Техничні науки / металургія

Лукошніков І.Є., Червоний І.Ф., Іванов В.І., Моісейко Ю.В.

Про вплив форми аноду на розподіл струму

за коміркою під час електролітичного рафінування титану

Запорізька державна інженерна академія

Продуктивність електролізерів за заданої допустимої щільності струму та інших рівних умов значною мірою залежить від поверхні анода та рівномірності розподілу по ній струму. При цьому для полівалентних металів суттєве значення має розвиток загальної поверхні анода навіть у місцях, віддалених від катода, де розчинення протікає не під впливом постійного струму, а за рахунок взаємодії з іонами вищої валентності.

Відомо, що найбільш рівномірний розподіл струму щодо аноду має місце під час коаксіального розташування циліндрових електродів. Проте, внаслідок невирішеності у ряді випадків питання видалення осаду з циліндрового катода, наприклад, для рафінування титану в сольових розчинах до останнього часу застосовували електролізери, що обладнано катодом прямокутного перерізу та плоско паралельними ґратками [1]. За такої формі електродів розподіл струму щодо аноду є нерівномірним і ґратки руйнуються в місцях, розташованих напроти середини широкої грані катода.

Авторами з використанням натурної моделі досліджено вплив форми анодних контейнерів [циліндрова (I), ромбічна (II), циліндрова з вертикальними бічними пазами (III)] на розподіл струму під час використання катода прямокутного перерізу з відношенням сторін 3 : 1 та виконано оцінку можливості збільшення сили струму на електролізері під час їх застосування замість плоско паралельних анодних ґраток.

У експериментах було дотримано умови геометричної та фізичної подібності, що характерні для вказаних систем. Так, моделі анодів і катода виготовляли відповідно з мідної фольги та сталі в масштабі 1 : 20 порівняно із існуючими електрохімічними осередками для одержання титанових порошків з глибиною занурення катода до електроліту, що дорівнює 0,7 висоти анода. Під час проведення експериментів використовували розчин сульфату міді з концентрацією, що забезпечує дотримання вказаного масштабу, а також електропровідність даного розчину.

Після одиничного електролізу відповідної тривалості катод піднімали, видаляли з нього осад міді та проводили новий цикл експериментів. Через шість циклів у мідних пластинах було зафіксировано ділянки з крізною корозією. Після цього електроліз припиняли, заміряли залишкову товщину пластин у п’яти рядах за висотою (для кожного ряду в двадцяти точках через рівні інтервали) та розраховували середнє значення зменшення товщини пластин Dd_j за формулою

, (1)

де

Dd_j - зменшення товщини пластини у j-ій точці, мм.

Середню щільність струму i_cep визначали з використанням співвідношення

, (2)

де

I - сила струму, А; Dd_сер - сумарна площа пластин анода, звернених до катода, м².

Величину дійсної щільності струму і_д для j-ої точки вимірювання (і = 100) обчислювали як

. (3)

Результати дослідно-промислової перевірки роботи експериментальних осередків електролізеру, що подано в таблиці, підтверджують доцільність використання анодів, форма яких відрізняється від серійної форми, обладнаної плоско паралельними електродами.

Форми анода	Площа по-верхности анода, см^2	Об’єм анод-ного конте-йнера, см^3	Максимальна анодна щільність струму, А/см^2	Сила струму, А	Циклова продуктив-ність, кг
I	1,35	1,21	0,85	1,18	1,26
II	0,94	1,56	0,85	1,38	0,96
III	1,38	1,43	0,65	1,47	1,46

Література:

1. Электролитическое рафинирование титана в расплавленных средах / Под ред. В. Г. Гопиенко. - М.: Металлургия, 1972. - 96 с.