專利名稱：鉻酸電解除金屬雜質(zhì)的設(shè)備及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是屬于一種鉻酸電解除金屬雜質(zhì)的設(shè)備及其方法。
背景技術(shù)：
目前電鍍者處理老化鉻酸還設(shè)一個經(jīng)濟又有效益的方法與設(shè)備，尤其是除掉鉻酸溶液中鐵的金屬雜質(zhì)更為困難，現(xiàn)市面上販售各種鉻酸溶液除金屬雜質(zhì)的設(shè)備，皆有其缺點。若采用美、日等國的電解隔膜槽，又須考慮欲除去的金屬雜質(zhì)是何物，才能采用何種隔膜槽，姑且不論這些，含氟的有機隔膜，基本上就存在著透水性太大(3～5ml/cm2/hr)與抗氧化性不足，所以采用有機隔膜就常受限于操作條件，電流密度、濃度、液差，甚至保存方式，有時更因污泥的堵塞須要不定時用酸清洗，是個非常麻煩的工作，也產(chǎn)生了鉻酸與鹽酸(硫酸)的二次廢水，此種廢水只能用化學(xué)沉淀法，別無它法，也有業(yè)者采用離子交換樹脂來吸附廢水中的稀薄鉻酸與金屬雜質(zhì)，但對于老化鉻酸卻無計可施，因鉻酸濃度太高，對樹脂的壽命是一大傷害，且鐵份在鉻酸溶液中是非常安定，不容易被解離，這與鎳、銅、鋅的金屬雜質(zhì)不一樣，(因帶進去溶液的方式不一樣)造成其解離的困難，姑且不論離子交換樹脂，對鉻酸與其金屬雜質(zhì)的吸附效果，但最后的再生工作也是件麻煩事，尤其產(chǎn)生的鉻酸鈉，無法有效的利用，對于電鍍業(yè)者而言，只不過是達到減少廢水的效果而已，最終還是要用化學(xué)沉淀法來處理再生所產(chǎn)生的廢液。而日本的隔膜槽，怕污泥堵塞隔膜與滲透壓問題，往往隔膜夾在槽子的半中間，而污泥沈在槽底，氫原子發(fā)生在陰極板上，所以無從還原污泥中的鐵份。
美式小容積的隔膜槽，里面陰極液只能裝1～2L因容積太小，陰極板就不易做大，加上透水性大，所以常發(fā)生效果不一的情形，且容積小就易造成堵塞，但這個小體積的隔膜槽，除鐵的效果非常有限，與日本大容積的隔膜槽相比，唯一的好處則是沒有滲透壓的問題，陰極液可以跟鍍槽相連接，且容易清洗，而日本的隔膜槽與美國的隔膜槽，是完全相反的設(shè)計，采用大容積的內(nèi)外兩槽，陰、陽兩極的容積幾乎一樣，這是針對老化鉻酸除鐵的目的而設(shè)計，剛開始陽極濃度為陰極濃度的1/3。而陰極濃度則為老化鉻酸，因其容積大，所以陰極板可以做大，不必限定什么形狀，不會產(chǎn)生效果不一的情形，但電解到最后陽極濃度高過陰極濃度很多時，因滲透壓的關(guān)系，電解速度將減緩，此時陰極濃度變稀、污泥就會沈殿到槽底，達到除鐵的目的，此時陽極液的再生液抽送到儲存槽備用，而陰極液抽送到沈殿槽，使污泥與稀陰極液自然分開，將上層液當(dāng)陽極液，再把老化鉻酸當(dāng)做陰極進行電解，如此反覆做這個動作，就能再生鉻酸，雖然文字敘述是如此的簡單，但實際做起來，往往簡單的抽送問題就讓人怯步，這也是美、日等國的隔膜槽，無法讓電鍍業(yè)者，樂于采用的原因之一，更何況效果又是讓人失望呢？傳統(tǒng)的素陶筒是一個20cm×50cm高厚度約1.5～2cm的素陶做成，主要因燒結(jié)的關(guān)系，常造成透水性不一的現(xiàn)象，加上一般業(yè)者只把傳統(tǒng)素陶直接放進鍍槽中利用空擋來做電解操作，連續(xù)電解10～12hr，然后把素陶內(nèi)的鉻酸與金屬雜質(zhì)棄置，而陰極板也隨便放個鐵板或鐵棒，常造成陰極電流密度過大，使鉻酸根無法游離到陽極，而鐵份就無法沉淀，對于鐵份的除去這是不可能的，對于環(huán)境的污染更是傷害。此種方法只能移除鉻酸溶液中離子性較強的金屬雜質(zhì)，比如鎳、銅、鋅的氯化物或硫酸鹽，至于鐵份因卻非常安定，不容易電離，也就是說鐵雜質(zhì)在施予電流時，并不會從陽極液中游離到陰極，加上一般業(yè)者，不知鉻酸溶液隨著陰極電流密度的大小，有不同形態(tài)的化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生，在這兩種原因之下，傳統(tǒng)素陶才沒辦法，從鉻酸溶液中除去鐵份。
