1.2. Quá trình thủy luyện thu hồi đồng
1.2.2. Quá trình điện phân
1.2.2.3. Thiết bị điện phân thu hồi đồng
Thiết bị điện phân thu hồi đồng có nhiều loại khác nhau và được tổng hợp trên bảng 1.5.
Bảng 1.5. Tổng hợp một số loại thiết bị điện phân phổ biến [40, 51, 74, 95, 96, 102 ] Loại
thiết bị Nguyên tắc Ưu điểm Nhược điểm
Thiết bị loại thùng
Là loại thiết bị cổ điển, gồm các điện cực thẳng đứng đặt
- Thiết kế đơn giản, chi phí thấp.
- Khó khống chế lưu lượng chất lỏng, quá
(bản phẳng)
trong thùng điện phân hình chữ nhật chứa dung dịch điện phân.
- Dễ dàng di chuyển điện cực.
- Vật liệu đơn giản.
trình chuyển khối khó điều chỉnh.
- Bị giới hạn về vùng không gian, phạm vi hoạt động không rộng.
Thiết bị loại bản song song
Thiết bị loại bản song song gồm nhiều điện cực đặt gần nhau, các anốt và catốt xếp xen kẽ.
- Thiết bị đơn giản.
- Vật liệu điện cực và cách điện phổ biến.
- Tăng tốc độ phản ứng dễ dàng bằng cách: tăng kích thước điện cực, sử dụng thêm điện cực, ghép các thùng điện phân.
- Sự phân bố điện thế không đồng đều.
Thiết bị điện cực đĩa quay
Thiết bị này nhằm làm tăng chuyển khối của các ion kim loại từ trong dung dịch đến bề mặt điện cực.
- Tốc độ chuyển khối cao.
- Lớp kim loại kết tủa tương đối chặt sít.
- Thiết bị có cấu trúc phức tạp.
Thiết bị điện cực 3 chiều xốp (Porocell)
Thiết bị này có điện cực 3 chiều xốp làm tăng giá trị diện tích bề mặt hoạt động điện cực trên một đơn vị thể tích phản ứng.
- Thu hồi kim loại từ dung dịch loãng đến rất loãng.
- Cấu tạo phức tạp, chi phí ban đầu cao.
- Không phù hợp cho điện phân dung dịch có nồng độ cao.
Bảng 1.5. chỉ nêu một số dạng thiết bị điện phân điển hình, trong thực tế, tùy mục đích sử dụng các thiết bị có thể được biến đổi linh động để phù hợp với quá trình điện phân. Đối với quá trình điện phân thu hồi, thì thiết bị được sử dụng nhiều hơn cả là thiết bị điện phân điện cực phẳng và thiết bị điện phân dạng điện cực xốp Porocell.
Thiết bị điện phân điện cực phẳng
Thiết bị điện phân điện cực phẳng là thiết bị điện phân thông thường có các điện cực dạng tấm phẳng, anốt thường làm bằng những vật liệu chịu ăn mòn cao như titan… và catốt thường làm bằng thép không gỉ 304 để dễ dàng lấy sản phẩm điện phân ra khỏi điện cực catốt. Thiết bị dạng này thường sử dụng để điện phân dung dịch có hàm lượng kim loại cao để đảm bảo hiệu suất quá trình thu hồi tốt và
thời gian thu hồi ngắn. Trong một số trường hợp, để nâng cao hiệu suất của quá trình điện phân, người ta gắn nhiều điện cực song song với nhau trong thiết bị điện phân điện cực phẳng.
Thiết bị Porocell
Thiết bị Porocell là bình điện phân sử dụng điện cực xốp có diện tích bề mặt lớn, thông thường là điện cực dạng sợi cacbon. Với diện tích bề mặt riêng lớn, dù mật độ dòng điện phân nhỏ thì dòng điện phân của thiết bị vẫn đạt giá trị cao, tỷ lệ thu hồi của thiết bị trên một đơn vị thể tích cao. Với thiết bị điện phân Porocell, có thể tiến hành điện phân thu hồi với các dung dịch có nồng độ rất thấp mà vẫn đảm bảo hiệu suất dòng điện lớn. Hình ảnh bên trong của một thiết bị điện phân với điện cực xốp (Porocell) và hình ảnh cả hệ điện phân Porocell được trình bày trên hình 1.5:
Hình 1.5. Hệ thiết bị điện phân Porocell
Hệ điện phân Porocell đã được một số nhóm nghiên cứu ứng dụng trong việc thu hồi và loại bỏ hoàn toàn ion kim loại khỏi hệ thống môi trường nước. Báo cáo công nghệ số 4643 của nhóm tác giả Tyson và Tilston đã nêu rõ việc ứng dụng thiết bị Porocell trong việc thu hồi đồng từ dòng dung dịch có chứa axit nitric. Mật độ dòng thích hợp cho thiết bị là 300 A/m2 và lưu lượng dòng chảy là 2 lít/phút. Trong khi đó, báo cáo số 3942 của các tác giả Bancroft và Dalrymple lại ứng dụng Porocell trong việc làm sạch nước khỏi các ion kim loại nặng [12].
Do rượu whiskey được chưng cất qua các thiết bị có chứa đồng nên phải có khâu loại bỏ đồng tuyệt đối. Với thiết bị Porocell, đồng được loại gần như tuyệt đối tới xấp xỉ 0 ppm sau 60 phút.
Hình 1.6. Loại đồng khỏi dung dịch rượu whiskey bằng Porocell [12]
$
1.3.$Tối$ưu$hóa$quá$trình$hòa$tách$và$mô$hình$hóa$quá$trình$điện$