Мысты электролиттік тазарту схемасы
Кіріспе
2
1
Теориялық бөлім
3
1.1
Бастапқы шикізат пен өндірілетін өнімнің сипаттамасы
3
1.2
1.3
1.4
Технологиялық процестің сипаттамасы
Электролиз химиясы және қоспалар әрекеті
Аппаратуралық ресімдеу және электролиз процесінің практикасы
3
5
8
2
2.1
2.2
2.3
2.4
Мысты электролиттік тазартудың материалдық балансын есептеу
Электролиз ваннасының материалдық балансы
Электролиз ваннасының электр балансы
Электролиз ваннасының жылу балансы
Жабдықты таңдау
14
17
20
22
25
3
3.1
Еңбекті қорғау және қауіпсіздік техникасы жөніндегі іс-шараларды әзірлеу
Қауіпті және зиянды өндірістік факторларды талдау және қауіпсіз еңбек жағдайларын жасау жөніндегі іс-шаралар
27
28
3.2
Қауіпсіздік техникасы
31
4
Экономикалық бөлім
33
4.1
4.2
4.3
4.4
Өндірістік қорлардың құнын есептеу
Негізгі өндірістік жұмысшылардың санын анықтау
Катодты өндірудің өзіндік құнын есептеу
Жобаланатын технологиялық процестің экономикалық тиімділігі мен өтелу мерзімін есептеу
33
36
41
43
Қорытынды
46
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
47
А Қосымшасы
48
Б Қосымшасы
49
Мазмұны
Кіріспе
Ғылыми мәселенің қазіргі жағдайы. Табиғатта табиғи қарапайым мыс плиталар, ағаш тәрізді көшеттер немесе блоктар түрінде болады. Алайда, бұл металдың мұндай кен орындары оған әлемдік қажеттілікті жабу үшін жеткіліксіз.
Сонымен қатар, көптеген материалдарда мыс химиялық байланысқан күйде болады. Мыс колчедан (халькопирит) немесе мыс жылтырлығы (халькозин) сияқты мыс кендері байыту процесінде тазалық дәрежесі 97% - дан аспайтын қара мысқа өңделеді. Алайда, бұл деңгей мыс қолданудың көптеген салалары үшін жеткіліксіз. Атап айтқанда, электронды өнеркәсіп үшін жоғары таза мыс қажет.
Қазақстан Республикасының аумағында мыс құрамды кендерді өндіруді "Қазақмыс" АҚ еншілес компаниялары, "Қазмырыш" АҚ еншілес құрылымдары, Ақтөбе Мыс компаниясы, "Майқайыңалтын"жүзеге асырады. Өндірілетін мыс концентратының негізгі мөлшері тазартылған мыс шығару үшін пайдаланылады, республикада шығарылған мыс концентратының бір бөлігі экспортталады. Қазақстанда тазартылған мыс өндіру қуаттылығы 4 кәсіпорында бар. Оларға, ең алдымен, "Қазақмыс" компаниясының еншілес бөлімшелері - "Жезқазғантүстімет" ӨБ және "Балқаштүстімет"ӨБ жатады.
Тазартылған мыстың аздаған мөлшерін "Қазмырыш" АҚ Өскемен қорғасын - мырыш комбинатының алаңында өндіреді. 2015 жылы Павлодар облысындағы "KAZ Minerals Bozshakol" ЖШС Бозшакөл тау-кен байыту комбинатының жұмысы басталды.
Дипломдық жобаның өзектілігі. Балқаш кен байыту комбинатында мыс концентраты алынуда. Алынған мыс концентраты катодты мыстың дайын өнімін өндіру үшін" Балқаштүстіметке " жіберіледі. Сондықтан мыс концентраты одан әрі катодты мыс алу үшін мысты электролиттік тазарту цехын жобалау маңызды
Мақсаты. Мысты электролиттік тазарту цехын жобалау
Дипломдық жобаның міндеттері; төменгі оқу орнынан 4 тарау жазыңыз
- Материалдық тепе-теңдікті есептеу
-техниканы есептеу
-экономикалық көрсеткіштер
-жабдықты таңдау
- Экономикалық тиімділікті есептеу
Өндірушіге енгізу үшін ғылыми жаңалық және практикалық маңыздылығы
Теориялық-әдістемелік база: мысты электрлік тазартудың қазіргі және жаңа процестері туралы ақпарат, сондай-ақ экономика, қауіпсіздік техникасы және еңбекті қорғау туралы әдебиеттер.
Теориялық бөлім
1.1 Шикізат пен өндірілетін өнімнің сипаттамасы
Мыс өндіру технологиясында электролиттік тазарту ерекше орын алады. Анодты мыс - күрделі көпкомпонентті қорытпа. Оның құрамында әдетте МЕМСТ 767-2020, %: 99,5-99,8 Cu; 0,015 S дейін; 0,015 Fe дейін; 0,5 Ni дейін; 0,05 Pb дейін; 0,01 Би дейін; 0,2As; 0,06 Se+Te; 0,03 (300гт) Au және 0,5 (5000гт) Ag. Айта кету керек, бастапқы мыстың құрамында асыл металдардың мөлшері неғұрлым жоғары болса, электролиттік мыстың құны соғұрлым төмен болады. Сондықтан мыс штейндерін түрлендіру кезінде олар флюс ретінде құрамында алтыны бар кварциттерді қолдануға бейім.
Мысты электролиттік тазартуды жүргізу үшін отпен тазартудан кейін құйылған анодтар күкірт қышқылы электролитімен толтырылған электролиз ванналарына салынады. Ванналардағы анодтардың арасында жұқа мыс парақтары - катодты негіздер орналасады.
Ванналарды тұрақты ток желісіне қосқанда анодта мыс электрохимиялық түрде ерітіледі, катиондар электролит арқылы тасымалданады және ол катодқа түседі. Бұл жағдайда мыс қоспалары негізінен шлам (ванналардың түбіндегі қатты шөгінділер) мен электролит арасында бөлінеді.
Электролиттік тазарту нәтижесінде катодты мыс алынады; құрамында бағалы металдар бар шлам; Se; Те және ластанған электролит, олардың кейбіреулері кейде мыс және никель витриолын алу үшін қолданылады. Сонымен қатар анодтардың толық электрохимиялық еруіне байланысты анод қалдықтары (анод сынықтары) алынады.
Мысты электролиттік тазарту, мыс фольгасын және ұнтақтарды өндіру бір ғана электрохимиялық әдісті ғана емес, сонымен қатар электродтық процестердің ортақтығын біріктіреді.
Мысты электролиттік тазарту процесінде екі негізгі міндет шешіледі: зиянды қоспалардан терең тазарту және осыған байланысты бағалы компоненттерді алу. МЕМСТ 546-2001 сәйкес мыс M00 ең жоғары маркасында кем дегенде 99,99% мыс болуы керек. Оттық мысты электролиттік тазарту мыс кендері мен концентраттарын өңдеудің соңғы және өте маңызды кезеңі болып табылады. [1 336 с.]
Технологиялық процестің сипаттамасы
Бұл қайта бөлудің негізгі мақсаты электрөткізгіштігі (1,724 10-6 Ом см) бойынша халықаралық стандарт талаптарына сәйкес келетін мыс алу болып табылады. Мұндай мыс әдетте тоғыз қоспаның мөлшерінде 99,96% -дан астам мыс, шамамен 0,02% оттегі және 0,02% нормадан тұрады. Қосымша міндет - селен, теллур, алтын және күмісті бай аралық өнімге - шламға шоғырландыру. Айта кету керек, бастапқы мыстың құрамында асыл металдардың мөлшері неғұрлым жоғары болса, электролиттік мыстың құны соғұрлым төмен болады.
Сондықтан мыс штейндерін түрлендіру кезінде олар флюс ретінде құрамында алтыны бар кварциттерді қолдануға бейім. Электролиттік мыс, титан немесе тот баспайтын болаттан жасалған құйылған анодтар мен жұқа катодты негіздер электролиттік ваннаға кезекпен ілінеді. Ванналарға электродтарды тігінен, бір-біріне параллель орналастырып, анодтар мен катодтар орналастырылады. Барлық анодтар тұрақты ток көзінің оң, ал катодтар теріс полюстеріне қосылған. Ванналарға құрамында бос күкірт қышқылы бар мыс сульфатының ерітіндісі түрінде электролит беріледі. Бұл жүйе арқылы тұрақты ток өтеді. Ванналарды тұрақты ток желісіне қосқанда анодта мыс электрохимиялық ерітіледі, катиондар электролит арқылы тасымалданады және ол катодта тұндырылады. Бұл жағдайда мыс қоспалары негізінен шлам (ванналардың түбіндегі қатты шөгінділер) мен электролит арасында бөлінеді.
1-сурет - Мысты электролиттік тазарту схемасы
Электролит құрамында катодты шөгінділердің құрылымын жақсарту үшін мыс сульфаты (160 - 200 гдм3), күкірт қышқылы (135 - 200 гдм3), беттік белсенді қоспалар (ағаш желімі және тиокарбамид) бар; соңғы 50-60 гт мыстың тұтынуы. Электролит тұйық контурда 15 - 20 дм3мин жылдамдықпен үздіксіз айналады. Ваннаға кірмес бұрын ол жылу алмастырғыштарда бумен 56-50 ° C температураға дейін қызады, бұл электрлік кедергіні азайтуға көмектеседі. [1, 348 с]
1.3 Электролиздің химиясы және қоспалардың әрекеті
Мыс анодында келесі электрохимиялық реакциялар мүмкін:
Сu 0 - 2е -- Cu2+, Е = +0,34 В (2.1)
Cu -- Cu+ + e, E = +0,51 B (2.2)
Cu+ -- Cu2+ + e, E = +0,17 B (2.3)
Бір валентті және екі валентті мыс ерітіндісіндегі концентрациялардың қатынасы диспропорциялану реакциясының тепе-теңдігімен анықталады:
Cu+ -- Cu0 + Cu2+ (2.4)
Тепе-теңдік күйінде ерітіндідегі Cu2+ иондарының концентрациясы Cu+ иондарының концентрациясынан шамамен мың есе артық. Дегенмен, бұл реакция электролиз үшін өте маңызды, өйткені оның ағынының нәтижесінде мыстың шламға өтуі байқалады. Анодта реакцияға сәйкес мыстың тікелей химиялық еруі де жүреді
Сu + H2SО4 + 0,5О2 = CuSО4 + H2О (2.5)
Катодта мыс негізінен екі валентті мыс иондарының разряды есебінен бөлінеді:
Сu 2+ + 2е = Сu 0 (2.6)
Реакциялар нәтижесінде электролит екі валентті мыс иондарымен байып, күкірт қышқылымен таусылады. Электролиттегі мыс пен күкірт қышқылының тұрақты концентрациясын сақтау үшін электролитті ерімейтін анодтармен электролиз арқылы регенерациялау қажет. Электролитке қойылатын негізгі талаптар оның жоғары электр өткізгіштігі (төмен электр кедергісі) және тазалығы болып табылады. Дегенмен, нақты электролиттер мыс сульфаты, күкірт қышқылы, су және қажетті қоспалардан басқа, міндетті түрде бұрын анодты мыстың құрамында болатын еріген қоспаларды қамтиды. Анодты мыс қоспаларының электролиттік тазарту кезіндегі әрекеті олардың кернеу қатарындағы орнымен анықталады (1-кесте).
1-кесте - Электролиттік тазарту кезіндегі анодты мыс қоспаларының әрекеті
Примесь
Zn2+Zn0
Fe2+Fe0
Cd2+Cd0
Co2+Co
Ni2+Ni0
φ0 , В
-0,763
-0,44
-0,4
-0,27
-0,25
Примесь
Sn2+Sn0
Pb2+Pb0
2H+ H2O
Sb3+Sb0
Bi3+Bi0
φ0 , В
-0,136
-0,126
0,0
+0,212
+0,226
Примесь
As3+As0
Cu2+Cu0
Ag+ Ag0
Pt2+Pt0
Au+ Au0
φ0 , В
+0,247
+0,34
+0,799
+1,4
+1,68
Электрохимиялық қасиеттері бойынша қоспаларды төрт топқа бөлуге болады:
I топ - мысқа қарағанда электртеріс металдар (Ni, Fe, Zn, Co және т.б.);
II топ - кернеу қатары бойынша мысқа жақын металдар (As, Sb, Bi);
III топ - мысқа қарағанда электропозитивті металдар (Au, Ag және платиноидтар);
IV топ - мысты тазарту жағдайында электрохимиялық бейтарап химиялық қосылыстар (Cu2S, Cu2Se, Cu2Te, Au2Te, Ag2Te).
Электртеріс потенциалға аса ие бірінші топтың қоспалары толығымен дерлік электролитке өтеді. Жалғыз ерекшелік никель болып табылады, оның шамамен 5% анодтан никельдің мысдағы қатты ерітіндісі түрінде тұнбаға түседі. Қатты ерітінділер, Нернст заңы бойынша, мысқа қарағанда, тіпті электропозитивті болады, бұл олардың шламға өтуінің себебі болып табылады.
