Мета роботи визначити вплив щільності струму на ос-новні показники процесу: питома витрата електроенергії і вихід за струмом.
ЗАГАЛЬНІ ВІДОМОСТІ
Електрохімічне рафінування міді проводять в мідно-сірчанокислих розчинах, що містять невелику кількість хлору-стих солей. Так як ці розчини являють собою сильні еле-троліти, то що містяться в них солі і кислоти практично пів-ністю диссоційовані:
Звичайний склад робочих розчинів, г / дм 3. Сu 2+ 40-50; Н2 SО4 150-200 ;. Сl 0,01-0,04.
У простих сольових розчинах металева мідь має електропозитивний потенціал
де - стандартний потенціал міді, = 0,337 В; Т - абсо-лютні температура, К; F- число Фарадея, F = 96500 Кл; п - кількістю-ство атомів, які беруть участь в реакції; - активність катіонів міді, моль / л; - перенапруження виділення міді при електролізі, В; т - молярна концентрація міді, моль СuSО4 / 1000г Н2 О; - коефіцієнт активності сульфату міді.
Значення двох останніх складових порівняно неве-лики і динамічний потенціал виділення міді має велике по-ложітельное значення: близько +0,35 В. Це забезпечує виділення на катоді порівняно чистого металу з високим виходом по току. Основна катодний реакція
Розряд 1 г-екв будь-якої речовини відбувається при прохожде-ванні 96500 Кл електрики або в технічних одиницях 26,8 А-ч. Отже, теоретично на 1 А-ч буде виділятися 63,54 / (2-26,8) = 1,185 г міді, 2-1,008 / (2-26,8) = 0,0374 г водню або регенеруватися 98,06 / ( 2-26,8) = 1,832 г сірчаної кислоти.
Анодний процес більш складний. У сірчанокислих середовищах мідь і метали-домішки окислюються з утворенням простих іонів. На-приклад, Сі - 2е <=> Сі 2+.
У хлористих середовищах мідні іони утворюють комплексні сполуки одно- і двухвалентной міді типу і. Як і потенціал міді в розчинах однохлористого міді електроотріцатель-неї, ніж в розчинах двухвалентной міді. Тому в хлористих середовищах розчинення анодів протікає з утворенням одновалентних міді по реакції
і на 1 А-ч розчиняється 63,54 / 26,8 = 2,370 г металевої міді. Якщо розчини не містять достатніх кількостей кислоти (іонів H +), то утворюються мідні іони піддаються гідролізу:
У лужних середовищах і при дуже великій щільності струму при електролізі в нейтральних і кислих середовищах на мідному аноді можуть розряджатися також іони гідроксилу
що легко виявляється по виділенню бульбашок кисню.
Та ж реакція протікає і на свинцевих анодах. Її потенціал вище, ніж потенціал простого розчинення міді. Тому ванни електролітичного обезмежіванія працюють при напряже-ванні, значно вищому, ніж ванни електрохімічного рафінування.
У простих сірчанокислих розчинах динамічний потенціал мідного анода
де - перенапруження розчинення міді, В.
Тому загальну напругу на ванні електрохімічного рафінування
де 1R- омические втрати в електроліті, В.
ДАНО У завданні
m1 = 616.06 г, маса розчинної анода до досвіду,
m2 = 306 г, маса нерозчинного анода до досвіду,
D1 = 200 A / м 2. для ванни з розчинною анодом (електрорафінування),
D2 = 140 A / м 2. для ванни з нерозчинним анодом,
ОСНОВНІ РОЗРАХУНКОВІ ФОРМУЛИ
, де H - глибина занурення електрода,
D - середня щільність струму, А / м 2,
b - ширина електрода, м,
, де вихід по струму,%,
m0 - маса міді, обложена в робочій ванні, г,
тривалість електролізу, ч.
, де W - питома витрата енергії на електроліз, кВт-год,
U - середня напруга на ванні, В.
ТАБЛИЦЯ ИЗМЕРЕНИЙ
, гдемасса розчинної анода після досвіду,
,
де маса нерозчинного анода після досвіду.
В результаті того, що електроліз проводився в лабораторних умовах, не вдалося реалізувати тих оптимальних умов (циркуляція електроліту, підтримання його постійної оптимальної температури і т.п.), які здійснюються при проведенні цих процесів в промислових масштабах, що, безумовно, негативно позначилося на результатах. Виході за струмом міді вийшов трохи нижче, ніж на підприємствах. Поступова зміна напруги в бік поступового збільшення негативно відбилося на витраті електроенергії.
Вихід по току розчинної анода склав 85,27%, при 799 кВт-год витраченої енергії, а у нерозчинного анода вихід за струмом склав 75,65%, при витраченої енергії в 21 разів більше, ніж у розчинної анода- 8594,1 кВт- ч.