железа с поверхности обрабатываемых деталей. Ионы стравливаемого железа из анодной камеры - реактора 8 через разделительную катионитовую мембрану 7 переходят в катодную камеру 6, где в щелочной среде, образующейся под действием электрического тока, начинается формирование мелкодисперсного осадка, далее раствор с помощью насоса поступает в буферную емкость - отстойник 27, где под действием коагуляции происходит укрупнение и выпадение осадка гидроокиси железа. Далее образующийся осадок после отстаивания поступает на утилизацию, а очищенный травильный раствор кислоты возвращается в анодную камеру для дальнейшей обработки очищаемых деталей.

Устройство для травления и одновременной регенерации травильных растворов, включающее сдвоенный двухкамерный диафрагменный электролизер, в анодный контур которого заливается травильный раствор, а в катодный контур - 0,05-ый % раствор NaCl, источник питания, анодные и катодные газовые камеры и отстойник, предназначенный для выпадения осадка гидроокиси железа, при этом анодный контур состоит из анодной камеры, которая может одновременно являться реактором, анода с защитной катионитовой мембраной, катода с защитной катионитовой мембраной, а катодный контур состоит из отстойника, катодной камеры и катода с защитой анионитовой мембраной.