Атап айтқанда, аталған қоспа топтарымен салыстырғанда қорғасын мен қалайы электрохимиялық қасиеттері бойынша (9.4-кесте) I топ қоспаларына жатады, бірақ электролиз кезіндегі мінез-құлықтары бойынша оларды химиялық қоспаларға жатқызуға болады. III және IV топтар. Қорғасын мен қалайы күкірт қышқылы ерітіндісінде ерімейтін қорғасын сульфаты PbSO4 және метатин қышқылы H2SnO3 түзеді.
Катодтағы электронды теріс қоспалар мыс электролизі жағдайында іс жүзінде тұнбаға түспейді және электролитте біртіндеп жиналады. Электролиттегі бірінші топтағы металдардың жоғары концентрациясы кезінде электролиз айтарлықтай бұзылуы мүмкін.
Электролитте темір, никель және мырыш сульфаттарының жиналуы электролиттегі мыс сульфатының концентрациясын төмендетеді. Сонымен қатар электролит арқылы ток өтуіне электртеріс металдардың қатысуы катодтағы концентрацияның поляризациясын күшейтеді.
Электротеріс металдар катод мысына негізінен ерітіндінің немесе негіздік тұздардың кристаларалық қосындылары түрінде, әсіресе олар электролитте айтарлықтай шоғырланған кезде түсуі мүмкін. Мысты электролиттік тазарту тәжірибесінде олардың ерітіндідегі концентрациясының келесі мәндерден асуына жол бермеу ұсынылмайды, гл: 20 Ni; 25 Zn; 5 Fe.
Мысқа жақын электродтық потенциалға ие II топ қоспалары (As, Sb, Bi) катодты ластану мүмкіндігіне байланысты ең зиянды болып табылады. Мыспен салыстырғанда біршама электртеріс болғандықтан, олар электролитте жинақталатын сәйкес сульфаттардың түзілуімен анодта толығымен ериді. Бірақ бұл қоспалардың сульфаттары тұрақсыз және көп дәрежеде гидролизден өтіп, негіздік тұздар (Sb және Bi) немесе мышьяк қышқылы (As) түзеді. Сурьманың негізгі тұздары электролитте (қалқымалы тұнба) қалқып жүрген желатинді шөгінділердің қабыршақтарын құрайды, олар сонымен бірге мышьякты ішінара ұстайды. Катодты шөгінділерге мышьяк, сурьма және висмут қоспалары қалқымалы тұнбаның ұсақ бөлшектерін адсорбциялау нәтижесінде электрохимиялық және механикалық жолмен түсуі мүмкін. Осылайша, II топ қоспалары электролит, катодты мыс және шлам арасында бөлінеді. Электролиттегі II топ қоспаларының шекті рұқсат етілген концентрациясы, гл: 9 As; 5 Sb және 1,5 Bi.
I және II топ қоспаларының электролиз өнімдері бойынша таралуы 2-кестеде көрсетілген.
2 кесте - I және II топ қоспаларының электролиз өнімдері бойынша таралуы
Электролиз өнімі
Cu
I топ
II топ
Ni
Zn
Fe
Pb
Sn
As
Sb
Bi
Электролит
Шлам
Катод
1-2
0,1-0,2
98-99
75-100
0-25
0,5
100
-
-
100
-
-
-
99
1
-
99
1
55-75
20-40
~10
10 - 60
40-90
~10
20 - 30
60 - 80
~ 10
Кернеу қатарындағы позициясына сәйкес асыл металдар (негізінен Au және Ag) кіретін мысға қарағанда (III топ) электропозитивті қоспалар тұнбаға ұсақ дисперсті қалдық түрінде өтуі керек. Бұл мысты электролиттік тазарту тәжірибесімен расталады.
Алтынның шламға өтуі оның анодтардағы мөлшерінің 99,5%-дан астамын, ал күміс 98%-дан астамын құрайды. Алтынмен салыстырғанда күмістің тұнбаға біршама азырақ өтуі күмісті электролитте аз мөлшерде ерітіп, одан кейін катодтағы ерітіндіден бөлуге болатындығына байланысты. Күмістің ерігіштігін төмендету және оны шламға беру үшін электролит құрамына аз мөлшерде хлорид ионын енгізеді.
AgCl ерігіштік өнімі шағын мәнмен өрнектеледі, бұл күмісті шламға үлкен толықтықпен беруге мүмкіндік береді. Алтын мен күмістің тұнбаға толық дерлік өтуіне қарамастан, олар әлі де аз мөлшерде катодты шөгінділерге түседі. Бұл араластырылған тұнбаны механикалық ұстаумен және ішінара катофорез құбылысымен түсіндіріледі. Шламды катодқа механикалық тасымалдауға токтың қолданылатын тығыздығы және онымен байланысты электролит циркуляциясының жылдамдығы әсер етеді. Шламды араластыру есебінен айналым жылдамдығының жоғарылауымен алтын мен күмістің катодқа өтуі артады. Токтың тығыздығын және электролит циркуляциясының әдісін таңдағанда анодтардағы асыл металдардың құрамын ескеру қажет. Олардың мазмұны жоғарылаған жағдайда токтың тығыздығы аз болуы керек. Ваннада тұндыру аймағының болуы (катодтың төменгі ұшынан ваннаның түбіне дейінгі аумақ) да лайдың катодқа өтуін азайтуға ықпал етеді. Көптеген зауыттарда электролит циркуляциялық ваннаға қайтарылмас бұрын сүзіледі, бұл тұнбаның жоғалуын азайтады және таза мыс шығарады.
Химиялық қосылыстар (IV топ қоспалары) мыстың электролизі кезінде электропозитивті қоспаларға ұқсас әрекет етеді. Негізінде химиялық қосылыстарды анодта тотықтыруға және арнайы процестерде қолданылатын катодта тотықсыздандыруға болатынымен, мысты электролиттік тазарту жағдайында анодтық потенциал олардың тотығуы үшін жеткіліксіз. Сондықтан мыстың электролизі кезінде олар электродтық процестерге қатыспайды және анод еріген кезде ваннаның түбіне түседі. Селен мен теллурдың 99%-дан астамы шламға селенидтер мен теллуридтер түрінде өтеді.
Осылайша, анодтық мысты электролиттік тазарту нәтижесінде оның құрамындағы барлық қоспалар катодты мыс, электролит және шлам арасында бөлінеді. [1, 349 с]
1.4 Электролиз процесінің аппараттық құралдары мен тәжірибесі
Мысты электролиттік тазарту үшін негізінен қатты құйылған темірбетон ванналары қолданылады.( 2 сурет)
Ванна-мысты электролиттік тазартуға арналған негізгі агрегат жоғары беріктікке ие болуы тиіс, өйткені оған жалпы салмағы шамамен 10 т электродтар тиеледі және 10 м3 электролит құйылады; агрессивті ерітінділерге төзімділік (330-340 К температурада күкірт қышқылының концентрациясы 200 гдм3 дейін); ваннаның пішіні жұмыс, тексеру және жөндеу кезінде ыңғайлылықты, сондай-ақ бөлменің ауданын ұтымды пайдалануды қамтамасыз етуі керек, яғни цехтың ауданынан өнімнің максималды мөлшерін шығаруды қамтамасыз ету.
Ең көп таралған-монолитті немесе құрастырмалы бетоннан жасалған ванналар, көбінесе қышқылға төзімді (күріш..4). Ванналардың ішкі өлшемдері, м: ұзындығы 3,5, ені 1,0, тереңдігі 1,3. Электролиз ванналарының өлшемдері электродтардың өлшемдерімен және олардың арасындағы қашықтықпен анықталады. Электродтардың ұзындығынан басқа ванналардың тереңдігін түзілетін шламның саны мен сапасын және электролизерлерді тазалау мерзімдерін ескере отырып анықтайды. Ваннаның ені катодтың енінен 100 мм артық болуы керек. Ваннаның соңғы қабырғасы мен экстремалды катодтар арасында 150 - ден 210 мм-ге дейінгі қашықтық қалады, ал электролитті енгізу жағынан кемінде 200 мм.ваннаның ұзындығы электродтардың санына және олардың арасындағы қашықтыққа байланысты. Анодтардың саны таңдалған тоқ күші I, оңтайлы катодтық тоқ тығыздығы және катод кенептерінің жұмыс өлшемдері (a - ұзындығы, b - ені)бойынша есептелетін катодтардың санынан бір бірлікке көп:
Nk=I(2⋅ikab) (3.1)
2-сурет-темірбетон ванналар блогы (көлденең қима)
1-анод; 2-катод; 3-катод штангасы
Электрод аралық қашықтық (бірдей электродтардың орталықтары арасында) 89-дан 110 мм-ге дейін өзгереді, бұл кәсіпорында ол 102 мм. электрод аралық қашықтықтың төмендеуі ваннаның өнімділігін арттырады, бірақ қысқа тұйықталулар мен техникалық қызмет көрсету шығындарының санын арттырады. Бұл мөлшердің ең аз мәні жұқа анодтарды қолданумен байланысты жаңа тазарту технологияларында ғана байқалады.
Электролиттік ванналарға қызмет көрсету анодтар мен катодты негіздерді ілу, катодты табақтарды оларды құрастырудың басында түзету, дайын катодтар мен анод қалдықтарын алу, электролитті ішінара және толық (ванналарды жөндеу алдында) төгу, шламды түсіру, түйіспелер мен шиналардың жай-күйін бақылау, электролит айналымының жылдамдығын реттеу, ток ағуын және қысқа тұйықталуды жою болып табылады.
Винипластты төсеу бұрын қолданылған қорғасынға қарағанда әлдеқайда арзан, алайда, керісінше, агрессивті ортада жұмыс істейтін винипласттың "қартаюына" байланысты қызмет мерзімі аз (сынғыштықтың пайда болуы). Дәл сол себепті полимербетоннан жасалған ванналар таратылмады. Сондықтан электролиз ванналарының неғұрлым төзімді және технологиялық төсеу материалын іздеу әлі де өзекті болып табылады.
Ванналар шыныдан, фарфордан немесе текстолиттен жасалған оқшаулағыштары бар бағаналарға нөлдік белгіден 4-5 м биіктікте орнатылады. Ванналардың астында сорғылар, сымдар және электролит жинағыштар орналасқан.
Шлам мен ерітіндіні түсіру үшін ванналардың түбінде тығыны бар тесік бар. Кейбір зауыттарда қаптаманың беріктігі мен тығыздығын бұзбау үшін ванналардың түбіндегі ағынды сулар жасалмайды. Бұл жағдайда ванналар сорғылардың көмегімен түсіріледі. Мыс электролиз ванналары 5-20 дана блоктарға, ал блоктар серияға біріктіріледі. Әдетте, серияға екі блок кіреді.
Блоктардағы ванналар мен тізбектегі блоктар тұрақты токпен электрмен жабдықтау жүйесіне, ал жеке ванналардағы электродтар параллель қосылады. Ванналар мен электродтарды қосудың бұл жүйесі "мультипль"деп аталды. Ванналарды қосудың сериялық схемасы да мүмкін, ол арқылы ваннадағы барлық электродтар қатарға қосылады, ал көзден ток параллель бірнеше ваннаға бөлінеді. Осы схема бойынша әр электрод биполярлы жұмыс істейді, оның бір жағы анод, ал екінші жағы катод ретінде қызмет етеді. Мұндай үнемді электролиз схемасы құрамында бірнеше асыл металдар бар салыстырмалы түрде "таза" анодты мысты тазартуға ғана жарамды.
Ваннаның ұзындығы электродтардың осьтері мен олардың саны арасындағы қашықтыққа байланысты. Әр түрлі зауыттарда бір ваннаға ілінген анодтардың саны 29-дан 48 данаға дейін өзгереді. Бірдей электродтардың осьтері арасындағы қалыпты қашықтық әдетте шамамен 100 мм құрайды, бұл интерэлектродтық кеңістіктің еніне сәйкес келеді (анод пен катод арасындағы), шамамен 30-40 мм.
Тазартылған ванналардың электродтарына ток беру ванналардың борттары бойынша орналасқан мыс шиналардың көмегімен жүзеге асырылады. Ванналарды блоктарға біріктірген кезде шеткі ванналардың борттарында басты (ток өткізетін) шиналар, ал жекелеген ванналардың арасындағы қалқаларда аралық шиналар төселеді. Ағып кетудің алдын алу үшін шиналар ваннаның жақтауынан оқшауланған.
Қазіргі уақытта ванналарды электролитпен қоректендіру жүйесіне қосу көбінесе бір каскадты схема бойынша жүзеге асырылады. Бұл жағдайда қысым резервуарынан қыздырылған электролит тарату коллекторының көмегімен әр ваннаға жеткізіліп, ол арқылы өтіп, қайтадан алдын-ала дайындалған резервуарға жылытылады.
