扩展阴极法处理含铜废水的研究

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1、扩展阴极法处理含铜废水的研究摘要：采用扩展阴极法对酸性稀溶液中Cu2+的回收处理进行了研究。结果表明：扩展阴极法与常规的板式电解法相比，去除率提高了38％，能耗降低了20％，电解废水的pH值适用范围在1～4之间，且处理废水量大。关键词：电镀废水电解扩展阴极铜回收TreatinentofCu2+-BearingWastewaterbyExtendedCathodeMethod　　Abstract：ApplicationofextendedcathodeforrecoveryofCu2+fromdiluteacidicsolutio

2、nwasstudied．Theresultsshowed：Comparedwithconventionalplate-typeelectrolysismethod，theremovingefficiencywithextendedcathodemethodwas8％higher，theenergyconsumptionwas0％lowerandthepHvalueofthewastewaterfromtheelectrolysiswas1～4，whilebiggerquantityofwastewaterwastreated．　

3、　Keywords：wastewaterfromelectroplating；wastewatertreatment；electrolysis；extensivecathode；copperrecovery电解法是一种常规的含铜废水处理工艺，但由于传统的平板电极表面积较小，受操作电流的限制且处理量小，尤其是在电导率低时，电流效率不高，造成回收成本高，残余铜含量大等问题，因而影响了电解回收的推广使用[1-2]。本文针对上述处理方法所存在的弊端，采用扩展阴极电解法处理酸性电镀废水，使废水中Cu2+的去除率达到了99％以上，同时提高了

4、操作电流，降低了回收成本。1实验原理及装置实验原理　　扩展阴极法是一种新型的电化学反应处理法，它是在平行板电解槽的两极之间填充与去除金属离子同元素的纯金属丝或金属粒，并使之与阴极相连，在电解时充当阴极并一起发失电化学反应。它与常规电解法相比有以下的优点：　　①增大了阴极的表面积，使得阴极的电流密度大大降低，操作电流大为提高，同时降低了铜析出的超电压。　　②改善了物质的传质效果，缩短了Cu2+的迁移距离，降低了操作电压。　　③改善了电解液的电导率，提高了处理效率。　　当电流通过装有酸性含铜废水的电解槽时，在阴极上电极电位较高者优先

5、发生还原反应，因而阴极反应以铜的析出为主：在阳极上电极电位较低者优先发生氧化反应，当电解液中含有硫酸时，阳极反应以水的电解氧化为主，当电解液中含有盐酸时，则以氯气的析出为主。1.实验装置　　实验装置如图1所示，由电解槽、电极板、铜丝网、隔离网和直流电源5部分组成、其中电解槽采用焊接PVC板矩形结构；电极板为两个相同尺寸的平行电极，阴极为铜电极并用钢丝扩展，阳极采用石墨电极；铜丝网与阴极相连，阳极外有隔离网。实验结果研究对象为酸性含铜电镀废水，pH=左右，ρ(Cu2+)=/L。　　取酸性含铜废水500mL，置于电解槽中进行电解回收

6、，变换各操作参数，考察对铜回收的影响，并与常规板式电极电解法相比较。铜的去除率与电解时间的关系对比　　当电解电流为100mA，电解温度为18℃时，Cu2+的去除率与电解时间的关系如图2所示。随着电解时间的延长，Cu2+的去除率均增加。由法拉第电解定律可知，物质的去除量与电解时间成正比，但采用扩展阴极法，Cu2+的去除率增加得快，而常规电解法，Cu2+的去除率增加缓慢。这反映出两种电解工艺的电流效率有所不同，虽然在电解过程中，施加的操作电流保持恒定，但由于扩展阴极法的铜析出电流效率远远大于常规板式电极，因而在相同的电解时间内，扩展

7、阴极法的去除率高于常规电解。2.操作电流与电流效率关系对比　　加钢丝网扩展阴极，电解温度为18℃，电解时间为，电流效率与操作电流的关系如图3所示：当操作电流强度升高时，电流效率均有所降低。但采用扩展阴极法，电流效率随电流变化较缓；而常规电解法，电流效率随电流变化显著。因为操作电流的改变，改变了阴极的电流密度。当电流密度升高时，阴极上产生明显的氢的超电位，同时过大的电流密度造成阴极表面滞流层中Cu2+的质量浓度降低，改变了铜的析出电位，使得H+在阴极上更容易得到电子被还原成氢气，降低了铜的电流效率。对于扩展阴极法，由于阴极表面积很

8、大，即使提高了操作电流，阴极电流密度变化较小，氢的超电位变化不大，所以电流效率仍可稳定在高效率段。可见，采用扩展阴极法电解时，电流效率得到了很大改善，且不因电流强度的变化而有很大变化。2.铜去除率与pH值的关系对比　　加钢丝网扩展阴极，电解温度为18℃，电解时间