Способ регенерации электролита для анодной подготовки деталей на основе железа к железнению

Авторы патента:

C25F7/02 - регенерация использованных жидкостей

Владельцы патента RU 2334834:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Брянская государственная инженерно-технологическая академия" (RU)

Изобретение относится к электрохимической обработке металлов, в частности к регенерации отработанного электролита для анодной подготовки деталей на основе железа к железнению. Способ включает восстановление ионов Fe²⁺, Fe³⁺ из отработанного электролита для анодной подготовки деталей на основе железа к железнению, содержащего насыщенный раствор сульфата алюминия, серную кислоту и соли железа. В качестве восстановителя используют листовой металлический алюминий, который загружают в электролит из расчета 50-60 см²/л, а восстановление проводят при температуре 50-98°С до получения концентрации ионов Fe²⁺, Fe³⁺ 0,1-0,2 г/л. Способ позволяет интенсифицировать процесс регенерации при использовании контактного обмена с извлечением металлического железа, повысить экономичность и сократить время процесса при более полном удалении ионов железа. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Изобретение относится к электрохимической обработке металлов, в частности к регенерации отработанного электролита для анодной подготовки деталей на основе железа к железнению. В процессе анодной обработки деталей на основе железа в электролите происходит накопление ионов Fe²⁺, Fe³⁺, что ухудшает в дальнейшем адгезию наносимого покрытия. Для обеспечения необходимой адгезии требуется регулярная замена рабочего раствора или восстановление ионов Fe²⁺, Fe³⁺.

Известен способ восстановления ионов металла, содержащихся в электролите, путем контактного обмена более электроположительных металлов более электроотрицательными.

В качестве аналога, в котором используется процесс контактного обмена, протекающего за счет разности электродных потенциалов, можно рассматривать контактное серебрение [1].

Недостатком такого способа является применимость его только при наличии дорогостоящих цветных металлов в качестве восстановителя.

Известен также способ восстановления ионов Fe²⁺, Fe³⁺ из водных растворов путем электролиза, когда в качестве восстановителя используется электрический ток. Этот способ относится к осуществлению процесса железнения из растворов известных составов, содержащих соли железа, например: хлористое железо 180-200 г/л, хлористый натрий 80-100 г/л, соляная кислота 3-3,5 г/л. Электролиз ведется при температуре 70-80°С, плотности тока 8-10 А/дм² и выходе по току 75-100% [2].

Недостатком известного способа восстановления является то, что при снижении концентрации ионов Fe²⁺, Fe³⁺ до 0,1-0,2 г/л выход по току многократно снижается. Поэтому для регенерации электролита для анодной подготовки деталей на основе железа к железнению требуется проводить электролиз в течение 100-200 часов при нерастворимых анодах и большом расходе электрической энергии.

Задача изобретения - уменьшение длительности и энергоемкости процесса регенерации электролита.

Технический результат - интенсификация процесса регенерации отработанного электролита для анодной подготовки деталей на основе железа к железнению при использовании контактного обмена с извлечением металлического железа при экономичном восстановителе.

Технический результат достигается тем, что при регенерации отработанного электролита для анодной подготовки деталей на основе железа к железнению, содержащего насыщенный раствор сульфата алюминия, серную кислоту и соли железа, путем восстановления ионов Fe²⁺, Fe³⁺ в качестве восстановителя используют листовой металлический алюминий, который загружают в электролит из расчета 50-60 см²/л, а восстановление проводят при температуре 50-98°С до получения концентрации ионов Fe²⁺, Fe³⁺ 0,1-0,2 г/л. В одном из вариантов этого способа в качестве листового металлического алюминия используют отходы от одноразовой посуды.

Используемый металлический алюминий за счет отрицательного значения электродного потенциала () делает возможным протекание процесса контактного обмена с извлечением металлического железа (, ) из электролита для анодной подготовки деталей на основе железа к железнению. При регенерации этого электролита с содержанием ионов Fe²⁺, Fe³⁺ 20-25 г/л при температуре 50-98°С и загрузке листового металлического алюминия из расчета 50-60 см²/л происходит практически полное восстановление ионов Fe²⁺, Fe³⁺ (остаточное количество этих ионов не превышает 0,1-0,2 г/л) за 1-3 часа. Процесс контактного обмена идет по схеме:

2Al⁰+3Fe²⁺=3Fe⁰↓+2Al³⁺

или

Al⁰+Fe³⁺=Fe⁰↓+Al³⁺.

Свежеприготовленный электролит для анодной подготовки деталей на основе железа к железнению состоит из насыщенного раствора сульфата алюминия и серной кислоты, поэтому увеличение содержания ионов Al³⁺ в ходе контактного обмена при восстановлении ионов Fe²⁺, Fe³⁺ не сказывается на работоспособности электролита.

График зависимости концентрации ионов железа от времени восстановления ионов Fe²⁺, Fe³⁺ методом контактного обмена при температурах 40 и 98°С приведен на чертеже.

Пример 1. При концентрации накопившихся ионов железа 20-25 г/л, температуре электролита 40°С и загрузке листового металлического алюминия из расчета 50-60 см²/л восстановление ионов Fe²⁺, Fe³⁺ до концентрации 10 г/л происходит за 1 час.

Пример 2. При концентрации накопившихся ионов железа 20-25 г/л, температуре электролита 50°С и загрузке листового металлического алюминия из расчета 50-60 см²/л восстановление ионов Fe²⁺, Fe³⁺ до концентрации 0,1-0,2 г/л происходит за 3 часа.

Пример 3. При концентрации накопившихся ионов железа 20-25 г/л, температуре электролита 70°С и загрузке листового металлического алюминия из расчета 50-60 см²/л восстановление ионов Fe²⁺, Fe³⁺ до концентрации 0,1-0,2 г/л происходит за 2,5 часа.

