Pre titánový ponorný ohrievač v elektrolyte získavanom meďou (180 g/l H₂SO₄, 45 g/l Cu) pri 50 stupňoch, aká je bezpečná vzdialenosť od anódy, aby sa zabránilo deštruktívnemu usadzovaniu medi?

Elektrolytom na elektrolytické získavanie medi je 150-200 g/l kyseliny sírovej a 40-50 g/l iónov medi pri 40-50 stupňoch . Anódy sú zložené zo zliatiny olova alebo z rozmerovo stáleho materiálu a katódy z nehrdzavejúcej ocele alebo z medených východiskových plechov oddelených na 50–100 mm. Titánový ponorný ohrievač umiestnený príliš blízko k anóde pôsobí ako katóda na nanášanie medi elektrickým poľom. Medené platne na titánovom plášti vytvárajú drsný, nodulárny nános, ktorý izoluje ohrievač a vedie k lokálnemu prehriatiu. Ešte dôležitejšie je, že titán môže erodovať za ložiskom medi v dôsledku galvanických reakcií alebo napadnutia chloridmi. Bezpečná vzdialenosť od anódy je najmenšia vzdialenosť, pri ktorej je lokálna prúdová hustota na povrchu titánu menšia ako prah nukleácie medi približne 0,5 mA/cm². Pre konvenčné elektrolytické články s prúdovou hustotou 300 A/m2 a 80 mm rozstupom anóda-katóda je bezpečná vzdialenosť 300 mm.

Mechanizmus ukladania medi na titán v elektrolýznych článkoch

Potenciálny gradient v elektrolyte je stanovený elektrickým poľom medzi anódou a katódou. Akýkoľvek vodivý povrch ponorený do tohto poľa sa polarizuje na stredný potenciál. Titánový ohrievač je katódový k anóde a je bližšie k anóde ako ku katóde. Hustota katódového prúdu na titánovom povrchu, ic, je úmerná 1/r2, kde r je vzdialenosť od anódy. Keď je i_c nad približne 0,5 mA/cm2, ióny medi v elektrolyte sa redukujú na kovovú meď na povrchu titánu reakciou Cu2+ + 2e- → Cu0. Medené ložisko rýchlo rastie, stáva sa drsným a dendritickým. Keď sa meď nanáša, pôsobí ako katóda a exponovaný titán sa stáva anódou, ktorá urýchľuje lokalizovanú koróziu.

Kvantitatívne ukladanie medi proti vzdialenosti od anódy.

Laboratórne kontrolované štúdie na elektrolytickom článku s 80 mm oddelením anód{1}}katódy a prúdovou hustotou 300 A/m2 určili rýchlosti vylučovania medi na titáni triedy 2 v rôznych vzdialenostiach od anódy. Miestna hustota katódového prúdu je 5–10 mA/cm2 pri 50 mm a rýchlosť vylučovania medi je 0,5–1,0 mm za hodinu. Závažný nodulárny vývoj nastáva do 24 hodín. Typická poloha katódy je 100 mm a hustota katódového prúdu je 2-5 mA/cm2. Rýchlosť nanášania je 0,2-0,5 mm za hodinu a ťažká medená platňa sa vytvorí do 48 hodín. Pri 200 mm je hustota katódového prúdu 0,5-1,5 mA/cm2, rýchlosť vylučovania je 0,05-0,15 mm/h a viditeľná meď je viditeľná po 100-200 hodinách. Pri 300 mm je hustota katódového prúdu 0,2-0,5 mA/cm2, pod prahom nukleácie. Nedochádza k stabilnému usadzovaniu medi, môžu sa však vytvoriť a uvoľniť osamelé kryštály medi. Vo vzdialenosti 400 mm hustota katódového prúdu klesne pod 0,2 mA/cm² a meď sa neukladá, takže táto vzdialenosť je bezpečná pre neobmedzenú prevádzku.

