- •Электрический баланс ванны электроэкстракции Никеля
- •Введение
- •Электродные реакции
- •1.2 Суммарная электрохимическая реакция
- •2.Составы электролитов для электроэкстракции никеля
- •2.1 Сульфатный электролит
- •3.Расчет электрического баланса ванны электроэкстракции
- •3.1Исходные данные для расчета электрического баланса. Расчет электрического баланса
- •3.1.1 Расчет равновесных электродных потенциалов анодной и катодной реакций
- •3.1.2 Расчет перенапряжений катодной и анодной реакции
- •3.1.3 Расчет падения напряжения в электролите
- •3.1.4 Расчет падения напряжения в диафрагме
- •3.1.5 Расчет падения напряжения в теле электрода
- •3.1.6 Расчет напряжения на ванне с учетом падения напряжения в контактах
3.1.1 Расчет равновесных электродных потенциалов анодной и катодной реакций
Расчет равновесного потенциала катодной реакции проводим по уравнению Нернста (3.3):
(3.3)
где - стандартный электродный потенциал, В;= -0,25 В
–среднеионный коэффициент активности.
Для определения коэффициента активности используем график зависимости –C (рис. 2) [2].
Рисунок 2 - Зависимость –C для определения коэффициента активности
Найдем коэффициент активности:
.
Подставим значения в уравнение (3.3):
Расчет равновесного потенциала анодной реакции проводим по формуле (3.4):
(3.4)
3.1.2 Расчет перенапряжений катодной и анодной реакции
Для расчета катодного перенапряжения используем уравнение смешанной кинетики (3.5):
(3.5)
где, – ток обмена,;
–коэффициент переноса;
–предельный ток, ;
Для нахождения величины предельного тока воспользуемся уравнением (3.6):
, (3.6)
где, D – коэффициент диффузии,
–толщина диффузионного слоя; ;
= 2991,48
Величину тока обмена считаем на основе справочных данных. Для системы, содержащей 1М [4]. По формуле (3.7) рассчитаем значение стандартного тока обмена для этой системы:
(3.7)
=
Подставим найденное значение стандартного тока обмена в уравнение (3.7) и получим величину тока обмена для заданного электролита:
Подставив найденные значения в уравнение (3.5), найдем перенапряжение катодной реакции:
Для расчета анодного перенапряжения используем уравнение Тафеля (3.8):
(3.8)
где a – коэффициент уравнения Тафеля, а=1,17
b – коэффициент уравнения Тафеля, b=0,134 [5]
3.1.3 Расчет падения напряжения в электролите
Для расчета падения напряжения в электролите воспользуемся формулой (3.9)[5]:
(3,9)
где, l – расстояние между электродами, м;
–электропроводность раствора, См/м;
Найдем расстояние между электродами по формуле (3.10): у Вас два слоя электролита –католит и анолит
(3.10)
где, – толщина катода, м;
– толщина анода, м;
L – расстояние между одноименными электродами, м
Для расчета падения напряжения в электролите необходимо найти электропроводность раствора. Найдем суммарную эквивалентную концентрацию раствора по формуле (3.11):
(3.14)
где, C – концентрация компонента, г/л
М – молярная масса, г/моль
4,42;
3,45 ;
Электропроводность растворов найдем по формуле (3.15). Для этого необходимо найти величины удельной электропроводности λ [4].
(3.15)
Для нахождения удельной электропроводности воспользуемся справочными данными (табл. 7) [4].
Таблица 7 – Справочные данные для раствора
ω, % |
ρ, г/дм3 |
, моль/л |
λ∙, См∙м2/моль |
7 |
1045,4 |
0,95 |
206,9 |
10 |
1066,3 |
1,38 |
196,4 |
14,56 |
1098,1 |
2,07 |
180,0 |
19,8 |
1134,6 |
2,91 |
156,5 |
25,31 |
1172,99 |
3,84 |
131,40 |
Рисунок 3 –Зависимость удельной электропроводности от эквивалентной концентрации
Поскольку католит и анолит разделены диафрагмой необходимо рассчитать электропроводность для двух составов электролита.
Для нахождения эквивал. электропроводности католита используется уравнение линии тренда (рис. 2).
Для пересчета на заданную температуру используем формулу (3.16):
(3.16)
где, α – температурный коэффициент; ;
Для нахождения удельной электропроводности воспользуемся справочными данными (табл. 8) [4].
Таблица 8 - Справочные данные для раствора
ω, % |
ρ, г/дм3 |
Cэкв, моль/л (18°) |
λ∙, См∙м2/моль |
3,73 |
1038,2 |
0,50 |
30,6 |
7,2 |
1078,9 |
1,00 |
25,4 |
13,46 |
1152,1 |
2,01 |
19,25 |
19,01 |
1217,1 |
2,99 |
15,07 |
Рисунок 4 – Зависимость удельной электропроводности от эквивалентной концентрации
Для расчета удельной электропроводности используется уравнение линии тренда (рис. 4).
Рассчитаем удельную электропроводность анолита:
Рассчитаем удельную электропроводность католита:
Пересчет на заданную температуру производим по формуле (3.16) при α(:
Рассчитаем падение напряжения в электролите по формуле (3.9):