РЕФЕРАТ

Бұл курстық жұмыс 41 беттен, 6 суреттен,4 кестеден тұрады.

ЭЛЕКТРОЛИЗ, МЫРЫШ, КАТОДТЫҚ МЫРЫШ, КАТОДТЫҚ ПРОЦЕСС, АНОДТЫҚ ПРОЦЕСС, ЭЛЕКТРОДТЫҚ ПОЛЯРИЗАЦИЯ, ХИМИЯЛЫҚ ПОЛЯРИЗАЦИЯ, АСҚЫН КЕРНЕУ,

Бұл курстық жұмыстың тақырыбы «Мырыш сулфатының электролизі». Теориялық бөлімде электролиз процесі, катодтық процес және анодтық процестер, электролизде қолданылатын құрылғылар қарастырылған. Мырышты гидрометаллургиялық жолмен алудың технологиялық сұлбасы келтірілген. Металлургиялық есептеулері, патенттік зерттеу қарастырылған.

КІРІСПЕ

Мырыш – ауада тұрақты , орташа белсенді металл. Мырыштың өзі және оның қосылыстары екідайлық қасиет көрсетеді. Мырышты темірден жасалған бұйымдарға қорғаныш қаптамалар жасау үшін және құймаларын алу үшін қолданылады.

Мырыш- көкшіл ақ түсті күшті металдық жылтыры бар металл. Ылғалды ауада жылтыры оксидтік қабықшаның түзілуімен байланысты біртіндеп жойылады. Мырыш оңай балқиды және ұшқыш металдар қатарына жатады.

Жер қыртысындағы құрамы бойынша мырыш басқа элементтер арасынан 23-орынды алады.

Әдетте мырыш кендері-полиметалдық. Оларда сонымен бірге мыс, қорғасын, кадмий және басқа металдардың минералдары болады. Мырыштың маңызды минералдары- мырыш алдамшысы ZnS көптеген сульфидтік кендердің құрамына кіреді. Сондай-ақ цинкит ZnО, мырыш шпаты (галмей) ZnСО₃ және т.б. түрінде кездеседі.

Қазақстан полиметалдық кендердің қорымен танымал. Полиметалдық кендердің негізгі кен орындары Қарағанды облысында, Риддер, Өскемен және Балқаш металлургия зауыттары шығарады. Мырыштың әртүрлі биологиялық процестерде маңызы зор, бірақ бұл қасиеті әлі толық анықталмаған.

Мырыш қызыл қан түйіршіктерінде болады және организмнен органикалық заттардың негізгі тотығу өнімдерін шығаруға әсер ететін ферменттердің құрамына кіреді. Көптеген организмдерде мырыштың мөлшері орташа алғанда проценттің мыңдаған үлесін құрайды. Көптеген теңіз омыртқасыздары мырышты жинақтаушы.

Жер бетіндегі өсімдіктерден мырышқа саңырауқұлақтар- түлкіжем мен майқұлақ бай. Топырақта мырыш жетпесе, өсімдіктің өсуі баяулайды, сондықтан мырыш микроэлементтері бар арнайы тыңайтқыштардың құрамына кіреді.

1 Теориялық бөлім

1.1 Электролиз туралы жалпы түсінік және мақсаты

Тазартылған ZnSO₄ ертіндісінен металлдық мырышты электролиз арқылы алады. Бұл процесс технологияның соңғы бөлімі, мырышты электролиттік тотықсыздандырудан кейін тауарлық метал алады. Мырышты қайта балқыту электролизі мырыш өндірісінің маңызды сатысы (технологиялық процестің жалпы шығынынан 51-56%). Осы шекпен ZnSO₄ ерітіндісінің электролизі анықталады. Электролиз көрсеткішіне ерітіндінің тазалығы. Мырыш электролитіне жоғары талап қойылады, себебі Zn²⁺ ионы ерітіндіде қиын тотықсызданады және мынадай шартта с _Zn с _Me болғанда металдық мырыш қоспаларын ластайды.

Технологиялық тәртіппен мырыш электролизінің әртүрлі өнімдер бағытталады. Электролиз көрсеткіштеріне әсер ететін компоненттер құрамы, мг/дм³: Zn (1,2-1,7)·10⁵, Mn (2-10)·10³, 0,05-0,2 As, 0,01-0,15 Sb, 0,1-2,0 Cd, 0,2-5,0 Fe, 0,1-4,0 Co, 20-300 Cl, 20-50 F, 0,01-0,5 Ni, 0,05-0,1 Cu, 0,05-01 Ge.

Электролиздің негізгі көрсеткіштеріне катодтық мырыштың меншікті электр энергиясының шығыны, кВт·сағ/т; мырыштың ток бойынша шығымы; токты пайдалану коэффициенті,%; катодтық мырыштың сапасы.

Электролиз мақсаты - ZnSO₄ ертіндісінен тотыққан мырышты тотықсыздандырып, сапалы металды мүмкіндігінше төмен шығында алу.

