Динамика электроосаждения меди на углеродные волокнистые электроды с различным профилем электропроводности

• Автор: Юсин, Степан Иванович
• Шифр специальности: 05.17.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 144 с. : ил.

1. Литературный обзор.

1.1. Параметры, определяющие эффективность работы углеродных волокнистых электродов.

1.2. Закономерности функционирования УВЭ.

1.2.1. Влияние осаждения металла на свойства углеродных волокнистых электродов и на процесс электролиза.
1.2.2. Влияние габаритной плотнос ти тока на распределение электрохимического процесса по объму УВЭ
1.2.3. Влияние соотношения электропроводностей УВЭ и раствора на распределение электрохимического процесса по толщине УВЭ.
1.2.4. Влияние скорости протока раствора через электрод на распределение электрохимического процесса по объму УВЭ
1.2.5. Влияние переменной по толщине УВЭ исходной электропроводнос ти на распределение электрохимического процесса.

1.3. Заключение

2. Методическая часть

2.1. Определение основных параметров углеродных волокнистых материалов.

2.1.1. Удельная электропроводность.
2.1.2. Удельный вес
2.1.3. Пористость
2.1.4. Удельная реакционная поверхность
2.2. Методика проведения экспериментов.
2.2.1 Схема экспериментальной установки.
2.2.2 Схема электролитической ячейки
2.2.3. Условия проведения исследований
2.2.4. Методика проведения исследований электроосаждения меди на углеродные волокнистые электроды
2.2.5. Исследование поляризационных кривых
2.2.6. Приготовление растворов
2.3. Обработка экспериментальных данных.
3. Результаты исследований
3.1. Изучение электропроводности УВМ, создание электрода с профилем удельной электропроводности по толщине электрода
3.2. Поляризационные исследования катодного процесса
3.3. Изучение влияния осаждения металла на свойства углеродных волокнистых электродов и на процесс электролиза в целом.
3.3.1. Изменение удельной реакционной поверхности УВЭ, пористости и коэффициента массопереноса
3.3.2. Изменение электропроводности УВЭ при электроосаждении металла.
3.3.3. Изменение толщины углеродного волокнистого электрода, на которой ионы меди разряжаются на предельном диффузионном токе, при электроосаждении металла
3.3.4. Оценка влияния параллельных реакций на распределение меди по толщине УВЭ и показатели процесса электролиза.
3.3.5. Влияние состояния поверхности углеродного волокнистого электрода на электроосаждение меди из сернокислого раствора.
3.4. Электроосаждение меди на УВЭ с различным профилем удельной электропроводности по толщине электрода.
3.4.1. Динамика электроосаждения меди на УВЭ с постоянной исходной электропроводностью.
3.4.2. Динамика электроосаждения меди на УВЭ с переменной по толщине электрода исходной электропроводностью
3.5. Влияние профиля электропроводности УВЭ и параметров электролиза на показатели процесса электроосаждения меди
Литература
Приложения
Список УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
УВЭ углеродный волокнистый электрод
УВМ углеродный волокнистый материал
ТПЭ трхмерный проточный электрод
кэ удельная электропроводность УВЭ, Смсм
кт удельная электропроводность тыльного слоя УВЭ, Смсм
Кф удельная электропроводность фронтального слоя УВЭ, Смсм кр удельная электропроводность раствора, Смсм
толщина электрода, см
габаритная площадь сечения элек трода, см
Р удельный вес УВМ, гсм
пористость УВМ
v удельная реакционная поверхность УВМ, отнеснная к объму об разца, см2см
, удельная реакционная поверхность УВМ, отнесенная к массе образ ца, см2г
I полный предельный ток, протекающий через электрод, А i габаритная плотность тока, Ам2 п число электронов, участвующих в реакции
постоянная Фарадея, 5 Клгэкв и линейная скорость протока раствора, смс
v объмная скорость протока раствора через электрод, млссм
степень превращения электроактивного компонента при электролизе АЕ разница между потенциалом начала выделения металла на предель ном токе и потенциалом начала интенсивного выделения водорода, В масса выделившейся меди, г тувм масса УВМ, г
гпф масса выделившейся меди на фронтальном слое, г тт масса выделившейся меди на тыльном слое, г
Vэлта объм электролита, л
и скорость осаждения меди, мгминсм
ВТ выход меди по току, т время электролиза, мин
Нек среднеквадратичное отклонение фронтальный слой слой УВЭ, ближайший к аноду тыльный слой слой УВЭ, дальний от анода.
Введение


