Untuk Pemanas Rendaman Titanium dalam Elektrolit Elektrolit Kuprum (180 g/L H₂SO₄, 45 g/L Cu) pada 50 darjah , Apakah Jarak Selamat dari Anod untuk Mengelakkan Pemendapan Kuprum Memusnahkan?

Elektrolit untuk electrowinning kuprum ialah 150-200 g/L asid sulfurik dan 40-50 g/L ion kuprum pada 40-50 darjah . Anod terdiri daripada aloi plumbum atau bahan stabil dari segi dimensi dan katod keluli tahan karat atau kepingan permulaan kuprum yang diasingkan pada 50–100 mm. Pemanas rendaman titanium yang diletakkan terlalu dekat dengan anod bertindak sebagai katod untuk pemendapan kuprum oleh medan elektrik. Plat kuprum pada sarung titanium dan mencipta endapan nodular yang kasar yang menebat pemanas dan mengakibatkan terlalu panas setempat. Lebih penting lagi, titanium mungkin terhakis di belakang deposit kuprum akibat tindak balas galvanik atau serangan klorida. Jarak selamat dari anod ialah jarak terkecil di mana ketumpatan arus tempatan pada permukaan titanium adalah kurang daripada ambang nukleasi kuprum kira-kira 0.5 mA/cm². Untuk sel electrowinning konvensional dengan ketumpatan arus 300 A/m2 dan jarak anod-katod 80 mm jarak selamat ialah 300 mm.

Mekanisme pemendapan kuprum pada titanium dalam sel electrowinning

Kecerunan potensi dalam elektrolit diwujudkan oleh medan elektrik antara anod dan katod. Mana-mana permukaan konduktif yang terendam dalam medan ini akan terpolarisasi kepada potensi perantaraan. Pemanas titanium adalah katodik kepada anod dan lebih dekat dengan anod daripada katod. Ketumpatan arus katodik pada permukaan titanium, ic, adalah berkadar dengan 1 / r 2, di mana r ialah jarak dari anod. Apabila i_c berada di atas sekitar 0.5 mA/cm2, ion kuprum dalam elektrolit dikurangkan kepada kuprum logam pada permukaan titanium oleh tindak balas Cu2+ + 2e- → Cu0. Deposit kuprum tumbuh dengan cepat, menjadi kasar dan dendritik. Apabila kuprum dimendapkan ia bertindak sebagai katod dan titanium terdedah menjadi anod yang mempercepatkan kakisan setempat.

Pemendapan kuprum kuantitatif terhadap jarak dari anod.

Kajian terkawal makmal pada sel electrowinning dengan pemisahan katod-anod 80 mm dan ketumpatan arus 300 A/m2 telah menentukan kadar pemendapan kuprum pada titanium Gred 2 pada pelbagai jarak dari anod. Ketumpatan arus katodik tempatan ialah 5–10 mA/cm 2 pada 50 mm dan kadar pemendapan kuprum ialah 0.5–1.0 mm sejam. Perkembangan nodular yang teruk berlaku dalam masa 24 jam. Kedudukan katod biasa ialah 100 mm dan ketumpatan arus katodik ialah 2-5 mA/cm^2. Halaju pemendapan ialah 0.2-0.5 mm sejam dan plat kuprum berat terbentuk dalam masa 48 jam. Pada 200 mm, ketumpatan arus katodik ialah 0.5-1.5 mA/cm2, kadar pemendapan ialah 0.05-0.15 mm/j, dan kuprum yang boleh dilihat dilihat selepas 100-200 h. Pada 300 mm, ketumpatan arus katodik ialah 0.2-0.5 mA/cm2, di bawah ambang nukleasi. Pemendapan kuprum yang stabil tidak berlaku, walau bagaimanapun kristal kuprum yang bersendirian mungkin terbentuk dan terurai. Pada jarak 400 mm ketumpatan arus katodik turun di bawah 0.2 mA/cm² dan kuprum tidak memendap, jadi jarak ini selamat untuk operasi tanpa had.