Пример 4. При концентрации накопившихся ионов железа 20-25 г/л, температуре электролита 90°С и загрузке листового металлического алюминия из расчета 50-60 см²/л восстановление ионов Fe²⁺, Fe³⁺ до концентрации 0,1-0,2 г/л происходит за 2 часа.

Пример 5. При концентрации накопившихся ионов железа 20-25 г/л, температуре электролита 98°С и загрузке листового металлического алюминия из расчета 50-60 см²/л восстановление ионов Fe²⁺, Fe³⁺ до концентрации 0,1-0,2 г/л происходит за 1 час.

При низких температурах увеличивается время восстановления ионов Fe²⁺, Fe³⁺ из электролита для анодной подготовки деталей на основе железа к железнению. Это происходит потому, что при более низких температурах скорость растворения оксидной пленки на поверхности алюминия снижается, что задерживает начало процесса контактного восстановления ионов Fe²⁺, Fe³⁺, а также снижает скорость процесса контактного обмена.

Источники информации

1. Вайнер Я.В., Дасоян М.А. Технология электрохимических покрытий. М.: Машгиз, 1962, с.306.

2. Вайнер Я.В., Дасоян М.А. Технология электрохимических покрытий. М.: Машгиз, 1962, с.292.

1. Способ регенерации отработанного электролита для анодной подготовки деталей на основе железа к железнению, содержащего насыщенный раствор сульфата алюминия, серную кислоту и соли железа, включающий восстановление ионов Fe²⁺, Fe³⁺, при этом в качестве восстановителя используют листовой металлический алюминий, который загружают в электролит из расчета 50-60 см²/л, а восстановление проводят при температуре 50-98°С до получения концентрации ионов Fe²⁺, Fe³⁺ 0,1-0,2 г/л.

2. Способ по п.1, в котором в качестве листового металлического алюминия используют отходы от одноразовой посуды.

Устройство для регенерации медьсодержащих растворов травления // 2095471

Изобретение относится к травлению медных покрытий, в частности, в производстве печатных плат, а именно к процессам выделения меди в виде металла из отработанных растворов травления с одновременной регенерацией раствора для дальнейшего использования.

Способ непрерывного траввления меди и устройство для его осуществления // 2089666

Способ травления и регенерации травильного раствора на основе персульфата аммония // 2080414

Изобретение относится к электрохимическому производству и может быть использовано для регенерации отработанных травильных растворов в производстве печатных плат.

Способ регенерации соляной кислоты из отработанных травильных растворов // 2061102

Изобретение относится к способам регенерации соляной кислоты из отработанных травильных растворов (ОТР), содержащих кроме неиспользованной травильной кислоты (HCl) и хлористого железа (FeCL2) высокий процент хлорного железа (FeCl3) и органические поверхностно-активные вещества.

Электролизер для регенерации сернокислых травильных растворов // 1421807

Изобретение относится к конструкциям электролизеров и позволяет увеличить степень регенерации и снизить расход электроэнергии. .

Способ регенерации отработанных растворов // 1382882

Изобретение относится к гальваностегии , в частности к способам регенерации отработанных растворов, содержащих аммиачные комплексы меди. .

Раствор для электрохимического удаления медных покрытий // 730889

Способ очистки кислого травильного раствора // 598969

Электролизер для электрохимической обработки золотосодержащих травильных растворов // 571527

Способ извлечения золота из электролита для электрополировки изделий // 2356958

Изобретение относится к способу извлечения золота из сернокислого электролита для электрополировки изделий, содержащего комплексное соединение иона золота с тиомочевиной

Способ электромембранной регенерации раствора снятия хромовых покрытий // 2591025

Изобретение относится к гальванотехнике и может использоваться на участках гальванического хромирования. Способ регенерации раствора для снятия хромового покрытия, содержащего гидроксид и хромат натрия, включает проведение электрохимической обработки регенерируемого раствора в камерах двухкамерного электролизера с катионообменной мембраной и трехкамерного электролизера с катионообменной и анионообменной мембранами в следующей последовательности: сначала в анодной камере двухкамерного электролизера, затем в средней камере трехкамерного электролизера, затем в катодной камере двухкамерного электролизера и катодной камере трехкамерного электролизера. Способ позволяет получить раствор для снятия хромовых покрытий первоначального состава и раствор хромовой кислоты, который можно использовать на операциях хромирования или хроматной обработки. Изобретение обеспечивает устранение резкого спада тока вскоре после его включения для электрохимической обработки, что позволяет вести регенерацию раствора в стабильном режиме вплоть до завершения. 2 пр.

Способ электромембранной регенерации раствора снятия кадмиевых покрытий и устройство для его осуществления // 2603522

Изобретение относится к регенерации технологических растворов. Способ регенерации раствора для снятия кадмиевого покрытия, содержащего нитрат аммония 100-200 г/л, включает электролиз регенерируемого раствора в двухкамерном электролизере с катионообменной мембраной, катодом из нержавеющей стали и платинированным ниобиевым анодом. Электролиз осуществляют при плотности тока на электродах 1-3,5 А/дм2, в качестве анолита используют регенерируемый раствор, а в качестве католита - раствор, содержащий нитрат аммония, и в анолит подают выделяющийся на катоде газ. Способ осуществляют в устройстве, содержащем двухкамерный электролизер с катионообменной мембраной, катодом из нержавеющей стали и платинированным ниобиевым анодом, и барботер, установленный на дне анодной камеры и выполненный с возможностью подачи выделившегося на катоде газа в анолит. Изобретение позволяет осуществить регенерацию раствора для снятия кадмиевого покрытия и исключить возможность загрязнения регенерируемого раствора посторонними ионами. 2 н.п. ф-лы, 3 пр.