Ялық Үрдістер теориясы металлургия мамандықтары бойынша күндіз және сырттай оқитын тәлімгерлердің зертханалық жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулықтар Павлодар Кереку 2008




Скачать 390.32 Kb.
НазваниеЯлық Үрдістер теориясы металлургия мамандықтары бойынша күндіз және сырттай оқитын тәлімгерлердің зертханалық жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулықтар Павлодар Кереку 2008
страница1/4
Дата конвертации07.02.2016
Размер390.32 Kb.
ТипДокументы
источникhttp://psu.kz/arm/upload/umk/55347.doc
  1   2   3   4

Қазақстан Республикасының білім және ғылым министрлігі



С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті


Металлургия, машина жасау және көлік факультеті

Металлургия кафедрасы




ЭЛЕКТРОМЕТАЛЛУРГИЯЛЫҚ ҮРДІСТЕР ТЕОРИЯСЫ


Металлургия мамандықтары бойынша күндіз және сырттай оқитын тәлімгерлердің зертханалық жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулықтар


Павлодар

Кереку

2008

УДК 669.02/.09(07)

ББК 34.314я7

Э 46


С. Торайғыров атындағы ПМУ-ның ММжК факультеті металлургия кафедрасының отырысымен басылымға ұсынылған


Пікірсарапшы: т.ғ.к., профессор Сүйіндіков М.М.


Құрастырушылар: Каршигина З.Б., Байділдаева Г.Б.


Э 46 Электрометаллургиялық үрдістер теориясы. Металлургиялық

мамандықтар тәлімгерлеріне арналған зертханалық

жұмыстарына әдістемелік нұсқаулықтар / құрастырушылар:

Каршигина З.Б., Байділдаева Г.Б. – Павлодар: Кереку, 2008. –

40 б.


Әдістемелік нұсқаулыққа электролиттердің сулы ерітінді электролизі кезінде ток бойынша шығымды анықтауға, гальваникалық элементтердің ЭҚҚ және электродтардың потенциалдарын өлшеуге , электролиз кезіндегі электрод үрдістерінің кинетикасын зерделеулерге арналған жұмыстары енгізілген. Жұмысты орындау барысында, тәлімгердің дайындығын жеңілдету үшін, әрбір жұмыста теориялық түсініктемесі бар.

Әдістемелік нұсқаулықтар 050709 «Металлургия» мамандығын оқытудың ҚР МЖМБС 3.08.335–2006 мемлекеттік стандарты негізінде әзірленді.


УДК 669.02/.09(07)

ББК 34.314я7


© Каршигина З.Б., Байділдаева Г.Б., 2008

© С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті, 2008

Кіріспе


Электролиздің ашылуы әдеттегі химиялық әдістермен іске асыру қиын болатын тотығу–тотықсыздану үрдістерін оңай өткізуге мүмкіндік берді.

Электролиз техникасының дамуы металдардың табиғи қосындыларын тотықсыздандыру үшін катодтағы электр тогын пайдаланатын электрометаллургияны дүниеге әкелді.

Құрамында металдар бар су ерітінділерінен электролиз арқылы металдарды алу гидроэлектрометаллургия деп аталады. Гидроэлектрометаллургия электролиттік тазарту және электроэкстракцияға бөлінеді.

Электроэкстракциялау кезінде технологияның аралық өнімдерін немесе құрамында металл бар кен материалдарын сілтілеудің нәтижесінде алынған ерітіндіден металды бөліп алады.

Электролиттік тазарту металды қосындылардан тазарту үшін пайдаланылады. Электролиз үрдісі кезінде тазартуға арналған металдан жасалған электродтардың біреуі тотығып, иондар түрінде ерітіндіге өтеді, сонан соң металдың осы иондары келесі электродта тотықсызданады.

Су ерітінділерін электролиздеу үрдістерін әлемдегі барлық елдерде шығарылатын мысты және никельдің, мырыштың, алтынның, күмістің, кадмийдің көпшілігін, сурьманың, қорғасынның, қалайының және басқа түсті және сирек металдардың едәуір бөлігін алу кезінде пайдаланады.

Балқытылған тұздарды электролиздеу таза химиялық тотықсыздануы үлкен қиыншылыққа әкелетін металдарды тотықсыздандыруға мүмкіндік берді.

