Мырыш электролизі
КІРІСПЕ
1ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Мырыш бар шикізатты өндіру әдістері
1.2 Ерітіндіден мырышты электрошөктіру үрдісі
1.2.1 Мырыш электрошөктіру үрдістің теориялық негіздері
1.3 Электролиз үрдісін анықтайтын факторлар
1.3.1 Мырыш электрошөктіруне қоспалардың әсері және электролитінің құрамы
1.4. Ток тығыздығы
1.4.1 Электролиттің температурасы және циркуляциясы
1.4.2 Мырыш алу электролизінің тәжірибесі
1.5. Мырыш электролизі бойынша патенттік зерттеу жұмыстарының талдауы және патенттік шолулар
2 ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
2.1ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҮРДІСТІ ЕСЕПТЕУ
2.2 Өнімділікті есептеу
2.3 Ванналардың өлшемдері мен санын анықтау
2.4 Мырыш сульфаты ертіндісі электролизының материалдық балансы
2.5 Электролиз үрдісінің материалдық балансы
2.6 Электролиздегі былаудың жылу балансы.
ҚАУІПСІЗДІК ТЕХНИКАСЫ ЖӘНЕ ЭКОЛОГИЯЛЫЛЫҒЫ
ҚОРЫТЫНДЫ
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
1ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Мырыш бар шикізатты өндіру әдістері
1.2 Ерітіндіден мырышты электрошөктіру үрдісі
1.2.1 Мырыш электрошөктіру үрдістің теориялық негіздері
1.3 Электролиз үрдісін анықтайтын факторлар
1.3.1 Мырыш электрошөктіруне қоспалардың әсері және электролитінің құрамы
1.4. Ток тығыздығы
1.4.1 Электролиттің температурасы және циркуляциясы
1.4.2 Мырыш алу электролизінің тәжірибесі
1.5. Мырыш электролизі бойынша патенттік зерттеу жұмыстарының талдауы және патенттік шолулар
2 ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
2.1ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҮРДІСТІ ЕСЕПТЕУ
2.2 Өнімділікті есептеу
2.3 Ванналардың өлшемдері мен санын анықтау
2.4 Мырыш сульфаты ертіндісі электролизының материалдық балансы
2.5 Электролиз үрдісінің материалдық балансы
2.6 Электролиздегі былаудың жылу балансы.
ҚАУІПСІЗДІК ТЕХНИКАСЫ ЖӘНЕ ЭКОЛОГИЯЛЫЛЫҒЫ
ҚОРЫТЫНДЫ
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
Пайдаланылатын технология бойынша металлургиялық пештер 5-7 т/м2 тәулігіне тең үлесті өнімділікке ие болады. Қазіргі заманға сай және тұтынушылардың қажетіне қарай берілген әдісті қарқындылау қажет. Бұны экономикалық сала жағынан орнықты қылып, яғни аз мөлшердегі материалдар шығынын бақылау. Бірақ осыған орай пештердің көлемдерінің өзгеруімен ол ыңғайда оң нәтиже бермейді.
Пеш өнімділігінің жоғарлауына себеп болатын технологиялық режимнің өзгерісі болып табылады.
Қазақстан әлемде мырышты көп өндіретін елдердің ішіне кіреді. Біздің елімізде көптеген мырыш өндіретін зауыттар бар. Олар «Шымкенттік мырыш зауыты», «Алмалық мырыш зауыты», ал осылардың ішіндегі жетекші кәсіпорын болып табылатын - «KAZZINC».
Ғылымның дамуымен мырышқа деген сұраныс саны өсіп келе жатыр. Лондандағы металдық биржада (LME) 13 мамырда күнделікті хабарландыруында биржадағы мырыш қоры 1,5 %-ға, ол яғни, 113,9 мың тоннаға дейін төмендеген. Мамандардың болжамы бойынша, металды әлемдік пайдалану 3,9 %-ға, яғни 11,1 млн. тоннаға өсуі ықтимал, ал 2007 жылы бұл көрсеткіш 11,4 млн. тоннаны құраған.
Пайдаланылатын технология бойынша металлургиялық пештер 5-7 т/м2 тәулігіне тең үлесті өнімділікке ие болады. Қазіргі заманға сай және тұтынушылардың қажетіне қарай берілген әдісті қарқындылау қажет. Бұны экономикалық сала жағынан орнықты қылып, яғни аз мөлшердегі материалдар шығынын бақылау. Бірақ осыған орай пештердің көлемдерінің өзгеруімен ол ыңғайда оң нәтиже бермейді.
Пеш өнімділігінің жоғарлауына себеп болатын технологиялық режимнің өзгерісі болып табылады.
Қазақстан әлемде мырышты көп өндіретін елдердің ішіне кіреді. Біздің елімізде көптеген мырыш өндіретін зауыттар бар. Олар «Шымкенттік мырыш зауыты», «Алмалық мырыш зауыты», ал осылардың ішіндегі жетекші кәсіпорын болып табылатын - «KAZZINC».
Ғылымның дамуымен мырышқа деген сұраныс саны өсіп келе жатыр. Лондандағы металдық биржада (LME) 13 мамырда күнделікті хабарландыруында биржадағы мырыш қоры 1,5 %-ға, ол яғни, 113,9 мың тоннаға дейін төмендеген. Мамандардың болжамы бойынша, металды әлемдік пайдалану 3,9 %-ға, яғни 11,1 млн. тоннаға өсуі ықтимал, ал 2007 жылы бұл көрсеткіш 11,4 млн. тоннаны құраған.
1 Снурников А.П. Гидрометаллургия цинка. - М.: Металлургия, 1981.
2 Романтеев Ю.П. Металлургия цинка. - Алматы, 1999.
3 Выщелачивание огарка и возгонов. Электроосаждение цинка / –Усть-Каменогорск: Казцинк, 2003.
4 Хан О.А., Фульман Н.И. Новое в электроосаждении цинка. - М.: Металлургия, 1979.
5 Туромшина У.Ф. Влияние металлических примесей на катодный процесс при электролизе растворов сернокислого цинка. Автореферат диссертационной работы, представленной на соискание ученой степени кандидата химических наук / Академия наук КазССР. Институт химических наук. – Алма-Ата, 1953.
6 Григорьев В.Д., Фульман Н.И. Влияние полиакриламида на показатели электролиза цинка // Цветные металлы. – 1976. - №5.
7 Клименко В.Л. О влиянии селена, теллура, и германия на электролиз цинка // Цветные металлы. – 1971. - №11. – с. 17-19.
2 Романтеев Ю.П. Металлургия цинка. - Алматы, 1999.
3 Выщелачивание огарка и возгонов. Электроосаждение цинка / –Усть-Каменогорск: Казцинк, 2003.
4 Хан О.А., Фульман Н.И. Новое в электроосаждении цинка. - М.: Металлургия, 1979.
5 Туромшина У.Ф. Влияние металлических примесей на катодный процесс при электролизе растворов сернокислого цинка. Автореферат диссертационной работы, представленной на соискание ученой степени кандидата химических наук / Академия наук КазССР. Институт химических наук. – Алма-Ата, 1953.
6 Григорьев В.Д., Фульман Н.И. Влияние полиакриламида на показатели электролиза цинка // Цветные металлы. – 1976. - №5.