Ауа Zn-концентрат

Күйдіру

ZnS + 1,5O₂ = ZnO + SO₂ SO₂

ZnO өртенді ұнтақ H₂SO₄ өндірісі

Ерітінділеу

ZnO + H₂SO₄ = ZnSO₄ + H₂O

Электролиз

Zn²⁺ + 2e = Zn

2SO₄^2- - 4e = 2SO₃ + O₂

2SO₃ + 2H₂O = 2H₂SO₄

O₂ Металдық Zn H₂SO₄

Cурет 1 – Мыршты гидрометаллургиялық өңдеудің технологиялық схемасы

1.2 Электролиз термодинамикасы және кинетикасы

ZnSO₄ ерітіндісінің электролизі катодтық және анодтық процестерден тұрады. Катодтық процестің негізгі реакциялары:

Zn²⁺+2e=Zn⁰ (1.2.1)

Анодтық процестің рекциясы:

2SO₄^2—4e+2H₂O=2H₂SO₄+O₂ (1.2.2)

Бұл реакциялардан басқа электродтарда әртүрлі қосымша реакциялар жүреді. Қосымша реакциялар зиянды, сондықтан оларды минимумға келтіріп олардан құтылу керек.

Сонықтан да өнеркәсіптік шартта электролизға күшті қышқыл H₂SO₄ әсер етіп, электролиз кезінде катодтық процесте келесі реакция жүреді:

2H₃O⁺+2e=H₂+2H₂O (1.2.3)

ал анодтық процесте келесі реакция

6 H₂O-4e=O₂+42H₃O (1.2.4)

Сонда реакция

4ОН^—4е=О₂+2Н₂О (1.2.5)

С_ОН- мәні практикалық кіші емес.

Көп қоспа катиондар катодтық процеске қатысады

Me^z++ze=Me⁰ (1.2.6)

Mn²⁺ жеңіл тотығатын, анодтық процесте келесідей түрленеді MnO₄^- және шөгінді MnO₂

Катодтық және анодтық процестердің термодиеамикасымен кинетикасына тоқталайық.

Электродтарда иондардың потенциалдары термодинаимкалық келесі теңдеумен есептеледі:

E_Me^z+=(E₀) _Me^z++(RT/zF)+lna_Mez+ (1.2.7)

мұндағы E_Me^z+ және (E₀) _Me^z+ - Me^z+ стандарттық электродтық потенциалдары,В

a_Mez+ - термодинаикалық белсенділік

Электрокинетикалық тексерулер бойынша ион разрядының нақты процесі үлкен потенциалды қажет етеді. Термодинамика энергия шығындарын есепке алмайды. Сондықтан термодинамикалық мүмкіндігі тепе – теңдік процес кезінде нақты процесс жүруі мүмкін емес. Қосымша өлшемдер тепе – теңдік потенциал разряды кинетикалық табиғатынан және келесідей топтарға бөлінеді:

1)электродтық реакцияларға қатысатын иондар белсендіруге қажет энергия шығынына сәйкес келетін потенциал ион бөлінуінің асқын кернеуі немесе белсенділік асқын кернеуі деп аталады.

2) Электродтың беті ион тасмалдайтын энергия шығынына сәйкес келетін потенциал. Бұл қосымша потынциал концентрациялық асқын кернеу деп аталады.

Иондар тасмалдайтын процестер электрод бетіне өзара фазалар арасында ағатын, электролиз кезінде кезектескен сатылардан тұратын гетерогенді процесс.

Кезектескен сатылар қатарына түрленетін өзара фазалар бетіне ағатын процесс. Аз мөлшерде нақтылау процесі өзара беттерде мынадай сатылар мен сәйкес келетін асқын кернеуді бөліп шығарады: 1) ионның кешенделген түрінен бөліну (аквакешенделген түрі Zn(H₂O)₆²⁺; гидрокешенделген түрі ZnOH⁺) және химиялық асқын кернеу ( ); 2) ион разряды және асқын кернеу разряды ( ); 3) кристализация өнімі тотықсыздандыру ионы катодта немесе ион тотығының өнімі анодта және асқын кернеу кристализациясы ( ). Барлық аударылған процестер толығымен белсендірілген энергия белсенділігін қажет етеді, сондықтан қосынды асқын кернеу осы процестерге белсендірілген деп аталады.

(1.2.8)

Осылайша, тепе – тең емес электродтық потенциал немесе металл бөлінуінің (Е_Ме^z+)потенциалы:

Е_Ме^z+= Е_Ме^z++ + (1.2.9)

E тепе – теңдік потенциалынан Е мөлшерге қайтарып тастау химиялық поляризация ( ) деп аталады, ал Электрод бетінде иондардың концентрациясының өзгеруімен туған электродтың поляризациясы концентрациялық поляризация деп аталады.

Белсендірілген асқын кернеу берілген температурада құрамы және мөлшері электрод беті құрылымы екі электрлік қабат электрод бетіне ерітнді құрамы және ток тығыздығы

Тоқ тығыздығы және ерітінді құрамы және мөлшері берілген температурада электрод беті екі электрлік қабат құрылымы электрод бетіне белсендірілген асқын керенеумен беріледі. Эмпирикалық Тафель теңдеуі

=a+blgJ (1.2.10)