Электролитті араластырудың тиімділігін арттыру үшін оны электродтардың жазықтықтарына параллель ағып кету үшін ваннаның бойлық жағынан беру ұсынылады. Бұл жағдайда электролит блоктың экстремалды ванналарының біріне құйылады және ол барлық басқа ванналарға аралық бөлімдерде бар арнайы тесіктер (төменде) және табалдырықтар (жоғарыда) арқылы ағып кетеді. Электролиттің бұл қозғалысы бар ванналар тікелей ағын деп аталады.
Мысты электролиттік тазарту кезіндегі электродтар-мысты отпен тазарту нәтижесінде алынған анодтар және катод негіздері.
Анодтар-құлақ тәрізді құймалар, олар қазіргі шиналар мен ванналардың бүйірлеріне сүйенеді (сурет. 3а). Әдетте құю кезінде құлақтардың бірінде оған катодты штанганы орналастыру үшін ойық жасалады.
3-сурет-катодты жолақ (штанга)
Анодтардың нысаны мен мөлшері әрбір кәсіпорын үшін белгіленген техникалық шарттармен айқындалады. Анодтың төсемі тегіс, тігінен қисықтығы 7 мм-ден аспауы керек, биіктігі 7 мм-ден асатын және диаметрі 30 мм-ге дейін шашыраулар, шығыңқы жерлер, ойықтар, конустар мен көпіршіктерсіз.мыс анодтары үш марканы (ГОСТ 767-2020) шығарады. 9.6 кесте).
3 кесте -Анодтардың химиялық құрамы
Анод маркасы
Мыстың массалық үлесі %
Мыс және күміс, кем емес
Қоспалар, артық емес
As
Sb
Ni
Bi
O
Ан-1
Ан-2
Ан-3
99,5
99,3
99,1
0,03
0,06
0,10
0,03
0,06
0,10
0,05
0,20
0,45
0,003
0,010
0,030
0,10
0,12
0,15
Анод кенептерінің әдеттегі мөлшері 900х900 ММ. анодтардың қалыңдығы 30-42 мм аралығында болады; бұл цехтың техникалық-экономикалық көрсеткіштеріне айтарлықтай әсер етеді. Анодтардың жоғарғы және төменгі бөліктерінің электрохимиялық еру жылдамдығы ортаңғы бөлікке қарағанда үлкен және анодтардың үзілуіне жол бермеу үшін олар сына тәрізді түрде құйылады - жоғарғы бөлігі төменгі бөліктен шамамен 10%-ға қалың.
Мыс электролиттік зауыттардың тәжірибесі жоғары сапалы анодтарды қолдану қажеттілігін көрсетеді, бұл мысты электролиттік тазарту процесінің техникалық-экономикалық көрсеткіштерін едәуір арттырады.
Көптеген зауыттарда анодтармен жасалатын негізгі операциялар (анодтарды өлшеу және түзету, түйіспелерді тазалау, қажетті қашықтыққа орналастыру, ванналарға салу, анод қалдықтарын алу) Автоматты және жартылай автоматты желілерде орындалады. Сондықтан қазіргі заманғы тазарту жағдайларына жарамды анодтың оңтайлы формасын іздеу жалғасуда. Сонымен, анодтарды іліп қоюды және алуды автоматтандыру үшін оларды процестермен қосымша көлденең шығыңқы етіп құю ұсынылады. Жоғары тоқ тығыздығында жұмыс істеу үшін титан қабығына басылған коррозияны болдырмау үшін мыс түйреуіштерге бекітілген тор түрінде анодтың дизайны ұсынылады.
Катод негіздері электролиттік жолмен алынған мыс парақтардан төмен тоқ тығыздығы бар арнайы ванналарда жасалады, бұл катод шөгінділерінің тегіс және тығыз бетін алуға көмектеседі (сурет. 3б). Катод негіздерінің өлшемдері анодтардың ұзындығынан 25-50 мм-ге, ені 50-60 мм-ге асады. Бұл көбінесе катод парақтарының шеттерінде тоқ тығыздығының жоғарылауына және оларда үлкен дендриттер мен конустардың пайда болуына жол бермейді. Катод негіздері мыс штангалардағы ванналарда ілінеді.
Катодтардың мөлшері электролит ваннасының енімен анықталады. Әдетте катодтардың бүйір жиектерінен ваннаның қабырғасына дейінгі қашықтық шамамен 200 мм, ал төменгі жағынан ваннаның түбіне дейін 400-600 мм (шламды тұндыру үшін). Ваннаның ұзындығы электродтардың осьтері мен олардың саны арасындағы қашықтыққа байланысты. Әр түрлі зауыттарда бір ваннаға ілінген анодтардың саны 29-дан 48 данаға дейін өзгереді. Ваннадағы катодтардың саны әрқашан бір-бірден көп, бұл барлық анодтардың, соның ішінде экстремалды анодтардың біркелкі еруін қамтамасыз етеді. Сол атаудағы электродтардың осьтері арасындағы қалыпты қашықтық, әдетте, шамамен 110 мм, бұл интерэлектродтық кеңістіктің еніне сәйкес келеді (анод пен катод арасында), шамамен 35-40 ММ.
Тазартылған ванналардың электродтарына ток беру ванналардың борттары бойынша орналасқан мыс шиналардың көмегімен жүзеге асырылады. Ванналарды блоктарға біріктірген кезде шеткі ванналардың борттарында басты (ток өткізетін) шиналар, ал жекелеген ванналардың арасындағы қалқаларда аралық шиналар төселеді. Ағып кетудің алдын алу үшін шиналар ваннаның жақтауынан оқшауланған. Тоқ тығыздығына байланысты катодтың өсу уақыты 6-дан 15 күнге дейін, анод 20-30 күн ішінде ериді. Ваннадан түсірер алдында катодтың салмағы 60-140 кг-ға жетеді. Анодтық қалдықтар (бастапқы массаның 12-18%) анод пештерінде ериді.
Электролит айналымы кезінде онда мыс пен электрлік теріс қоспалардың жинақталуы байқалады. Мыс анодта Cu+ иондарының белгілі бір мөлшерін қалыптастыру және электролитте ерітілген оттегі болған кезде катодтар мен анодтардың химиялық еруі нәтижесінде жиналады:
Cu+ + 0,5O2 + H2SO4 -- CuSO4 + H2O (3.2)
Электролиттің оңтайлы құрамын реттеу және қолдау электролиттің бір бөлігін регенерацияға шығару және оған тиісті реагенттерді (су, күкірт қышқылы, коллоидтар және т.б.) уақтылы қосу арқылы жүзеге асырылады. Ерітіндінің оңтайлы температурасы (55-65 °c) өткір бумен немесе электр тогымен жылытылатын жылу алмастырғыштардағы электролитті орталықтандырылған жылытумен қамтамасыз етіледі.
Электролит температурасының жоғарылауымен оның электр өткізгіштігі артады, бірақ ерітіндінің айнасынан булану жоғарылайды, бұл цехтың газдануының жоғарылауына және қызметкерлердің еңбек жағдайларының нашарлауына әкеледі. Электролиттің булануын азайту үшін ванна айнасын жабудың әртүрлі әдістері қолданылады. Мысалы, пластикалық шарларды немесе пластикалық пленканы қолданады. Газдануды азайту үшін шеберханаларда жақсартылған желдету қажет.
Регенерацияға бөлінетін электролит мөлшері неғұрлым қауіпті қоспаның шекті концентрациясына дейін жинақталу уақыты бойынша анықталады. Әдетте никель немесе мышьяк қысқа мерзімде жиналады.
Катод негіздерін жасауға арналған жұқа парақтар арнайы таңдалған матрицалық ванналарда электролиз арқылы алынады. Олардың саны тауарлық ванналар санының 10-14% құрайды. Матрицалық ванналардағы электродтар-бұл мыс, тот баспайтын болаттан немесе титаннан жасалған қарапайым анодтар мен катодты матрицалар. Матрицалардан электролитті мыс тұнбасын олардың тегіс бетіндегі ұштарына жақын жерде тазартуды жеңілдету үшін өткір бұрышты ойықтар жасалады немесе ұштары синтетикалық материалдардан жасалған жиектермен оқшауланады.
Сапалы катодты жауын-шашынды алу үшін матрицалық ванналардағы электролиз орташа температурада және электролит айналымының жылдамдығында мыс мөлшері жоғары электролитті және беттік белсенді қоспаларды қолдана отырып, төмен ток тығыздығында (220-230 Ам2 аспайды ) жүзеге асырылады.
Негізгі жабдықтан басқа (электролиз ванналары) цехта катод негіздерін дайындауға арналған қондырғылар, сондай-ақ көліктік және басқа да қосалқы жабдықтар орналастырылады.
Анодтарды ванналарға тиеу, анод қалдықтарын алып тастау және дайын катодтарды түсіру "тырма" деп аталатын электродтардың бекітілген позициясы бар арнайы траверсті қолдана отырып, көпірлі кранмен жүзеге асырылады (сурет. 6). Бұл ваннаның бүкіл ұзындығы бойынша электрод аралық қашықтықтардың тұрақтылығын қамтамасыз етеді және электродтарды жүктеу және түсіру кезінде оны күтіп ұстауды жеңілдетеді. Катод негіздері көбінесе қолмен иленеді, олардың суспензиясының вертикалдылығын қатаң бекітеді.
4-сурет- электродтарды түсіруге және тасымалдауға арналған тырмалар
2 Мысты электролиттік тазартудың материалдық балансын есептеу көзін табу
Электролиттік тазартуға мынадай құрамдағы анодтар түседі,%: Cu - 99,0;Ni - 0,02;Fe - 0,02; O2 - 0,2;Sn - 0,0006;Zn - 0,001;Pb - 0,08; басқалары.
Анод скрабының шығымы-15%.
Кестеге сәйкес ерітінді, шлам және катодты тұнба арасында мыс пен қоспалардың келесі таралуын (скрапты алып тастағанда) қабылдаймыз
4-кесте-мыс пен қоспалардың таралуы
Cu
Ni
Fe
O2
Sn
Zn
Pb
Өзгелері
Ерітіндіге
1.8
92
70
-
20
100
-
1
Шламға
0.2
1
20
90
70
-
99
98
Катодтарға
98
7
10
10
10
-
1
1
Қабылданған бөлуді ескере отырып, біз материалдық балансты есептейміз. Біз 1000 кг анодқа есептейміз.
1000 кг анодта 990 кг мыс бар. Мыс скрапқа айналды: 990 · 0,15 = 148,5 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
990-148,5 = 841,5 кг мыс
Мыстың қабылданған таралуын ескере отырып:
Шламда-841,5 0,002 = 1,683 кг
Ерітіндіде -841,5 0,018 = 15,147 кг
Катодқа - 841,5 - 1,683 - 15,147 = 824,67 кг
Сол сияқты қоспалардың таралуын есептейміз. Есептеу нәтижелерін 5-кестеге келтіреміз:
1000 кг анодта 2 кг никель бар. Никель скрапқа айналды: 2 0,15 = 0,3 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
2-0,3 = 1,7 кг никель
Қабылданған бөлуді ескере отырып, никель өтті:
Шламда-1,7 0,01 = 0,017 кг
Ерітіндіде - 1,7 0,92 = 1,564 кг
Катодқа - 1,7 - 0,017 - 1,564 = 0,119 кг
1000 кг анодта 0,2 кг темір бар. Темір скрапқа айналды: 0,2 · 0,15 = 0,03 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
0,2-0,03 = 0,17 кг темір
Қабылданған таралуды ескере отырып, темір өтті:
Шламда-0,17 · 0,2 = 0,034 кг
Ерітіндіде-0,17 · 0,7 = 0,119 кг
Катодқа - 0,17 - 0,034 - 0,119 = 0,017 кг
1000 кг анодта 2 кг оттегі бар. Скрапқа көшкен оттегі: 2 · 0,15 = 0,3 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
2-0,3 = 1,7 кг оттегі
Қабылданған бөлуді ескере отырып, никель өтті:
Шламда - 1,7 · 0,9 = 1,53 кг
Катодқа-1,7-1,53 = 0,17 кг
1000 кг анодта 0,006 кг қалайы бар. Қалайы скрапқа айналды: 0,006 · 0,15 = 0,0009 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
0,006-0,0009 = 0,0051 кг қалайы
Қабылданған бөлуді ескере отырып, қалайы өтті:
Шламда - 0,0051 * 0,7 = 0,00357 кг
Ерітіндіде-0,0051 · 0,20 = 0,00102 кг
Катодқа - 0,0051 - 0,00357 - 0,00102 = 0,00051 кг
1000 кг анодта 0,01 кг мырыш бар. 0,01 · 0,15 = 0,0015 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
0,01-0,0015 = 0,0085 кг мырыш
Қабылданған таралуды ескере отырып, мырыш:
Ерітіндіде - 0,0085 1 = 0,0085 кг
1000 кг анодта 0,8 кг қорғасын бар. 0,8 · 0,15 = 0,12 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
0,8-0,12 = 0,68 кг қорғасын
Қабылданған таралуды ескере отырып, қорғасын өтті:
Шламда-0,68 · 0,99 = 0,6732 кг
Катодқа - 0,68-0,6732 = 0,0068 кг
1000 кг анодта 4,984 кг басқа заттар бар. 4,984 · 0,15 = 0,7476 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
4,984-0,7476 = 4,2364 кг қалайы
Қабылданған бөлуді ескере отырып, қалайы өтті:
Шламда-4,2364 0,98 = 4,151672 кг
Ерітіндіде-4,2364 0,01 = 0,042364 кг
Катодқа - 4,2364 - 4,151672 - 0,042364 = 0,042364 кг
1000 кг катодты мысқа жұмсау керек
1: 0,82566113= 1,211 т анодтар, ал анод скрабын ескере отырып -
1,211 100(100 - 20) = 1,5 т анод.
