«Kazzinc» АҚ Өскемен МК базасында «Special high grade» маркалы катодтық мырыш өндіру цехын жобалау

 

3.5 Былаудағы кернеу балансы

 

 

Электролиз  былауының жалпы жағдайдағы кернеулігі келесі теңдікпен анықталады:

 

U_в=φ_а-φ_к+ρ×D_к×1+∆U_шл+∆U _ш ,  (3.26)

 

мұнда U_в – электрлиз былауындағы кернеу, В;

 φ_к - катод потенциалы, В;

 φ_а - анод потенциалы, В;

 ρ×D_к×1 – электролиттегі омикалық кернеудің төмендеуі, В;

 р – электролиттің меншікті кедергісі, Ом*см;

 D_к – катодтағы ток тығыздығы, А/см²;

 1 – электродтардың арақашықтығы, см;

 ∆U_шл – шламдық қабаттағы кернеудің төмендеуі, В;

 ∆U _ш – шиноөткізгіштер мен байланыстардағы кернеудің

            төмендеуі, В.

 (φ_а-φ_к) мөлшері электролиттің ыдырау кернеулігін көрсетеді.

Электролиз үрдісінде электродтарда  келесі электрохимиялық реакциялар жүреді:

 

Zn ⁺ + 2ē = Zn катодта;

 

H₂O - 2ē = 2H⁺ + 0,5O₂ анодта.

 

Катодтағы реакцияға сәйкес оның өзіндік  потенциялы келесідегідей анықталады:

 

  (3.27)

 

 (3.28)

 

мұнда φ_к – катодтың өзіндік потенциалы, В;

  -мырыш электродының стандарттық потенциалы, В;

 R –газ тұрақтысы, R = 8,31 Дж/(моль×К);

 T -температура, К;

 Z - электрод потенциалын анықтайтын иондар заряды;

 F – Фарадей саны, F=96500 Кл;

   - мырыш иондарының белсенділігі;

  - мырыш бөлінуінің асқын кернеуі, В;

    - ерітіндідегі мырыш белсенділігінің коэффициенті;

  - электролиттегі мырыштың салмақтық концентрациясы, г/дм³.

49,746 г/дм³ мырышы бар электролиттегі мырыштың салмақтық концентрациясы:

                                  (3.29)

 

C_Zn =49,746/65=0,765 г×моль/дм³.

 

Zn²⁺ ионының белсенділік коэффициенті тең 0,047.

Мырыштың асқын кернеуіне келесі теңдікті жазуға болады:

 

        (3.30)

 

мұнда α – ауысу коэффициенті;

 i₀ – мырыш үшін ауысу тоғының тығыздығы, А/см .

Ауысу коэффициенті 0,49 тең деп алынады, ауысу тоғының тығыздығы - 2×10^-5А / см.

Мырыш электродының стандарттық потенциалы  -0,763 В.

 

 

Анодта жүретін  электрохимиялық реакцияға сәйкес анод потенциаля келесі теңдікпен анықталады:

 

 (3.31)

 

 = 1, =1 атм деп қабылдаймыз, онда:

 

  (3.32)

 

мұнда φ_а - анод потенциалы, В;

  - оттегті электродтың стандарттық потенциалы, В;

 а_н – ерітіндідегі сутегі иондарының белсенділігі;

  - оттегі бөлінуінің асқын кернеуі, В. ,

Электролит  ерітіндісіндегі күкіртқышқылының концентрациясы:

 

    (3.33)

мұнда - өнделген электролиттегі күкірқышқылының салмақтық 

                        концентрациясы, г/дм³;

  - күкіртқышқылының молярлы салмағы, г.

 

 

Берілген концентрациядағы күкіртқышқылы ерітіндісінің рН=0,11. Онда оттегі иондарының белсенділігін теңдеу боынша есептейміз:

 

         (3.34)

 

осыдан =0,78.

Қорғасындық анодты оттегі бөлінуінің асқын кернеуі 0,5 В. Оттегінің электродтық стандарттық потенциалы 1,23 В.

 (3.32)теңдеуіне сандақ көрсеткішті қойсақ:

 

 

ZnSO₄ ыдырау кернеуі:

 

1,733-(-1,026)=2,76В.

 

Мырышы бар  деп есептей отырып, электролиттің  шекті кедергісін 2Ом×см тең деп  аламыз (тәжірибе бойынша)

Электролитте  оның кедергісін өсіретін қоспалар бар. Марганец 1 г/дм³ массылық концентрациясы кедергіні 0,8% өсіреді. Электролитте 5 г/дм³ марганец болса электролиткедергісін өсіреді:

 

5×0,8=4%,

 

Онда электролит кедергісі:

 

2+2×4/100=2,08 Ом×см.

Электролит  кедергісін басқа қоспалар 20% өсіреді деп есептесек, осыны еске ала отырып электролит кедергісін анықтаймыз:

 

р=2,08+2,08×20/100=2,5 Ом×см.

 

Біздің жағдайда электродтар арақашықтығы 2,85 см құрайды, онда электролит кернеулігінің төмендеуі:

 

∆U_эл=ρ×D_k

 

мұнда ∆U_эл – электролиттегі кернеудің төмендеуі, В;

  ρ – электролиттің меншікті кедергісі, Ом*см;

  Dк – токтың катодтық тығыздығы, А/см ;

  1-электродтар арақашықтығы, см.

 

∆U_эл=2,5×580×10^-4×2,85=0,413 В.

 

Шламдық қабаттағы  кернеуліктің төмендеуін электролиттегі төмендеудің 30% деп аламыз:

 

∆U_шл=0,413×0,3=0,124В.

 

Шиносымдар  мен байланыстардың кернеуінің түсуін 0,4В тең деп аламыз (тәжірибе бойынша).

<p class="dash0411_0