7 Клименко В.Л. О влиянии селена, теллура, и германия на электролиз цинка // Цветные металлы. – 1971. - №11. – с. 17-19.
МАЗМҰНЫ
КІРІСПЕ
1ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Мырыш бар шикізатты өндіру әдістері
1.2 Ерітіндіден мырышты электрошөктіру үрдісі
1.2.1 Мырыш электрошөктіру үрдістің теориялық негіздері
1.3 Электролиз үрдісін анықтайтын факторлар
1.3.1 Мырыш электрошөктіруне қоспалардың әсері және электролитінің құрамы
1.4. Ток тығыздығы
1.4.1 Электролиттің температурасы және циркуляциясы
1.4.2 Мырыш алу электролизінің тәжірибесі
1.5. Мырыш электролизі бойынша патенттік зерттеу жұмыстарының талдауы және
патенттік шолулар
2 ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
2.1ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҮРДІСТІ ЕСЕПТЕУ
2.2 Өнімділікті есептеу
2.3 Ванналардың өлшемдері мен санын анықтау
2.4 Мырыш сульфаты ертіндісі электролизының материалдық балансы
2.5 Электролиз үрдісінің материалдық балансы
2.6 Электролиздегі былаудың жылу балансы.
ҚАУІПСІЗДІК ТЕХНИКАСЫ ЖӘНЕ ЭКОЛОГИЯЛЫЛЫҒЫ
ҚОРЫТЫНДЫ
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
Пайдаланылатын технология бойынша металлургиялық пештер 5-7 тм2
тәулігіне тең үлесті өнімділікке ие болады. Қазіргі заманға сай және
тұтынушылардың қажетіне қарай берілген әдісті қарқындылау қажет. Бұны
экономикалық сала жағынан орнықты қылып, яғни аз мөлшердегі материалдар
шығынын бақылау. Бірақ осыған орай пештердің көлемдерінің өзгеруімен ол
ыңғайда оң нәтиже бермейді.
Пеш өнімділігінің жоғарлауына себеп болатын технологиялық режимнің
өзгерісі болып табылады.
Қазақстан әлемде мырышты көп өндіретін елдердің ішіне кіреді. Біздің
елімізде көптеген мырыш өндіретін зауыттар бар. Олар Шымкенттік мырыш
зауыты, Алмалық мырыш зауыты, ал осылардың ішіндегі жетекші кәсіпорын
болып табылатын - KAZZINC.
Ғылымның дамуымен мырышқа деген сұраныс саны өсіп келе жатыр.
Лондандағы металдық биржада (LME) 13 мамырда күнделікті хабарландыруында
биржадағы мырыш қоры 1,5 %-ға, ол яғни, 113,9 мың тоннаға дейін
төмендеген. Мамандардың болжамы бойынша, металды әлемдік пайдалану 3,9 %-
ға, яғни 11,1 млн. тоннаға өсуі ықтимал, ал 2007 жылы бұл көрсеткіш 11,4
млн. тоннаны құраған.
1ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Мырыш бар шикізатты өндіру әдістері
Мырыштың минералдары:
Мырыш кендері сульфидті, онда мырыш сульфид түрде құралады және
оксидті, онда мырыш оксиді қоспалар түрінде құралады. Таза күйіндегі мырыш
табиғатта табылмаған.
Мырыштың негізгі минералдары:
ZnS – cфалерит;
ZnO – цинкит;
ZnCO3 – смитсонит.
Мырыштың сульфидтік кендері кең таралған, оның құрамында cфалерит
(ZnS), галенит (PbS), халькопирит (CuFeS2), пирит (FeS) болады.
Мырыш кендерінде металл (Zn – 1-13 %)мөлшері аз болғандықтан, оны
бірден металлургиялық өндіріске түсірмейді, оны алдын-ала байытады.
Полиметалды кендерде мырыштан басқа да құнды металдар болады,
сондықтан байытуды селективті немесе коллективті флотация әдістері арқылы
жүзеге асырылады .
Концентратта мырыштан басқа мыс, қорғасын, кадмий, германий, индий
және басқа металдар кешенді түрде болады. Құрамындағы қоспалар темір,
мышьяк, сүрме, кремний оксиді аз, бірақ концентетратты сирек металдар көп
болады, сондықтан оларды гидрометаллургиялық әдіспен бөліп алу рационалды
болып табылады.
Өндіріске түсетін концентраттардың минералогиялық құрамы
келесідегідей:
- 82-83% - сфалерит;
- 5% - халькопирит;
- 4% - пирит;
- 2% - галенит және пиротин.
Концентраттың құрамы келесідегідей болады, %: 55,5-Zn; 0,26-Cd; 1,6-
Pb; 0,9-Cu; 31,6-S; 4,8-Fe; 2,1-SiO2; 0,002-Co; 0,003-Ni; 0,6-CaO; 0,98-
Al2O3; 0,04-As; 0,03-Sb; 1,585-басқалары.
Электролиз үрдісінде пайдалынатын негізгі шикізаты мен материалдар-
дың сипаттамалары және оларға қойылатын талаптар:
а) тазартылған бейтарап электролитінің құрамы: Zn 125-145гдм3;
қосылыстардың құрамы жоғары емес: Mn- 3-8 гдм3; Cd - 2,5 мгдм3; Cu -
0,25 мгдм3; Co-2,3 мгдм3; Ni-0,1 мгдм3; Fe- 40 мгдм3; Sb- 0,08 мгдм3;
F -100 мгдм3; Cl-230 мгдм3; As-0,1 мгдм3; меншікті салмағы
1,35-1,39 гдм3;
б) пайдаланылған электролитінің құрамы: H2SO4 145-175 гдм3; мырыш 50-
60 гдм3; температурасы 38-42º C;
в) суытылған электролиттің құрамы: H2SO4 135-165 гдм3; Zn 55-65
гдм3; температурасы 300±30 С;
г) электролизге түсетін электролиттің құрамы: H2SO4 135-165 г дм3;
меншікті салмағы 1,29 гсм3; температурасы 300±30 С;
д) желім: сертификат бойынша 200 гт;
е) солодка экстракті: сертификат бойынша 40 гт;
ж) катодтар үшін алюминий жаймасы: A-5 маркалы;
з) анодтар үшін күміс: СрА-1;
к) шиналы мыс: сертификат бойынша;
л) анодтар үшін қорғасын: С1, С2;
и) резинадан жасалған катод штангасы: сертификат бойынша.
Қазіргі мырыш металлургиясында екі әдіс арқылы металды мырышты алуға
болады: пирометаллургиялық және гидрометаллургиялық .
Пирометаллургиялық әдістерде кендерді және концентраттарды жоғарғы
температурада қыздыру арқылы өндіреді.
Пирометаллургиялық әдісте мырыштың сульфидтік концентраттарды алдын-
ала күйдіреді (көбінесе агломерациялық күйдіру), яғни мырыш оксиді түрінде
алынады. Содан соң мырыш агломератын тотықсыздандырғышпен (коксик) қосады,
алынған шихтаны керамикалық ыдысқа – ретортаға тиеледі. Реторталар
дистилляциялық пеште орналасады. Пештің температурасы 1250-13500 С, сонымен
қатар келесі химиялық реакциялар жүреді:
ZnO+C=Zn+CO;
(1)
ZnO+CO=Zn+CO2;
(2)
CO2+C=2CO.
(3)
Металды мырыш бу түрінде ұшады. Құрамында мырыш буы бар газдар
конденсаторға түседі, онда мырыш сұйық металға конденсацияланады.
Мырыш дистилляциясы горизонталды және вертикалды реторталарда және де
шахталы немесе электропештерде жүргізіледі.
Дистилляция үрдісінде тотықсыздандырылған мырыштан қорғасын, кадмий,
мыс, темір және басқа қоспалар құрайды. Сондықтан оны тазартуға жібереді.
“Имперал Смелтинг” технологиясы қазіргі уақытта алдыңғы қатарлы
пирометаллургиялық әдістің бірі болып келеді. “Имперал Смелтинг”
технологиясы бойынша мырыш концентраттарында қорғасынның мөлшері жоғарғы
дәрежеде болу қажет. Технологияда концентраттарды агломерациялық күйдіруі
мен агломератты тотықсыздану балқытуы (арнайы шахталық пештерде)
қарастырылған және қара қорғасын мен мырыш буы алынады.
Гидрометаллургиялық әдісі бойынша алдын ала күйдірілген концентратты
күкірт қышқылды ерітіндіден мырышты ерітінділейді:
ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O.
(4)
Ерітінділеуден кейін алынған ерітіндіде қоспалар болады, сондықтан
сульфатты мырыш ерітіндісін тазартуға жіберіледі.
Қоспалардан тазартылған мырыштың сульфатты сулы ерітіндісін
электролизге жіберіледі. Электролиз үрдісінде келесі реакция жүреді:
ZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+0,5O2.
(5)
Гидрометаллургиялық әдістің пирометаллургиялық әдіске қарағанда бір
қатар артықшылықтары болады:
1) берілген шикізаттан негізгі және серіктес кұрауыштарды жоғары
дәрежеде бөліп алады;
2) қоршаған ортаны зиянды тастандылардан қорғау үшін қолайлы шарттар
қамтамасыз етілген;
2. Ерітіндіден мырышты электрошөктіру үрдісі
2.1 Мырыш электрошөктіру үрдістің теориялық негіздері
Электролиз деп - электролит арқылы электр ток өткен кезде және
электродтарды электролитке түсірілгенде жүретін электрохимиялық тотығу-
тотықсыздану үрдістердің жиынтығын айтады.
Электролиз гидрометаллургияның ең соңғы сатысы болып табылады.
Электрошөктіру жолмен алынатын катодтық мырыштың құрамы бойынша дайын
өнімнен қарағанда айырмашылығы аз болады.
Электролиз үрдісіне барлық электролизге дейін өтілген операциялардың
сапасы әсер етеді - күйдіру, ерітінділеу және әсіресе ерітіндіні
қоспалардан тазарту.
Қазіргі уақытта талдайтын қоспалар саны көбейді және де мырыштың
электролиттегі шектеулі концентрациясы азайды.
Жобаланатын кәсіпорында мырыш сульфатының бейтарап ерітіндсінің
құрамы келесідегідей, гдм3: Zn-125-145; Mn-5; мгдм3; Cd-2,5; Cu-0,25; Co-
2,3; Ni-0,1; Fe-40; Sb-0,08; As-0,1; Cl-230; F-100 [3].
Электролиз үрдісінің мағынасы келесідегідей: бейтарап электролитті
немесе оны пайдаланылған электролитпен қосып үздіксіз былау электролизіне
түсіру.Былаулардағы электролит арқылы тұрақты ток өткен кезде металдық
мырыш катодқа, яғни алюминиден жасалған катодқа шөгіледі.
Мырышты электрошөктіру қышқыл ортада жүреді. Электролиз үрдісінде
Джоуль жылуынан электролит температурасы көтеріледі. Берілген
электролитінің температурасын ұстау үшін орталықтандырылған суыту
жүргізіледі, оны былауларға алдын ала суытылған бейтарап және қышқыл
электролитінің қоспасын көптеп беру жолымен жүргізіледі.
Катодтық тұнбаны өсіру ұзақтығы 24 сағат. Содан кейін катодтарды
былаулардан шығарып, мырыш шөгінділерін сыдырып алады.
Тазартылған сульфаттық ерітіндіден мырышты электрохимиялық шөктіру
үрдісін келесі түрде теңдеу арқылы жазуға болады:
ZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+0,5O2 .
(6)
Электролиз үрдісі негізінде өте күрделі үрдіс, өйткені электролитте
мырыштан басқа катиондар мен аниондар болады, яғни электрохимиялық
реакциялардан кейін катиондар мен аниондар, сәйкесінше катодта және анодта
разрядталады, сондықтан қай дәрежеде болмасын мырышты электрошөктіру
үрдісіне өз әсерін тигізеді.
Тұздар, қышқылдар және негіздер ерітінділерде диссоциацяланады. Оң
зарядталған иондарды – катиондар, ал теріс зарядталған иондарды – аниондар
деп атайды. Су да диссоциацияланады, бірақ аз дәрежеде.
Тұрақты ток өткен кезде, демек кернеу әсерінен катиондар теріс
зарядталған электродқа қарай, яғни катодқа қозғалады, ал аниондар оң
зарядталған анодқа қарай қозғалады. Катиондар мен аниондар электродтарға
жақындағанда олар разрядталады, яғни ерітіндіден атомдық күйде бөлінеді.
Мырыш электролиз үрдісінде оң зарядталған иондар Zn2+ және H+ , ал
теріс зарядталған иондар SO42- және ОН- топтары болады .
Катодтық үрдіс. Катодта келесі реакциялар өтеді:
Zn2+ + 2ē =Zn,
(7)
2H+ + 2ē =H2↑.
(8)
Мырыштың нормалдық потенциалы –0,763 В тең, ал сутегінікі ±0,000 В.
Кернеу қатарына сәйкес тұжырымдасақ, катодта сутегі ионы разрядталуы тиіс.
Бірақ тәжірибе шартында катодта мырыш шөктіріледі және сутегі бөлінуге
кететін электроэнергиялық шығын 10-12 % (жалпы шығынан) құрайды. Бұл сутек
иондарының үлкен асқын кернеу мен бөлінуімен түсіндіріледі, сондықтан
сутегінің потенциалы белгілі бір шарттарда мырыштың потенциалынан теріс
болады.
Сутегі асқын кернеуінің дәрежесі катодтың материалына, ток
тығыздығына, катод бетінің күйіне, электролиттің температурасына, сутек
ионының концентрациясына және электролиттегі басқа иондардың
концентрациясына байланысты болады.
Катодтық ток тығыздығы 500 Ам 2 кезінде әр түрлі металдардағы
сутегінің асқын кернеуі 1 кестеде көрсетілген.
Кесте 1 – Сутегінің асқын кернеуі
Металл Асқын кернеудің шамасы, В
Темір 0,700
Мырыш 0,926
Қорғасын 1,168
Қалайы 1,185
Алюминий 0,968
Висмут 1,150
Кадмий 1,210
Никель 1,890
Ток тығыздығы өскен сайын мырышта және басқа металдарда сутегінің
асқын кернеуі өседі. Сутегінің асқын кернеуі мен ток тығыздығы арасында
байланысты Тафель теңдеумен өрнектеуге болады:
-ηН= а + в× lgDk;
(9)
мұндағы а және в – коэффициенттер.
