Ћекции.ќрг


ѕоиск:




 атегории:

јстрономи€
Ѕиологи€
√еографи€
ƒругие €зыки
»нтернет
»нформатика
»стори€
 ультура
Ћитература
Ћогика
ћатематика
ћедицина
ћеханика
ќхрана труда
ѕедагогика
ѕолитика
ѕраво
ѕсихологи€
–елиги€
–иторика
—оциологи€
—порт
—троительство
“ехнологи€
“ранспорт
‘изика
‘илософи€
‘инансы
’ими€
Ёкологи€
Ёкономика
Ёлектроника

 

 

 

 


Ёлектролиз




 

ќбщие положени€

Ёлектролитическое получение порошков представл€ет собой выделение металла разложением водных растворов или бескислородных расплавленных солей путем пропусканием через них посто€нного электрического тока. »спользуемые при электролизе растворы и расплавы солей называют электролитами. Ёлектролиты €вл€ютс€ проводниками второго рода, передача электричества в них осуществл€етс€ движением положительных и отрицательных ионов, образующихс€ за счет диссоциации молекул электролита. ѕроцесс электрохимического превращени€ происходит непосредственно на границе электрод - электролит. »сточник электрического тока играет роль своеобразного насоса, Ђперекачивающегої электроны с одного полюса цепи на другой. ¬ результате такой Ђперекачкиї на катоде образуетс€ избыток отрицательно зар€женных электронов, и он приобретает отрицательный зар€д, соответственно другой электрод (анод), лишившийс€ электронов, приобретает положительный зар€д.

»сточником ионов выдел€емого металла служит анод, содержащий этот металл, и электролит, в состав которого входит раствор или расплав соединени€ соответствующего металла. ѕри отсутствии электрического тока ионы в электролите движутс€ хаотически. ¬нешнее электрическое поле, наложенное на электролит, создает упор€доченное движение ионов: положительно зар€женные ионы (катионы) движутс€ к катоду, а отрицательно зар€женные (анионы) ‑ к аноду. „ем выше напр€жение, приложенное к электродам, тем больше скорость ионов. ¬ соответствии с величиной напр€жени€, требуемого дл€ выделени€ металла на катоде, металлы располагаютс€ в определенной последовательности, образу€ р€д напр€жений, например цинк, железо, олово, медь, серебро, золото. „ем левее в этом р€ду находитс€ металл, тем он более электроотрицателен и требует большего напр€жени€ на катоде дл€ его выделени€. „ем больше сродство металла к кислороду, тем труднее его выделить из водных растворов. ѕоэтому алюминий, магний, цирконий, титан и другие, химически активные металлы выдел€ют из расплавов солей, а не из водных растворов.

 оличество катодного осадка при электролитическом выделении пр€мо пропорционально силе тока, времени его прохождени€ через электролит и электрохимическому эквиваленту металла (закон ‘араде€). ќднако реальное количество осадка, получаемое на практике всегда меньше расчетного. Ёто св€зано с совместным разр€дом на катоде ионов нескольких элементов и с утечкой тока, из-за несовершенной электроизол€ции. ƒл€ оценки степени несовпадени€ расчетных и практически получаемых количеств осадка используют показатель ј, называемый выходом по току, %:

 

ј = (qp/qт) · 100, (1.25)

 

где qp Ц масса вещества, реально выделившегос€ вещества; qт Ц расчетна€ масса вещества, котора€ должна выделитьс€ в соответствии с законом ‘араде€.

Ќапример, при производстве электролизом меди за сутки было получено 235 кг (qp) порошка. Ёлектролиз проводилс€ при силе тока 10000 ј. Ёлектрохимический эквивалент меди 1,1858 г/(ј·ч). —оответствующее расчетное количество меди должно составить:

qт=1,1858·10000·24=284,6 кг.

¬ыход по току: ј = (235/284,6)·100 = 82,5 %.

ƒл€ питани€ электролизеров служат специальные электроподстанции, оборудованные преобразовател€ми переменного тока в посто€нный. ѕреобразовател€ми служат мотор-генераторы, ртутные преобразователи, кремниевые или германиевые выпр€мители. ѕеременный ток промышленной частоты 50 √ц и напр€жением 10000 ¬ преобразуетс€ в посто€нный ток силой до 25000 ј при напр€жении 425 ¬.

—ила тока на рабочей поверхности электролизера Ц основной параметр, определ€ющий производительность электролиза. —ила тока, отнесенна€ к суммарной поверхности катодов и анодов, определ€ет катодную и анодную плотность тока.  атодна€ и анодна€ плотность тока обычно не совпадают, поскольку различаютс€ рабочие поверхности катодов и анодов. ѕовышение плотности тока увеличивает число ионов, разр€жающихс€ на катоде и соответственно повышает производительность, однако чрезмерна€ катодна€ плотность тока сопровождаетс€ выделением на катоде побочных элементов и снижает выход по току. Ќеприемлема и излишн€€ анодна€ плотность тока, поскольку при этом может возникнуть, так называемый Ђанодный эффектї. Ётот эффект представл€ет собой ухудшение смачиваемости анода электролитом в результате искрени€ и образовани€ газовой прослойки. Ёто приводит к прекращению выделени€ металла на катоде. јнодный эффект может иметь место как при электролизе водных растворов, так и при электролизе расплавов. ¬ целом, электролиз, по сравнению с другими способами производства порошков, отличаетс€ универсальностью и обеспечивает возможность получени€ порошков с высоким уровнем чистоты и хорошими технологическими свойствами. —ущественными недостатками электролиза €вл€ютс€ высока€ энергоемкость и сравнительно низка€ производительность.

 

Ёлектролиз водных растворов

¬ насто€щее врем€ в промышленном масштабе способом электролиза водных растворов производ€т порошки меди, железа, хрома, никел€, кобальта, цинка, кадми€, свинца, олова, сурьмы, серебра и некоторых редких металлов и их сплавов. ¬ зависимости от условий электролиза, пригодные дл€ производства порошков катодные осадки, обычно подраздел€ют на три группы.

1. “вердые, хрупкие, плотные осадкиникел€, кобальта, железа, хрома, образуютс€ в тех случа€х, когда электролиз провод€т при незначительных концентраци€х водородных ионов, повышенных содержани€х ионов выдел€емого металла и низких плотност€х тока.

2. √убчатые м€гкие осадки представл€ют собой скоплени€ отдельных мелких кристаллов, легко поддающихс€ растиранию. “акие осадки получают при сравнительно низкой плотности тока, повышенной кислотности раствора и уменьшенной концентрации в электролите катионов выдел€емого металла.

3. –ыхлые, или черные осадки €вл€ютс€ высокодисперсными порошками, которые получаютс€ в готовом виде непосредственно в процессе электролиза. ѕолучению таких порошков способствуют высока€ плотность тока, повышенна€ кислотность электролита и наличие в нем некоторых примесей, или осаждаемого металла в составе комплексного аниона.

Ќа рис. 1.13 в качестве типового примера, приведена технологическа€ схема производства медного порошка электролизом кислого раствора сернокислой меди. јноды представл€ют собой плиты катодной меди размером 880х980х10 мм. Ёлектролитом €вл€етс€ сернокислый раствор сульфата меди —uSO4. ѕри диссоциации веществ, составл€ющих электролит, образуютс€ катионы меди —u2+ и водорода Ќ+, а также анионы SO42- и ќЌ-.  атоды могут быть пластинчатого или стержневого типа. ѕластинчатые катоды представл€ют собой листы катодной меди размером 830х930х(3-4) мм, а стержневые катоды Ц медные трубки диаметром 12-16 мм с толщиной стенки 3 мм. јнодов в ванне электролизера всегда на один больше, чем катодов (например, 12 листовых катодов и 13 анодов), так что крайними всегда €вл€ютс€ аноды, а вс€ поверхность любого из катодов €вл€етс€ рабочей. –ассто€ние между центрами одноименных электродов примерно 150 мм.

 

 

–ис. 1.13. “ехнологическа€ схема получени€ электролитического медного порошка: 1 Ц плавильное устройство; 2 Ц узел корректировки электролита; 3 Ц электролиз; 4 Ц промывка, стабилизаци€ и

обезвоживание порошка; 5 Ц приготовление стабилизирующего

раствора; 6,9,12 Ц бункеры-накопители порошка; 7 Ц сушилка;

8 Ц элеватор; 10 Ц дробилка; 11 Ц классификатор; 13 Ц смеситель;

14 Ц узел упаковки готовой продукции; 15,16 Ц ловушки дл€ порошка; 17 Ц узел регенерации электролита

 

 

“иповой состав электролита и режим электролиза:

‑ катодна€ плотность тока, ј/см2 ЕЕЕЕЕ.. 1800-3250;

‑ концентраци€ ионов меди, г/л ЕЕЕЕЕЕ 10-16;

‑ концентраци€ серной кислоты, г/л ЕЕЕЕ. 125-180;

‑ температура электролита, ºC ЕЕЕЕЕЕ... 48-55;

‑ циркул€ци€ электролита, л/мин ЕЕЕЕЕ.. 40-60;

‑ напр€жение на ванне, ¬ ЕЕЕЕЕЕЕЕЕ 1,3-1,7.