Цехтың өнімділігі жылына 350 мың тонна катодты мыс болған кезде тәуліктік өнімділік 350000 : 365 = 958,9 т.
Элемент
Мыс пен қоспалардың мөлшері
Түсті Көшті
Түсті Көшті
Скрап және қалдықтарға
Шламға
Ерітіндіге
Катодтарға
Кг
%
кг
%
кг
%
кг
%
кг
%
Cu
990
99
148,5
14,85
1,683
0,1683
15,147
1,5147
824,67
82,467
Ni
2
0,2
0,3
0,03
0,017
0,0017
1,564
0,1564
0,119
0,0119
Fe
0,2
0,02
0,03
0,003
0,034
0,0034
0,119
0,0119
0,017
0,0017
О
2
0,2
0,3
0,03
1,53
0,153
0,368
0,0368
0,17
0,017
Sn
0,006
0,0006
0,0009
0,00009
0,00357
0,00036
0,00102
0,000102
0,00051
0,000051
Zn
0,01
0,001
0,0015
0,00015
-
-
0,0085
0,00085
-
-
Pb
0,8
0,08
0,12
0,012
0,6732
0,06732
-
-
0,0068
0,00068
Прочие
4,984
0,4984
0,7476
0,07476
4,151672
0,04151672
0,042364
0,0042364
0,042364
0,0042364
Итого
1000
100
150
15
8,09244
0,4356
17,24988
1,724988
825,02567
82,502567
5-кесте-мысты электролиттік тазартудың материалдық балансы
2.1 Электролиз ваннасының материалдық балансы
Анодты металл үшін электролизердің материалдық балансын есептеу электролиз өнімдері бойынша металдардың таралуын талдау үшін (скрап, шлам, ерітінді, катод), катодты металдың 1 тонна анодтық құнын, электролитте негізгі металл мен қоспалардың жиналуын, катодты металдың тазалығын және онымен қымбат металдардың жоғалуын анықтау үшін қажет. Электролиз процесінің материалдық балансын құру анодты және катодты процестердің, ерітінділердегі химиялық реакциялардың, сондай-ақ судың булануы мен аэрозольдердің пайда болуына байланысты электролиттер құрамының өзгеруін анықтауға мүмкіндік береді.
Мыс балқыту цехы қара мысты, қайталама мысты (түсті металл қалдықтарын) отпен тазартумен қайта өңдейді, келесі орташаландырылған құрамдағы анодты мысты алуды қамтамасыз етеді,%: Сu 99.34; Ni 0.19; Аѕ 0.03; Ѕе 0.03; Zn 0.016; Sb 0.09; Те 0.02; Fе 0.07; Ві 0.002; Аи 0.015; Sn 0.006; О2 0.15; Рb 0.13; S 0.004; Ақ 0.07.
Анодты мыс құрамындағы компоненттердің ерітінді, шлам және катодтар арасында мысты электрлендіру кезінде таралуы 1-кестеде көрсетілген.
Есептеу анод компоненттерін бөлудің орташа көрсеткіштері бойынша жасалады (кесте. 1, бағандар 4, 7, 10, 12).
Электролиз өнімдеріндегі мыстың салмағы, кг:
- скрапта: 99.340 * 0.1800 = 17.88120
- шламда: 99.340 * 0.0180 = 1.78812,
- электролитте: 99.340 * 0.0110 = 1.09274,
- катодтарда: 99.340 * 0.7910 = 78.57794,
мұндағы 99.340-анодтағы мыс концентрациясы, %; 0.180, 0.0180, 0.0110, 0.7910 - барлық ерітілген мыстан сыныққа, шламға, электролитке және катодтарға өткен мыстың үлесі (18.00, 1.80, 1.10, 79.10%, тиісінше).
Шлам мен катодтардағы мыс концентрациясы осы өнімдердің массасын анықтағаннан кейін есептеледі. Сонымен, катодтардағы мыс концентрациясы, %:
78.57794 * 100 78.58235 = 99.99439.
Осылайша, 1 тонна катодты мыс алу үшін анодтарды қолдану керек, яғни: 1 * 100 78.57794 = 1.273.
Қалған элементтер үшін есептеулер ұқсас орындалады.
1-кесте-электролиз өнімдері бойынша 100 кг анодты мысқа қоспаларды бөлу
Электролиттің қасиеттері
а) электролиттің тығыздығы сал, г см3, аддитивтілік принципі негізінде анықталады:
сал = 0.01(с1а1 + с2а2 + ... + сіаі), (48)
мұндағы с1, С2, ... сі-ерітінді компоненттерінің тығыздығы, кгдм3;
a1, a2, ... ai-ерітінді компоненттерінің көлемдік концентрациясы, %.
Компоненттердің тығыздығы тең: сСиЅО4 = 3.603; сNiSO4 = 4.010; сН2ЅО4 = 1.841;
сН2О = 1.000 (анықтамалық деректер).
Электролиттің берілген құрамы үшін, гдм3 (45.0 Cu, 10.0 Ni, 160.0 H2SO4):
aCuSO4 = 45.0·159.60·100) (63.54·3.603·1000) = 3.137;
aNiSO4 = 10.0·154.76·100 (58.70·4.010·1000) = 0.657;
aH2SO4 = 160.0·100 (1.841·1000) = 8.691;
aH2O = 100.0 - (3.137 + 0.657 + 8.691) = 87.515 (айырмашылық бойынша).
Мұнда 159.60, 154.76-мыс және никель сульфаттарының молярлық массалары; 63.54, 58.70-мыс пен никельдің атомдық массалары.
сал = 0.01(3.603·3.137 + 4.010·0.657 + 1.184·8.691 + 1.000·87.515) = 1.117.
б) электролиттің жылу сыйымдылығы Сэл, кДж(кг·град), сондай-ақ аддитивтілік қағидаты негізінде айқындалады:
(49)
мұндағы С1, С2, ... Сі-электролит компоненттерінің меншікті жылу сыйымдылығы, Дж(г·К) (кесте. 2);
X1, X2, ... Xi - электролит компоненттерінің массалық үлестері, бірлік үлесі.
Электролиттегі Xi компоненттерінің массалық үлестері:
Xi = mi сал (50)
мұндағы: mi-1 дм3 электролиттегі i-ші компоненттің массасы, г;
- электролиттің тығыздығы, г дм3 (1117).
6-кесте-электролит компоненттерінің меншікті жылу сыйымдылығы, Дж(г·К)
Компонент
Температура, К
293
303
313
323
333
343
353
CuSO4
0.6122
0.6249
0.6370
0.6486
0.6596
0.6701
0.6802
NiSO4
0.8903
0.8930
0.8957
0.8984
0.9011
0.9037
0.9064
H2SO4
1.4052
1.4243
1.4435
1.4627
1.4821
1.5016
1.5211
H2O
4.1851
4.1814
4.1804
4.1816
4.1849
4.1901
4.1970
Электролиттің берілген құрамы үшін, гдм3 (45.0 Cu, 10.0 Ni, 160.0 H2SO4):
= 45.0 · 159.6 63.54 = 113.0;
мұнда: 45.0, 10.0 160 - компоненттердің шоғырлануы (тапсырма бойынша);
59.6, 154.8-мыс және никель сульфаттарының молярлық массалары;
63.54, 58.71-мыс пен никельдің атомдық массалары, тиісінше;
XCuSO4 = 113.0 1117 = 0.1012;
XNiSO4 = 26.4 1117 = 0.0236;
XH2SO4 = 160.0 1117 = 0.1432;
XH2O = 861.6 1117 = 0.7714.
Электролит компоненттерінің меншікті жылу сыйымдылығы (кесте. 5) Тэл = 336 к, кДж(кг·град) температурасы кезінде интерполяция әдісімен айқындалады:
Тэл = 336 к, кДж(кг·град) температурасындағы электролиттің меншікті жылу сыйымдылығы:
Cэл = 0.6628·0.1012 + 0.9019·0.0236 + 1.4880·0.1432 + 4.1865·0.7714 = 3.531.
в) электролиттің меншікті электр өткізгіштігі к, Смсм, оның компоненттерінің концентрациясына сызықтық емес тәуелді, ол концентрациясы бар электролиттер үшін есептеледі, гдм3: мыс Cu 30...50, никель Ni 0 ... 33, күкірт қышқылы S 158...225 t 328...348 k температурада полином бойынша [3]:
к = 0.04 - 0.2656·Сu - 0.0815·Ni + 0.3513·S + 0.3842·[T-273] + 0.0025·Сu2 + 0.00267·Ni2 - 0.000503·S2 - 0.00407·[T-273]2 + 0.00241·Сu·Ni - 0.001585·Сu·S - 0.00201·Ni·S - 0.001766·Ni·[T-273] + 0.00273·S·[T-273], (51)
мұндағы Си-ерітіндідегі мыс иондарының концентрациясы, г дм3 (45); Ni - ерітіндідегі никель иондарының концентрациясы, гдм3 (10); S - ерітіндідегі күкірт қышқылының концентрациясы, гдм3 (160); T - электролит температурасы, К (336).
к = 0.04 - 0.2656·45 - 0.0815·10 + 0.3513·160 + 0.3842·60 + 0.0025·452 + 0.00267·102 - 0.000503·1602 - 0.00407·602 + 0.00241·45·10 - 0.001585·45·160 -0.00201·10·160 - 0.001766·10·60 + 0.00273·160·60 = 56.85.
2.2 электролиз ваннасының электр балансы
Ваннадағы кернеу балансы келесі шамалардан тұрады, В:
Uв = Ер + ДЕа-к + ДUэл + ДUшл + ДUшт + ДUтэ + ДUконт (52)
мұндағы Ер-ыдырау кернеуі; ДЕа-к - электродты поляризация; ДUэл - электролиттегі кернеудің төмендеуі; ДUшл - шламдағы кернеудің төмендеуі; ДUшт - катодты штангалардағы кернеудің төмендеуі; ДUэтэ - электродтар денесіндегі кернеудің төмендеуі; ДUконт - контактілердегі кернеудің төмендеуі.
А) Ер ыдырау кернеуі анод пен катодтың термодинамикалық потенциалдарының айырмашылығымен анықталады:
б) ДЕа-к электродты поляризациясы ток пен температура тығыздығының берілген мәндері кезінде тиісінше +0.02 В және -0.02 В тең қабылдануы мүмкін анодты және катодты процестердің асқын кернеулігінің айырмасы ретінде айқындалады, яғни.
ДЕа-к = ДЕа - ДЕк = 0.020 - (-0.020) = 0.040.
в) ДUэл электролитіндегі кернеудің төмендеуі
Кэл = Кэл · I, (54)
мұндағы rэл-электролиттің кедергісі, Ом;
I-электролизер арқылы ток күші, А. (55)
мұндағы-электролиттің меншікті электр өткізгіштігі, Смсм (56.85);
л-анод пен катод арасындағы қашықтық, м;
л = (?мэр - дк - да) 2 = (0.102 - 0.004 - 0.0385)2 = 0.02975;
S-анод пен катод арасындағы ток өтетін электролиттің қимасы, м2:
S = мұндағы-электрод аралықтарының саны.
мұндағы Ѕк-катодтардың (матрицалардың) жұмыс беті м2:
Ѕк = 2 · 33 · 0.88 · 0.98 = 56.92.
I = 270 · 56.92 = 15368.
Гэл = 9.39 · 10-6 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
2
1
Теориялық бөлім
3
1.1
Бастапқы шикізат пен өндірілетін өнімнің сипаттамасы
3
1.2
1.3
1.4
Технологиялық процестің сипаттамасы
Электролиз химиясы және қоспалар әрекеті
Аппаратуралық ресімдеу және электролиз процесінің практикасы
3
5
8
2
2.1
2.2
2.3
2.4
Мысты электролиттік тазартудың материалдық балансын есептеу
Электролиз ваннасының материалдық балансы
Электролиз ваннасының электр балансы
Электролиз ваннасының жылу балансы
Жабдықты таңдау
14
17
20
22
25
3
3.1
Еңбекті қорғау және қауіпсіздік техникасы жөніндегі іс-шараларды әзірлеу
Қауіпті және зиянды өндірістік факторларды талдау және қауіпсіз еңбек жағдайларын жасау жөніндегі іс-шаралар
27
28
3.2
Қауіпсіздік техникасы
31
4
Экономикалық бөлім
33
4.1
4.2
4.3
4.4
Өндірістік қорлардың құнын есептеу
Негізгі өндірістік жұмысшылардың санын анықтау
Катодты өндірудің өзіндік құнын есептеу
Жобаланатын технологиялық процестің экономикалық тиімділігі мен өтелу мерзімін есептеу
33
36
41
43
Қорытынды
46
Пайдаланылған әдебиеттер тізімі
47
А Қосымшасы
48
Б Қосымшасы
49
Мазмұны
Кіріспе
Ғылыми мәселенің қазіргі жағдайы. Табиғатта табиғи қарапайым мыс плиталар, ағаш тәрізді көшеттер немесе блоктар түрінде болады. Алайда, бұл металдың мұндай кен орындары оған әлемдік қажеттілікті жабу үшін жеткіліксіз.