Катод бетінің күйі кедір бұдыр болғанда нақты ток тығыздығы
төмендейді, яғни сутегінің асқын кернеуі де төмендейді. Сондықтан
катодтарда мүмкіндігінше майда мырыш тұнбасын алуға тырысады.
Электролиттің температурасы өссе, онда мырышта сутегінің асқын
кернеуі төмендейді, бұны ток тығыздығы 500 Ам 2 болғанда 2 кестеде көруге
болады.
Кесте 2 – Электролитінің температурасымен сутегінің асқын кернеудің
байланысы
Электролиттің температурасы, 0С 20 40 60 80
Асқын кернеу, В 1,164 1,105 1,075 1,070
Сутек иондарының концентрациясы өскен сайын, яғни электролитінің
қышқылдылығы өскенде, сутегінің асқын кернеуі төмендейді, өйткені оның
абсолют потенциалы оң жаққа қарай өседі.
Электролитке белгілі бір шекте қосылған колоидтар сутегінің асқын
кернеуін көтереді, өйткені ерітіндіде беттік белсенді заттардың
концентрациясы өте жоғары болуынан жүреді.
Мырышты тұндыру үрдісі үш сатыдан тұрады: катод маңындағы иондардың
разрядталуы, атомдық мырышты алюминийдің кристалдық торына енгізуі және
катод маңындағы қабықтың иондарда азаюының толтыруы.
Поляризация немесе потециал разрядының төмендеуі екінші және әсіресе
үшінші сатысы тежеулеуінің нәтижесінде катод маңындағы өз уақытында мырыш
иондарының толтырмауынан концентрациялық поляризациясы пайда болады .
Концентрациялық поляризациясының себептері келесідегідей: ток
тығыздығының өсуі, электролиттің температурасы төмендеуі және ерітінде ББЗ
болуы.
Электролиздің технико-экономикалық көрсеткіштерін жоғарғы дәрежеде
алу үшін қабілетті факторларды ескергенде мырыштың поляризациясы
төменделеді және сутегінің асқын кернеуі өседі.
Қорғасыннан жасалған анодта келесі электрохимиялық реакциялар жүреді:
Pb-2ē=Pb2+;
(10)
2OH--2ē=H2O+0,5O2;
(11)
Pb2+-2ē=Pb4+;
(12)
Pb4++2SO42-=Pb(SO4)2;
(13)
Pb(SO4)2+2H2O=PbO2+2H2SO4.
(14)
Ерімейтін анод ретінде қорғасын пайдалынады, өйткені оның күкірт
қышқылы электролитінде енжарланумен түсіндіріледі. Анодтың тотығуы
нәтижесінде анод бетінде күкірт қышқылды электролитте ерімейтін қатты қабық
түрінде қорғасын оксиді (PbO2) түзіледі.
Қазіргі кезде анод түрінде қорғасын және күміс құймасы (0,75 % Ag)
қолданылады .
Марганец ионы (Mn2+) мырыш сульфатты электролитте құралады, сондықтан
ол анод үрдісіне әсер етеді
Mn2+-2ē+ 2H2O = MnO2 + 4H+;
(15)
Mn2+-5ē+4H2O =MnO4 +8H+.
(16)
(15) реакция жүруі қолайсыз, өйткені MnO2 шламды түзеді және анод
кеңістігінде түсіп міндетті түрде Mn2+ дейін тотықсызданады. Бірақ
ерімейтін анод бетінде MnO2 тұнған кезде, ол анодтан электролитке өтетін
қорғасының мөлшерін төмендетеді.
Ион хлоры болғанда қорғасынды анод таттануға ұшырайды, өйткені
қорғасын хлоридінің ерігіштігі қорғасын сульфатынан жоғары .
Құрамында фтор ионы (100 мгдм3 артық) жоғары болғанда анодтың
таттануы жоғарлайды, бірақ электролиттің құрамында фтор белгілі бір
мөршерде (50-100 мгдм3) болса, онда ол анод үрдісіне оң әсерін тигізеді,
өйткені қорғасынды анодтың таттануын төмендетеді.
1.3 Электролиз үрдісін анықтайтын факторлар
1.3.1Мырыш электрошөктіруне қоспалардың әсері және электролитінің
құрамы
Электролитінің тазалығы мырыш электрошөктіру үрдістің
көрсеткіштерін және катодты мырыш сапасын анықтайды .
Мырыш электролиз үрдісі жүрген кезде былаудағы электролитінің құрамы
былауға түсетін бейтарап ерітіндінің құрамынан негізінде анықталады.
Ток бойынша шығымы және электроэнергияның меншікті шығыны бейтарап
ерітіндінің мырыш концентрациясына байланысты болады.
Бейтарап ерітіндідегі қоспалардың шектеулі құрамы келесідегідей:
Zn – 125-145 гдм3; Mn – 3-8 гдм3; Cd – 2,5 мгдм3; Cu – 0,25 мгдм3; Co
– 2,3 мгдм3; Ni – 0,1 мгдм3; Fe – 40 мгдм3; Sb – 0,08 мгдм3; As –0,1
мгдм3; F және Cl – 100 және 230 мгдм3, сәйкесінше.
Мырыш электролитіндегі барлық қоспаларды келесі топторға бөлуге
болады:
1) катиондар – мырыштың стандартық потенциалынан оң қоспалар;
2) катиондар – мырыштың стандартық потенциалынан теріс қоспалар;
3) аниондар;
4) органикалық қоспалар .
Мырыш концентрациясын шексіз көтеруге болмайды, өйткені ерітінділеу
цехында қойыртпақтың және ерітіндінің тұндыруы мен сүзуі нашарлауы мүмкін.
Электролизге бейтарап ерітінді түседі, құрамында 156 г дм3 мырыш
және 142 гдм3 H2SO4 құрайды. Пайдаланылған ерітіндіде мырыш 55 гдм3
жоғары мөлшерінде қалдырмау қажет, экономикалық жағынан тиімсіз, өйткені
1м3 бейтарап электролиттен металдың алынуы төменделеді.
Катодқа мырышпен бірге кадмий мен қорғасын шөгіп тұнбаны
ластандырады. Тазартудан кейін бейтарап ерітіндідегі кадмий құрамы 1-2
мгдм3 болған кезде жоғарғы маркалы мырыш алынады (кадмий бойынша).
Кадмий әсері катодты мырыш бетінде әлсіз әсерлі қысқа тұйық
микроэлементердің түзілуіне әкеледі .
Катодты мырыштың құрамында қорғасынның өсуі анод үрдісіндегі
қорғасынның еруімен байланысты. Осы топқа күмісті жатқызуға болады, өйткені
легірленген күміс (0,5-1 %) қорғасынмен бірге анод еруі кезінде ерітіндіге
өтуі мүмкін.
Мыс мырыштан қарағанда өте оң потенциал металл, сондықтан катодқа
бірінші болып бөлінеді .
