Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Базовые понятия, определения и приемы расчетов показателей качества материалов и изделий. Учебное пособие
.pdf
131
Рассчитать рассеивающую способность (РС) электролита по
двум вариантам, пользуясь: а) перераспределением тока на
разноудаленные катоды; б) «потенциальными» характеристиками
электродов.
Последовательность решения задачи
1) Для варианта (а) расчета пользуют соотношением
2) Для варианта (б) расчета применяют расчетную формулу
РС
П
%.
1. Электролитическое осаждение на деталях цинкового покрытия
толщиной мк производится в сульфатном электролите при катодной
плотности тока к А/дм2 и %.
Какова необходимая продолжительность процесса цинкования?
2. Электролитическое цинкование деталей осуществлялось в
течение мин в цианистом электролите при плотности тока к
А/дм2 со средним выходом по току для цинка, равным 85 %.
Сколько цинка осаждается на детали поверхностью дм
время процесса? Какова при этом средняя толщина цинкового
покрытия?
3. Какова продолжительность электролитического осаждения
слоя олова толщиной мкм в стационарных ваннах: а) из станнатных
электролитов при катодной плотности тока к А/дм
току %; б) из сернокислых электролитов при к А/дм
%?
б
д
д
%.
б
д
Задачи для самостоятельного решения
2
и выходе по
2
за
2
и
132
Получение порошковых и листовых материалов
Пример 1.
Задание
Катодное выделение рафинированной меди производится на так
называемых маточных листах, получаемых электролитическим
осаждением меди на матричных основах в специальных ваннах.
Каковы будут масса и толщина маточного листа (без ушков)
габаритами мм, если длительность его наращивания
составляет одни сутки при катодной плотности тока А/м
выходе по току %?
Последовательность решения задачи
1) Масса получаемого маточного листа (одностороннее
наращивание металла)
г кг.
2) Толщина маточного листа
мм,
где – плотность меди.
Пример 2.
Задание
Для устранения избытка меди, переходящей в электролит ванн
рафинирования меди вследствие некоторого превышения анодного
выхода по току над катодным, в медерафинировочном цехе
устанавливают ванны регенерации электролита с нерастворимыми
свинцово-сурьмянистыми анодами. В таких ваннах раствор обедняется
медью и обогащается серной кислотой.
Рассчитать количество меди, которое необходимо извлечь за
сутки в ваннах регенерации, чтобы поддержать постоянство состава
циркулирующего электролита в цехе с одновременно
работающими ваннами рафинирования меди нагрузкой кА.
Катодный выход по току для ванн обоих типов
к
%. Количество
меди, переходящей в раствор из анодов ванн рафинирования, на %
превышает количество катодно-осажденной меди. Сколько
необходимо установить в цехе ванн регенерации нагрузкой кА?
Последовательность решения задачи
2
и
133
1) Суммарный процесс в ванне регенерации
2) Количество избыточной меди, переходящей в электролит ванн
рафинирования за сутки
где – превышение анодного выхода по току над катодным.
3) Количество меди, извлекаемое за сутки в одной ванне
регенерации:
4) Необходимое количество ванн регенерации
.
Доля ванн регенерации от общего числа ванн в цехе обычно
составляет меньшую величину, так как часть электролита полностью
выводят из циркуляции для получения медного купороса, а также для
удаления некоторых примесей.
Пример 3.
Задание
Анодная медь, подвергающаяся электролитическому
рафинированию, содержит % меди, % никеля, %
мышьяка и некоторые другие примеси. При анодном растворении
такой меди в электролит переходит % примеси никеля и
% мышьяка. Объемная плотность тока в ваннах
3
А/дм
; объем электролита вне ванн равен % от объема электролита
в ваннах (). Анодный выход по току % (снижение в
основном за счет появления межэлектродных шунтирующих
замыканий).
После какой продолжительности электролиза будет достигнуто
предельное содержание примесей в электролите, равное
г/л и
г/л (пренебречь осаждением этих примесей на
пред
катоде)? Какую минимальную долю электролита необходимо
выводить из оборота, чтобы не допустить превышения предельного
содержания примесей в ходе процесса электролиза?
Последовательность решения задачи
.
кг.
кг,
пред
134
1) Объемная плотность тока в расчете на весь объем
циркулирующего электролита
л циркулирующего электролита
электролита
через
на л электролита
достигнута через
примесей в электролите, является никель (
примесей, будет достигнут при постоянном предельном содержании
основной примеси (в данном случае – никеля) в растворе.
сутки из оборота
состава: % , % . Анодно растворяются оба компонента
сплава: на катоде осаждается только серебро с выходом по току около
%. Для аффинажа использованы ванны нагрузкой А;
емкость электролита э л. Ванны работают периодически до
А/л.
2) Количество меди, анодно растворяющейся за ч в расчете на
г/ч∙л.
3) Количество никеля, растворяющегося за ч в расчете на л
г/ч∙л.