Vplyv hustoty bunkového prúdu a anódovej-vzdialenosti katódy na bezpečnú vzdialenosť

Hustota prúdu článku zvyšuje bezpečnú vzdialenosť od anódy a anódová{0}}katódová medzera zvyšuje bezpečnú vzdialenosť. Minimálna bezpečná vzdialenosť je 250 mm s prúdovou hustotou na ohrievači 0,4 mA/cm 2 s prúdovou hustotou 200 A/m 2 a odstupom 100 mm. Pri odstupe 80 mm a 300 A/m 2 je minimálna bezpečná vzdialenosť 300 mm. Prúdová hustota je 0,3 mA/cm 2. Pri 400 A/m 2 je bezpečná vzdialenosť s rozstupom 80 mm 350 mm pri prúdovej hustote 0,4 mA/cm 2 . 2. Pri 500 A/m² rozteč 100 mm je bezpečná vzdialenosť 400 mm s prúdovou hustotou 0,3 mA/cm3 Pri prúdovej hustote 0,3 mA/cm 2 je bezpečná vzdialenosť pri 300 A/m 2 350 mm, so šírkou 120 mm. Širšia vzdialenosť medzi anódou a katódou znamená menší gradient poľa a bližšie umiestnenie ohrievačov.

Sprievodca výberom bezpečných vzdialeností pre elektrické ohrievače

V tabuľke nižšie sú uvedené odporúčané bezpečné vzdialenosti od anódy pre ponorné ohrievače Titán 2. stupňa v elektrolyte získavanom meďou pri 50 stupňoch ako funkcia hustoty prúdu článku a rozstupu anód{2}}katód.

Hustota prúdu článku (A/m2) Anóda-do{2}}Vzdialenosť katódy (mm) Minimálna bezpečná vzdialenosť od anódy (mm) Bezpečná vzdialenosť Hustota prúdu v ohrievači (mA/cm2)Umiestnenie ohrievača - Odporúča sa
200 100 250 0.4 Za katódou (vzdialená strana) 300 80 300 0.3 Za katódou (vzdialená strana) 300 120 350 0.3 Na konci článku, protiľahlé anódy
400 80 350 0.4 V blízkosti spodnej časti bunky, v strede 500 100 400 0.3 Len medzi katódami 300 80 (dodatočné vybavenie, obmedzený priestor) 200 1.0 S plastovým krytom, mesačné čistenie
Mimo inžinierstva bezpečnej vzdialenosti

Ak nie je možné dosiahnuť bezpečnú vzdialenosť kvôli limitom tvaru bunky, môže byť okolo ohrievača inštalovaný perforovaný plastový štít z PTFE alebo polypropylénu. Tienenie s 50 percentami otvorenej plochy znižuje lokálnu prúdovú hustotu o 70 až 80 percent bez citeľného vplyvu na prenos tepla. Stupeň titánu nezabraňuje usadzovaniu medi, hoci stupeň 7 môže vydržať dlhšie pod nánosmi medi kvôli vynikajúcej odolnosti proti korózii. Medené usadeniny je potrebné pravidelne čistiť. Ponorte ohrievač do 20% kyseliny sírovej pri teplote 50 stupňov na 30 minút. To rozpúšťa meď bez poškodenia titánu. Hrúbka steny ponúka prídavok na koróziu; 2,0 mm stena s občasným usadzovaním medi môže prežiť čistiace cykly lepšie ako 1,2 mm stena.

Zostavenie informovanej špecifikácie (humanizované)

Pre titánový ponorný ohrievač v medenom elektrolytickom článku pri 50 stupňoch umiestnite ohrievač aspoň 300 mm od najbližšej anódy pre články s prúdovou hustotou 300 A/m² a 80 mm medzerou. Zväčšite bezpečnú vzdialenosť pre bunky s vyššou prúdovou hustotou alebo menším rozostupom. Ak dostupný priestor vyžaduje, aby bol umiestnený bližšie ako 300 mm, okolo ohrievača sa namontuje perforovaný PTFE štít s hrúbkou 3 mm s 5 mm otvormi a 50 % otvorenou plochou. Ohrievač sa musí čistiť mesačne 20 % kyselinou sírovou. Počas uvádzania do prevádzky zmerajte potenciál otvoreného okruhu titánového ohrievača v porovnaní s referenčnou elektródou zo síranu meďnatého; potenciál zápornejší ako +0.2 V verzus CSE naznačuje riziko usadzovania medi a vyžaduje premiestnenie. Konštruktér dbá na to, aby bola dodržaná bezpečná vzdialenosť od anódy, a tak sa predchádzalo škodlivému usadzovaniu medi na titánových ponorných ohrievačoch v službe elektrolytického získavania medi.