Особенности системы электроосаждения

Thread Content

Особенности систем электроосаждения: в современных условиях, когда важно контролировать затраты, сокращать энергопотребление и обеспечивать высокую экологическую безопасность, в отрасли влажной металлургии, особенно в производстве никеля, кобальта и меди, оптимизация и совершенствование систем электроосаждения имеют первостепенное значение, причем их эффект наиболее заметен. Что касается энергопотребления, то система электролитического осаждения составляет более 80% от общего энергопотребления всей системы. Что касается инвестиций, то на эту систему приходится более 60% от общих инвестиций в всю систему. Что касается требований к охране окружающей среды, то сбор и обработка отходов, образующихся в процессе работы системы электролитического осаждения, составляют не менее 70% от общих усилий, направленных на охрану окружающей среды. Поэтому все соответствующие производители прилагают усилия для оптимизации и совершенствования систем электролитического осаждения. Поскольку принцип электроосаждения не может быть изменен, то и общий технологический процесс также не может измениться. Поэтому всем остаётся работать над эффективностью оборудования, материалами, экологичностью и т. д. Конкретную информацию о новом оборудовании и т. д. мы поделимся с вами позже. А сейчас давайте рассмотрим некоторые особенности самого процесса электроосаждения, чтобы вы могли сравнить их и оптимизировать процесс. В процессе развития систем электроредукции металлов в зависимости от свойств анода они делятся на растворимые аноды и нерастворимые аноды. Строго говоря, система с растворимым анодом называется электролитической системой, или системой электролитической рaffинации, в то время как система с нерастворимым анодом называется системой электроосаждения. В электролитических системах, поскольку сам анод не является чистым и его необходимо периодически заменять, для получения чистого металла требуется использование мембраны (катодной мембраны) для разделения анодной и катодной жидкостей, что обеспечивает чистоту жидкости в катодной зоне (например, при электролитической рaffинации никеля). Что касается меди, то из-за её свойств в принципе не требуется разделение жидкостей ни при электролизе, ни при электролитическом осаждении. В системах электроосаждения, благодаря использованию инертного нерастворимого анода, вещества, окисляющиеся на аноде, отличаются от веществ, восстанавливающихся на катоде, что придает этим системам свои особенности по сравнению с электролитическими системами. В общих чертах это выглядит следующим образом: 1. Напряжение в канале высокое. В электролитической системе основным компонентом анода является тот же металл, что и на катоде, только его чистота ниже. В процессе электролиза на аноде и катоде происходят окислительно-восстановительные реакции одного и того же металла. Поэтому, теоретически, для начала электролитической реакции достаточно приложить напряжение, превышающее стандартную разницу потенциалов. В реальности, чтобы ускорить реакцию, подавалось напряжение, в более чем вдвое превышающее необходимое. Система электроосаждения отличается тем, что анод не растворяется и выполняет лишь функцию проводника. На самом деле процесс окисления происходит с участием другого вещества — воды. Поскольку напряжение, необходимое для разложения воды, довольно высоко, а кроме того, разные поверхности реакции оказывают разный каталитический эффект на разложение воды, это приводит к различию в материалах анода, в результате чего меняется и напряжение электроосаждения. Независимо от того, какой анод выбран, напряжение электролиза для осаждения металла из одного и того же металла должно быть на 1,5 раза выше, чем напряжение электропередачи; это означает, что энергозатраты на процесс электролиза также должны быть не менее высокими. Влияние анода на напряжение электролиза проявляется в двух основных аспектах. 1. Электропроводность самого анодного материала: чем лучше его электропроводность, тем меньше сопротивление, и, соответственно, общее напряжение будет ниже. 2. Степень каталитического воздействия анодного материала на окислительное разложение воды: чем лучше каталитические свойства, тем меньше паразитного напряжения при образовании кислорода, и, соответственно, меньше будет и общее напряжение. Например, по сравнению с поверхностью, покрытой платиной, у поверхности свинца паразитное напряжение выше. Поэтому сейчас многие производители предпочитают использовать титановые аноды или поверхности, покрытые драгоценными металлами — это обеспечивает хорошую электропроводность, низкое паразитное напряжение и высокую стойкость к коррозии). II. Низкая эффективность. В электролитической системе происходят окислительно-восстановительные реакции между атомами одного и того же металла, поэтому кислотность растворов на аноде и катоде практически не меняется; на катоде практически не наблюдается выделения водорода. В системе электролиза из-за окислительной реакции воды на аноде образуется кислород; в результате соответствующее количество ионов водорода остается в анодном растворе. Хотя между растворами анода и катода находится мембрана, под действием сильного тока значительное количество ионов водорода все же проникает в катодную зону, где конкурирует с основными металлическими ионами за возможность восстановления, что называется процессом выделения водорода. Это приводит к тому, что весь ток не может быть использован для восстановления металлических ионов, в результате чего снижается эффективность тока. Благодаря обновлению технологий и оборудования эффективность электроосаждения сейчас может быть повышена с прежних 80% до 93–95% (при электроосаждении с использованием анодной мембраны). III. Серьезное загрязнение окружающей среды. Поскольку в процессе электролиза на катоде происходит реакция выделения водорода, а на аноде — образуется большое количество кислорода, эти газы при своем выделении захватывают с собой большое количество кислотной жидкости, используемой в процессе электролиза. К тому же из-за высокой температуры электролита он испаряется, в результате чего в зоне электролиза повсюду царит кислотный туман. Условия работы становятся крайне неблагоприятными, а проблемы, связанные с охраной окружающей среды, создают серьезные трудности. Расходы на очистку от кислотного тумана очень велики. Даже при использовании большого количества оборудования для очистки невозможно полностью устранить эту проблему. Однако использование новых устройств для электролиза, а также устройств с диафрагмами между катодом и анодом, позволяет успешно решить эту проблему. IV. Чистота относительно низкая. Под относительно низким здесь подразумевается, что при использовании одинакового катодного раствора чистота металла, полученного методом электролиза, будет выше, чем у металла, полученного методом электроосаждения (если рассматривать каждый из методов по отдельности, то можно получить металл одинаковой чистоты; разница заключается лишь в стоимости). Причина в том, что напряжение при электроосаждении примерно в 1,5 раза выше, чем при электролизе. Это позволяет более большому количеству металлических ионов в одной и той же жидкости получать электроны и восстанавливаться. В результате содержание основного металла, восстанавливающегося на катоде, незначительно снижается. Согласно имеющейся информации, высокочистый никель (99999), использованный при создании первой китайской ядерной бомбы, был произведен на заводе по производству электролитических материалов в Чэнду с помощью метода электролиза. Вот мои личные взгляды на систему электролитического осаждения (систему электролитического осаждения никеля). Это также основные направления, по которым я стремлюсь оптимизировать эту систему. Теперь я хочу поделиться ими с вами, чтобы мы могли взаимно использовать эту информацию и обмениваться мнениями!