Pengaruh Ketumpatan Arus Sel dan Anod-Jarak Katod pada Jarak Selamat

Ketumpatan arus sel meningkatkan jarak selamat dari anod dan jurang katod-anod meningkatkan jarak selamat. Jarak selamat minimum ialah 250 mm dengan ketumpatan arus pada pemanas 0.4 mA/cm 2 dengan ketumpatan arus 200 A/m 2 dan pemisahan 100 mm. Pada pemisahan 80 mm dan 300 A/m 2 , jarak selamat minimum ialah 300 mm. Ketumpatan semasa ialah 0.3 mA/cm 2. Pada 400 A/m 2, jarak selamat dengan jarak 80 mm ialah 350 mm pada ketumpatan arus 0.4 mA/cm 2 . 2. Pada jarak 500 A/m² 100 mm jarak selamat ialah 400 mm dengan ketumpatan arus 0.3 mA/cm² Pada ketumpatan arus 0.3 mA/cm 2, jarak selamat pada 300 A/m 2 ialah 350 mm, dengan lebar 120 mm. Jarak yang lebih luas antara anod dan katod bermakna kurang kecerunan medan dan penempatan pemanas yang lebih dekat.

Panduan Memilih Jarak Selamat untuk Pemanas Elektrowinning

Jadual di bawah menunjukkan jarak selamat yang disyorkan dari anod untuk pemanas rendaman Gred 2 Titanium dalam elektrolit elektrowinning kuprum pada 50 darjah sebagai fungsi ketumpatan arus sel dan jarak katod-anod.

Ketumpatan Arus Sel (A/m2) Anod-ke-Jarak Katod (mm) Jarak Selamat Minimum dari Anod (mm) Jarak Selamat Ketumpatan Arus di Pemanas (mA/cm2)Lokasi Pemanas - Disyorkan
200 100 250 0.4 Di belakang katod (sebelah jauh) 300 80 300 0.3 Di belakang katod (sebelah jauh) 300 120 350 0.3 Di hujung sel, anod bertentangan
400 80 350 0.4 Berhampiran bahagian bawah sel, berpusat 500 100 400 0.3 Antara katod sahaja 300 80 (retrofit, ruang terhad) 200 1.0 Dengan perisai plastik, pembersihan bulanan
Di luar Kejuruteraan Kawalan Jarak Selamat

Jika tidak mungkin untuk mendapatkan jarak selamat kerana had bentuk sel, perisai plastik berlubang PTFE atau polipropilena boleh dipasang di sekeliling pemanas. Perisai dengan kawasan terbuka 50 peratus mengurangkan ketumpatan arus tempatan sebanyak 70 hingga 80 peratus, tanpa kesan yang ketara pada pemindahan haba. Gred titanium tidak menghalang pemendapan kuprum walaupun gred 7 mungkin bertahan lebih lama di bawah mendapan kuprum kerana rintangan kakisan yang unggul. Mendapan tembaga perlu dibersihkan secara berkala. Rendam pemanas dalam 20% asid sulfurik pada 50 darjah selama 30 minit. Ini melarutkan tembaga tanpa merosakkan titanium. Ketebalan dinding menawarkan elaun kakisan; dinding 2.0 mm dengan pemendapan kuprum sekali-sekala boleh bertahan dalam kitaran pembersihan lebih baik daripada dinding 1.2 mm.

Menyatukan Spesifikasi Termaklum (Dimanusiakan)

Untuk pemanas rendaman titanium dalam sel electrowinning kuprum pada 50 darjah, letakkan pemanas sekurang-kurangnya 300 mm dari anod terdekat untuk sel dengan ketumpatan arus 300 A/m² dan jurang 80 mm. Tingkatkan jarak selamat untuk sel dengan ketumpatan arus yang lebih tinggi atau jarak yang lebih dekat. Jika ruang yang ada memerlukan ia diletakkan lebih dekat daripada 300 mm, perisai PTFE berlubang dengan ketebalan 3 mm dengan lubang 5 mm dan kawasan terbuka 50% hendaklah dipasang di sekeliling pemanas. Pemanas hendaklah dibersihkan setiap bulan dengan 20% asid sulfurik. Semasa pentauliahan, ukur potensi litar terbuka pemanas titanium lwn elektrod rujukan kuprum{13}}tembaga sulfat; potensi lebih negatif daripada +0.2 V berbanding CSE menunjukkan risiko pemendapan kuprum dan memerlukan penempatan semula. Jurutera memastikan bahawa jarak selamat dari anod dihormati dan oleh itu menghalang pemendapan kuprum berbahaya pada pemanas rendaman titanium dalam perkhidmatan electrowinning kuprum.