Cондықтан, металдардың электролиттік әдіспен бөлінуі жайлы негізгі теориялық білім алуы, тәлімгерлердің электролиз үрдісінің ғылыми талдауы жайлы мағлұмат және тәжірибе жинауы өте маңызды деп табылады.


1 Зертханалық жұмыс. Су ерітінділері электролизі кезіндегі ауыр металдардың токтық және энергиялық шығымын анықтау


1.1 Теориялық негіздер

Электролизден өткен токтың және электродта алынатын зат мөлшерінің арасындағы сандық байланыс Фарадеймен бекітілген.

Фарадей заңы бойынша электродта алынған заттың мөлшері, электролизден өткен ток мөлшеріне пропорционал

g = q∙J∙τ (1)


мұндағы g – электродта бөлінген заттың мөлшері (г)

q – коэффициент (электрохимиялық эквивалент):

J∙τ = 1 А∙сағ, g = c болғанда.

Әрбір заттың бір грамм-эквивалентінің электролиттік бөлінуі үшін 96500 кулон немесе 26,8 А∙сағ қажет.

Олай болса


(2)

(3)


мұндағы А – бөлінетін заттың атомдық салмағы;

z – реакцияға қатысатын электрон саны.

Электролизда өтетін барлық сандық өзгерістер Фарадей заңымен сәйкес өтсе де, тәжірибеде бұл заңнан ауытқулар көрінеді. Бұл ауытқулар электролиз кезіндегі жанама электрохимиялық және екінші ретті химиялық реакцияның өтуімен негізделген, олар негізгі үрдістегі токтың пайдалануын азайтады.

Электролиз кезіндегі токты пайдаланудың ПӘК-і, токтық шығыммен сипатталады

(4)


мұндағы gon – электродтағы бөлінген заттың мөлшері;

gтеор – Фарадей заңы бойынша (теориялық тұрғыда)

сол мөлшерде өткізілген ток кезінде бөлінуі

тиіс болған заттың мөлшері.

Негізгі электролизбен қоса жүретін жанама электрохимиялық реакциялар электрлігі оң қоспаларының иондарының тотықсыздану үрдістері бола алады. Мысалы, мырыш электролизі кезінде, зиянды қоспалар мышьяк, мыс, никель, кобальт, сутегі иондары болады.

Бірнеше тотығу дәрежесін беретін металл тұздарының электролитте қатысуы, электролиз үрдісіне қатты зиян келтіреді. Бұл металдардың иондары катод жанында тотықсызданады (мысалы – темір ионы).

Электролитте тотықтырғыштардың қатысуы да (мысалы, мырыш электролизі кезіндегі марганец иондары) токтық шығымның азаюына әкеледі.

Электродтарда алынған өнімдер, электродты құраушыларымен әрекеттесуге кіруі мүмкін. Кіші полюсаралық қашықтықтар кезінде, электролиз өнімдерінің өздері бір-бірімен әрекеттесе алады. Осының барлығы токтық шығымды азайтады. Электролиздің техникалық өткізілуі кезінде токтың және энергияның толығырақ пайдалануын қамтамасыз ету өте маңызды. Энергияны үнемдеу үшін былаудағы кернеуді мүмкіндігін азайтуға ұмтылу керек. Былаудағы кернеу электролит және электродтардың омдық кедергі арқылы, ыдырау кернеуімен (Uнр), электрод поляризациясымен (∆Uпол), және кернеудің түсуімен анықталады (ΣJR)


(5)


Кернеу ыдырауының шамасы электролит концентрациясымен және электродта тотықсызданатын заттардың физика-химиялық қасиеттерімен анықталады. Электролиттегі электрөткізгіштікті жоғарлату үшін, оған иондарының қозғалысы жоғары тұздар немесе қышқылдар енгізіледі.

Электродтардың жақындауы ΣJR шамасын азайтады. Бірақ, сонымен бірге электролиз өнімдерінің әрекеттесу мүмкіндігі жоғарлайды.

Электролит температурасының жоғарлауы Uнр және ΣJR төмендеуіне әсер тигізеді, бірақ сутегі бөлуінің асқын кернеуін төмендетеді.

Электролиттің белсенді араластырылуын қамтамасыз ету арқылы, концентрациялық поляризацияның шамасын азайтуға болады.

Токтың тығыздығын анықталған шектерде ұлғайту, электролиз үрдісін қарқындатады, бірақ сонымен қатар поляризацияның ұлғаюына соқтырады.

