Контрольные задания и тесты по курсу «Технология электрохимических производств». Методические указания

7030 т катодной меди. Среднее напряжение в цепи равнялось 282 В. Рассчитать выход по току и удельный расход электроэнергии для рафинированной меди.

2. В ванну получения цинка нагрузкой 10 кА подается нейтральный раствор в количестве 148 л/ч, содержащий 6 г/л Мn2+; 60% поступающей соли марганца участвует в анодном процессе, образуя МnО2. Рассчитать: а) долю анодного тока, расходуемого на окисление марганца; б) количество МnО2, образующегося за месяц (30 суток) в ванне; в) нормальный объем кислорода выделяющегося за 1 ч на анодах ванны (считать, что анодный ток расходуется только на выделение О2 и образование MnO2); кроме того, 2% тока теряется за счет появления шунтирующих замыканий между электродами. Напишите уравнение анодных реакций в ванне.

Вариант №2

Теоретическая часть

1.Сущность электрорафинирования металлов.

2.Описать влияние факторов электролиза на физикомеханические свойства осадков в гальванопластике.

3.Отметить характерные свойства анодных поляризационных кривых в режиме ЭХО.

4.Технология получения порошка меди.

Расчетная часть

1. Электролизер для получения медного порошка работает при нагрузке 10 кА, электродной плотности тока 2500 А/м2 и катодном выходе по току Bт(к) = 80%. Анодный выход по току Вт(а) = 95% (5% - потери на утечки тока, шунтирующие замыкания и т. п.). Среднее напряжение на ванне 1,5 В. Машинное время работы ванны 0,90. Рассчитать: а) количество ванн, необходимое для цеха годовой производительностью 2000 т медного порошка (принять отход при операциях обработки порошка на сушку, отсев и т. п. равным 15% от готового продукта); б) удельный расход электроэнергии на 1 т готового порошка; в) срок службы двусторонне работающих медных анодов толщиной 20 мм, если анодный скрап равен 13% от первоначальной массы анодов; г) состав выходящего электролита, если состав поступающего электролита [Сu2+] = 12 г/л; [H2SO4] = 130 г/л, а скорость циркуляции электролита равна 20 л/мин (объем

11

выходящего электролита считать равным объему подаваемого раствора).

2. Скорость циркуляции электролита в ванне рафинирования никеля нагрузкой 9000 А составляет 0,6 м3/ч. Какова концентрация никеля в католите при переходе последнего в анодное пространство, если в катодные ящики ванны подается раствор, содержащий 65 г/л Ni2+? Катодный выход по току 96%.

Вариант №3

Теоретическая часть

1.Описать процесс электрорафинирования меди. Привести основные этапы производственного процесса.

2.Охарактеризовать особенности физико-механических свойств металлов, используемых в гальванопластических целях.

3.Описать принципы электрохимического полирования

металлов.

4.Привести схему системы регулирования pH электролита в станках для ЭХО.

Расчетная часть

1.При экстракционном методе электролитического получения меди (выщелачиванием ее соединений из руд и последующим

электролизом с нерастворимыми анодами) поступающий в ванны раствор имеет следующий состав: [Сu2+] = 36,6 г/л, [Н2SО4] = 18,6 г/л. Через каскад из восьми последовательно расположенных ванн, каждая нагрузкой 36000 А, раствор циркулирует со скоростью 380 л/мин. Катодный выход по току 80%. Среднее напряжение на отдельную ванну 2,3 В. Рассчитать: а) состав электролита, выходящего из последней ванны каскада (объем раствора принять неизменным в ходе процесса); б) удельный расход электроэнергии на 1 т катодной меди. Напишите основную электрохимическую реакцию в ванне.

2.Катодными основами в ваннах рафинирования никеля служат маточные никелевые листы, получаемые электролитически на специальных матрицах. Какова должна быть длительность процесса

катодного наращивания маточных листов толщиной 0,45 мм, если катодная плотность тока равна 200 А/м2, а выход по току для никеля составляет 96%?

12

Вариант №4

Теоретическая часть

1. Описать примеры (по выбору) использования электролиза расплавов для получения металлов.

2.Технология получения порошка никеля.

3.Перечислить операционные схемы электрохимической размерной обработки.

4.Привести схему циркуляция раствора в станке для ЭХО.

Расчетная часть

1.В ванне типа «серий» для рафинирования меди (последовательное соединение электродов) нагрузкой 100 А

установлено 102 медных анода толщиной 11 мм, работающих биполярно. Электродная плотность тока составляет 200 А/м2, катодный выход по току равен примерно 65%. Рассчитать длительность цикла работы ванны (равную продолжительности растворения анодов), приняв величину скрапа (остатка) анодов равной 8% от их начальной массы Какова производительность ванны по меди

врасчете на сутки? Массу катодной меди принять равной 97,3% от массы растворенной анодной меди.

2.Исходный маточный (никелевый) лист – катодная основа при рафинировании никеля – имеет толщину 0,5 мм; процесс

катодного наращивания никеля при рафинировании продолжается 5 суток при плотности 200 А/м2 и выходе по току 96%. Какова масса

одиночного никелевого катода габаритами 0,90 0,80 м после окончания процесса рафинирования?

Вариант №5

Теоретическая часть

1.Процесс получения алюминия электролизом расплава.

2.Описать процессы подготовки форм перед гальванопластическим осаждением.

3.Процесс и схема электрохимической прошивки.

4.Привести схемы устройств для стабилизации состава электролита.

Расчетная часть

1. Продолжительность работы никелевых анодов габаритами 0,85 0,75 м, используемых в ванне рафинирования никеля, должна

13

составлять 25 суток. Анодная плотность тока Dа = 220 А/м2; анодный скрап 17% и шлам – 5% от первоначальной массы анодов. Анодное использование тока на растворение металла 100% (для простоты расчета пренебречь различием в электрохимических коэффициентах у никеля и анодно растворяющихся примесей). Какова должна быть масса и толщина одиночного никелевого анода?

2. Напряжение на ванне получения цинка нагрузкой 9000 А равно 3,40 В (за вычетом потерь напряжения в шинах и внешних контактах). Выход по току для цинка составляет 91% (9% расходуется на электролиз воды). Рассчитать, исходя из термодинамических данных, количество джоулева тепла, выделяемого за 1 ч в ванне.

Вариант №6

Теоретическая часть

1.Описать электрохимические основы электроэкстракции

металлов.

2.Привести перечень типов изделий, изготавливаемых гальванопластическим способом.

3.Привести схему и описать процесс электрохимического

точения.

4.Описать рабочие камеры для ЭХО.

Расчетная часть

1. Скорость циркуляции электролита рафинирования меди, через ванну регенерации раствора нагрузкой 10 кА равна 20 л/мин; концентрация поступающего раствора: 86,6 г/л СuSО4, 160 г/л Н2SО4. Какова концентрация компонентов в электролите, выходящем из ванны регенерации? Какой объем кислорода (приведенный к нормальным условиям) выделяется из ванны за 1 ч (аноды нерастворимые)? Катодный (по меди) и анодный (по кислороду) выходы по току равны 97%. Напишите уравнение основного электрохимического процесса, протекающего в электролизере.

2. Ванна рафинирования никеля работает при катодной плотности тока Dк = 200 А/м2 и анодной плотности тока Dа = 220 А/м2. Межэлектродное расстояние вместе с диафрагмой 75 мм. Диафрагма толщиной 4 мм имеет коэффициент пористости и нелинейности пор = 0,32 ( получается делением открытой пористости диафрагмы на степень извилистости пор). Удельная электропроводность электролита

14

= 0,115 Ом-1·см-1. Рассчитать омические потери напряжения в электролите и диафрагме ванны.

Вариант №7

Теоретическая часть

1. Электрохимические основы электрорафинирования металлов.

2.Привести примеры, подчеркнув особенности форм для гальванопластики.

3.Привести схему и описать электрохимический процесс снятия заусенцев.

4.Описать примеры электродов-инструментов для ЭХО.

Расчетная часть

1.Ванна рафинирования меди нагрузкой 9000 А имеет 28 анодов и 29 катодов. Аноды должны быть рассчитаны на 30 суток непрерывной работы (три смены катодов). Рабочая плотность тока Dа

=180 А/м2. Анодный скрап (не используемый при электролизе остаток) равен 14% от начальной массы анодов. Доля неработающей поверхности анодов (ушки) составляет около 5% от всей их площади. Расход анодов (с учетом шламообразования и побочных процессов) принять равным 1,031 т на 1 т катодной меди. Катодный выход по току составляет 95%.

2.В опытных образцах барабанного цинкового электролизера готовая цинковая лента, получающаяся на вращающемся катоде, непрерывно сдирается с него и наматывается на бобины. Рассчитать необходимую скорость вращения катодного барабана диаметром 1000 мм, чтобы снимаемая цинковая лента имела толщину 0,45 мм.

Длина рабочей поверхности катодного барабана составляет 55% от длины его окружности. Катодная плотность тока Dк = 4000 А/м2, средний выход по току составляет 91%. Каковы должны быть начальные масса и толщина анода ванн рафинирования?

Вариант №8

Теоретическая часть

1.Привести примеры электрохимического синтеза неорганических веществ.

2.Основные этапы гальванопластического изготовления

изделий.