傳統(tǒng)素陶內(nèi)的陰極液要棄置對環(huán)境的污染是非常大，不然須作廢水處理，但其處理成本又是很高，往往一般業(yè)者是在很無耐的情況下，才會采用素陶作電解操作。鉻酸在電鍍領(lǐng)域中是非常重要的原料，但是老化鉻酸卻一直困擾電鍍業(yè)者，尤其在硬鉻電鍍，鐵份始終無法有效的去除，現(xiàn)有的方法與設(shè)備，也無法達到經(jīng)濟又有效益的要求，所以一般業(yè)者只有降低電鍍品質(zhì)與不定時的將老化鉻酸排放，尤其是規(guī)模較小的業(yè)者，這對環(huán)境的傷害不言可喻，而較具規(guī)模的電鍍業(yè)者，也許會采用廢水處理的方法來處理老化鉻酸，但其成本是非常高，且產(chǎn)生大量的污泥而無處可走也是個頭痛的問題。而美、日等國所用的含氟有機隔膜有幾個缺點，比如鉻酸是強氧化酸，就大大限制了電解操作的條件如電流密度與溫度、濃度、加上透水性大也限制了剛開始的操作條件，尤其是美式小容積的隔膜槽常發(fā)生效果不一的情形。而日本大容積隔膜又有電解到最后因滲透壓的問題無法使陰、陽兩極的的濃度相差太多，這與陶瓷隔膜是無法相提并論的，因陶瓷隔膜可以把陰極液電解到幾乎與清澈的水一樣，此時陰極液的金屬雜質(zhì)，將完全沈殿。我們曾做個試驗，就是把純鉻酸當(dāng)陰極液，電解到最后，陶瓷缸內(nèi)，竟然沒有污泥的產(chǎn)生，這更加證明鐵份是不會從陽極游離到陰極內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明者從事硬鉻電鍍多年，深受老化鉻酸問題困擾，用過了各種方法與設(shè)備，皆找不到經(jīng)濟又有效益的方法與設(shè)備，最后還是用中國人老祖宗所留下的陶瓷加以改進，用特制的陶瓷缸(臺灣專利第8110672號)來做隔膜，終于解決了含氟抗氧化性不足與透水太大等問題。
本發(fā)明提供鉻酸電解除金屬雜質(zhì)的設(shè)備是鐵槽內(nèi)襯P、V、C板的隔膜槽，隔膜槽內(nèi)設(shè)有1～10個20～100L的陶瓷缸，陶瓷缸內(nèi)放陰極板，陰極板與導(dǎo)電銅板連接，陽極板為導(dǎo)線電銅板連接鉛板；陰極板是圓柱形或管狀的不銹鋼或鐵板。
使用時將老化鉻酸放入陶瓷缸內(nèi)、外進行電解。當(dāng)電鍍槽鉻酸老化時，可啟動沈水泵P1，使老化液與再生鉻酸在隔膜槽中，充分混合，再溢流到電鍍槽；本發(fā)明的電解方法采用加大陶瓷缸內(nèi)的容積20～100L，而陰極板制成圓柱形或管狀，使筒內(nèi)陰極板的而積大到10～100dm2，使在同一電流之下，陰極板的電流密度能夠減少，其次提到陰極板必須為圓柱形或管狀，因圓柱形或管狀所產(chǎn)生的電流密度最為平均，不會因局部電流過大造成鉻層的析出，這對鐵份的去除，一點效果也沒有，這也是傳統(tǒng)素陶不一樣的地方，所以我們用的方法是采高電壓與低的陰極電流密度(10V～15V、0.5A～10A/dm2)，使鉻酸根能夠在陰極液中游離到陽極液，使陰極的鉻酸濃度漸漸變稀，而鉻酸鐵只會溶在高濃度的鉻酸液中，所以濃度比重降低到1.05以下時，陶瓷缸內(nèi)將會產(chǎn)生污泥，當(dāng)然污泥的多少，將視金屬雜質(zhì)的含量而定，此時陰極板也只有少量金屬吸附，待比重到1.03以下時，污泥將包附在陰極板外，陶瓷缸內(nèi)也有大量的污泥，若此時停止操作，是可以達到除去鐵份的目的。但伴隨大量鉻酸鐵沈殿，這污泥的最終去處是個問題，最重要的也是浪費了寶貴的鉻酸原料。此時電流將變小，電解速度減緩，因陰極板被污泥包附，所以本方法將加大電壓到15V，使電流變大，加速電解效果，此時陰極所產(chǎn)生的氫原子將把鉻酸鐵還成黑色粉末即鐵份，吸附在陰極板上，就達到除去鐵份的目地，而不產(chǎn)生污泥，而沒還原的污泥將留在陶瓷缸內(nèi)。
本發(fā)明可以除去鉻酸溶液中的金屬雜質(zhì)外，也可分離鉻酸溶液中的氫氧化鈉，所以在離子交換樹脂中所產(chǎn)生的鉻酸鈉可以用此設(shè)備分開鉻酸與氫氧化鈉，若鉻酸中混到鹽酸。也可利用電解把鹽酸分開，再來則是塑膠電鍍中常用鉻酸做粗化的程序造成鉻酸老化，也可用此設(shè)備，把鉻酸電解再生達到利用的效果。