4) Предельная концентрация никеля в растворе будет достигнута
пред
суток.
5) Количество мышьяка, переходящего за ч в раствор в расчете
г/ч∙л.
6) Предельная концентрация мышьяка в растворе будет
суток.
Примесью, определяющей период накопления и вывода
).
Минимум объема электролита, выводимого для удаления
Поэтому минимальная доля объема электролита, выводимая за
э
пред
%.
Пример 4.
Задание
Провести расчет процесса аффинажа серебряного сплава
135
обеднения азотнокислого электролита серебром или обогащения его
медью. Нижний предел содержания серебра в растворе
г/л, верхний предел
содержание меди
г/л. Максимально допустимое
нач
г/л. После обеднения раствора
кон
серебром часть электролита сменяют и заменяют его новым,
полученным растворением лигатуры в азотной кислоте. Состав этого
раствора:
г/л,
л
г/л, концентрация
л
свободной г/л. Обогащенный медью раствор удаляется из
ванны для контактного осаждения серебра металлической медью.
Рассчитать: а) часовую производительность ванны по катодному
серебру; б) расход анодов на электролиз в расчете на ч процесса; в)
периодичность замены части электролита (время достижения
допустимого минимума концентрации серебра); г) сменяемый объем
электролита; д) время достижения максимального содержания меди в
электролите.
Последовательность решения задачи
1) Электрохимические эквиваленты компонентов сплава:
г/А∙ч; г/А∙ч.
2) Часовая производительность ванны по серебру
г кг.
3) Удельный расход электричества для анодного сплава
спл
А∙ч/г.
4) Расход анодов за ч
а
спл
г кг.
5) Доля электричества, затрачиваемая на анодное растворение
(равная анодному выходу по току) серебряного компонента сплава
спл
%.
6) Количество серебра, извлекаемое из раствора ванны до
достижения минимума его концентрации
к
где
и
э
нач
к
кон
г,
– выходы по току для серебра для катодного и анодного
процессов.
7) Длительность одного периода электроэкстракции серебра
кон
136
8) Максимум концентрации меди в растворе при непрерывном
электролизе будет достигнуто через
э
Следовательно, периодичность смены электролита в начальной
стадии процесса будет определяться скоростью обеднения раствора
серебром. Необходимо через каждые ч заменять часть
электролита на раствор, обогащенный серебром.
9) Определяя сменяемый объем электролита
исходя из необходимости достижения после смены части раствора
максимально допустимой концентрации серебра. Этому условию
соответствует равенство
нач
(равенство справедливо при отсутствии изменения объема
растворов в ходе их смешения).
10) Повышение концентрации меди в электролите ванны за
период ее работы (за ч)
11) Концентрация меди в растворе после первой замены части
электролита
12) Концентрация меди:
а)
б) после второй замены части электролита
Находят, что при данном технологическом режиме
максимальная концентрация меди в растворе ( г/л) будет достигнута
после ч работы ванны, включающих три замены части
электролита.
кон
ч.
э
кон
′
′
э
э
′
э
э
э
′
э
ч.
′
′
э
э
, отсюда
′
э
л
16,85+12,4=29,25 г/л;
′
э
л
г/л.
′
, расчет проводим,
э
′
л.
э
кон
л
г/л.
г/л.
137
Пример 5.
Задание
Электролитическое получение металлического марганца
проводится в ваннах нагрузкой А с разделенными катодным
и анодным пространствами; катодными плоскостью тока к А/м
и выходом по току %. Исходный электролит, подаваемый в
катодное пространство, содержит
6-7. Католит, перетекающий через диафрагму в анодное
пространство, содержит
кон
наряду с выделением кислорода протекает реакция образования
Участие в реакции его анодного окисления до
% от количества катодно-осаждающегося марганца.
Напряжение на электролизере равно В.
Рассчитать: а) суточную производительность ванны по
металлическому марганцу; б) толщину осажденного за сутки
катодного марганца; в) удельный расход электроэнергии на т
получаемого металла; г) количество
месяц ( суток); д) долю анодного тока, расходующуюся на
образование
; е) необходимую скорость подачи питающего
раствора в ванну; ж) состав вытекающего анолита по марганцу.
Для простоты расчета пренебречь переносом тока ионами
марганца.
Реакции в электролизере:
а) катодное образование марганца
б) анодное образование
Последовательность решения задачи
1) Электрохимические эквиваленты отдельных компонентов
электродных реакций
г/А∙ч;
г/А∙ч;
г/А∙ч.
2) Суточная производительность ванны по марганцу
г/л (в виде
нач
г/л. На нерастворимом аноде
составляет
, образующегося в ванне за
;
.
кг/сутки.
),
2
.