15

3.Привести схему и описать электрохимический процесс протягивания.

4.Блок-схема станка для ЭХО.

Расчетная часть

1.Цикл наращивания металла на катодах ванн рафинирования меди продолжается 10 суток при силе тока на ванну 9000 А и катодном выходе по току около 95%. Какова масса готового одиночного катода (среднего), если масса исходного маточного листа равна 5 кг и в ванне установлено 29 катодов и 28 анодов.

2.Среднее напряжение на одиночную ванну рафинирования никеля 2,7 В; потери напряжения в соединительных и главном шинопроводах цеха составляют примерно 3% от напряжения ванн,

выход по току для никеля Вт = 96%. Каков удельный расход электроэнергии на 1 т рафинированного никеля?

Вариант №9

Теоретическая часть

1.Описать процесс получения металлического порошка электролизом.

2.Описать основы гальванопластической технологии.

3.Привести схему и описать электрохимический процесс маркирования.

4.Привести примеры электролитов для ЭХО.

Расчетная часть

1. Последовательная цепь из 968 непрерывно работавших ванн рафинирования меди нагрузкой 9000 А выдала за месяц (30 суток) 7030 т катодной меди. Среднее напряжение в цепи равнялось 282 В. Рассчитать выход по току и удельный расход электроэнергии для рафинированной меди.

2. В цехе электролитического получения цинка годовой производительностью 100 тыс. т катодного металла установлены ванны нагрузкой 17 кА. Среднее напряжение на одиночной ванне 3,7 В. Катодный выход по току для цинка 90%; машинное время работы ванн 0,95. Потери напряжения в шинопроводах цеха составляют около 3% от падения напряжения на ваннах. Цеховой источник тока имеет выходное напряжение 500 В. Сколько электролизеров необходимо установить в цехе? В какое количество последовательных серий должны быть соединены ванны? Каков удельный расход электроэнергии на 1 т катодного цинка?

16

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА 3 Вариант №0

Теоретическая часть

1.Описать процессы очистки поверхности перед гальванохимической обработкой.

2.Химическое меднение. Составы растворов, режимы процессов, назначение основных компонентов.

3.Технология печатных плат. Сеточно-химический метод. Схема способа. Области применения.

Расчетная часть

1.Электролитическое осаждение цинкового покрытия

толщиной 18 мкм производится в сульфатном электролите при катодной плотности тока Dк = 2,0 А/дм2 и Вт = 98%. Какова необходимая продолжительность процесса цинкования?

2.В ванне хромирования нагрузкой 2500 А использован

электролит, содержащий 350 г/л СrО3 и 3,5 г/л Н2SО4. Ванна работает при катодной плотности тока Dк = 20 А/дм2 и выходе по току около 16%. Толщина получаемого слоя хрома 1,5 мкм. Время загрузки и

выгрузки подвесок с деталями 2,0 мин. Удельные потери электролита составляют 117 мл на 1 м2 покрытия. Рассчитать удельный расход СrO3 (на собственно электролиз и механические потери) на 1 м2 покрытия, а также часовой расход СгО3 на ванну.

Вариант №1

Теоретическая часть

1.Описать процессы травления поверхности при подготовке стальных деталей под гальванопокрытие.

2.Химическое никелирование. Составы растворов, режимы процессов, назначение основных компонентов.

3.Технология печатных плат. Комбинированный позитивный метод. Схема способа. Области применения.

Расчетная часть

1. Электролитическое цинкование деталей осуществлялось в течение 22 мин в цианистом электролите при плотности тока Dк = 3,0 А/дм2 со средним выходом по току для цинка, равным 85%. Сколько цинка осаждается на детали поверхностью 2,7 дм2 за время процесса? Какова при этом средняя толщина цинкового покрытия?

17

2. Покрытие деталей свинцово-оловянным сплавом, содержащим 20% олова и 80% свинца, проводится в борфтористоводородном электролите, в состав которого входят РЬ(ВF4)2, Sn(ВF4)2, НВF4 и столярный клей. При процессе используются раздельные аноды – свинцовые и оловянные, выходы по току на которых равны 100% (катодный выход по току также близок к 100%). Какая доля от общей токовой нагрузки должна приходиться на те и другие аноды, чтобы сохранить неизменность состава электролита в ходе процесса.

Вариант №2

Теоретическая часть

1.Описать процессы активирования поверхности стальных деталей перед нанесением гальванопокрытий.

2.Покрытия драгоценными металлами. Составы растворов, режимы их использования.

3.Технология печатных плат. Химическая металлизация отверстий.