本發(fā)明所用的方法與設(shè)備，完全沒有前面所述隔膜槽的缺點。本發(fā)明所用的隔膜槽，可以跟美、日等國所用的含氟隔膜與傳統(tǒng)素陶做一個比較，可以發(fā)現(xiàn)這個隔膜槽遠遠勝過市售的隔膜槽，可以與鍍槽相連接，連續(xù)操作也沒有抗氧化性不足與滲透壓的問題，電流與溫度皆可以較寬操作，使再生速度能夠經(jīng)濟又有效益，更重要的是不必清洗，不會產(chǎn)生二次改為費水污染對環(huán)境的維護更盡了一點心力。


圖1是結(jié)構(gòu)圖。
具體實施例方式
鉻酸電解除金屬雜質(zhì)的設(shè)備是在鐵槽(1)內(nèi)襯P、V、C板的隔膜槽內(nèi)設(shè)有2個50L的陶瓷缸(2)，陶瓷缸(2)內(nèi)加陰極板(3)，陰極板(3)與導(dǎo)電銅板(4)連接，陽極板(5)為導(dǎo)線電銅板連接鉛板；陰極板是圓柱形的不銹鋼。
把老化鉻酸放進缸內(nèi)，當(dāng)做陰極液，陰極板為圓柱形的不銹鋼，其單一面積在50dm2，而陽極板為市售鉛陽極，陽極液為老化鉻酸或是其稀釋液，操作電壓在10～15V電流密度0.5～10A/dm2，溫度常溫到60℃，此隔膜槽可與電鍍槽相連接，在操作中只須把陰極取出除出其附著物，再放回陶瓷缸是繼續(xù)操作，在電解過程中因水的分解與自然蒸發(fā)，將造成缸內(nèi)外的液位下降，此時可用老化鉻酸或陽極液補充缸內(nèi)的液位。而缸外的液位可用老化鉻酸，干凈水或是洗滌水來補充，直到缸內(nèi)的比重降到1.05以下而有大量污泥包附在陰極板外時，再加大電壓到15V，待比重降到1.03以下時就可取出陰極板除去其附著物，再放回缸是繼續(xù)運作，比其它隔膜槽簡單又方便。
權(quán)利要求
1.鉻酸電解除金屬雜質(zhì)的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備是在鐵槽內(nèi)襯P、V、C板的隔膜槽，隔膜槽內(nèi)設(shè)有1～10個20～100L的陶瓷缸，陶瓷缸內(nèi)加陰極板，陰極板與導(dǎo)電銅板連接，陽極板為導(dǎo)線電銅板連接鉛板；陰極板是圓柱形或管狀的不銹鋼或鐵板。
2.鉻酸電解除金屬雜質(zhì)的電解方法，其特征在于電解方法采用加大了素陶內(nèi)的容積為20～100L，陰極板制成圓柱形或管狀，即把筒內(nèi)陰極板的面積加大到10dm2～100dm2，使在同一電流之下，陰極板的電流密度能夠減少，其操作條件為電壓10V～15V、電流0.5A～10A/dm2，使鉻酸根能夠在陰極液中游離到陽極液，使陰極的鉻酸濃度漸漸變稀，而鉻酸鐵只會溶在高濃度的鉻酸液中；通過10V電壓進行電解，使?jié)舛缺戎亟档偷?.05以下時，陶瓷缸內(nèi)將會產(chǎn)生污泥，待比重到1.03以下時，污泥將包附在陰極板外，將電壓加到15V，使電流變大，加速電解效果，此時陰極所產(chǎn)生的氫原子將把鉻鐵還成黑包粉末即鐵份，吸附在陰極板上。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的鉻酸電解除金屬雜質(zhì)的電解方法，其特征在于電解方法用于鉻酸溶液中的氫氧化鈉，所以在離子交換樹脂中所產(chǎn)生的鉻酸鈉，可以用此設(shè)備分開鉻酸與氫氧化鈉，若鉻酸中混到鹽酸，也可利用電解把鹽酸分開，再來則是塑膠電鍍中常用鉻酸做粗化的程序造成鉻酸老化，也可用此設(shè)備，把鉻酸電解再生達到利用的效果。
全文摘要
本發(fā)明的鉻酸電解除金屬雜質(zhì)的設(shè)備，其特征在于該設(shè)備是在鐵槽內(nèi)襯P、V、C板的隔膜槽，隔膜槽內(nèi)設(shè)有1～10個20～100L的陶瓷缸，陶瓷缸內(nèi)加陰極板，陰極板與導(dǎo)電銅板連接，陽極板為導(dǎo)線電銅板連接鉛板；陰極板是圓柱形或管狀的不銹鋼或鐵板；其電解方法采用加大了素陶內(nèi)的容積為20～100L，陰極板制成圓柱形或管狀，即把筒內(nèi)陰極板的面積加大到10dm2～100dm
文檔編號C25B9/00GK1721575SQ20041002810
公開日2006年1月18日 申請日期2004年7月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年7月16日
發(fā)明者黃運富 申請人:黃運富