Бейтарап электролитте мыс құрамы 0,1-0,3 мгдм3. As және Sb мырыштан
қарағанда аса электро оң металдар, сондықтан олардың электролиз үрдісіндегі
тәртібі мыстікі сияқты, бірақ сүрме теріс әсері өте аз концентрацияларда да
байқалады. Бейтарап ерітіндідегі сүрменің жоғарғы шектік құрамы 0,08
мгдм3 аспау қажет .
Сүрменің зиянды әсері температура жоғарлағанда өседі. Сүрме “қиын
сыдыру” кезінде оң ролін атқарады, сүрме тұзын белгілі бір мөлшерде
қосқанда, әсіресе катодтық мырышты сыдыру алдында, бұл құбылысты жояды.
Катодтық мырышты өте майда тұнбасын алу үшін электролиз үрдісіне
сүрме тұзын қосады.
Ерітінділеу цехында ерітіндіні тазартудан кейін ерітідінің құрамында
және электролиз үрдісіне жасанды түрде енгізілген сүрме ролін нақты
шекараландыру қажет. Ерітіндіні гидролиттік және цементациялық тазартудан
кейін ерітіндінің тазарту тереңдігі сүрмеден басқада қоспаларға байланысты.
Сондықтан сүрмені ерітіндіден тазарту тереңдігі жоғарғы дәрежеде болғанда
және электролиз кезінде сүрменің тұз шығыны қатаң мөлшерде қосқанда оң
әсерін тигізеді, ал тазартудан кейін сүрменің концентрациясы аз мөлшерінде
көтерілсе электролиз үрдісінің көрсеткіштері нашарлауы мүмкін.
Мышьяк сүрмеден қарағанда өте жоғарғы концентрацияларда теріс әсерін
тигізеді. Мышьяк электролиз кезінде ток бойынша шығымды төмендетеді.
Бейтарап электролиттегі мышьяктың шектеулі концентрациясы 0,05 –0,1 мгдм3.
Кобальт және никель мырышпен бірге шөгіп , тұйық элементерді түзеді.
Кобальттің мөлшері бір шама болғанда катодтты мырышта тесіктер түрінде
таттануына әкеледі. Желім кобальт кристалдарында абсорбцияланып, мырыш
еруін тежеулетеді. Кобальттың зиянды әсері басқа қоспалар болғанда өседі.
Никель кобальт сияқты әсерін тигізеді, бірақ бір айырмашылығымен
ерекшеленеді: тұнбаның таттану нәтижесінде тесіктері өте терең, диаметрі
кіші, бірақ көп мөлшерде және басқа формада болады.
Қазіргі кешенді цементациялық тазарту әдіс арқылы ерітіндідегі
1мгдм3 кобальт және 0,1 мгдм3 никель құрамын тұрақты алуға болады. Осы
металдардың шектеулі концентрацияларының жоғарлауы ток бойынша мырыш
шығымын төмендетеді және де электролиттің қышқылдылығы төмендеуімен және
былаудағы кернеудің өсу нәтижесінде электрэнергияның шығыны өседі
Германий мырыш электролизінде ең зиянды қоспа болып саналады, өйткені
электролиттегі концентрациясы 1 мгдм3 болғанда мырыш тұнбасын алуын
қиындатады. Германий мырыш концентраттарында өте сирек кездеседі.
Кобальттің болуы германидың белсенділігін арттырады. Бейтарап
электролиттегі германидің концентрациясы 0,01 мгдм3 жоғары болмауы керек .
Селен мен теллур ерітіндіде жиналады. Электролиттегі селен құрамы
өсуімен катодты мырыш тұнбасында аз мөлшерде сутекті тесіктер болуымен
қатар алюминий жағынан мырыш ... жалғасы
Сіз бұл жұмысты біздің қосымшамыз арқылы толығымен тегін көре аласыз.
КІРІСПЕ
1ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Мырыш бар шикізатты өндіру әдістері
1.2 Ерітіндіден мырышты электрошөктіру үрдісі
1.2.1 Мырыш электрошөктіру үрдістің теориялық негіздері
1.3 Электролиз үрдісін анықтайтын факторлар
1.3.1 Мырыш электрошөктіруне қоспалардың әсері және электролитінің құрамы
1.4. Ток тығыздығы
1.4.1 Электролиттің температурасы және циркуляциясы
1.4.2 Мырыш алу электролизінің тәжірибесі
1.5. Мырыш электролизі бойынша патенттік зерттеу жұмыстарының талдауы және
патенттік шолулар
2 ЕСЕПТЕУ БӨЛІМІ
2.1ТЕХНОЛОГИЯЛЫҚ ҮРДІСТІ ЕСЕПТЕУ
2.2 Өнімділікті есептеу
2.3 Ванналардың өлшемдері мен санын анықтау
2.4 Мырыш сульфаты ертіндісі электролизының материалдық балансы
2.5 Электролиз үрдісінің материалдық балансы
2.6 Электролиздегі былаудың жылу балансы.
ҚАУІПСІЗДІК ТЕХНИКАСЫ ЖӘНЕ ЭКОЛОГИЯЛЫЛЫҒЫ
ҚОРЫТЫНДЫ
ҚОЛДАНЫЛҒАН ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ
КІРІСПЕ
Пайдаланылатын технология бойынша металлургиялық пештер 5-7 тм2
тәулігіне тең үлесті өнімділікке ие болады. Қазіргі заманға сай және
тұтынушылардың қажетіне қарай берілген әдісті қарқындылау қажет. Бұны
экономикалық сала жағынан орнықты қылып, яғни аз мөлшердегі материалдар
шығынын бақылау. Бірақ осыған орай пештердің көлемдерінің өзгеруімен ол
ыңғайда оң нәтиже бермейді.
Пеш өнімділігінің жоғарлауына себеп болатын технологиялық режимнің
өзгерісі болып табылады.
Қазақстан әлемде мырышты көп өндіретін елдердің ішіне кіреді. Біздің
елімізде көптеген мырыш өндіретін зауыттар бар. Олар Шымкенттік мырыш
зауыты, Алмалық мырыш зауыты, ал осылардың ішіндегі жетекші кәсіпорын
болып табылатын - KAZZINC.
Ғылымның дамуымен мырышқа деген сұраныс саны өсіп келе жатыр.
Лондандағы металдық биржада (LME) 13 мамырда күнделікті хабарландыруында
биржадағы мырыш қоры 1,5 %-ға, ол яғни, 113,9 мың тоннаға дейін
төмендеген. Мамандардың болжамы бойынша, металды әлемдік пайдалану 3,9 %-
ға, яғни 11,1 млн. тоннаға өсуі ықтимал, ал 2007 жылы бұл көрсеткіш 11,4
млн. тоннаны құраған.
1ТЕОРИЯЛЫҚ БӨЛІМ
1.1 Мырыш бар шикізатты өндіру әдістері
Мырыштың минералдары:
Мырыш кендері сульфидті, онда мырыш сульфид түрде құралады және
оксидті, онда мырыш оксиді қоспалар түрінде құралады. Таза күйіндегі мырыш
табиғатта табылмаған.
Мырыштың негізгі минералдары:
ZnS – cфалерит;
ZnO – цинкит;
ZnCO3 – смитсонит.
Мырыштың сульфидтік кендері кең таралған, оның құрамында cфалерит
(ZnS), галенит (PbS), халькопирит (CuFeS2), пирит (FeS) болады.
