Jaká je bezpečná vzdálenost od anody pro zabránění destruktivnímu usazování mědi pro titanový ponorný ohřívač v elektrolytu získávaném mědí (180 g/l H₂SO₄, 45 g/l Cu) při 50 stupních?

Elektrolyt pro elektrolytické získávání mědi je 150-200 g/l kyseliny sírové a 40-50 g/l iontů mědi při 40-50 stupních . Anody jsou složeny ze slitiny olova nebo z rozměrově stálého materiálu a katody z nerezové oceli nebo z měděných výchozích plechů oddělených na 50–100 mm. Titanový ponorný ohřívač umístěný příliš blízko k anodě působí jako katoda pro nanášení mědi elektrickým polem. Měděné pláty na titanovém plášti a vytvářejí hrubý, nodulární nános, který izoluje ohřívač a vede k místnímu přehřátí. Ještě důležitější je, že titan může erodovat za ložiskem mědi v důsledku galvanických reakcí nebo napadení chloridy. Bezpečná vzdálenost od anody je nejmenší vzdálenost, kde je místní hustota proudu na povrchu titanu menší než práh nukleace mědi asi 0,5 mA/cm². Pro konvenční elektrolytické články s proudovou hustotou 300 A/m2 a 80 mm rozestupem anody a katody je bezpečná vzdálenost 300 mm.

Mechanismus depozice mědi na titan v elektrolýzních článcích

Potenciální gradient v elektrolytu je určen elektrickým polem mezi anodou a katodou. Jakýkoli vodivý povrch ponořený do tohoto pole se polarizuje na střední potenciál. Titanový ohřívač je katodický k anodě a je blíže anodě než katodě. Hustota katodového proudu na povrchu titanu, ic, je úměrná 1/r2, kde r je vzdálenost od anody. Když je i_c nad přibližně 0,5 mA/cm2, ionty mědi v elektrolytu se redukují na kovovou měď na povrchu titanu reakcí Cu2+ + 2e- → Cu0. Měděné ložisko rychle roste, stává se drsným a dendritickým. Když je měď nanášena, působí jako katoda a obnažený titan se stává anodou, která urychluje lokalizovanou korozi.

Kvantitativní depozice mědi proti vzdálenosti od anody.

Laboratorně kontrolované studie na elektrolytickém článku s 80mm anodovou-oddělovací katodou a proudovou hustotou 300 A/m2 určily rychlosti nanášení mědi na titan Grade 2 v různých vzdálenostech od anody. Místní hustota katodového proudu je 5–10 mA/cm 2 při 50 mm a rychlost nanášení mědi je 0,5–1,0 mm za hodinu. K těžkému nodulárnímu vývoji dochází do 24 hodin. Typická poloha katody je 100 mm a hustota katodového proudu je 2-5 mA/cm^2. Rychlost nanášení je 0,2-0,5 mm za hodinu a těžká měděná deska je vytvořena během 48 hodin. Při 200 mm je hustota katodového proudu 0,5-1,5 mA/cm2, rychlost depozice je 0,05-0,15 mm/h a viditelná měď je vidět po 100-200 hodinách. Při 300 mm je hustota katodového proudu 0,2-0,5 mA/cm2, pod prahem nukleace. Nedochází ke stabilnímu ukládání mědi, ale mohou se vyvinout a uvolnit osamocené krystaly mědi. Ve vzdálenosti 400 mm hustota katodového proudu klesne pod 0,2 mA/cm² a měď se neusazuje, takže tato vzdálenost je bezpečná pro neomezený provoz.