Сонымен қатар, көптеген материалдарда мыс химиялық байланысқан күйде болады. Мыс колчедан (халькопирит) немесе мыс жылтырлығы (халькозин) сияқты мыс кендері байыту процесінде тазалық дәрежесі 97% - дан аспайтын қара мысқа өңделеді. Алайда, бұл деңгей мыс қолданудың көптеген салалары үшін жеткіліксіз. Атап айтқанда, электронды өнеркәсіп үшін жоғары таза мыс қажет.
Қазақстан Республикасының аумағында мыс құрамды кендерді өндіруді "Қазақмыс" АҚ еншілес компаниялары, "Қазмырыш" АҚ еншілес құрылымдары, Ақтөбе Мыс компаниясы, "Майқайыңалтын"жүзеге асырады. Өндірілетін мыс концентратының негізгі мөлшері тазартылған мыс шығару үшін пайдаланылады, республикада шығарылған мыс концентратының бір бөлігі экспортталады. Қазақстанда тазартылған мыс өндіру қуаттылығы 4 кәсіпорында бар. Оларға, ең алдымен, "Қазақмыс" компаниясының еншілес бөлімшелері - "Жезқазғантүстімет" ӨБ және "Балқаштүстімет"ӨБ жатады.
Тазартылған мыстың аздаған мөлшерін "Қазмырыш" АҚ Өскемен қорғасын - мырыш комбинатының алаңында өндіреді. 2015 жылы Павлодар облысындағы "KAZ Minerals Bozshakol" ЖШС Бозшакөл тау-кен байыту комбинатының жұмысы басталды.
Дипломдық жобаның өзектілігі. Балқаш кен байыту комбинатында мыс концентраты алынуда. Алынған мыс концентраты катодты мыстың дайын өнімін өндіру үшін" Балқаштүстіметке " жіберіледі. Сондықтан мыс концентраты одан әрі катодты мыс алу үшін мысты электролиттік тазарту цехын жобалау маңызды
Мақсаты. Мысты электролиттік тазарту цехын жобалау
Дипломдық жобаның міндеттері; төменгі оқу орнынан 4 тарау жазыңыз
- Материалдық тепе-теңдікті есептеу
-техниканы есептеу
-экономикалық көрсеткіштер
-жабдықты таңдау
- Экономикалық тиімділікті есептеу
Өндірушіге енгізу үшін ғылыми жаңалық және практикалық маңыздылығы
Теориялық-әдістемелік база: мысты электрлік тазартудың қазіргі және жаңа процестері туралы ақпарат, сондай-ақ экономика, қауіпсіздік техникасы және еңбекті қорғау туралы әдебиеттер.
Теориялық бөлім
1.1 Шикізат пен өндірілетін өнімнің сипаттамасы
Мыс өндіру технологиясында электролиттік тазарту ерекше орын алады. Анодты мыс - күрделі көпкомпонентті қорытпа. Оның құрамында әдетте МЕМСТ 767-2020, %: 99,5-99,8 Cu; 0,015 S дейін; 0,015 Fe дейін; 0,5 Ni дейін; 0,05 Pb дейін; 0,01 Би дейін; 0,2As; 0,06 Se+Te; 0,03 (300гт) Au және 0,5 (5000гт) Ag. Айта кету керек, бастапқы мыстың құрамында асыл металдардың мөлшері неғұрлым жоғары болса, электролиттік мыстың құны соғұрлым төмен болады. Сондықтан мыс штейндерін түрлендіру кезінде олар флюс ретінде құрамында алтыны бар кварциттерді қолдануға бейім.
Мысты электролиттік тазартуды жүргізу үшін отпен тазартудан кейін құйылған анодтар күкірт қышқылы электролитімен толтырылған электролиз ванналарына салынады. Ванналардағы анодтардың арасында жұқа мыс парақтары - катодты негіздер орналасады.
Ванналарды тұрақты ток желісіне қосқанда анодта мыс электрохимиялық түрде ерітіледі, катиондар электролит арқылы тасымалданады және ол катодқа түседі. Бұл жағдайда мыс қоспалары негізінен шлам (ванналардың түбіндегі қатты шөгінділер) мен электролит арасында бөлінеді.
Электролиттік тазарту нәтижесінде катодты мыс алынады; құрамында бағалы металдар бар шлам; Se; Те және ластанған электролит, олардың кейбіреулері кейде мыс және никель витриолын алу үшін қолданылады. Сонымен қатар анодтардың толық электрохимиялық еруіне байланысты анод қалдықтары (анод сынықтары) алынады.
Мысты электролиттік тазарту, мыс фольгасын және ұнтақтарды өндіру бір ғана электрохимиялық әдісті ғана емес, сонымен қатар электродтық процестердің ортақтығын біріктіреді.
Мысты электролиттік тазарту процесінде екі негізгі міндет шешіледі: зиянды қоспалардан терең тазарту және осыған байланысты бағалы компоненттерді алу. МЕМСТ 546-2001 сәйкес мыс M00 ең жоғары маркасында кем дегенде 99,99% мыс болуы керек. Оттық мысты электролиттік тазарту мыс кендері мен концентраттарын өңдеудің соңғы және өте маңызды кезеңі болып табылады. [1 336 с.]
Технологиялық процестің сипаттамасы
Бұл қайта бөлудің негізгі мақсаты электрөткізгіштігі (1,724 10-6 Ом см) бойынша халықаралық стандарт талаптарына сәйкес келетін мыс алу болып табылады. Мұндай мыс әдетте тоғыз қоспаның мөлшерінде 99,96% -дан астам мыс, шамамен 0,02% оттегі және 0,02% нормадан тұрады. Қосымша міндет - селен, теллур, алтын және күмісті бай аралық өнімге - шламға шоғырландыру. Айта кету керек, бастапқы мыстың құрамында асыл металдардың мөлшері неғұрлым жоғары болса, электролиттік мыстың құны соғұрлым төмен болады.
Сондықтан мыс штейндерін түрлендіру кезінде олар флюс ретінде құрамында алтыны бар кварциттерді қолдануға бейім. Электролиттік мыс, титан немесе тот баспайтын болаттан жасалған құйылған анодтар мен жұқа катодты негіздер электролиттік ваннаға кезекпен ілінеді. Ванналарға электродтарды тігінен, бір-біріне параллель орналастырып, анодтар мен катодтар орналастырылады. Барлық анодтар тұрақты ток көзінің оң, ал катодтар теріс полюстеріне қосылған. Ванналарға құрамында бос күкірт қышқылы бар мыс сульфатының ерітіндісі түрінде электролит беріледі. Бұл жүйе арқылы тұрақты ток өтеді. Ванналарды тұрақты ток желісіне қосқанда анодта мыс электрохимиялық ерітіледі, катиондар электролит арқылы тасымалданады және ол катодта тұндырылады. Бұл жағдайда мыс қоспалары негізінен шлам (ванналардың түбіндегі қатты шөгінділер) мен электролит арасында бөлінеді.
1-сурет - Мысты электролиттік тазарту схемасы
Электролит құрамында катодты шөгінділердің құрылымын жақсарту үшін мыс сульфаты (160 - 200 гдм3), күкірт қышқылы (135 - 200 гдм3), беттік белсенді қоспалар (ағаш желімі және тиокарбамид) бар; соңғы 50-60 гт мыстың тұтынуы. Электролит тұйық контурда 15 - 20 дм3мин жылдамдықпен үздіксіз айналады. Ваннаға кірмес бұрын ол жылу алмастырғыштарда бумен 56-50 ° C температураға дейін қызады, бұл электрлік кедергіні азайтуға көмектеседі. [1, 348 с]
1.3 Электролиздің химиясы және қоспалардың әрекеті
Мыс анодында келесі электрохимиялық реакциялар мүмкін:
Сu 0 - 2е -- Cu2+, Е = +0,34 В (2.1)
Cu -- Cu+ + e, E = +0,51 B (2.2)
Cu+ -- Cu2+ + e, E = +0,17 B (2.3)
Бір валентті және екі валентті мыс ерітіндісіндегі концентрациялардың қатынасы диспропорциялану реакциясының тепе-теңдігімен анықталады:
Cu+ -- Cu0 + Cu2+ (2.4)
Тепе-теңдік күйінде ерітіндідегі Cu2+ иондарының концентрациясы Cu+ иондарының концентрациясынан шамамен мың есе артық. Дегенмен, бұл реакция электролиз үшін өте маңызды, өйткені оның ағынының нәтижесінде мыстың шламға өтуі байқалады. Анодта реакцияға сәйкес мыстың тікелей химиялық еруі де жүреді
Сu + H2SО4 + 0,5О2 = CuSО4 + H2О (2.5)
Катодта мыс негізінен екі валентті мыс иондарының разряды есебінен бөлінеді:
Сu 2+ + 2е = Сu 0 (2.6)
Реакциялар нәтижесінде электролит екі валентті мыс иондарымен байып, күкірт қышқылымен таусылады. Электролиттегі мыс пен күкірт қышқылының тұрақты концентрациясын сақтау үшін электролитті ерімейтін анодтармен электролиз арқылы регенерациялау қажет. Электролитке қойылатын негізгі талаптар оның жоғары электр өткізгіштігі (төмен электр кедергісі) және тазалығы болып табылады. Дегенмен, нақты электролиттер мыс сульфаты, күкірт қышқылы, су және қажетті қоспалардан басқа, міндетті түрде бұрын анодты мыстың құрамында болатын еріген қоспаларды қамтиды. Анодты мыс қоспаларының электролиттік тазарту кезіндегі әрекеті олардың кернеу қатарындағы орнымен анықталады (1-кесте).
1-кесте - Электролиттік тазарту кезіндегі анодты мыс қоспаларының әрекеті
Примесь
Zn2+Zn0
Fe2+Fe0
Cd2+Cd0
Co2+Co
Ni2+Ni0
φ0 , В
-0,763
-0,44
-0,4
-0,27
-0,25
Примесь
Sn2+Sn0
Pb2+Pb0
2H+ H2O
Sb3+Sb0
Bi3+Bi0
φ0 , В
-0,136
-0,126
0,0
+0,212
+0,226
Примесь
As3+As0
Cu2+Cu0
Ag+ Ag0
Pt2+Pt0
Au+ Au0
φ0 , В
+0,247
+0,34
+0,799
+1,4
+1,68
Электрохимиялық қасиеттері бойынша қоспаларды төрт топқа бөлуге болады:
I топ - мысқа қарағанда электртеріс металдар (Ni, Fe, Zn, Co және т.б.);
II топ - кернеу қатары бойынша мысқа жақын металдар (As, Sb, Bi);
III топ - мысқа қарағанда электропозитивті металдар (Au, Ag және платиноидтар);
IV топ - мысты тазарту жағдайында электрохимиялық бейтарап химиялық қосылыстар (Cu2S, Cu2Se, Cu2Te, Au2Te, Ag2Te).
Электртеріс потенциалға аса ие бірінші топтың қоспалары толығымен дерлік электролитке өтеді. Жалғыз ерекшелік никель болып табылады, оның шамамен 5% анодтан никельдің мысдағы қатты ерітіндісі түрінде тұнбаға түседі. Қатты ерітінділер, Нернст заңы бойынша, мысқа қарағанда, тіпті электропозитивті болады, бұл олардың шламға өтуінің себебі болып табылады.
Атап айтқанда, аталған қоспа топтарымен салыстырғанда қорғасын мен қалайы электрохимиялық қасиеттері бойынша (9.4-кесте) I топ қоспаларына жатады, бірақ электролиз кезіндегі мінез-құлықтары бойынша оларды химиялық қоспаларға жатқызуға болады. III және IV топтар. Қорғасын мен қалайы күкірт қышқылы ерітіндісінде ерімейтін қорғасын сульфаты PbSO4 және метатин қышқылы H2SnO3 түзеді.
Катодтағы электронды теріс қоспалар мыс электролизі жағдайында іс жүзінде тұнбаға түспейді және электролитте біртіндеп жиналады. Электролиттегі бірінші топтағы металдардың жоғары концентрациясы кезінде электролиз айтарлықтай бұзылуы мүмкін.
