- •Часть II «Металлургия и
- •Часть II «Металлургия и
- •Лекция 1. Черная металлургия Доменное производство
- •Общая характеристика железных руд
- •Подготовка руд к плавке
- •Дробление, измельчение и классификация
- •Обогащение
- •Усреднение
- •Лекция 2 Окускование
- •Агломерация
- •Производство окатышей.
- •Промышленные выбросы, образующиеся при подготовке руды, их очистка
- •Получение чугуна
- •Колошниковый газ. Его очистка
- •Доменный шлак, его использование
- •Лекция 3. Производство стали Основные реакции сталеплавильных процессов
- •Удаление газов из стали
- •Шихтовые материалы сталеплавильного производства
- •Лекция 4 Конвертерный способ получения стали
- •Очистка конвертерных газов
- •Очистка конвертерных газов c дожиганием со
- •Очистка конвертерных газов без дожигания со
- •Лекция 5 Мартеновское производство стали
- •Очистка мартеновских газов
- •Очистка сточных вод сталеплавильного производства
- •Утилизация сталеплавильных шлаков
- •Лекция 6. Цветная металлургия
- •Производство меди
- •Подготовка медных руд к плавке
- •Обжиг медного концентрата
- •Получение черновой меди
- •Плавка медных концентратов на штейн
- •Конвертирование медного штейна
- •Лекция 7 Огневое рафинирование черновой меди
- •Электролитическое рафинирование меди
- •Способы регенерации электролита
- •Производство глинозема
- •Производство криолита
- •Лекция 9 Электролитическое получение металлического алюминия
- •Очистка алюминия от примесей
- •Источники пылегазообразования и очистка отходящих газов
- •Переработка и использование бокситовых шламов
- •Лекция 10. Получение цинка
- •Выщелачивание
- •Теоретические основы выщелачивания
- •Схемы и способы выщелачивания
- •Лекция 11 Очистка растворов сульфата цинка от примесей
- •Электроосаждение цинка
- •Плавка катодного цинка
- •Переработка отходящих газов цинкового производства
- •Утилизация и обезвреживание металлургических газов
- •Лекция 12. Литейное производство
- •Литейные материалы и их свойства
- •Основные этапы литейного производства
- •Подготовка шихты и ее плавка
- •Изготовление литейных форм и их сборка
- •Технология изготовления песчано-глинистых смесей
- •Охлаждение и выбивка отливок
- •Лекция 13 Источники пылегазовыделения и очистка газопылевых выбросов
- •Специальные методы литья
- •Лекция 14. Обработка металлов давлением
- •Прокатное производство
- •Сточные воды прокатных цехов и их очистка
- •Методы утилизации окалиномаслосодержащих осадков
- •Лекция 15. Технология гальванических производств
- •Подготовка деталей к нанесению гальванических покрытий
- •Механическая подготовка
- •Обезжиривание
- •Обезжиривание органическими растворителями
- •Химическое обезжиривание
- •Электрохимическое обезжиривание
- •Травление
- •Химическое травление
- •Электрохимическое травление
- •Активирование и промывка деталей
- •Лекция 16. Механизм образования электрохимических покрытий
- •Лекция 17. Цинкование
- •Хромирование
- •Лекция 18. Очистка и обезвреживание сточных вод гальванического производства
- •Обезвреживание циансодержащих сточных вод
- •Обезвреживание хромсодержащих сточных вод
- •Химическое восстановление хрома (VI) с последующим осаждением гидроксида хрома (III)
- •Электрокоагуляционный метод
- •Гальванокоагуляция
- •Обезвреживание нитритсодержащих сточных вод
- •Нейтрализация сточных вод и осаждение тяжелых металлов
- •Доочистка сточных вод гальванического производства
- •Вопросы для самопроверки
- •Рекомендуемая литература
- •Часть II «Металлургия и металлообработка»
Лекция 16. Механизм образования электрохимических покрытий
Электрохимическими называются реакции, протекающие за счет электрической энергии. Они протекают в электрохимических системах. Электрохимическая система состоит из электролита, металлических электродов и проводников первого рода, которые соединяют электроды с источником постоянного электрического тока.
Электрохимическая система может находиться в равновесном и неравновесном состоянии. В равновесном состоянии электродная реакция
Men+ + ne ↔ Me
Протекает с одинаковой скоростью в обоих направлениях, поэтому никаких изменений на электродах и в электролите не происходит.
В неравновесной системе электрохимические процессы протекают в заданном направлении за счет внешней электрической энергии. На поверхности анода протекает реакция электрохимического окисления, а на катоде – электрохимического восстановления. Количественная связь между прошедшим через границу электрод-электролит электричеством и количеством образующегося или расходуемого металла определяется законами Фарадея.
Первый закон Фарадея: масса прореагировавшего при электролизе вещества пропорциональна количеству прошедшего через раствор электричества:
m = cQ =cIt
где Q – количество электричества; с – электрохимический эквивалент; I – сила тока; t –время.
Электрохимический эквивалент представляет собой массу вещества, реагирующего при пропускании единицы количества электричества. За единицу количества электричества может быть принят 1 Кл = 1 А с или
1F = 26,8 А ч = 96500 Кл.
Согласно второму закону Фарадея, при прохождении постоянного количества электричества массы прореагировавших веществ относятся между собой как их химические эквиваленты:
m1/A1 = m2/A2 =m3/A3 = const
Если Q = 1F, то m1 = с1, m2 = с2, m3 = с3, тогда уравнение примет вид
C1/A1 = с2/A2 =с3/A3 = 1F
Следовательно, для превращения 1 г-экв любого вещества необходимо пропустить через электролит количество электричества равное 96500 Кл.
На электродах при электролизе часто протекает несколько процессов, один из которых является основным, а остальные – побочными. Для определения количества электричества, израсходованного на основной процесс, введено понятие выхода по току
ВТ = mп/mт,
Где mп – практически прореагировавшая масса вещества mт – теоретическая масса вещества, которая должна была прореагировать в соответствии с законом Фарадея.
Выход по току показывает, насколько эффективно идет процесс. Катодный выход по току для наиболее распространенных гальванических процессов:
Золочение – 90%
Кадмирование – 85-95%
Меднение – 40 – 100%
Никелирование – 90 -100%
Хромирование
блестящее – 8 -12%
твердое – 12-28%
цинкование – 75 – 100%
Скорость электрохимической реакции определяется массой прореагировавшего вещества в единицу времени. Так как между массой прореагировавшего вещества и количеством прошедшего электричества существует прямопропорциональная зависимость, то можно считать, что скорость электрохимической реакции пропорциональна силе тока. В гальванотехнике принято относить скорость электрохимической реакции к единице поверхности и называть ее плотностью тока (А/см2). Различают катодную и анодную плотность тока:
Iк =I/Sк
Iа =I/Sа
где Sк и Sа – площадь катода или анода соответственно, I – сила тока, проходящего через электролит, А.
Во время нанесения электрохимического покрытия на электродах протекают следующие процессы:
К: Men+ + ne = Me
А: Me – ne = Men+
Катодом служит изделие, на которое наносится покрытие. Аноды обычно изготавливают из того металла, покрытие из которого наносится на изделие.