Баланс целевого металла в процессах ЭЭ без диафрагм (цинк).

Баланс целевого металла в процессах ЭР без диафрагм (медь).

Расчет выполняется для заданной часовой производительности Р т/час катодной меди.

Исходные данные:

· Содержание целевого металла в анодах - А_а(_% масс).

· Выход скрапа - b_с (доля исходной массы анодов)

· Катодный выход по току металла – Вт_к (д.е.)

· Анодный выход по току металла – Вт_а (д.е.)

· Выход шлама - b_ш, (доля растворившейся массы анодов)

· Содержание целевого металла в шламе - А_ш (% масс)

Расчет баланса начинают с определения общей массы анодов, необходимой для производства - Р_а, включающую массу скрапа (Р_с), массу шлама (Р_ш) и массу анодного металла, перешедшего в раствор (Р_р).

Так как состав скрапа и анодов одинаков, то масса Р_с=b_сР_а и масса шлама и растворившегося анодного металла равна

(Р_р + Р_Ш)= (1 – b_с)Р_а, (1)

Так как Р_Ш= Р_рb_ш,

то Р_р=(1 – b_с)/(1+ b_ш))Р_а=lР_а

Отсюда масса меди, перешедшей в раствор, составит

М_р= lА_аР_а. (2),

а масса меди в шламе равна

М_ш = (1-l) А_аР_а, (3)

Разделив М_ш на содержание меди в шламе, рассчитывают Р_ш

Р_ш=((1-l)(А_а/А_ш)Р_а=hР_а (4)

Величину Р_а находится по закону Фарадея. Приравняв количество электричества, пошедшего на осаждение Р т/час меди в катодном процессе к количеству электричества израсходованного на перевод в раствор М_Р т/час меди в анодном процессе получим:

Р/Вт_к =(lА_аР_а)/Вт_а (5)

Отсюда следует, что если Вт_к= Вт_а, то для осаждения Р т металла необходимо, чтобы масса анодного металла превосходила величину Р в1/lА_а раз.

Условие равенства выходов по току эквивалентно условию постоянства концентрации ионов металла в электролите, так как количество растворившегося с анода металла и выделившегося на катоде одинаково. Если Вт_а> Вт_к, то электролит обогащается ионами целевого металла (профицит), при обратном соотношении выходов по току концентрация ионов целевого металла уменьшается (дефицит). Этот случай реализуется для большинства металлов, за исключением меди. Объясняется это тем, что анодный выход по току целевого металла пропорционален его содержанию в анодах, а так как оно всегда меньше 100%, то Вт_а< Вт_к. Для меди ситуация изменяется вследствие того, что она ионизируется с образованием ионов Cu⁺, а восстанавливаются на катоде ионы Cu²⁺, следовательно электрохимический эквивалент анодной реакции в 2 раза выше катодной. Учитывая, что медные аноды содержат медь на уровне 99, 9%, Вт_а< Вт_к на 0, 1% в расчете на Cu²⁺, тогда как в случае анодного растворения с образованием ионов Cu⁺ и Cu²⁺ Вт_а> Вт_к, что приводит к профициту меди в растворе.

Уравнение баланса целевого металла:

А_а(Р_а-Р_с) = Р + А_шР_ш ± DQ (6),

где DQ - профицит или дефицит металла в электролите.

Баланс целевого металла в процессах ЭЭ без диафрагм (цинк).

В этом случае металл поступает на электролиз с входящем раствором его соли с концентрацией С_п, который непрерывно поступает и выводится из электролизера. Количество раствора - V л/час. Концентрация ионов металла в отходящем электролите С_к, та же концентрация устанавливается в электролизере. Примем ток электролизера – I (А).

Количество металла поступающего в электролизер в единицу времени равно С_пV.

Количество металла выводимого из электролизера с отходящим электролитом – С_кV.

Количество металла осаждаемого на катоде в единицу времени DР=qIВт.

Уравнение баланса:

С_пV = С_кV + DР (7)

или

С_к = С_п – DР/V (8)

Из выражения (8) выводится так называемая удельная скорость циркуляции

u = V/I (9),

позволяющая сравнивать электролизеры с разной токовой нагрузкой. Размерность этой величины - мл/Ачас. Часто используется понятие удельного съема металла с единицы объема подаваемого раствора - DС = С_п-С_к = q/u.