Расчёт электрохимических процессов в металлургии благородных металлов

В металлургии благородных металлов электрохимические процессы используются в системах с растворимыми и нерастворимыми анодами. В качестве примеров процессов с растворимыми анодами могут быть использованы процессы электролитического рафинирования золота и серебра при аффинаже, а также вторичный электролиз анодного платиносодержащего сплава от переработки шламов. К электролитическим процессам с нерастворимыми анодами относятся такие, как электролитическое выделение золота из тиомочевинных элюатов в технологии с сорбционным выщелачиванием золотых руд, выделение родия из хлоридных растворов при аффинаже и др.

Принцип расчёта электрохимических процессов рассмотрим на ряде примеров. Предварительно кратко изложены законы Фарадея и показатели электролиза.

Законы Фарадея и показатели электролиза

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 :

, (6.1.1)

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:

, (6.1.2)

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:

(6.1.3)

6.1.2. Выход по току:

Расчёты массы вещества, выделившихся на электродах, по уравнениям (6.1.1- 6.1.3) 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 (6.1.1) и (6.1.3) вводят коэффициент использования тока, называемый выходом по току . Выход по току представляет собой отношение массы металла, фактически полученного при электролизе, к тому его количеству, которое должно было получиться в соответствии с законами Фарадея

; (6.1.4)

С учётом уравнения (5.1.4) реальную производительность электролизёра рассчитывают по формуле:

(6.1.5)

Выход по току – один из основных показателей электролитического способа получения металлов. Его выражают в долях единицы или в процентах.

6.1.3. Удельный расход энергии и выход по энергии:

Расход электроэнергии постоянного тока (W, Вт*ч) при электролизе равен:

, (6.1.6)

где – среднее напряжение на электролизёре, В.

Удельный расход электроэнергии можно определить из отношения:

(6.1.7)

или после подстановки значений и :

, (6.1.8)

где - электрохимический эквивалент, г/(А·ч);

- выход по току, доли единиц.

Иногда использование электроэнергии оценивают величиной, обратной удельному расходу энергии, г/(Вт·ч):

, (6.1.9)

называют выходом по энергии.

Как видно из уравнения (6.9), выход по энергии тем выше, чем больше выход по току и чем ниже среднее напряжение на электролизёре.

6.1.4. Напряжение на электролизёре:

Теоретическое напряжение на электролизёре равно разности равновесных потенциалов анодной и катодной реакций:

, (6.1.10)

Электродные равновесные потенциалы определяют из уравнений Нернста:

,

где и - активности ионов в электролите, участвующих в катодной и анодной реакциях.

Фактическое (среднее на одной ванне) напряжение на электролизёре всегда больше теоретического из-за явлений поляризации , а также падения напряжения в проводниках первого и второго рода:

(5.1.11)

где - сопротивление во внешней цепи.

Поиск по сайту: