![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Законы Фарадея
Электрохимическими называют процессы, связанные с превращением электрической в химическую и наоборот. В их основе лежат законы Фарадея. Согласно первому закону масса вещества (m), выделившегося на электроде при прохождении постоянного тока (I) через электролит, прямо пропорционально силе тока и времени его прохождения
где q – электрохимический эквивалент, г-экв. Согласно второму закону Фарадея электрохимические эквиваленты веществ пропорциональны их химическим эквивалентам. Химический эквивалент металла равен частному от деления атомной массы металла на валентность). Второй закон Фарадея выражают уравнением:
где: Э – химический эквивалент веществ; F – число Фарадея; F = 26, 8 А*ч/г-экв. Объединив оба закона, получим формулу для расчёта массы вещества, выделившегося на электроде:
5.1.2. Выход по току: Расчёты массы вещества, выделившихся на электродах, по уравнениям (5.1.1-, 5.1.3) дают точные результаты в том случае, когда ток, проходящий через электролизёр, затрачивается полностью на выделение полезных продуктов. Но на практике часть тока тратится непроизводительно: короткие замыкания электродов, утечка в землю, обратное растворение катодного металла в кислых электролитах, выделение ионов водорода и других побочных процессов. Чтобы рассчитать производительность электролизёра по катодному металлу, проходится учитывать только полезную часть тока. Для этого в уравнения (5.1.1) и (5.1.3) вводят коэффициент использования тока, называемый выходом по току
С учётом уравнения (5.1.4) реальную производительность электролизёра рассчитывают по формуле:
Выход по току – один из основных показателей электролитического способа получения металлов. Его выражают в долях единицы или в процентах. 5.1.3. Удельный расход энергии и выход по энергии: Расход электроэнергии постоянного тока (W, Вт*ч) при электролизе равен:
где Удельный расход электроэнергии
или после подстановки значений
Иногда использование электроэнергии оценивают величиной, обратной удельному расходу энергии, г/(Вт·ч):
Как видно из уравнения (5.9), выход по энергии тем выше, чем больше выход по току и чем ниже среднее напряжение на электролизёре. 5.1.4. Напряжение на электролизёре: Теоретическое напряжение
Электродные равновесные потенциалы определяют из уравнений Нернста:
где Фактическое (среднее на одной ванне) напряжение на электролизёре всегда больше теоретического из-за явлений поляризации
5.2. Расчёты при электролитическом рафинировании сплавов благородных металлов. ПРИМЕР 1. Определить удельный расход электроэнергии, выход по энергии и массу выделившегося золота на катодах с общей площадью 5 м2 за 8 ч электролиза золотого сплава плотности тока РЕШЕНИЕ: 1) ток потребляемый на восстановление золота: 2) масса осаждённого на катодах золота: 3) удельный расход электроэнергии на анодное растворение 1 кг золота: 4) выход по энергии будет равен: ПРИМЕР 2. Определить массу аффинированного серебра, получаемого при электролитическом рафинировании серебряного сплава в течении 24 ч при силе тока, подаваемого на электролизёры, 9000 А. Катодный выход по току – 95 %. Среднее напряжение на ванне 1, 6 В. Определить расход электроэнергии на производство1 кг серебра и выход по энергии. РЕШЕНИЕ: 1) масса осаждённого на катодах серебра: 2) расход электроэнергии на выделение 1 кг катодного серебра 3) выход по энергии: ПРИМЕР 3. Суточная производительность электролизного отделения по аффинированному золоту – 200 кг. Электролиз ведут в ванне объёмом 25 л. Число катодов – 18, число анодов – 15; завешены они по 3 штуки в ряд на соответствующих штангах размер рабочей части катода 