Электролитте темір, никель және мырыш сульфаттарының жиналуы электролиттегі мыс сульфатының концентрациясын төмендетеді. Сонымен қатар электролит арқылы ток өтуіне электртеріс металдардың қатысуы катодтағы концентрацияның поляризациясын күшейтеді.
Электротеріс металдар катод мысына негізінен ерітіндінің немесе негіздік тұздардың кристаларалық қосындылары түрінде, әсіресе олар электролитте айтарлықтай шоғырланған кезде түсуі мүмкін. Мысты электролиттік тазарту тәжірибесінде олардың ерітіндідегі концентрациясының келесі мәндерден асуына жол бермеу ұсынылмайды, гл: 20 Ni; 25 Zn; 5 Fe.
Мысқа жақын электродтық потенциалға ие II топ қоспалары (As, Sb, Bi) катодты ластану мүмкіндігіне байланысты ең зиянды болып табылады. Мыспен салыстырғанда біршама электртеріс болғандықтан, олар электролитте жинақталатын сәйкес сульфаттардың түзілуімен анодта толығымен ериді. Бірақ бұл қоспалардың сульфаттары тұрақсыз және көп дәрежеде гидролизден өтіп, негіздік тұздар (Sb және Bi) немесе мышьяк қышқылы (As) түзеді. Сурьманың негізгі тұздары электролитте (қалқымалы тұнба) қалқып жүрген желатинді шөгінділердің қабыршақтарын құрайды, олар сонымен бірге мышьякты ішінара ұстайды. Катодты шөгінділерге мышьяк, сурьма және висмут қоспалары қалқымалы тұнбаның ұсақ бөлшектерін адсорбциялау нәтижесінде электрохимиялық және механикалық жолмен түсуі мүмкін. Осылайша, II топ қоспалары электролит, катодты мыс және шлам арасында бөлінеді. Электролиттегі II топ қоспаларының шекті рұқсат етілген концентрациясы, гл: 9 As; 5 Sb және 1,5 Bi.
I және II топ қоспаларының электролиз өнімдері бойынша таралуы 2-кестеде көрсетілген.
2 кесте - I және II топ қоспаларының электролиз өнімдері бойынша таралуы
Электролиз өнімі
Cu
I топ
II топ
Ni
Zn
Fe
Pb
Sn
As
Sb
Bi
Электролит
Шлам
Катод
1-2
0,1-0,2
98-99
75-100
0-25
0,5
100
-
-
100
-
-
-
99
1
-
99
1
55-75
20-40
~10
10 - 60
40-90
~10
20 - 30
60 - 80
~ 10
Кернеу қатарындағы позициясына сәйкес асыл металдар (негізінен Au және Ag) кіретін мысға қарағанда (III топ) электропозитивті қоспалар тұнбаға ұсақ дисперсті қалдық түрінде өтуі керек. Бұл мысты электролиттік тазарту тәжірибесімен расталады.
Алтынның шламға өтуі оның анодтардағы мөлшерінің 99,5%-дан астамын, ал күміс 98%-дан астамын құрайды. Алтынмен салыстырғанда күмістің тұнбаға біршама азырақ өтуі күмісті электролитте аз мөлшерде ерітіп, одан кейін катодтағы ерітіндіден бөлуге болатындығына байланысты. Күмістің ерігіштігін төмендету және оны шламға беру үшін электролит құрамына аз мөлшерде хлорид ионын енгізеді.
AgCl ерігіштік өнімі шағын мәнмен өрнектеледі, бұл күмісті шламға үлкен толықтықпен беруге мүмкіндік береді. Алтын мен күмістің тұнбаға толық дерлік өтуіне қарамастан, олар әлі де аз мөлшерде катодты шөгінділерге түседі. Бұл араластырылған тұнбаны механикалық ұстаумен және ішінара катофорез құбылысымен түсіндіріледі. Шламды катодқа механикалық тасымалдауға токтың қолданылатын тығыздығы және онымен байланысты электролит циркуляциясының жылдамдығы әсер етеді. Шламды араластыру есебінен айналым жылдамдығының жоғарылауымен алтын мен күмістің катодқа өтуі артады. Токтың тығыздығын және электролит циркуляциясының әдісін таңдағанда анодтардағы асыл металдардың құрамын ескеру қажет. Олардың мазмұны жоғарылаған жағдайда токтың тығыздығы аз болуы керек. Ваннада тұндыру аймағының болуы (катодтың төменгі ұшынан ваннаның түбіне дейінгі аумақ) да лайдың катодқа өтуін азайтуға ықпал етеді. Көптеген зауыттарда электролит циркуляциялық ваннаға қайтарылмас бұрын сүзіледі, бұл тұнбаның жоғалуын азайтады және таза мыс шығарады.
Химиялық қосылыстар (IV топ қоспалары) мыстың электролизі кезінде электропозитивті қоспаларға ұқсас әрекет етеді. Негізінде химиялық қосылыстарды анодта тотықтыруға және арнайы процестерде қолданылатын катодта тотықсыздандыруға болатынымен, мысты электролиттік тазарту жағдайында анодтық потенциал олардың тотығуы үшін жеткіліксіз. Сондықтан мыстың электролизі кезінде олар электродтық процестерге қатыспайды және анод еріген кезде ваннаның түбіне түседі. Селен мен теллурдың 99%-дан астамы шламға селенидтер мен теллуридтер түрінде өтеді.
Осылайша, анодтық мысты электролиттік тазарту нәтижесінде оның құрамындағы барлық қоспалар катодты мыс, электролит және шлам арасында бөлінеді. [1, 349 с]
1.4 Электролиз процесінің аппараттық құралдары мен тәжірибесі
Мысты электролиттік тазарту үшін негізінен қатты құйылған темірбетон ванналары қолданылады.( 2 сурет)
Ванна-мысты электролиттік тазартуға арналған негізгі агрегат жоғары беріктікке ие болуы тиіс, өйткені оған жалпы салмағы шамамен 10 т электродтар тиеледі және 10 м3 электролит құйылады; агрессивті ерітінділерге төзімділік (330-340 К температурада күкірт қышқылының концентрациясы 200 гдм3 дейін); ваннаның пішіні жұмыс, тексеру және жөндеу кезінде ыңғайлылықты, сондай-ақ бөлменің ауданын ұтымды пайдалануды қамтамасыз етуі керек, яғни цехтың ауданынан өнімнің максималды мөлшерін шығаруды қамтамасыз ету.
Ең көп таралған-монолитті немесе құрастырмалы бетоннан жасалған ванналар, көбінесе қышқылға төзімді (күріш..4). Ванналардың ішкі өлшемдері, м: ұзындығы 3,5, ені 1,0, тереңдігі 1,3. Электролиз ванналарының өлшемдері электродтардың өлшемдерімен және олардың арасындағы қашықтықпен анықталады. Электродтардың ұзындығынан басқа ванналардың тереңдігін түзілетін шламның саны мен сапасын және электролизерлерді тазалау мерзімдерін ескере отырып анықтайды. Ваннаның ені катодтың енінен 100 мм артық болуы керек. Ваннаның соңғы қабырғасы мен экстремалды катодтар арасында 150 - ден 210 мм-ге дейінгі қашықтық қалады, ал электролитті енгізу жағынан кемінде 200 мм.ваннаның ұзындығы электродтардың санына және олардың арасындағы қашықтыққа байланысты. Анодтардың саны таңдалған тоқ күші I, оңтайлы катодтық тоқ тығыздығы және катод кенептерінің жұмыс өлшемдері (a - ұзындығы, b - ені)бойынша есептелетін катодтардың санынан бір бірлікке көп:
Nk=I(2⋅ikab) (3.1)
2-сурет-темірбетон ванналар блогы (көлденең қима)
1-анод; 2-катод; 3-катод штангасы
Электрод аралық қашықтық (бірдей электродтардың орталықтары арасында) 89-дан 110 мм-ге дейін өзгереді, бұл кәсіпорында ол 102 мм. электрод аралық қашықтықтың төмендеуі ваннаның өнімділігін арттырады, бірақ қысқа тұйықталулар мен техникалық қызмет көрсету шығындарының санын арттырады. Бұл мөлшердің ең аз мәні жұқа анодтарды қолданумен байланысты жаңа тазарту технологияларында ғана байқалады.
Электролиттік ванналарға қызмет көрсету анодтар мен катодты негіздерді ілу, катодты табақтарды оларды құрастырудың басында түзету, дайын катодтар мен анод қалдықтарын алу, электролитті ішінара және толық (ванналарды жөндеу алдында) төгу, шламды түсіру, түйіспелер мен шиналардың жай-күйін бақылау, электролит айналымының жылдамдығын реттеу, ток ағуын және қысқа тұйықталуды жою болып табылады.
Винипластты төсеу бұрын қолданылған қорғасынға қарағанда әлдеқайда арзан, алайда, керісінше, агрессивті ортада жұмыс істейтін винипласттың "қартаюына" байланысты қызмет мерзімі аз (сынғыштықтың пайда болуы). Дәл сол себепті полимербетоннан жасалған ванналар таратылмады. Сондықтан электролиз ванналарының неғұрлым төзімді және технологиялық төсеу материалын іздеу әлі де өзекті болып табылады.
Ванналар шыныдан, фарфордан немесе текстолиттен жасалған оқшаулағыштары бар бағаналарға нөлдік белгіден 4-5 м биіктікте орнатылады. Ванналардың астында сорғылар, сымдар және электролит жинағыштар орналасқан.
Шлам мен ерітіндіні түсіру үшін ванналардың түбінде тығыны бар тесік бар. Кейбір зауыттарда қаптаманың беріктігі мен тығыздығын бұзбау үшін ванналардың түбіндегі ағынды сулар жасалмайды. Бұл жағдайда ванналар сорғылардың көмегімен түсіріледі. Мыс электролиз ванналары 5-20 дана блоктарға, ал блоктар серияға біріктіріледі. Әдетте, серияға екі блок кіреді.
Блоктардағы ванналар мен тізбектегі блоктар тұрақты токпен электрмен жабдықтау жүйесіне, ал жеке ванналардағы электродтар параллель қосылады. Ванналар мен электродтарды қосудың бұл жүйесі "мультипль"деп аталды. Ванналарды қосудың сериялық схемасы да мүмкін, ол арқылы ваннадағы барлық электродтар қатарға қосылады, ал көзден ток параллель бірнеше ваннаға бөлінеді. Осы схема бойынша әр электрод биполярлы жұмыс істейді, оның бір жағы анод, ал екінші жағы катод ретінде қызмет етеді. Мұндай үнемді электролиз схемасы құрамында бірнеше асыл металдар бар салыстырмалы түрде "таза" анодты мысты тазартуға ғана жарамды.
Ваннаның ұзындығы электродтардың осьтері мен олардың саны арасындағы қашықтыққа байланысты. Әр түрлі зауыттарда бір ваннаға ілінген анодтардың саны 29-дан 48 данаға дейін өзгереді. Бірдей электродтардың осьтері арасындағы қалыпты қашықтық әдетте шамамен 100 мм құрайды, бұл интерэлектродтық кеңістіктің еніне сәйкес келеді (анод пен катод арасындағы), шамамен 30-40 мм.
Тазартылған ванналардың электродтарына ток беру ванналардың борттары бойынша орналасқан мыс шиналардың көмегімен жүзеге асырылады. Ванналарды блоктарға біріктірген кезде шеткі ванналардың борттарында басты (ток өткізетін) шиналар, ал жекелеген ванналардың арасындағы қалқаларда аралық шиналар төселеді. Ағып кетудің алдын алу үшін шиналар ваннаның жақтауынан оқшауланған.
Қазіргі уақытта ванналарды электролитпен қоректендіру жүйесіне қосу көбінесе бір каскадты схема бойынша жүзеге асырылады. Бұл жағдайда қысым резервуарынан қыздырылған электролит тарату коллекторының көмегімен әр ваннаға жеткізіліп, ол арқылы өтіп, қайтадан алдын-ала дайындалған резервуарға жылытылады.
Электролитті араластырудың тиімділігін арттыру үшін оны электродтардың жазықтықтарына параллель ағып кету үшін ваннаның бойлық жағынан беру ұсынылады. Бұл жағдайда электролит блоктың экстремалды ванналарының біріне құйылады және ол барлық басқа ванналарға аралық бөлімдерде бар арнайы тесіктер (төменде) және табалдырықтар (жоғарыда) арқылы ағып кетеді. Электролиттің бұл қозғалысы бар ванналар тікелей ағын деп аталады.
Мысты электролиттік тазарту кезіндегі электродтар-мысты отпен тазарту нәтижесінде алынған анодтар және катод негіздері.
Анодтар-құлақ тәрізді құймалар, олар қазіргі шиналар мен ванналардың бүйірлеріне сүйенеді (сурет. 3а). Әдетте құю кезінде құлақтардың бірінде оған катодты штанганы орналастыру үшін ойық жасалады.
