Galvanoteknik Endüstrisi Atık Çözeltilerinin Yüksek Konveksiyonlu Elektroliz Hücrelerinde Demetalizasyonu

Abstract

Kaplama endüstrisi, metalurjik alanda ağır metal iyonu ile kirletilmiş atık çözeltinin oluştuğu en önemli sektörlerden biridir. Deneysel çalışmalarda klasik sistemler yerine hızlı madde transferine olanak sağlayan hareketli katot ve hareketli hücre-katot sistemleri dizayn edilerek bu sistemlerin çalışma ve ekonomik parametreleri araştırılmıştır. Yuvarlanan katodlu hücrede bakır geri kazanmak amacıyla gerçekleştirilen deneyler sonucunda optimize edilen şartlarda nihai bakır konsantrasyonu 5 ppm’e düşmüştür. Bakırın %99.95’i %68 akım verimi ve 4.4 kWh/kg Cu enerji tüketimi ile geri kazanılmıştır. Aynı hücrede nikel geri kazanımı amacıyla yapılan deneysel çalışmaların sonucunda ; elektrolitin pH=5.5?0.05 değerinde, 50°C’de, 325 A/m2 akım yoğunluğunda, %74 akım verimiyle nikelin %90’ı 4.2 kWh/kg Ni enerji tüketimi ile geri kazanılmıştır. Döner silindir katotlarla gerçekleştirilen bakırsızlaştırma deneylerinde ise 5 g/l Cu2+ ve 7.5 g/l H2SO4 içeren elektrolitin 1000 A/m2 akım yoğunluğunda 60°C yaklaşık 90 dakikalık elektroliz işlemi sonucunda %80 akım verimi 3.2 kWh/kg Cu spesifik enerji tüketimi ile nihai konsantrasyon 3 ppm değerine düşmüştür. Düşük konsantrasyonlarda yüksek akım verimi; katodun üzerinde ayrışan dentritik yapıdaki bakırın katoda 1 mm mesafedeki bir sıyırıcı sayesinde katod yüzeyinden uzaklaştırılmasıyla sağlanmıştır. Böylece döner elektrod hem hücre içindeki hidrodinamik şartları iyileştirilirken hem de sıyırıcı sayesinde büyüyen yüzeyinden dolayı hücrede geçerli olan hidrodinamik şartlardaki teorik limit akımın 9-10 kat üstünde bu akım veriminde hissedilir ölçüde değiştirmeyecek kadar hidrojen çıkararak çalışabilmiştir.

Plating industry is one of the most important sectors in the field of metallurgy, where great amounts of waste solutions laden with heavy metal ions materialize. Electrolysis systems used within the framework of this thesis are; mobile and packed-particle cathode cells, and rotating cathode cell. In copper recovery experiments, carried out with “Rollschichtzelle”, the final copper concentration dropped to 5 ppm from the initial value of 10 g/l Cu2+. A 99.95% of copper recovery was obtained at a 68% current efficiency and 4.4 kWh/kg Cu energy consumption. In the same cell, 90% of the nickel was recovered at a 74% current efficiency and 4.2 kWh/kg Ni energy consumption, from the solutions containing 2 g/l nickel initially. Conditions of the electrolysis were: pH = 5.5?0.05, 50?C temperature, 325 A/m2 current density and 5-mm-diameter cathode granules, occupying 450 cm3 volume. In copper recovery experiments, carried out with rotating cylindrical cathodes, final copper concentrations of 3 ppm were reached with 80 % current efficiency and 3.2 kWh/kg Cu specific energy consumption, by the electrolysis of solution containing 5 g/l Cu2+ and 7.5 g/l H2SO4 , at 60°C and 1000 A/m2 current density for 90 minutes. High current efficiencies, reached at low concentrations, could be achieved by scraping the dendrites of copper deposits with a Plexiglas plate, positioned and fixed exactly 1mm away from the cathode surface. The rotating electrode not only improves the hydrodynamic conditions in the cell but it also permits working at current densities which are 9 to10 times higher than the theoretical limiting current valid for the shiny cylindrical cathodes, by keeping the length of dendrites (and thus, the enlarged cathode surface) constant, on account of thee scraper. Meanwhile, hydrogen evolution was allowed to sustain up to a certain degree above which it would disturb the current efficiency noticeably.