Сонымен, электролиздің әрбір параметрі оң және теріс әсеріне қарай оптималды таңдалады. Бір грамм заттың электролизбен бөліну үрдісінің энергия шығыны осы теңдеумен анықталады


; [] (6)


Ерімейтін анодпен электролиз жағдайы үшін энергияның пайдалану дәрежесі немесе энергиялық шығым келесі теңдеумен беріледі


(7)


Металды электролиттік тазарту үрдісі кезінде, егер анод пен катодтың құрамы жақын және электродтардағы токтық шығым бірдей болса, онда катодта бөлінген металдың мөлшері, анодта ерігенге эквивалентті болады. Былаудағы кернеу мына шамалармен анықталады

(8)


осы жағдайда ыдырау кернеуі нөлге тең болғандықтан. Сондықтан, тазарту үрдісі энергияның шығу қатынасымен бағаланбайды да, энергиялық шығыммен есептеледі.


1.2 Жұмыстың мазмұны

- кадмий, мыс немесе мырыш ерітіндісінің электролизін және мыстың электролиттік тазартуын жүргізу;

- токтық және энергиялық шығымын анықтау;

- энергияның меншікті шығынын есептеу.


1.3 Жұмыстың орындалу әдістемесі

Оқытушының тапсырмасы бойынша ерітіндіден мыстың, мырыштың немесе кадмийдің электролиттік тұндыруын жүргізу. Мысты электролиттік жол арқылы тазарту еритін мыс анодымен және құрамында 85 г/л мыс сульфаты және 225 г/л бос күкірт қышқылы бар электролиттегі алюминий катодымен және еритін мыс анодымен жүргізіледі. Қандай болса да металды ерітіндіден электролиттік алу берілген ток тығыздығы кезінде сәйкес ерітіндіден ерімейтін қорғасын анодпен және алюминий катодымен жүргізіледі. Электролиз және тазарту бір уақытта тізбектеліп қосылған екі электролиздегіште өтеді. Электрлік тізбекке өткен электрдің мөлшерін анықтау үшін электролиздегішпен тізбекті мыс кулонометрін қосады. Кулонометрде анод ретінде мыс пластинкасы болады, катод мыстан немесе алюминийден жасалынған бола алады. Кулонометрдегі ерітіндіге электродты батыру тереңдігі токтың катодты тығыздығының оптималды мөлшеріне (1-2 А/дм2) қарап есептелінеді. Құрамында CuSO4 ∙ 5H2O – 150 г/дм3; этил спирті – 50г/дм3; H2SO4 (1,84) – 50г/дм3 «кулонометрге арналған» электролитпен кулонометрді толтырады.

Тәжірибені өткізгеннен кейін кулонометрге арналған ерітіндіні, ерітінділерді сақтауға арналған, ыдысқа қайта құяды. Кулонометр және электролизер катодтарының бетін тәжірибе алдында жұқа қайрақ қағазбен тазартады, сода ерітіндісімен майсыздандырады, сумен жуып, кептіреді және өлшейді.

Егер алюминий катодтарының бетінде оның алдындағы тәжірибеден қандай да бір металл тұнбасы қалса, онда оны тазарту алдында азот қышқылында улау қажет. Сұлбаның дұрыс жиналғанын тексергеннен кейін және реостатты енгізгеннен кейін электродтарды ерітіндіге батырады, ток көзін қосып, қажетті ток мөлшерін белгілейді. Тәжірибе барысында белгіленген тұрақты ток күшін сақтайды.

Былаулардағы кернеуді әр 10 минут сайынғы интервалмен тіркейді. Электролиз аяқталғаннан кейін, катодты тұнбалардың электролитте еруін алдын алу үшін, ток жүктемесін алмай, электролиздегіштердегі катодтарды бір уақытта суырып алады. Катодтар сумен жуылып кептіріледі және өлшенеді. Токтық шығым электролиздегіш катодтарының және кулонометр өсімі бойынша анықталады.

Фарадей заңына сәйкес, катодта бөлінуге тиіс болатын металл мөлшерін мыс кулонометрі катодының өсімімен есептеледі


(9)


және токтық шығым


(10)


Сәйкес металды бөлу үшін меншікті энергия шығынын есептейді

; [Bт∙ч/г] (11)

(12)





1 сурет – Сулы ерітіндіден ауыр металдарды электролиттік тұндыру қондырғысының сұлбасы


Жұмысты орындау үшін білуге қажетті сұрақтар


1 Фарадей заңдары.