Расчетная часть

1.При электролитическом кадмировании детали поверхностью 1,4 дм2 за 32 мин процесса получено кадмиевое покрытие толщиной

18 мкм. При этом на катоде выделилось 37,8 мл Н2 (объем приведен к нормальным условиям). Какова величина выхода по току для кадмия? Какой силы ток был использован при кадмировании детали?

2.За 45 мин процесса при использовании аммонийнохлоридного электролита на детали осадилось 1,22 г сплава, содержащего 19% никеля и 81% цинка. Сила тока I = 1,45 А. Рассчитать выход по току для полученного цинк-никелевого сплава.

Вариант №3

Теоретическая часть

1.Описать процессы электрохимической очистки поверхности стальных деталей перед нанесением гальванопокрытий.

2.Хромирование. Составы электролитов и режимы их использования. Катодный и анодный процессы.

3.Технология печатных плат. Операция гальванического меднения и нанесения сплава олово-свинец.

18

Расчетная часть

1.Колокольная ванна цинкования заливается цианистым электролитом с концентрацией общего цианида 85 г/л (в расчете на NаСN). Необходимая толщина цинкового покрытия 10 мкм. Для цинкцианистого электролита данного состава выход по току в стационарных ваннах составляет около 80%. В колоколах общая расчетная продолжительность процесса должна быть увеличена на 15% с учетом механического истирания покрытий и неравномерности

пересыпания деталей. Удельные потери раствора при процессе около 115 см3 на 1 м2 поверхности деталей. Проектная норма расхода

цианидов на электрохимическое разложение 0,8 г/(А·ч). Каков удельный расход цианидов на 1 м2 получаемого цинкового покрытия?

2.При электролизе станнатно-цианистого раствора, содержащего Na2SnО3, Na2Zn(СN)4 и свободные цианид и щелочь на

детали осадилось 0,570 г оловянно-цинкового сплава (71 % Sn и 29% Zn). Ток во время процесса равнялся 1,30А, время электролиза 31 мин. Каков выход по току для сплава?

Вариант №4

Теоретическая часть

1.Описать процессы катодной очистки поверхности перед нанесением гальванопокрытий.

2.Никелирование. Составы и режимы использования. Катодный и анодный процессы.

3.Технология печатных плат. Операции травления. Составы и режимы использования травильных растворов.

Расчетная часть

1.В цианистую ванну исправления брака нагрузкой 500 А в качестве анодов завешены бракованные омедненные стальные детали

собщей поверхностью 522 дм2 и средней толщиной медного покрытия

17 мкм. Сколько времени необходимо для полного снятия медного слоя с деталей, если анодный выход по току Вт(а) = 95% (с учетом выделения О2 в конце процесса)?

2.Процесс пористого хромирования проводится из сернокислого раствора хромового ангидрида СrО3 при следующем

реверсивном режиме: плотность тока катодного периода Dк = 70 А/дм2, его продолжительность 200 мин, средний выход по току Вт(к) = 16%; плотность тока анодного периода Dа = 40 А/дм2;

19

продолжительность 5 мин; выход по току при анодном периоде в расчете на изменение валентности хрома, равное шести, Вт(а) 100%. Какова масса полученного слоя пористого хромового покрытия на 1 м2 поверхности деталей? Какова средняя толщина покрытия (без учета пор)?

Вариант №5

Теоретическая часть

1. Описать процессы анодной электрохимической очистки поверхности стали перед гальванопокрытием.

2.Меднение. Комплексные электролиты. Составы и режимы. Катодный и анодный процессы.

3.Технология печатных плат. Операции нанесения фоторезиста, экспонирование, проявление рисунка схемы.

Расчетная часть

1.Кадмиевые аноды толщиной 10 мм эксплуатируются в ванне

кадмирования при плотности тока Dа = 1,5 А/дм2 (аноды полностью погружены в электролит). Анодный выход по току Вт(а) = 101%; анодные остатки (скрап) составляют 15% от первоначальной массы анодов. Какова продолжительность эксплуатации двусторонне работающего анода?

2.Рассчитать удельный расход цианида на 1 м2 медного покрытия толщиной 2 мкм и долю проектных потерь цианида на разложение в его общем расходе при электролитическом меднении деталей в стационарной цианистой ванне. Параметры электролиза и расходные коэффициенты: Электролит стационарной ванны цианистого меднения содержит 33 г/л общего цианида в пересчете на

NaCN. Ванна работает при 60° С с выходом по току Вт = 75%. Проектная норма расхода цианида на разложение равна 0,9 г/(А·ч).

Вариант №6

Теоретическая часть

1. Описать процессы катодно-анодной электрохимической очистки поверхности стали перед гальванопокрытием.

2.Меднение. Кислые электролиты. Состав, режимы использования, катодный и анодный процессы.

3.Технология печатных плат. Операции химического и термического дубления.

20