3-сурет-катодты жолақ (штанга)
Анодтардың нысаны мен мөлшері әрбір кәсіпорын үшін белгіленген техникалық шарттармен айқындалады. Анодтың төсемі тегіс, тігінен қисықтығы 7 мм-ден аспауы керек, биіктігі 7 мм-ден асатын және диаметрі 30 мм-ге дейін шашыраулар, шығыңқы жерлер, ойықтар, конустар мен көпіршіктерсіз.мыс анодтары үш марканы (ГОСТ 767-2020) шығарады. 9.6 кесте).
3 кесте -Анодтардың химиялық құрамы
Анод маркасы
Мыстың массалық үлесі %
Мыс және күміс, кем емес
Қоспалар, артық емес
As
Sb
Ni
Bi
O
Ан-1
Ан-2
Ан-3
99,5
99,3
99,1
0,03
0,06
0,10
0,03
0,06
0,10
0,05
0,20
0,45
0,003
0,010
0,030
0,10
0,12
0,15
Анод кенептерінің әдеттегі мөлшері 900х900 ММ. анодтардың қалыңдығы 30-42 мм аралығында болады; бұл цехтың техникалық-экономикалық көрсеткіштеріне айтарлықтай әсер етеді. Анодтардың жоғарғы және төменгі бөліктерінің электрохимиялық еру жылдамдығы ортаңғы бөлікке қарағанда үлкен және анодтардың үзілуіне жол бермеу үшін олар сына тәрізді түрде құйылады - жоғарғы бөлігі төменгі бөліктен шамамен 10%-ға қалың.
Мыс электролиттік зауыттардың тәжірибесі жоғары сапалы анодтарды қолдану қажеттілігін көрсетеді, бұл мысты электролиттік тазарту процесінің техникалық-экономикалық көрсеткіштерін едәуір арттырады.
Көптеген зауыттарда анодтармен жасалатын негізгі операциялар (анодтарды өлшеу және түзету, түйіспелерді тазалау, қажетті қашықтыққа орналастыру, ванналарға салу, анод қалдықтарын алу) Автоматты және жартылай автоматты желілерде орындалады. Сондықтан қазіргі заманғы тазарту жағдайларына жарамды анодтың оңтайлы формасын іздеу жалғасуда. Сонымен, анодтарды іліп қоюды және алуды автоматтандыру үшін оларды процестермен қосымша көлденең шығыңқы етіп құю ұсынылады. Жоғары тоқ тығыздығында жұмыс істеу үшін титан қабығына басылған коррозияны болдырмау үшін мыс түйреуіштерге бекітілген тор түрінде анодтың дизайны ұсынылады.
Катод негіздері электролиттік жолмен алынған мыс парақтардан төмен тоқ тығыздығы бар арнайы ванналарда жасалады, бұл катод шөгінділерінің тегіс және тығыз бетін алуға көмектеседі (сурет. 3б). Катод негіздерінің өлшемдері анодтардың ұзындығынан 25-50 мм-ге, ені 50-60 мм-ге асады. Бұл көбінесе катод парақтарының шеттерінде тоқ тығыздығының жоғарылауына және оларда үлкен дендриттер мен конустардың пайда болуына жол бермейді. Катод негіздері мыс штангалардағы ванналарда ілінеді.
Катодтардың мөлшері электролит ваннасының енімен анықталады. Әдетте катодтардың бүйір жиектерінен ваннаның қабырғасына дейінгі қашықтық шамамен 200 мм, ал төменгі жағынан ваннаның түбіне дейін 400-600 мм (шламды тұндыру үшін). Ваннаның ұзындығы электродтардың осьтері мен олардың саны арасындағы қашықтыққа байланысты. Әр түрлі зауыттарда бір ваннаға ілінген анодтардың саны 29-дан 48 данаға дейін өзгереді. Ваннадағы катодтардың саны әрқашан бір-бірден көп, бұл барлық анодтардың, соның ішінде экстремалды анодтардың біркелкі еруін қамтамасыз етеді. Сол атаудағы электродтардың осьтері арасындағы қалыпты қашықтық, әдетте, шамамен 110 мм, бұл интерэлектродтық кеңістіктің еніне сәйкес келеді (анод пен катод арасында), шамамен 35-40 ММ.
Тазартылған ванналардың электродтарына ток беру ванналардың борттары бойынша орналасқан мыс шиналардың көмегімен жүзеге асырылады. Ванналарды блоктарға біріктірген кезде шеткі ванналардың борттарында басты (ток өткізетін) шиналар, ал жекелеген ванналардың арасындағы қалқаларда аралық шиналар төселеді. Ағып кетудің алдын алу үшін шиналар ваннаның жақтауынан оқшауланған. Тоқ тығыздығына байланысты катодтың өсу уақыты 6-дан 15 күнге дейін, анод 20-30 күн ішінде ериді. Ваннадан түсірер алдында катодтың салмағы 60-140 кг-ға жетеді. Анодтық қалдықтар (бастапқы массаның 12-18%) анод пештерінде ериді.
Электролит айналымы кезінде онда мыс пен электрлік теріс қоспалардың жинақталуы байқалады. Мыс анодта Cu+ иондарының белгілі бір мөлшерін қалыптастыру және электролитте ерітілген оттегі болған кезде катодтар мен анодтардың химиялық еруі нәтижесінде жиналады:
Cu+ + 0,5O2 + H2SO4 -- CuSO4 + H2O (3.2)
Электролиттің оңтайлы құрамын реттеу және қолдау электролиттің бір бөлігін регенерацияға шығару және оған тиісті реагенттерді (су, күкірт қышқылы, коллоидтар және т.б.) уақтылы қосу арқылы жүзеге асырылады. Ерітіндінің оңтайлы температурасы (55-65 °c) өткір бумен немесе электр тогымен жылытылатын жылу алмастырғыштардағы электролитті орталықтандырылған жылытумен қамтамасыз етіледі.
Электролит температурасының жоғарылауымен оның электр өткізгіштігі артады, бірақ ерітіндінің айнасынан булану жоғарылайды, бұл цехтың газдануының жоғарылауына және қызметкерлердің еңбек жағдайларының нашарлауына әкеледі. Электролиттің булануын азайту үшін ванна айнасын жабудың әртүрлі әдістері қолданылады. Мысалы, пластикалық шарларды немесе пластикалық пленканы қолданады. Газдануды азайту үшін шеберханаларда жақсартылған желдету қажет.
Регенерацияға бөлінетін электролит мөлшері неғұрлым қауіпті қоспаның шекті концентрациясына дейін жинақталу уақыты бойынша анықталады. Әдетте никель немесе мышьяк қысқа мерзімде жиналады.
Катод негіздерін жасауға арналған жұқа парақтар арнайы таңдалған матрицалық ванналарда электролиз арқылы алынады. Олардың саны тауарлық ванналар санының 10-14% құрайды. Матрицалық ванналардағы электродтар-бұл мыс, тот баспайтын болаттан немесе титаннан жасалған қарапайым анодтар мен катодты матрицалар. Матрицалардан электролитті мыс тұнбасын олардың тегіс бетіндегі ұштарына жақын жерде тазартуды жеңілдету үшін өткір бұрышты ойықтар жасалады немесе ұштары синтетикалық материалдардан жасалған жиектермен оқшауланады.
Сапалы катодты жауын-шашынды алу үшін матрицалық ванналардағы электролиз орташа температурада және электролит айналымының жылдамдығында мыс мөлшері жоғары электролитті және беттік белсенді қоспаларды қолдана отырып, төмен ток тығыздығында (220-230 Ам2 аспайды ) жүзеге асырылады.
Негізгі жабдықтан басқа (электролиз ванналары) цехта катод негіздерін дайындауға арналған қондырғылар, сондай-ақ көліктік және басқа да қосалқы жабдықтар орналастырылады.
Анодтарды ванналарға тиеу, анод қалдықтарын алып тастау және дайын катодтарды түсіру "тырма" деп аталатын электродтардың бекітілген позициясы бар арнайы траверсті қолдана отырып, көпірлі кранмен жүзеге асырылады (сурет. 6). Бұл ваннаның бүкіл ұзындығы бойынша электрод аралық қашықтықтардың тұрақтылығын қамтамасыз етеді және электродтарды жүктеу және түсіру кезінде оны күтіп ұстауды жеңілдетеді. Катод негіздері көбінесе қолмен иленеді, олардың суспензиясының вертикалдылығын қатаң бекітеді.
4-сурет- электродтарды түсіруге және тасымалдауға арналған тырмалар
2 Мысты электролиттік тазартудың материалдық балансын есептеу көзін табу
Электролиттік тазартуға мынадай құрамдағы анодтар түседі,%: Cu - 99,0;Ni - 0,02;Fe - 0,02; O2 - 0,2;Sn - 0,0006;Zn - 0,001;Pb - 0,08; басқалары.
Анод скрабының шығымы-15%.
Кестеге сәйкес ерітінді, шлам және катодты тұнба арасында мыс пен қоспалардың келесі таралуын (скрапты алып тастағанда) қабылдаймыз
4-кесте-мыс пен қоспалардың таралуы
Cu
Ni
Fe
O2
Sn
Zn
Pb
Өзгелері
Ерітіндіге
1.8
92
70
-
20
100
-
1
Шламға
0.2
1
20
90
70
-
99
98
Катодтарға
98
7
10
10
10
-
1
1
Қабылданған бөлуді ескере отырып, біз материалдық балансты есептейміз. Біз 1000 кг анодқа есептейміз.
1000 кг анодта 990 кг мыс бар. Мыс скрапқа айналды: 990 · 0,15 = 148,5 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
990-148,5 = 841,5 кг мыс
Мыстың қабылданған таралуын ескере отырып:
Шламда-841,5 0,002 = 1,683 кг
Ерітіндіде -841,5 0,018 = 15,147 кг
Катодқа - 841,5 - 1,683 - 15,147 = 824,67 кг
Сол сияқты қоспалардың таралуын есептейміз. Есептеу нәтижелерін 5-кестеге келтіреміз:
1000 кг анодта 2 кг никель бар. Никель скрапқа айналды: 2 0,15 = 0,3 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
2-0,3 = 1,7 кг никель
Қабылданған бөлуді ескере отырып, никель өтті:
Шламда-1,7 0,01 = 0,017 кг
Ерітіндіде - 1,7 0,92 = 1,564 кг
Катодқа - 1,7 - 0,017 - 1,564 = 0,119 кг
1000 кг анодта 0,2 кг темір бар. Темір скрапқа айналды: 0,2 · 0,15 = 0,03 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
0,2-0,03 = 0,17 кг темір
Қабылданған таралуды ескере отырып, темір өтті:
Шламда-0,17 · 0,2 = 0,034 кг
Ерітіндіде-0,17 · 0,7 = 0,119 кг
Катодқа - 0,17 - 0,034 - 0,119 = 0,017 кг
1000 кг анодта 2 кг оттегі бар. Скрапқа көшкен оттегі: 2 · 0,15 = 0,3 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
2-0,3 = 1,7 кг оттегі
Қабылданған бөлуді ескере отырып, никель өтті:
Шламда - 1,7 · 0,9 = 1,53 кг
Катодқа-1,7-1,53 = 0,17 кг
1000 кг анодта 0,006 кг қалайы бар. Қалайы скрапқа айналды: 0,006 · 0,15 = 0,0009 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
0,006-0,0009 = 0,0051 кг қалайы
Қабылданған бөлуді ескере отырып, қалайы өтті:
Шламда - 0,0051 * 0,7 = 0,00357 кг
Ерітіндіде-0,0051 · 0,20 = 0,00102 кг
Катодқа - 0,0051 - 0,00357 - 0,00102 = 0,00051 кг
1000 кг анодта 0,01 кг мырыш бар. 0,01 · 0,15 = 0,0015 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
0,01-0,0015 = 0,0085 кг мырыш
Қабылданған таралуды ескере отырып, мырыш:
Ерітіндіде - 0,0085 1 = 0,0085 кг
1000 кг анодта 0,8 кг қорғасын бар. 0,8 · 0,15 = 0,12 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
0,8-0,12 = 0,68 кг қорғасын
Қабылданған таралуды ескере отырып, қорғасын өтті:
Шламда-0,68 · 0,99 = 0,6732 кг
Катодқа - 0,68-0,6732 = 0,0068 кг
1000 кг анодта 4,984 кг басқа заттар бар. 4,984 · 0,15 = 0,7476 кг.
Барлығы ерітіндіге, катодтарға және шламдарға:
4,984-0,7476 = 4,2364 кг қалайы
Қабылданған бөлуді ескере отырып, қалайы өтті:
Шламда-4,2364 0,98 = 4,151672 кг
Ерітіндіде-4,2364 0,01 = 0,042364 кг
Катодқа - 4,2364 - 4,151672 - 0,042364 = 0,042364 кг
1000 кг катодты мысқа жұмсау керек
1: 0,82566113= 1,211 т анодтар, ал анод скрабын ескере отырып -
1,211 100(100 - 20) = 1,5 т анод.
