169344. lajstromszámú szabadalom • Eljárás kénsavat tartalmazó pácvégoldatok körfolyamatos elektrokémiai feldolgozására
169344 9 10 Ammónium- és magnézium-szulfát, vagy e két só kombinációja esetén sima, lemezes szerkezetű katódbevonat képződik. Ha tehát tömbösíthető katódtermék előállítása a cél, akkor ezeket az adaléksókat kell használnunk. Ilyen esetben a megvas- 5 tagodott katódlemezt időnként kiemeljük és vas alaplemezre cseréljük ki, a kiemelt katódot pedig beolvasztás útján dolgozzuk fel, például ötvözzük. Nátrium- vagy kálium-szulfát, esetleg a két só kombinációja esetén a cellasor elején működő kató- 10 dókon összefüggő, bár kevésbé fényes, inkább matt bevonatot kapunk. A cellasor végén, ahol a katódtérben a literenkénti vastartalom 25 g Fe érték alá csökkent és az adaléksó molaritása már egynél nagyobb, por alakban válik le a vas a katód 15 felületén. A vaspor előállításának — figyelemmel a számottevő keresletre — nagy gyakorlati jelentősége van, különösen akkor, ha azt a pácolással, illetve a végpácok hasznosításával, a környezetszennyezési problémák megoldásával kapcsoljuk össze. 20 Vaspor előállítására a találmány szerinti eljárás tehát úgy alkalmazható, hogy a pácoldatban 0,5—1,0 mól/liter töménységben nátrium- és/vagy kálium-szulfát biszulfátképző adaléksót használunk 25 és azokban a katódterekben, melyekben a stacioner vaskoncentráció 25 g Fe++/liternél kisebb, alumínium, grafit, vagy ólomkatódot alkalmazunk abból a célból, hogy a vaspor az időnként kiemelt elektródról pergetés, vagy seprés útján könnyen eltávo- 30 lítható legyen. Vas alaplemez használata esetén ugyanis a levált szemcsék tapadása erősebb az alaphoz. Amennyiben a végpác vastartalmát teljes egé- 35 szében vaspor formájában kívánjuk kitermelni, akkor csak olyan pácolási technológia alkalmazható, melynél a végpác vastartalma nem több 25 g Fe++/liternél, a savtartalma pedig 20 g/liternél. Ilyen feltételeket nyitott kádas rendszereknél lehet biz- 40 tosítani. A találmány szerinti eljárás foganatosításához alkalmazható berendezést egymással ' sorbakapcsolt, lépcsőzetes elrendezésű kettős elektródteres cellák 4S alkotják. Az egyes cellákon belül az anód- és a katódterek váltakozva vannak elrendezve, közöttük mindenütt diafragma van. A diafragma anyaga előnyösen sűrű szövésű poliészter- vagy polipropiíén-szövet. Az egyes cellákon belül az anód- és a 50 katódterek egymással a cella falában elhelyezett furatokkal vannak összekötve, így biztosítjuk az anolit és a katolit egymástól függetlenül való áramlását. A cellák mindegyikének anód- és katódteréből az oldatnak a következő cella anód- és 55 katódterébe történő továbbításához túlfolyó rendszerű szintszabályozó van beépítve. Az egyes cellákon belül az anódok és a, katódok elektromos szempontból párhuzamosan, de egymástól függetlenül vannak az áramvezető gyűjtősínhez csatla- 60 koztatva. így biztosítható a katódok bármelyikének a többitől való független kiemelhetősége. Ha a korábban már említett módon vasport kívánunk előállítani, akkor a cellasor elején katódként vaslemezt, míg a cellasor végén (azaz attól a cellától 65 kezdve, ahol a Fe ionok koncentrációja már legfeljebb 25 g/liter) katódként alumínium-, ólomvagy grafitkatódot alkalmazunk. A találmányt közelebbről az alábbi példákkal világítjuk meg. 1. példa Horganyzandó acélcsövek nyitottkádas pácolása elektrokémiai kénsavregenerálással összekapcsolva. A pácolás négy, áramlási szempontból egymással sorbakapcsolt nyitott kádban, kénsavas oldatban 70 C -on történik. A körfolyamat stacioner egyensúlyában a kádakban a következő koncentrációk állandósulnak: Kád sorszáma H2SO4 g/liter Fe** g/liter 1 , 262,5 30 2 195,0 50 3 127,5 70 4 60,0 90 Az ammónium-szulfát töménysége mind a négy kádban azonos: 80 g/liter. A negyedik kádból kilépő végpácot folyamatosan áramoltatjuk az elektrolizáló cellasor katódterébe. Ezen végigáramolva az oldat vastartalma a befüggesztett vas alaplemezekre leválik, és a katódtereken történő végigáramlás folyamán az oldat pH-ja 1,8-re emelkedik, vastartalma literenként 12 g-ra csökken, ammónium-szulfát tartalma pedig 165 g/literre növekszik. Az anód teret a katódtértől kifeszített polipropilén szövet diafragmával különítjük el. A cellákat textilbakelit idomokból építjük össze, szilikongumi tömítést alkalmazva. Az anódokat 1% ezüstöt tartalmazó félkemény ólomlemezből alakítjuk ki. A végkatolitot visszaszivattyúzzuk a cellasor elejére és az anódtérbe tápláljuk be, majd rendre végigáramoltatjuk az egymást követő cellák anódterein. Eközben az oldat savtartalma 294 g/literre növekszik, az ammónium-szulfát tartalom pedig 80 g/literre csökken. Az elektrolízist 18 A/dm2 áramsűrűséggel végezzük és a hőmérsékletet a hűtővíz áramlási sebességének megválasztásával 85 C környezetében tartjuk az elektrolizáló kádakban. A véganolithoz a párolgási és kihordási szulfátveszteség pótlása végett kénsavat adagolunk, annak koncentrációját 330 g/literre állítva be, és ezután a regenerált savat visszavezetjük az 1 sorszámú pácoló kádba, miáltal a körfolyamat bezárul. A pácoló kádakban pótoljuk a párolgási vízveszteséget, valamint a kihordási ammónium-szulfát veszteséget is. Az elektrokémiai regenerálásnál 67%-os áramkihasználást tudunk fenntartani, és a fajlagos energiafelhasználás 6,1 kWh a kitermelt katódvas 1 kg/jára vonatkoztatva. A katódlemezeket naponta cseréljük, a kiemelt, megvastagodott katódtömböt beolvasztjuk. 5
