Kakšna je varna razdalja od anode za preprečitev uničujočega odlaganja bakra za potopni grelnik iz titana v elektrolitu za pridobivanje bakra (180 g/L H₂SO₄, 45 g/L Cu) pri 50 stopinjah?

Elektrolit za elektro pridobivanje bakra je 150-200 g/L žveplove kisline in 40-50 g/L bakrovih ionov pri 40-50 stopinjah. Anode so sestavljene iz svinčeve zlitine ali dimenzijsko stabilnega materiala, katode pa iz nerjavečega jekla ali bakrenih začetnih listov, ločenih na 50–100 mm. Potopni grelnik iz titana, nameščen preblizu anode, deluje kot katoda za nanašanje bakra z električnim poljem. Bakrene plošče na titanovem ovoju in ustvarjajo grobo, nodularno usedlino, ki izolira grelnik in povzroči lokalno pregrevanje. Še pomembneje je, da lahko titan erodira za bakrenim nanosom zaradi galvanskih reakcij ali napada klorida. Varna razdalja od anode je najmanjša razdalja, kjer je lokalna gostota toka na površini titana manjša od praga nukleacije bakra približno 0,5 mA/cm². Za običajne celice za pridobivanje električne energije z gostoto toka 300 A/m2 in razmikom anoda-katoda 80 mm je varna razdalja 300 mm.

Mehanizem nanašanja bakra na titan v celicah za pridobivanje elektrolitov

Gradient potenciala v elektrolitu se vzpostavi z električnim poljem med anodo in katodo. Vsaka prevodna površina, potopljena v to polje, se bo polarizirala na vmesni potencial. Titanov grelec je katoden glede na anodo in je bližje anodi kot katodi. Gostota katodnega toka na površini titana, ic, je sorazmerna z 1 / r 2, kjer je r oddaljenost od anode. Ko je i_c nad približno 0,5 mA/cm2, se bakrovi ioni v elektrolitu reducirajo v kovinski baker na površini titana z reakcijo Cu2+ + 2e- → Cu0. Nanos bakra hitro raste, postane hrapav in dendritičen. Ko se baker nanese, deluje kot katoda, izpostavljeni titan pa postane anoda, ki pospešuje lokalizirano korozijo.

Kvantitativno nanašanje bakra glede na razdaljo od anode.

Laboratorijske nadzorovane študije o celici za električno pridobivanje z 80 mm razmikom med anodo-katodami in gostoto toka 300 A/m2 so določile stopnje nanašanja bakra na titan stopnje 2 na različnih razdaljah od anode. Lokalna katodna gostota toka je 5–10 mA/cm 2 pri 50 mm, hitrost nanašanja bakra pa 0,5–1,0 mm na uro. Hud nodularni razvoj se pojavi v 24 urah. Tipičen položaj katode je 100 mm, gostota katodnega toka pa je 2–5 mA/cm^2. Hitrost nanašanja je 0,2-0,5 mm na uro, težka bakrena plošča pa nastane v 48 urah. Pri 200 mm je gostota katodnega toka 0,5-1,5 mA/cm2, hitrost nanosa 0,05-0,15 mm/h, viden baker pa je viden po 100-200 urah. Pri 300 mm je gostota katodnega toka 0,2-0,5 mA/cm2, pod pragom nukleacije. Ne pride do stabilnega odlaganja bakra, lahko pa se razvijejo posamezni bakreni kristali, ki se zrahljajo. Pri razdalji 400 mm gostota katodnega toka pade pod 0,2 mA/cm² in baker se ne nalaga, zato je ta razdalja varna za neomejeno delovanje.

Vpliv gostote toka celice in razdalje med anodo-katodo na varno razdaljo

Gostota toka celice poveča varno razdaljo od anode, reža med anodo-katodo pa poveča varno razdaljo. Najmanjša varna razdalja je 250 mm pri gostoti toka pri grelniku 0,4 mA/cm 2 pri gostoti toka 200 A/m 2 in razmiku 100 mm. Pri razmiku 80 mm in 300 A/m 2 je minimalna varna razdalja 300 mm. Gostota toka je 0,3 mA/cm 2. Pri 400 A/m 2 je varna razdalja z razmikom 80 mm 350 mm pri gostoti toka 0,4 mA/cm 2 . 2. Pri 500 A/m² razmika 100 mm je varna razdalja 400 mm z gostoto toka 0,3 mA/cm². Pri gostoti toka 0,3 mA/cm 2 je varna razdalja pri 300 A/m 2 350 mm pri širini 120 mm. Večja razdalja med anodo in katodo pomeni manjši gradient polja in bližjo postavitev grelnikov.

Vodnik za izbiro varnih razdalj za električne grelnike

Spodnja tabela prikazuje priporočene varne razdalje od anode za potopne grelnike stopnje 2 iz titana v elektrolitu za pridobivanje bakra pri 50 stopinjah kot funkcijo gostote toka celice in razmika med anodo-katodo.

Gostota toka celice (A/m2) Razdalja od-do-katode (mm) Najmanjša varna razdalja od anode (mm) Varna razdalja Gostota toka pri grelniku (mA/cm2) Lokacija grelnika - Priporočeno
200 100 250 0.4 Za katodo (skrajna stran) 300 80 300 0.3 Za katodo (skrajna stran) 300 120 350 0.3 Na koncu celice nasprotne anode
400 80 350 0.4 Blizu dna celice, na sredini 500 100 400 0.3 Samo med katodama 300 80 (naknadna vgradnja, omejen prostor) 200 1.0 S plastičnim ščitom, mesečno čiščenje
Zunaj inženiringa nadzora varne razdalje

Če zaradi omejitev oblike celice ni mogoče doseči varne razdalje, lahko okoli grelnika namestite perforiran plastični ščit iz PTFE ali polipropilena. Zaščita s 50-odstotno odprto površino zmanjša lokalno gostoto toka za 70 do 80 odstotkov, brez opaznega vpliva na prenos toplote. Stopnja titana ne preprečuje nanosa bakra, čeprav lahko stopnja 7 zdrži dlje pod nanosi bakra zaradi vrhunske odpornosti proti koroziji. Bakrene usedline je treba občasno očistiti. Grelec za 30 minut potopite v 20 % žveplovo kislino pri 50 stopinjah. To raztopi baker, ne da bi poškodoval titan. Debelina stene nudi dovoljenje za korozijo; 2,0 mm stena z občasnim nanosom bakra lahko bolje preživi cikle čiščenja kot 1,2 mm stena.

Sestavljanje informirane specifikacije (humanizirano)

Pri potopnem grelniku iz titana v bakreni celici za elektroliziranje pri 50 stopinjah namestite grelec vsaj 300 mm od najbližje anode za celice z gostoto toka 300 A/m² in 80 mm razmika. Povečajte varno razdaljo za celice z večjo gostoto toka ali manjšim razmikom. Če razpoložljivi prostor zahteva, da je nameščen bližje kot 300 mm, se okoli grelnika namesti perforiran PTFE ščit debeline 3 mm s 5 mm luknjami in 50 % odprte površine. Grelnik je treba mesečno očistiti z 20% žveplovo kislino. Med zagonom izmerite potencial odprtega tokokroga titanovega grelnika v primerjavi z bakrovo-bakrovo sulfatno referenčno elektrodo; potencial, ki je bolj negativen kot +0.2 V v primerjavi s CSE, kaže na tveganje odlaganja bakra in zahteva prestavitev. Inženir poskrbi za upoštevanje varne razdalje od anode in tako prepreči škodljivo odlaganje bakra na potopnih grelnikih iz titana pri storitvi električnega pridobivanja bakra.