Мырыш кендерінде металл (Zn – 1-13 %)мөлшері аз болғандықтан, оны
бірден металлургиялық өндіріске түсірмейді, оны алдын-ала байытады.
Полиметалды кендерде мырыштан басқа да құнды металдар болады,
сондықтан байытуды селективті немесе коллективті флотация әдістері арқылы
жүзеге асырылады .
Концентратта мырыштан басқа мыс, қорғасын, кадмий, германий, индий
және басқа металдар кешенді түрде болады. Құрамындағы қоспалар темір,
мышьяк, сүрме, кремний оксиді аз, бірақ концентетратты сирек металдар көп
болады, сондықтан оларды гидрометаллургиялық әдіспен бөліп алу рационалды
болып табылады.
Өндіріске түсетін концентраттардың минералогиялық құрамы
келесідегідей:
- 82-83% - сфалерит;
- 5% - халькопирит;
- 4% - пирит;
- 2% - галенит және пиротин.
Концентраттың құрамы келесідегідей болады, %: 55,5-Zn; 0,26-Cd; 1,6-
Pb; 0,9-Cu; 31,6-S; 4,8-Fe; 2,1-SiO2; 0,002-Co; 0,003-Ni; 0,6-CaO; 0,98-
Al2O3; 0,04-As; 0,03-Sb; 1,585-басқалары.
Электролиз үрдісінде пайдалынатын негізгі шикізаты мен материалдар-
дың сипаттамалары және оларға қойылатын талаптар:
а) тазартылған бейтарап электролитінің құрамы: Zn 125-145гдм3;
қосылыстардың құрамы жоғары емес: Mn- 3-8 гдм3; Cd - 2,5 мгдм3; Cu -
0,25 мгдм3; Co-2,3 мгдм3; Ni-0,1 мгдм3; Fe- 40 мгдм3; Sb- 0,08 мгдм3;
F -100 мгдм3; Cl-230 мгдм3; As-0,1 мгдм3; меншікті салмағы
1,35-1,39 гдм3;
б) пайдаланылған электролитінің құрамы: H2SO4 145-175 гдм3; мырыш 50-
60 гдм3; температурасы 38-42º C;
в) суытылған электролиттің құрамы: H2SO4 135-165 гдм3; Zn 55-65
гдм3; температурасы 300±30 С;
г) электролизге түсетін электролиттің құрамы: H2SO4 135-165 г дм3;
меншікті салмағы 1,29 гсм3; температурасы 300±30 С;
д) желім: сертификат бойынша 200 гт;
е) солодка экстракті: сертификат бойынша 40 гт;
ж) катодтар үшін алюминий жаймасы: A-5 маркалы;
з) анодтар үшін күміс: СрА-1;
к) шиналы мыс: сертификат бойынша;
л) анодтар үшін қорғасын: С1, С2;
и) резинадан жасалған катод штангасы: сертификат бойынша.
Қазіргі мырыш металлургиясында екі әдіс арқылы металды мырышты алуға
болады: пирометаллургиялық және гидрометаллургиялық .
Пирометаллургиялық әдістерде кендерді және концентраттарды жоғарғы
температурада қыздыру арқылы өндіреді.
Пирометаллургиялық әдісте мырыштың сульфидтік концентраттарды алдын-
ала күйдіреді (көбінесе агломерациялық күйдіру), яғни мырыш оксиді түрінде
алынады. Содан соң мырыш агломератын тотықсыздандырғышпен (коксик) қосады,
алынған шихтаны керамикалық ыдысқа – ретортаға тиеледі. Реторталар
дистилляциялық пеште орналасады. Пештің температурасы 1250-13500 С, сонымен
қатар келесі химиялық реакциялар жүреді:
ZnO+C=Zn+CO;
(1)
ZnO+CO=Zn+CO2;
(2)
CO2+C=2CO.
(3)
Металды мырыш бу түрінде ұшады. Құрамында мырыш буы бар газдар
конденсаторға түседі, онда мырыш сұйық металға конденсацияланады.
Мырыш дистилляциясы горизонталды және вертикалды реторталарда және де
шахталы немесе электропештерде жүргізіледі.
Дистилляция үрдісінде тотықсыздандырылған мырыштан қорғасын, кадмий,
мыс, темір және басқа қоспалар құрайды. Сондықтан оны тазартуға жібереді.
“Имперал Смелтинг” технологиясы қазіргі уақытта алдыңғы қатарлы
пирометаллургиялық әдістің бірі болып келеді. “Имперал Смелтинг”
технологиясы бойынша мырыш концентраттарында қорғасынның мөлшері жоғарғы
дәрежеде болу қажет. Технологияда концентраттарды агломерациялық күйдіруі
мен агломератты тотықсыздану балқытуы (арнайы шахталық пештерде)
қарастырылған және қара қорғасын мен мырыш буы алынады.
Гидрометаллургиялық әдісі бойынша алдын ала күйдірілген концентратты
күкірт қышқылды ерітіндіден мырышты ерітінділейді:
ZnO+H2SO4=ZnSO4+H2O.
(4)
Ерітінділеуден кейін алынған ерітіндіде қоспалар болады, сондықтан
сульфатты мырыш ерітіндісін тазартуға жіберіледі.
Қоспалардан тазартылған мырыштың сульфатты сулы ерітіндісін
электролизге жіберіледі. Электролиз үрдісінде келесі реакция жүреді:
ZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+0,5O2.
(5)
Гидрометаллургиялық әдістің пирометаллургиялық әдіске қарағанда бір
қатар артықшылықтары болады:
1) берілген шикізаттан негізгі және серіктес кұрауыштарды жоғары
дәрежеде бөліп алады;
2) қоршаған ортаны зиянды тастандылардан қорғау үшін қолайлы шарттар
қамтамасыз етілген;
2. Ерітіндіден мырышты электрошөктіру үрдісі
2.1 Мырыш электрошөктіру үрдістің теориялық негіздері
Электролиз деп - электролит арқылы электр ток өткен кезде және
электродтарды электролитке түсірілгенде жүретін электрохимиялық тотығу-
тотықсыздану үрдістердің жиынтығын айтады.
Электролиз гидрометаллургияның ең соңғы сатысы болып табылады.
Электрошөктіру жолмен алынатын катодтық мырыштың құрамы бойынша дайын
өнімнен қарағанда айырмашылығы аз болады.
Электролиз үрдісіне барлық электролизге дейін өтілген операциялардың
сапасы әсер етеді - күйдіру, ерітінділеу және әсіресе ерітіндіні
қоспалардан тазарту.
Қазіргі уақытта талдайтын қоспалар саны көбейді және де мырыштың
электролиттегі шектеулі концентрациясы азайды.
Жобаланатын кәсіпорында мырыш сульфатының бейтарап ерітіндсінің
құрамы келесідегідей, гдм3: Zn-125-145; Mn-5; мгдм3; Cd-2,5; Cu-0,25; Co-
2,3; Ni-0,1; Fe-40; Sb-0,08; As-0,1; Cl-230; F-100 [3].
Электролиз үрдісінің мағынасы келесідегідей: бейтарап электролитті
немесе оны пайдаланылған электролитпен қосып үздіксіз былау электролизіне
түсіру.Былаулардағы электролит арқылы тұрақты ток өткен кезде металдық
мырыш катодқа, яғни алюминиден жасалған катодқа шөгіледі.