10´ 15 см. Рабочее напряжение на ванне – 1, 4 В. Потеря напряжения в соединительных шинопроводах составляет 3 % от напряжения на ванне. Плотность тока – 1000 А/м2. Катодный выход по току – 96%. РЕШЕНИЕ: 1) ток, потребляемый на восстановление золота на катоде в одной ванне: 2) масса золота, осаждённого на катодах одной ванны за сутки: 3) необходимое количество ванн для обеспечения суточной производительности передела (200 кг) по аффинированному золоту: 4) удельный расход электроэнергии на 1 кг золота: 5) выход по энергии: ПРИМЕР 4. Элктролитеческому рафинированию подвергается анодный сплав следующего состава, %: Определить массу полученного на катоде золота, содержание золота и металлов-примесей в отработанном электролите после растворения анодов (при условии, что электролит не менялся по ходу электролиза) и установить необходимость смены электролита. РЕШЕНИЕ: 1) 2) удельный расход электричества на анодное растворение 1 г металла, А´ г/ч: 3) удельный расход электричества на растворение 1 г анодов, А´ ч/г: 4) доля электричества, затрачиваемого на растворение отдельных компонентов анода: 5) масса растворившегося анода: 6) средняя продолжительность растворения 24, 3 кг золота анодов: 7) масса золота, осаждающегося на катоде за 5, 2 ч: 8) концентрация в отработанном электролите станет равной: 9) масса элементов примесей, растворившихся за 5, 2 ч на анодах: 10)состав отработанного электролита по примесям в случае отсутствия замены электролита будет следующим: 11)сравниваем состав отработанного электролита по Au и примесям с техническими условиями и делаем соответствующие выводы. Электролит не годен к дальнейшему использованию, если концентрация Au в нём ниже 100 г/л, а концентрация примесей выше следующих пределов, г/л: Cu – 90; Pt – 50; Pd – 15; Pb–1, 5; Te–4; Fe–2[2].
ПРИМЕР 5. Рассчитать материальный баланс и состав продуктов электролитического рафинирования серебра. На электролиз поступает 100 кг анодов следующего состава, %: Ag – 90, 5; Au – 5, 0; Pd – 0, 01; Pt – 0, 01; Cu – 3, 2; Pb – 0, 5; Bi – 0, 3; Se – 0, 1; Te – 0, 1. Объём электролита – 300л. Выход анодного скрапа – 15 %. В таблице 11 приведено распределение серебра и примесей из растворяющейся части анода между раствором, шламом и катодами; установленное на основе экспериментальных данных.
Таблица 5.1. Распределение металлов по продуктам электролиза.
РЕШЕНИЕ: 1) масса части анода, перешедшего в скрап: 100 ´ 0, 15 = 15 кг; 2) масса анода, подвергающаяся электролитическому разложению: 100 - 15 = 85 кг; 3) масса отдельных элементов анода, перешедших в скрап: 4) массы отдельных элементов анода, переходящих в электролит, шлам, катоды 5) состав продуктов электролиза:
5.3. Расчёт при электрохимическом выделении золота из тиомочевинного элюата ПРИМЕР 6. На участок выделения золота из раствора электролизом поступает в сутки 50 м3 тиомочевинного элюата с содержанием 2 г/л Au, 80 г/л Thio, 20 г/л H2SO4. Осаждение ведут в электролизёрах ЭУ-1 с катионитовыми мембранами с числом катодных камер - 10, эффективной поверхностью одного катода – 40 м2. Катодный выход по току – 10 %. Напряжение на ванне – 4, 6 В. Плотность тока – 25 А/м2. Извлечение золота из раствора – 98 %.
РЕШЕНИЕ: 1) масса золота, поступающего с раствором 2) масса золота, которая должна практически выделиться на катоде за сутки: 3) т.к. золото в тиомочевинном элюате присутствует в виде комплексного иона [Au(thio)2]+ и имеет степень окисления 1+, то: 4) необходимая площадь катодов: 5) необходимое число катодных камер (n): 6) необходимое число электролизёров (N): 7) удельный расход электроэнергии: 8) выход по энергии: 9) остаточное содержание золота в католите:
|