Посвящнные этому вопросу публикации не касаются экспериментальных исследований динамики осаждения металла в широком диапазоне изменения исходной электропроводности УВЭ даже для электрода с постоянной по толщине электропроводностью ,,,. Тем более в литературе отсутствуют сведения, касающиеся изучения динамики процесса электроосаждения металла на электроды с переменной исходной электропроводностью по толщине электрода. В то же время экспериментально показано, что в процессе электролиза металл по толщине электрода осаждается неравномерно 6,8,,,,,,,, следовательно, появляется профиль электропроводности УВЭ за счт осаждающегося металла, что должно влиять i показатели процесса электролиза. Организация
технологического процесса может осуществляться различным образом 1 циркуляция раствора между электролизром и промежуточной мкостью циркуляционная схема 2 непрерывный проток раствора через электролизр из одной емкости в другую прямоточная схема 3 циркуляция раствора между мкостью и электролизром с периодическим вносом в мкость части более концентрированного раствора комбинированная схема. Последняя схема разработана и используется для извлечения металлов из растворов ванн улавливания в автоматизированных линиях гальванич еских производств и может использоваться для металлизации нанесение металлов и сплавов УВМ с целью получения композиционных, каталитически активных и электродных материалов 8,,, ,,. Очевидно, эффективность процесса элсктроосаждения металлов на УВЭ, динамика электроосаждения и показатели процесса, наряду с рассмотренными выше факторами, будут зависеть и от схемы организации процесса. Целью настоящей работы является выявить влияние профиля электропроводности углеродных волокнистых электродов на показатели осаждения меди из сернокислого раствора распределение осадка по толщине электрода, скорость выделения меди и выход по току. В середине прошлого века начато промышленное производство и широкое освоение углеродных волокнистых материалов УВМ 5. Благодаря уникальным свойствам в первую очередь они нашли применение в качестве конструкционных и теплозащитных материалов в авиационной и космической технике. В дальнейшем УВМ начали использовать при создании нагревателей, термопар, проводников, теплоизоляции, в качестве сорбентов, при изготовлении спортивного инвентаря, резины, пластмассы и др. Модифицированные УВМ могут использоваться как композиционные, ионообменные, каталитически активные, магнитные материалы. Такие материалы могут быть получены с использованием физикохимических 1, и электрохимических методов ,. Исследование возможности применения углеродных волокнистых электродов УВЭ в качестве катодов для электрохимических процессов практически одновременно начаты в СССР и за рубежом. В СССР исследования применения УВМ для процессов электроосаждения металлов из растворов начаты в лаборатории электрохимии водных растворов СО АН СССР в начале х годов в связи с проблемой извлечения золота из сернокислых тиомочевинных элюатов золотодобывающих фабрик 8,,,,. Успешное использование технологических процессов для извлечения золота и серебра из растворов их гидрометаллурги ческой добычи с использованием УВМ ,,,, позволило в последующие десятилетия выполнить обширный комплекс исследований, по результатам которых разработаны принципиально новые электрохимические технологии и принципиально новый класс электролизров с УВЭ ,,,,,. Результаты исследований, разработок, испытаний и промышленного использования электрохимических процессов с УВЭ обобщены в табл. Таблица 1. Серебро фосфатиыс, оксалатные, сернокислые тиомочевинные, солянокислые и др. Палладий нокислые тиомочевинные и др. Кадмий Цианистые, сернокислые, аммонийные и др. Медь Сернокислые, пирофосфатные, аммонийные и др. Цинк Сернокислые, щелочные, аммонийные и др. Никель др. Сернокислые, гипофосфитные и др. Железо электролиты никелирования и др. Олово, свинец нения, получения сплавов на основе эюелеза Солянокислые электролиты осветления припоя ПО. ПАВ и др. ПО промышленное освоение, ПП промышленная проверка, Р разработка. Таблица 1. Металлы Солянокислые, азотнокислые растворы аффинажа золота.