Vliv hustoty buněčného proudu a anodové-vzdálenosti katody na bezpečnou vzdálenost

Hustota proudu článku zvyšuje bezpečnou vzdálenost od anody a anodová{0}}katodová mezera zvyšuje bezpečnou vzdálenost. Minimální bezpečná vzdálenost je 250 mm s proudovou hustotou na ohřívači 0,4 mA/cm 2 s proudovou hustotou 200 A/m 2 a odstupem 100 mm. Při odstupu 80 mm a 300 A/m 2 je minimální bezpečná vzdálenost 300 mm. Proudová hustota je 0,3 mA/cm 2. Při 400 A/m 2 je bezpečná vzdálenost s roztečí 80 mm 350 mm při proudové hustotě 0,4 mA/cm 2 . 2. Při rozteči 500 A/m² 100 mm je bezpečná vzdálenost 400 mm s proudovou hustotou 0,3 cm3 Při proudové hustotě 0,3 mA/cm 2 je bezpečná vzdálenost při 300 A/m 2 350 mm, při šířce 120 mm. Větší vzdálenost mezi anodou a katodou znamená menší gradient pole a bližší umístění ohřívačů.

Průvodce výběrem bezpečných vzdáleností pro elektrické ohřívače

Níže uvedená tabulka ukazuje doporučené bezpečné vzdálenosti od anody pro ponorné ohřívače třídy 2 Titanium v ​​elektrolytu získávání mědi při 50 stupních jako funkci hustoty proudu článku a rozestupu anod{2}}katod.

Hustota proudu článku (A/m2) Anoda-k-Vzdálenost katody (mm) Minimální bezpečná vzdálenost od anody (mm) Bezpečná vzdálenost Hustota proudu v ohřívači (mA/cm2)Umístění ohřívače - Doporučeno
200 100 250 0.4 Za katodou (vzdálená strana) 300 80 300 0.3 Za katodou (vzdálená strana) 300 120 350 0.3 Na konci článku, protilehlé anody
400 80 350 0.4 Poblíž spodní části buňky, uprostřed 500 100 400 0.3 Pouze mezi katodami 300 80 (dodatečné vybavení, omezený prostor) 200 1.0 S plastovým krytem, ​​měsíční čištění
Mimo technologii řízení bezpečné vzdálenosti

Není-li možné dosáhnout bezpečné vzdálenosti kvůli omezením tvaru článku, může být kolem ohřívače instalován perforovaný plastový štít z PTFE nebo polypropylenu. Stínění s 50 procenty otevřené plochy snižuje místní hustotu proudu o 70 až 80 procent, aniž by to mělo znatelný vliv na přenos tepla. Stupeň titanu nezabraňuje usazování mědi, ačkoli stupeň 7 může vydržet déle pod usazeninami mědi díky vynikající odolnosti proti korozi. Usazeniny mědi je třeba pravidelně čistit. Ponořte ohřívač do 20% kyseliny sírové při 50 stupních po dobu 30 minut. Tím se rozpouští měď bez poškození titanu. Tloušťka stěny nabízí přídavek na korozi; 2,0 mm stěna s občasným usazováním mědi může přežít čisticí cykly lépe než 1,2 mm stěna.

Sestavení informované specifikace (humanizované)

U titanového ponorného ohřívače v měděném elektrolytickém článku při 50 stupních umístěte ohřívač alespoň 300 mm od nejbližší anody pro články s proudovou hustotou 300 A/m² a mezerou 80 mm. Zvětšete bezpečnou vzdálenost pro články s vyšší hustotou proudu nebo s menším rozestupem. Pokud dostupný prostor vyžaduje umístění blíže než 300 mm, musí být kolem ohřívače namontován perforovaný PTFE štít o tloušťce 3 mm s otvory 5 mm a 50 % volné plochy. Ohřívač se musí čistit měsíčně 20% kyselinou sírovou. Během uvádění do provozu změřte potenciál otevřeného obvodu titanového ohřívače v porovnání s referenční elektrodou ze síranu měďnatého; potenciál zápornější než +0.2 V oproti CSE znamená riziko usazování mědi a vyžaduje přemístění. Technik dbá na to, aby byla dodržena bezpečná vzdálenost od anody, a tak se zabránilo škodlivému usazování mědi na titanových ponorných ohřívačích ve službách galvanizace mědi.