Мырышты электрошөктіру қышқыл ортада жүреді. Электролиз үрдісінде
Джоуль жылуынан электролит температурасы көтеріледі. Берілген
электролитінің температурасын ұстау үшін орталықтандырылған суыту
жүргізіледі, оны былауларға алдын ала суытылған бейтарап және қышқыл
электролитінің қоспасын көптеп беру жолымен жүргізіледі.
Катодтық тұнбаны өсіру ұзақтығы 24 сағат. Содан кейін катодтарды
былаулардан шығарып, мырыш шөгінділерін сыдырып алады.
Тазартылған сульфаттық ерітіндіден мырышты электрохимиялық шөктіру
үрдісін келесі түрде теңдеу арқылы жазуға болады:
ZnSO4+H2O=Zn+H2SO4+0,5O2 .
(6)
Электролиз үрдісі негізінде өте күрделі үрдіс, өйткені электролитте
мырыштан басқа катиондар мен аниондар болады, яғни электрохимиялық
реакциялардан кейін катиондар мен аниондар, сәйкесінше катодта және анодта
разрядталады, сондықтан қай дәрежеде болмасын мырышты электрошөктіру
үрдісіне өз әсерін тигізеді.
Тұздар, қышқылдар және негіздер ерітінділерде диссоциацяланады. Оң
зарядталған иондарды – катиондар, ал теріс зарядталған иондарды – аниондар
деп атайды. Су да диссоциацияланады, бірақ аз дәрежеде.
Тұрақты ток өткен кезде, демек кернеу әсерінен катиондар теріс
зарядталған электродқа қарай, яғни катодқа қозғалады, ал аниондар оң
зарядталған анодқа қарай қозғалады. Катиондар мен аниондар электродтарға
жақындағанда олар разрядталады, яғни ерітіндіден атомдық күйде бөлінеді.
Мырыш электролиз үрдісінде оң зарядталған иондар Zn2+ және H+ , ал
теріс зарядталған иондар SO42- және ОН- топтары болады .
Катодтық үрдіс. Катодта келесі реакциялар өтеді:
Zn2+ + 2ē =Zn,
(7)
2H+ + 2ē =H2↑.
(8)
Мырыштың нормалдық потенциалы –0,763 В тең, ал сутегінікі ±0,000 В.
Кернеу қатарына сәйкес тұжырымдасақ, катодта сутегі ионы разрядталуы тиіс.
Бірақ тәжірибе шартында катодта мырыш шөктіріледі және сутегі бөлінуге
кететін электроэнергиялық шығын 10-12 % (жалпы шығынан) құрайды. Бұл сутек
иондарының үлкен асқын кернеу мен бөлінуімен түсіндіріледі, сондықтан
сутегінің потенциалы белгілі бір шарттарда мырыштың потенциалынан теріс
болады.
Сутегі асқын кернеуінің дәрежесі катодтың материалына, ток
тығыздығына, катод бетінің күйіне, электролиттің температурасына, сутек
ионының концентрациясына және электролиттегі басқа иондардың
концентрациясына байланысты болады.
Катодтық ток тығыздығы 500 Ам 2 кезінде әр түрлі металдардағы
сутегінің асқын кернеуі 1 кестеде көрсетілген.
Кесте 1 – Сутегінің асқын кернеуі
Металл Асқын кернеудің шамасы, В
Темір 0,700
Мырыш 0,926
Қорғасын 1,168
Қалайы 1,185
Алюминий 0,968
Висмут 1,150
Кадмий 1,210
Никель 1,890
Ток тығыздығы өскен сайын мырышта және басқа металдарда сутегінің
асқын кернеуі өседі. Сутегінің асқын кернеуі мен ток тығыздығы арасында
байланысты Тафель теңдеумен өрнектеуге болады:
-ηН= а + в× lgDk;
(9)
мұндағы а және в – коэффициенттер.
Катод бетінің күйі кедір бұдыр болғанда нақты ток тығыздығы
төмендейді, яғни сутегінің асқын кернеуі де төмендейді. Сондықтан
катодтарда мүмкіндігінше майда мырыш тұнбасын алуға тырысады.
Электролиттің температурасы өссе, онда мырышта сутегінің асқын
кернеуі төмендейді, бұны ток тығыздығы 500 Ам 2 болғанда 2 кестеде көруге
болады.
Кесте 2 – Электролитінің температурасымен сутегінің асқын кернеудің
байланысы
Электролиттің температурасы, 0С 20 40 60 80
Асқын кернеу, В 1,164 1,105 1,075 1,070
Сутек иондарының концентрациясы өскен сайын, яғни электролитінің
қышқылдылығы өскенде, сутегінің асқын кернеуі төмендейді, өйткені оның
абсолют потенциалы оң жаққа қарай өседі.
Электролитке белгілі бір шекте қосылған колоидтар сутегінің асқын
кернеуін көтереді, өйткені ерітіндіде беттік белсенді заттардың
концентрациясы өте жоғары болуынан жүреді.
Мырышты тұндыру үрдісі үш сатыдан тұрады: катод маңындағы иондардың
разрядталуы, атомдық мырышты алюминийдің кристалдық торына енгізуі және
катод маңындағы қабықтың иондарда азаюының толтыруы.
Поляризация немесе потециал разрядының төмендеуі екінші және әсіресе
үшінші сатысы тежеулеуінің нәтижесінде катод маңындағы өз уақытында мырыш
иондарының толтырмауынан концентрациялық поляризациясы пайда болады .
Концентрациялық поляризациясының себептері келесідегідей: ток
тығыздығының өсуі, электролиттің температурасы төмендеуі және ерітінде ББЗ
болуы.
Электролиздің технико-экономикалық көрсеткіштерін жоғарғы дәрежеде
алу үшін қабілетті факторларды ескергенде мырыштың поляризациясы
төменделеді және сутегінің асқын кернеуі өседі.
Қорғасыннан жасалған анодта келесі электрохимиялық реакциялар жүреді:
Pb-2ē=Pb2+;
(10)
2OH--2ē=H2O+0,5O2;
(11)
Pb2+-2ē=Pb4+;
(12)
Pb4++2SO42-=Pb(SO4)2;
(13)
Pb(SO4)2+2H2O=PbO2+2H2SO4.
(14)
Ерімейтін анод ретінде қорғасын пайдалынады, өйткені оның күкірт
қышқылы электролитінде енжарланумен түсіндіріледі. Анодтың тотығуы
нәтижесінде анод бетінде күкірт қышқылды электролитте ерімейтін қатты қабық
түрінде қорғасын оксиді (PbO2) түзіледі.
Қазіргі кезде анод түрінде қорғасын және күміс құймасы (0,75 % Ag)
қолданылады .
Марганец ионы (Mn2+) мырыш сульфатты электролитте құралады, сондықтан
ол анод үрдісіне әсер етеді
Mn2+-2ē+ 2H2O = MnO2 + 4H+;
(15)
Mn2+-5ē+4H2O =MnO4 +8H+.