2 Токтық және энергиялық шығым.

3 Электролиз кезіндегі электродтардағы үрдістер.

4 Ыдырау кернеуі, былаудағы кернеу.

5 Кулонометрдің құрылғысы және қолдануы.

6 Тазарту кезіндегі электродтардағы үрдістер.

2 Зертханалық жұмыс. Өтеу (компенсация) әдісі бойынша гальврникалық элементтің электр қозғаушы күшін өлшеу


2.1 Теориялық негіздер

Металды өз тұзының ертіндісіне тиегенде кристалды тордың торабында орналасқан металл иондарына, едәуірі дипольді моменті бар еріткіштің молекулалары әсер етеді. Судың полярлы молекулалары, беттегі сәйкес металл катионына бағдар алып, олардың ертіндіге өтуін қамтамасыз етеді


(13)


Катионның ертіндіге ауысуы металл мен ерітіндінің электрлік бейтараптығын бұзады: металл беті артық теріс, ал ерітінді - оң немесе керісінше заряд алады.

Ерітіндіге ауысқан катион ерітіндінің көлемінде жылжымайды, себебі ол электростатикалық арақатынас арқылы теріс зарядталған пластина бетінде ұсталынады. Металл бетіндегі катиондардың концентрацияларының ұлғаюымен және металдың заряд өлшемінің бір уақытта өсуі катионның металѓа ауысуына кепілдік береді. Металл зарядының белгілі бір өлшемінде металл катионының ертіндіге ауысуы және оның металдағы тотықсыздануы бірқалыпты болуы мүмкін, яғни мына реакция бойынша


(14)


қайтымды және олар бірдей жылдамдықпен жүреді. Егер тотығу реакциясының жылдамдығын Vок деп белгілесек, ал кері реакцияның жылдамдығын Vвост, онда тепе-теңдік кезінде Vок = Vвост. Бұл жүйедегі үрдістердің тоқталмайтындығын, яғни тотығу мен тотықсызданудың кері үрдістері бірдей жылдамдықпен және металл мен оған қатысты электролит қабатының потенциалдарының әр түрлілігімен сипатталатынын көрсетеді.

Тепе-теңдікке жауап беретін концентрациядағы металл бетінде жинақталған катиондар, металл бетіндегі артық электрондармен ерітіндінің тереңдігіне кете алмайды. Соның нәтижесінде қосарланған электрлік қабат түзіледі, ол 2-суретте сұлба түрінде көрсетілген


- + + + -

- + + - +

- + - + -

- + + - -

δ0 λ

ψ ψ1

μ

φ


2 сурет– Қосарланған электрлі қабаттың сұлбалық көрінісі


Катиондардың біршама мөлшері металл бетінің қабатына жақын орналасады; мұнда потенциалдың барлық ауытқуы жүреді //. Потенциалдың жалпы түсуі . Тепе-теңдік потенциалы Нернст теңдеуімен анықталады


(15)


Стандартты потенциал көрсеткіші константамен анықталады, бұл берілген электродқа тән. Ол өз тұзының электролитіне енгізілген, белсенділігі а=1 болғанда, мұнда а–электролиттегі металл иондарының белсенділігі


(16)


мұндағы – реакцияның тепе-теңдік константасы.


=


Катионға қатысты қайтымды электрод потенциалы қарастырылады, оны бірінші типті электрод дейді. Тепе-теңдік потенциалы анионның электродты реакциясына ортақ анионы бар жақсы және қиын еритін тұздың қатысу кезінде пайда болатын, электродтарды қарастырайық. Бұл электрод потенциалының қайтымдылығы катионға ғана қатысты емес, ол анионға да қатысты. Мұндай электродтар екінші типті электродтар деп аталады және оның тепе-теңдік потенциалы мына формуламен анықталады

=ln (17)


Электролитке батырылған кез-келген екі электрод электрохимиялық тізбек түзуі мүмкін. Осындай тізбектің ЕҚК

Е= (18)



  1   2   3   4

Похожие:

Ялық Үрдістер теориясы металлургия мамандықтары бойынша күндіз және сырттай оқитын тәлімгерлердің зертханалық жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулықтар Павлодар Кереку 2008 iconДiстемелiк нұСҚаулықтар зертханалық жұмыстар орындау үшін «Глинозем өндірісі» пәні бойынша 050709 «Металлургия» мамандығының тәлімгерлері үшін Павлодар
Г 49 Глинозем өндірісі: зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқаулықтар / құраст. З. Б. Каршигина, Г. Б. Байділдаева,...
Ялық Үрдістер теориясы металлургия мамандықтары бойынша күндіз және сырттай оқитын тәлімгерлердің зертханалық жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулықтар Павлодар Кереку 2008 iconБалқымаларды пештен тыс өҢдеу пәнің оқуға арналған әдістемелік нұсқаулықтар 050709 «Металлургия» мамандығының студенттеріне арналған Павлодар
...
Ялық Үрдістер теориясы металлургия мамандықтары бойынша күндіз және сырттай оқитын тәлімгерлердің зертханалық жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулықтар Павлодар Кереку 2008 iconМеталлургия кафедрасы мамандықҚа кіріспе пәнінен бойынша дәріс сабақтарының сүйеніш конспекті Павлодар Кереку 2008
...
Ялық Үрдістер теориясы металлургия мамандықтары бойынша күндіз және сырттай оқитын тәлімгерлердің зертханалық жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулықтар Павлодар Кереку 2008 iconТүсіндірме жазба
Күндіз және сырттан оқитын тіл мамандықтары студенттерінің дербес жұмыс істеуге арналған әдістемелік нұсқаулық
Ялық Үрдістер теориясы металлургия мамандықтары бойынша күндіз және сырттай оқитын тәлімгерлердің зертханалық жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулықтар Павлодар Кереку 2008 iconӘдістемелік ңҰСҚау бақылау жұмыстарына арналған
«Басқарушылық шешімдерді өңдеу пәні бойынша» пәнінен тәжірибелі сабақтардың күндізгі және сырттай бөлімдері оқитын экономикалық
Ялық Үрдістер теориясы металлургия мамандықтары бойынша күндіз және сырттай оқитын тәлімгерлердің зертханалық жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулықтар Павлодар Кереку 2008 iconҚазақстан республикасының білім және ғылым министірлігі
...
Ялық Үрдістер теориясы металлургия мамандықтары бойынша күндіз және сырттай оқитын тәлімгерлердің зертханалық жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулықтар Павлодар Кереку 2008 icon050301 «Заңгер» мамандығы бойынша оқитын студенттерге арналған оқу құралы (Жалпы бөлім) Павлодар Кереку
С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университетінің Ғылыми кеңесі баспадан шығаруға ұсынған
Ялық Үрдістер теориясы металлургия мамандықтары бойынша күндіз және сырттай оқитын тәлімгерлердің зертханалық жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулықтар Павлодар Кереку 2008 iconРеспубликасының Білім және ғылым министрлігі С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті Автокөлік психологиясы Оқу құралы Павлодар Кереку 2010
Баспаға С. Торайғыров атындағы Павлодар мемлекеттік университеті металлургия, машина жасау және көлік факультетінің әдістемелік кеңесімен...
Ялық Үрдістер теориясы металлургия мамандықтары бойынша күндіз және сырттай оқитын тәлімгерлердің зертханалық жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулықтар Павлодар Кереку 2008 iconСінің теориясы «Электр техникасының теориялық негіздері» пәні бойынша зертханалық жұмыстарды орындауға арналған оқу әдістемелік құрал 3 бөлім Павлодар
«Электр техникасының теориялық негіздері» пәні бойынша зертханалық жұмыстарды орындауға арналған оқу әдістемелік құрал 3 бөлім
Ялық Үрдістер теориясы металлургия мамандықтары бойынша күндіз және сырттай оқитын тәлімгерлердің зертханалық жұмыстарына арналған әдістемелік нұсқаулықтар Павлодар Кереку 2008 iconЖурналистика кафедрасы журналист әдебі журналистика мамандағы бойынша сырттай оқитын студенттерге арналған әдістемелік нұсқаулық Павлодар
М. Алдабергенов – тарих ғылымдарының докторы, профессор, журналистика кафедрасының меңгерушісі
Разместите кнопку на своём сайте:
Документы


База данных защищена авторским правом ©kzdocs.docdat.com 2012
обратиться к администрации
Документы
Главная страница