Цехтың өнімділігі жылына 350 мың тонна катодты мыс болған кезде тәуліктік өнімділік 350000 : 365 = 958,9 т.
Элемент
Мыс пен қоспалардың мөлшері
Түсті Көшті
Түсті Көшті
Скрап және қалдықтарға
Шламға
Ерітіндіге
Катодтарға
Кг
%
кг
%
кг
%
кг
%
кг
%
Cu
990
99
148,5
14,85
1,683
0,1683
15,147
1,5147
824,67
82,467
Ni
2
0,2
0,3
0,03
0,017
0,0017
1,564
0,1564
0,119
0,0119
Fe
0,2
0,02
0,03
0,003
0,034
0,0034
0,119
0,0119
0,017
0,0017
О
2
0,2
0,3
0,03
1,53
0,153
0,368
0,0368
0,17
0,017
Sn
0,006
0,0006
0,0009
0,00009
0,00357
0,00036
0,00102
0,000102
0,00051
0,000051
Zn
0,01
0,001
0,0015
0,00015
-
-
0,0085
0,00085
-
-
Pb
0,8
0,08
0,12
0,012
0,6732
0,06732
-
-
0,0068
0,00068
Прочие
4,984
0,4984
0,7476
0,07476
4,151672
0,04151672
0,042364
0,0042364
0,042364
0,0042364
Итого
1000
100
150
15
8,09244
0,4356
17,24988
1,724988
825,02567
82,502567
5-кесте-мысты электролиттік тазартудың материалдық балансы
2.1 Электролиз ваннасының материалдық балансы
Анодты металл үшін электролизердің материалдық балансын есептеу электролиз өнімдері бойынша металдардың таралуын талдау үшін (скрап, шлам, ерітінді, катод), катодты металдың 1 тонна анодтық құнын, электролитте негізгі металл мен қоспалардың жиналуын, катодты металдың тазалығын және онымен қымбат металдардың жоғалуын анықтау үшін қажет. Электролиз процесінің материалдық балансын құру анодты және катодты процестердің, ерітінділердегі химиялық реакциялардың, сондай-ақ судың булануы мен аэрозольдердің пайда болуына байланысты электролиттер құрамының өзгеруін анықтауға мүмкіндік береді.
Мыс балқыту цехы қара мысты, қайталама мысты (түсті металл қалдықтарын) отпен тазартумен қайта өңдейді, келесі орташаландырылған құрамдағы анодты мысты алуды қамтамасыз етеді,%: Сu 99.34; Ni 0.19; Аѕ 0.03; Ѕе 0.03; Zn 0.016; Sb 0.09; Те 0.02; Fе 0.07; Ві 0.002; Аи 0.015; Sn 0.006; О2 0.15; Рb 0.13; S 0.004; Ақ 0.07.
Анодты мыс құрамындағы компоненттердің ерітінді, шлам және катодтар арасында мысты электрлендіру кезінде таралуы 1-кестеде көрсетілген.
Есептеу анод компоненттерін бөлудің орташа көрсеткіштері бойынша жасалады (кесте. 1, бағандар 4, 7, 10, 12).
Электролиз өнімдеріндегі мыстың салмағы, кг:
- скрапта: 99.340 * 0.1800 = 17.88120
- шламда: 99.340 * 0.0180 = 1.78812,
- электролитте: 99.340 * 0.0110 = 1.09274,
- катодтарда: 99.340 * 0.7910 = 78.57794,
мұндағы 99.340-анодтағы мыс концентрациясы, %; 0.180, 0.0180, 0.0110, 0.7910 - барлық ерітілген мыстан сыныққа, шламға, электролитке және катодтарға өткен мыстың үлесі (18.00, 1.80, 1.10, 79.10%, тиісінше).
Шлам мен катодтардағы мыс концентрациясы осы өнімдердің массасын анықтағаннан кейін есептеледі. Сонымен, катодтардағы мыс концентрациясы, %:
78.57794 * 100 78.58235 = 99.99439.
Осылайша, 1 тонна катодты мыс алу үшін анодтарды қолдану керек, яғни: 1 * 100 78.57794 = 1.273.
Қалған элементтер үшін есептеулер ұқсас орындалады.
1-кесте-электролиз өнімдері бойынша 100 кг анодты мысқа қоспаларды бөлу
Электролиттің қасиеттері
а) электролиттің тығыздығы сал, г см3, аддитивтілік принципі негізінде анықталады:
сал = 0.01(с1а1 + с2а2 + ... + сіаі), (48)
мұндағы с1, С2, ... сі-ерітінді компоненттерінің тығыздығы, кгдм3;
a1, a2, ... ai-ерітінді компоненттерінің көлемдік концентрациясы, %.
Компоненттердің тығыздығы тең: сСиЅО4 = 3.603; сNiSO4 = 4.010; сН2ЅО4 = 1.841;
сН2О = 1.000 (анықтамалық деректер).
Электролиттің берілген құрамы үшін, гдм3 (45.0 Cu, 10.0 Ni, 160.0 H2SO4):
aCuSO4 = 45.0·159.60·100) (63.54·3.603·1000) = 3.137;
aNiSO4 = 10.0·154.76·100 (58.70·4.010·1000) = 0.657;
aH2SO4 = 160.0·100 (1.841·1000) = 8.691;
aH2O = 100.0 - (3.137 + 0.657 + 8.691) = 87.515 (айырмашылық бойынша).
Мұнда 159.60, 154.76-мыс және никель сульфаттарының молярлық массалары; 63.54, 58.70-мыс пен никельдің атомдық массалары.
сал = 0.01(3.603·3.137 + 4.010·0.657 + 1.184·8.691 + 1.000·87.515) = 1.117.
б) электролиттің жылу сыйымдылығы Сэл, кДж(кг·град), сондай-ақ аддитивтілік қағидаты негізінде айқындалады:
(49)
мұндағы С1, С2, ... Сі-электролит компоненттерінің меншікті жылу сыйымдылығы, Дж(г·К) (кесте. 2);
X1, X2, ... Xi - электролит компоненттерінің массалық үлестері, бірлік үлесі.
Электролиттегі Xi компоненттерінің массалық үлестері:
Xi = mi сал (50)
мұндағы: mi-1 дм3 электролиттегі i-ші компоненттің массасы, г;
- электролиттің тығыздығы, г дм3 (1117).
6-кесте-электролит компоненттерінің меншікті жылу сыйымдылығы, Дж(г·К)
Компонент
Температура, К
293
303
313
323
333
343
353
CuSO4
0.6122
0.6249
0.6370
0.6486
0.6596
0.6701
0.6802
NiSO4
0.8903
0.8930
0.8957
0.8984
0.9011
0.9037
0.9064
H2SO4
1.4052
1.4243
1.4435
1.4627
1.4821
1.5016
1.5211
H2O
4.1851
4.1814
4.1804
4.1816
4.1849
4.1901
4.1970
Электролиттің берілген құрамы үшін, гдм3 (45.0 Cu, 10.0 Ni, 160.0 H2SO4):
= 45.0 · 159.6 63.54 = 113.0;
мұнда: 45.0, 10.0 160 - компоненттердің шоғырлануы (тапсырма бойынша);
59.6, 154.8-мыс және никель сульфаттарының молярлық массалары;
63.54, 58.71-мыс пен никельдің атомдық массалары, тиісінше;
XCuSO4 = 113.0 1117 = 0.1012;
XNiSO4 = 26.4 1117 = 0.0236;
XH2SO4 = 160.0 1117 = 0.1432;
XH2O = 861.6 1117 = 0.7714.
Электролит компоненттерінің меншікті жылу сыйымдылығы (кесте. 5) Тэл = 336 к, кДж(кг·град) температурасы кезінде интерполяция әдісімен айқындалады:
Тэл = 336 к, кДж(кг·град) температурасындағы электролиттің меншікті жылу сыйымдылығы:
Cэл = 0.6628·0.1012 + 0.9019·0.0236 + 1.4880·0.1432 + 4.1865·0.7714 = 3.531.
в) электролиттің меншікті электр өткізгіштігі к, Смсм, оның компоненттерінің концентрациясына сызықтық емес тәуелді, ол концентрациясы бар электролиттер үшін есептеледі, гдм3: мыс Cu 30...50, никель Ni 0 ... 33, күкірт қышқылы S 158...225 t 328...348 k температурада полином бойынша [3]:
к = 0.04 - 0.2656·Сu - 0.0815·Ni + 0.3513·S + 0.3842·[T-273] + 0.0025·Сu2 + 0.00267·Ni2 - 0.000503·S2 - 0.00407·[T-273]2 + 0.00241·Сu·Ni - 0.001585·Сu·S - 0.00201·Ni·S - 0.001766·Ni·[T-273] + 0.00273·S·[T-273], (51)
мұндағы Си-ерітіндідегі мыс иондарының концентрациясы, г дм3 (45); Ni - ерітіндідегі никель иондарының концентрациясы, гдм3 (10); S - ерітіндідегі күкірт қышқылының концентрациясы, гдм3 (160); T - электролит температурасы, К (336).
к = 0.04 - 0.2656·45 - 0.0815·10 + 0.3513·160 + 0.3842·60 + 0.0025·452 + 0.00267·102 - 0.000503·1602 - 0.00407·602 + 0.00241·45·10 - 0.001585·45·160 -0.00201·10·160 - 0.001766·10·60 + 0.00273·160·60 = 56.85.
2.2 электролиз ваннасының электр балансы
Ваннадағы кернеу балансы келесі шамалардан тұрады, В:
Uв = Ер + ДЕа-к + ДUэл + ДUшл + ДUшт + ДUтэ + ДUконт (52)
мұндағы Ер-ыдырау кернеуі; ДЕа-к - электродты поляризация; ДUэл - электролиттегі кернеудің төмендеуі; ДUшл - шламдағы кернеудің төмендеуі; ДUшт - катодты штангалардағы кернеудің төмендеуі; ДUэтэ - электродтар денесіндегі кернеудің төмендеуі; ДUконт - контактілердегі кернеудің төмендеуі.
А) Ер ыдырау кернеуі анод пен катодтың термодинамикалық потенциалдарының айырмашылығымен анықталады:
б) ДЕа-к электродты поляризациясы ток пен температура тығыздығының берілген мәндері кезінде тиісінше +0.02 В және -0.02 В тең қабылдануы мүмкін анодты және катодты процестердің асқын кернеулігінің айырмасы ретінде айқындалады, яғни.
ДЕа-к = ДЕа - ДЕк = 0.020 - (-0.020) = 0.040.
в) ДUэл электролитіндегі кернеудің төмендеуі
Кэл = Кэл · I, (54)
мұндағы rэл-электролиттің кедергісі, Ом;
I-электролизер арқылы ток күші, А. (55)
мұндағы-электролиттің меншікті электр өткізгіштігі, Смсм (56.85);
л-анод пен катод арасындағы қашықтық, м;
л = (?мэр - дк - да) 2 = (0.102 - 0.004 - 0.0385)2 = 0.02975;
S-анод пен катод арасындағы ток өтетін электролиттің қимасы, м2:
S = мұндағы-электрод аралықтарының саны.
мұндағы Ѕк-катодтардың (матрицалардың) жұмыс беті м2:
Ѕк = 2 · 33 · 0.88 · 0.98 = 56.92.
I = 270 · 56.92 = 15368.
Гэл = 9.39 · 10-6 ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
Ұқсас жұмыстар
Пәндер
- Іс жүргізу
- Автоматтандыру, Техника
- Алғашқы әскери дайындық
- Астрономия
- Ауыл шаруашылығы
- Банк ісі
- Бизнесті бағалау
- Биология
- Бухгалтерлік іс
- Валеология
- Ветеринария
- География
- Геология, Геофизика, Геодезия
- Дін
- Ет, сүт, шарап өнімдері
- Жалпы тарих
- Жер кадастрі, Жылжымайтын мүлік
- Журналистика
- Информатика
- Кеден ісі
- Маркетинг
- Математика, Геометрия
- Медицина
- Мемлекеттік басқару
- Менеджмент
- Мұнай, Газ
- Мұрағат ісі
- Мәдениеттану
- ОБЖ (Основы безопасности жизнедеятельности)
- Педагогика
- Полиграфия
- Психология
- Салық
- Саясаттану
- Сақтандыру
- Сертификаттау, стандарттау
- Социология, Демография
- Спорт
- Статистика
- Тілтану, Филология
- Тарихи тұлғалар
- Тау-кен ісі
- Транспорт
- Туризм
- Физика
- Философия
- Халықаралық қатынастар
- Химия
- Экология, Қоршаған ортаны қорғау
- Экономика
- Экономикалық география
- Электротехника
- Қазақстан тарихы
- Қаржы
- Құрылыс
- Құқық, Криминалистика
- Әдебиет
- Өнер, музыка
- Өнеркәсіп, Өндіріс
Қазақ тілінде жазылған рефераттар, курстық жұмыстар, дипломдық жұмыстар бойынша біздің қор #1 болып табылады.
Ақпарат
Қосымша
Email: info@stud.kz