(16)
(15) реакция жүруі қолайсыз, өйткені MnO2 шламды түзеді және анод
кеңістігінде түсіп міндетті түрде Mn2+ дейін тотықсызданады. Бірақ
ерімейтін анод бетінде MnO2 тұнған кезде, ол анодтан электролитке өтетін
қорғасының мөлшерін төмендетеді.
Ион хлоры болғанда қорғасынды анод таттануға ұшырайды, өйткені
қорғасын хлоридінің ерігіштігі қорғасын сульфатынан жоғары .
Құрамында фтор ионы (100 мгдм3 артық) жоғары болғанда анодтың
таттануы жоғарлайды, бірақ электролиттің құрамында фтор белгілі бір
мөршерде (50-100 мгдм3) болса, онда ол анод үрдісіне оң әсерін тигізеді,
өйткені қорғасынды анодтың таттануын төмендетеді.
1.3 Электролиз үрдісін анықтайтын факторлар
1.3.1Мырыш электрошөктіруне қоспалардың әсері және электролитінің
құрамы
Электролитінің тазалығы мырыш электрошөктіру үрдістің
көрсеткіштерін және катодты мырыш сапасын анықтайды .
Мырыш электролиз үрдісі жүрген кезде былаудағы электролитінің құрамы
былауға түсетін бейтарап ерітіндінің құрамынан негізінде анықталады.
Ток бойынша шығымы және электроэнергияның меншікті шығыны бейтарап
ерітіндінің мырыш концентрациясына байланысты болады.
Бейтарап ерітіндідегі қоспалардың шектеулі құрамы келесідегідей:
Zn – 125-145 гдм3; Mn – 3-8 гдм3; Cd – 2,5 мгдм3; Cu – 0,25 мгдм3; Co
– 2,3 мгдм3; Ni – 0,1 мгдм3; Fe – 40 мгдм3; Sb – 0,08 мгдм3; As –0,1
мгдм3; F және Cl – 100 және 230 мгдм3, сәйкесінше.
Мырыш электролитіндегі барлық қоспаларды келесі топторға бөлуге
болады:
1) катиондар – мырыштың стандартық потенциалынан оң қоспалар;
2) катиондар – мырыштың стандартық потенциалынан теріс қоспалар;
3) аниондар;
4) органикалық қоспалар .
Мырыш концентрациясын шексіз көтеруге болмайды, өйткені ерітінділеу
цехында қойыртпақтың және ерітіндінің тұндыруы мен сүзуі нашарлауы мүмкін.
Электролизге бейтарап ерітінді түседі, құрамында 156 г дм3 мырыш
және 142 гдм3 H2SO4 құрайды. Пайдаланылған ерітіндіде мырыш 55 гдм3
жоғары мөлшерінде қалдырмау қажет, экономикалық жағынан тиімсіз, өйткені
1м3 бейтарап электролиттен металдың алынуы төменделеді.
Катодқа мырышпен бірге кадмий мен қорғасын шөгіп тұнбаны
ластандырады. Тазартудан кейін бейтарап ерітіндідегі кадмий құрамы 1-2
мгдм3 болған кезде жоғарғы маркалы мырыш алынады (кадмий бойынша).
Кадмий әсері катодты мырыш бетінде әлсіз әсерлі қысқа тұйық
микроэлементердің түзілуіне әкеледі .
Катодты мырыштың құрамында қорғасынның өсуі анод үрдісіндегі
қорғасынның еруімен байланысты. Осы топқа күмісті жатқызуға болады, өйткені
легірленген күміс (0,5-1 %) қорғасынмен бірге анод еруі кезінде ерітіндіге
өтуі мүмкін.
Мыс мырыштан қарағанда өте оң потенциал металл, сондықтан катодқа
бірінші болып бөлінеді .
Бейтарап электролитте мыс құрамы 0,1-0,3 мгдм3. As және Sb мырыштан
қарағанда аса электро оң металдар, сондықтан олардың электролиз үрдісіндегі
тәртібі мыстікі сияқты, бірақ сүрме теріс әсері өте аз концентрацияларда да
байқалады. Бейтарап ерітіндідегі сүрменің жоғарғы шектік құрамы 0,08
мгдм3 аспау қажет .
Сүрменің зиянды әсері температура жоғарлағанда өседі. Сүрме “қиын
сыдыру” кезінде оң ролін атқарады, сүрме тұзын белгілі бір мөлшерде
қосқанда, әсіресе катодтық мырышты сыдыру алдында, бұл құбылысты жояды.
Катодтық мырышты өте майда тұнбасын алу үшін электролиз үрдісіне
сүрме тұзын қосады.
Ерітінділеу цехында ерітіндіні тазартудан кейін ерітідінің құрамында
және электролиз үрдісіне жасанды түрде енгізілген сүрме ролін нақты
шекараландыру қажет. Ерітіндіні гидролиттік және цементациялық тазартудан
кейін ерітіндінің тазарту тереңдігі сүрмеден басқада қоспаларға байланысты.
Сондықтан сүрмені ерітіндіден тазарту тереңдігі жоғарғы дәрежеде болғанда
және электролиз кезінде сүрменің тұз шығыны қатаң мөлшерде қосқанда оң
әсерін тигізеді, ал тазартудан кейін сүрменің концентрациясы аз мөлшерінде
көтерілсе электролиз үрдісінің көрсеткіштері нашарлауы мүмкін.
Мышьяк сүрмеден қарағанда өте жоғарғы концентрацияларда теріс әсерін
тигізеді. Мышьяк электролиз кезінде ток бойынша шығымды төмендетеді.
Бейтарап электролиттегі мышьяктың шектеулі концентрациясы 0,05 –0,1 мгдм3.
Кобальт және никель мырышпен бірге шөгіп , тұйық элементерді түзеді.
Кобальттің мөлшері бір шама болғанда катодтты мырышта тесіктер түрінде
таттануына әкеледі. Желім кобальт кристалдарында абсорбцияланып, мырыш
еруін тежеулетеді. Кобальттың зиянды әсері басқа қоспалар болғанда өседі.
Никель кобальт сияқты әсерін тигізеді, бірақ бір айырмашылығымен
ерекшеленеді: тұнбаның таттану нәтижесінде тесіктері өте терең, диаметрі
кіші, бірақ көп мөлшерде және басқа формада болады.
Қазіргі кешенді цементациялық тазарту әдіс арқылы ерітіндідегі
1мгдм3 кобальт және 0,1 мгдм3 никель құрамын тұрақты алуға болады. Осы
металдардың шектеулі концентрацияларының жоғарлауы ток бойынша мырыш
шығымын төмендетеді және де электролиттің қышқылдылығы төмендеуімен және
былаудағы кернеудің өсу нәтижесінде электрэнергияның шығыны өседі
Германий мырыш электролизінде ең зиянды қоспа болып саналады, өйткені
электролиттегі концентрациясы 1 мгдм3 болғанда мырыш тұнбасын алуын
қиындатады. Германий мырыш концентраттарында өте сирек кездеседі.
Кобальттің болуы германидың белсенділігін арттырады. Бейтарап
электролиттегі германидің концентрациясы 0,01 мгдм3 жоғары болмауы керек .
Селен мен теллур ерітіндіде жиналады. Электролиттегі селен құрамы
өсуімен катодты мырыш тұнбасында аз мөлшерде сутекті тесіктер болуымен
қатар алюминий жағынан мырыш ... 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