 онструкци€ ванн дл€ электролиза обычно €щичного или бункерного типа с дерев€нным, железобетонным или металлическим каркасом, футерованным кислотостойким материалом (винипласт, сурьм€нистый свинец, пластмассы). ≈мкость ванн 2-5 м3. ¬анны в электрическую цепь включают последовательно, а электроды в них Ц параллельно. —оответственно одинаковы силы тока (8000 Ц 12500 ј) в каждой из 17 Ц 24-х ванн серии и напр€жение между электродами, такое же, как напр€жение на ванне. ћедный порошок снимают с катода специальными скребками из нержавеющей стали через каждые 1 Ц 2 ч работы ванны.

¬ыравнивание концентрации ионов в объеме электролита осуществл€етс€ системой замкнутой рециркул€ции, при которой за 1 ч происходит примерно дес€тикратный обмен электролита. ќдновременно с циркул€цией осуществл€ют регенерацию электролита, поскольку при электролизе происходит существенное изменение его состава Ц электролит обогащаетс€ медью. –егенераци€ обеспечиваетс€ включением в сблокированную систему специальных регенеративных ванн с нерастворимыми свинцовыми анодами. Ќеобходимое число таких ванн в системе определ€етс€ в зависимости от прироста концентрации меди в электролите и некоторых других факторов. ќбычно это п€та€, шеста€ или седьма€ ванна в серии. ¬ регенеративных ваннах выделение меди на катоде уменьшает концентрацию ее катионов в электролите, а на аноде образуетс€ кислород и происходит регенераци€ серной кислоты. ѕо мере накоплени€ примесей часть электролита вывод€т из системы циркул€ции, а вместо него ввод€т свежий электролит.

—чищенный с катодов медный порошок периодически выгружают из ванны без ее отключени€. ¬ыгрузка порошка осуществл€етс€ специальной гидровакуумной системой. ћеханически захваченный с порошком электролит отмывают гор€чей водой в специальных промывател€х, в которых вода фильтруетс€ через слой порошка, наход€щегос€ на сетчатом днище из нержавеющей стали. –асход воды Ц 10 м3 на 1 т порошка. ѕосле обработки гор€чей водой провод€т стабилизацию порошка, промыва€ его раствором хоз€йственного мыла или мылонафта (400 г мыла на 1 м3 воды), дл€ создани€ гидрофобной пленки, защищающей порошок от коррозии. –асход стабилизирующего раствора 6 м3 на 1 т порошка. »збыток стабилизатора удал€ют промывкой порошка в холодной воде.

ѕосле промывки порошок обезвоживают и сушат. Ќаиболее эффективно обезвоживание в центрифугах. —одержание влаги после центрифугировани€ снижаетс€ до 8-10 %. ќбезвоженный порошок сушат в специальных вращающихс€ барабанах воздухом при 100 ºC или в кип€щем слое продуктами конверсии природного газа. ¬ысушенный порошок измельчают в мельницах непрерывного действи€ с устройством дл€ рассева порошка на фракции. ѕосле просева, путем смешивани€ порошка одной марки, формируютс€ отдельные партии порошка массой около 1т. «атем порошок затаривают в стальные барабаны массой по 75 Ц 80 кг.

ѕо √ќ—“ 4960-75 предусмотрено изготовление электролитического порошка меди шести марок: ѕћ-порошок нестабилизированный; ѕћ—-ј, ѕћ—-1, ѕћ—-¬ Ц порошок стабилизированный, ѕћ—-  Ц порошок стабилизированный конопаточный, ѕћ—-Ќ Ц порошок стабилизированный низкодисперсный. ѕорошки различаютс€ по содержанию примесей и гранулометрическому составу. ¬лажность порошка Ц менее 0,05 %. —одержание сернокислых соединений металлов Ц менее 0,01 % и прокаленного осадка после обработки азотной кислотой Ц менее 0,05 %. ¬ табл. 1.3 и 1.4 приводитс€ химический и гранулометрический состав медных порошков.

“аблица 1.3

’имический состав (%) и насыпна€ плотность (г/cм3)





ѕоделитьс€ с друзь€ми:


ƒата добавлени€: 2015-01-29; ћы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 2522 | Ќарушение авторских прав


ѕоиск на сайте:

Ћучшие изречени€:

Ћюди избавились бы от половины своих непри€тностей, если бы договорились о значении слов. © –ене ƒекарт
==> читать все изречени€...

1478 - | 1287 -


© 2015-2024 lektsii.org -  онтакты - ѕоследнее добавление

√ен: 0.014 с.