138
3) Толщина марганцевого осадка, получаемого за сутки на катоде
к
4) Удельный расход электроэнергии при получении марганца
(без учета потерь напряжения в шинопроводах) на т
5) Количество анодного
6) Необходимую скорость подачи питающего раствора в ванну
рассчитываем, исходя из заданных концентраций марганца в католите
7) Убыль концентрации марганца в анолите (по условию задачи
в пять раз меньше, чем в католите)
8) Концентрация марганца в вытекающем анолите
9) Доля анодного тока, расходующаяся на образование
Пример 6.
Задание
При электролитическом получении железного порошка на
катоде лабораторной ванны нагрузкой А выделилось за
мин процесса мл водорода, насыщенного парами воды (сбор
газа над водой; температура 0C, давление мм.рт.ст.
Рассчитать выход по току для выделившегося порошка железа
(на катоде протекают только два процесса – выделение железа и
водорода).
Последовательность решения задачи
1) Абсолютная влажность воздуха, насыщенного парами воды
при 0C мм.рт.ст.
2) Выделившийся водород приводим к нормальному объему
пользуясь уравнением Менделеева-Клайперона
нач
кон
кВт∙ч/т.
мм.
, образующегося в ванне за месяц
г/л.
г/л.
%.
л/ч.
мл
кг.
.
139
3) Количество электричества, затраченное на выделение
водорода
меди продолжается суток при силе тока на ванну А и
катодном выходе по току около %.
исходного маточного листа равна кг и в ванне установлено
катодов и анодов?
нагрузке кА, электродной плотности тока А/м
выходе по току
потери на утечки тока, шунтирующие замыкания и т.п.). Среднее
напряжение на ванне В. Машинное время работы ванны .
производительностью т медного порошка (принять отход при
операциях обработки порошка на сушку, отсев и т.п. равным % от
готового продукта); б) удельный расход электроэнергии на т
готового порошка; в) срок службы двухсторонне работающих медных
анодов толщиной мм, если анодный скрап составляет % от
первоначальной массы анодов; г) состав выходящего электролита, если
состав поступающего электролита:
а скорость циркуляции электролита - л/мин (объем выходящего
электролита считать равным объему подаваемого раствора).
производится в щелочных ваннах, работающих периодически. Отходы
луженой жести после предварительного отжига прессуют в неплотные
пакеты весом примерно кг каждый. На анодные штанги ванны
нагрузкой А завешивается одновременно таких пакетов,
помещенных в железные сетчатые корзины. Исходная жесть содержит
А∙ч.
4) Общее количество протекшего электричества
А∙ч.
5) Выход по току для железного порошка
%.
Задачи для самостоятельного решения
1. Цикл наращивания металла на катодах ванн рафинирования
Какова масса готового одиночного катода (среднего), если масса
2. Электролизер для получения медного порошка работает при
к
%. Анодный выход по току
2
и катодном
а
% ( % –
Рассчитать: а) количество ванн, необходимое для цеха годовой
г/л;
г/л,
3. Электролитическое снятие олова с луженого железа
140
около % олова (после отжига). После процесса электролиза в
анодном скрапе остается примерно % олова.
Условный катодный выход по току за время процесса
(считая на переход ). Среднее напряжение на ванне В.
Рассчитать: а) количество получаемой катодной губки олова с
одной загрузки ванны анодными пакетами (одного цикла работы
ванны); б) длительность одного цикла работы ванны; в) удельный
расход электроэнергии на т катодного олова (при расчете принять
одинаковым состав электролита в начале и конце цикла работы
ванны).
4. Ванна рафинирования никеля нагрузкой А имеет
катод; работает при катодной плотности тока а/м
току около %. Исходный электролит, подаваемый в катодные
пространства ванны, содержит г/л
.
Какова должна быть минимальная скорость подачи электролита
в каждый катодный ящик ванны, исходя: а) из допустимого минимума
концентрации никеля в выходящем католите, равного г/л
из равенства скоростей протекания электролита через диафрагму и
миграции через нее ионов меди (принять для данных условий
электролиза скорость миграции ионов меди см/сек,
поверхность диафрагмы считать равной поверхности электрода.
5. Исходный маточный (никелевый) лист – катодная основа при
рафинировании никеля – имеет толщину мм; процесс катодного
наращивания никеля при рафинировании продолжается суток при
плотности тока А/м2 и выходе по току %.
Какова масса одиночного никелевого катода габаритами
м после окончания процесса рафинирования?
6. Рабочая поверхность одной стороны алюминиевой основы
катода электролизера для получения цинка составляет мм.
Продолжительность осаждения цинка на катоде ч.
Каковы масса и средняя толщина полученного цинкового
катодного листа, если рабочая плотность тока равна А/м
катодный выход по току %?
7. Для получения цинкового порошка был использован
электролиз натрий-цинкатного раствора с нерастворимыми анодами
при катодной плотности тока к А/м
2
. Электролит в ванне
содержит г/л цинка; катодный выход по току равен %; среднее
напряжение на ванне В.
к
%
2
и выходе по
и б)
2
, а
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]