Способ питания электролизера прерывистым током Советский патент 1974 года по МПК C22D3/12 C22D3/02 

.1

Изобретение относится к области производства металла путем электролиза.

Известен способ питания электролизера прерывистым током, подаваемым на электроды, включающий определение величины длительности бестоковой паузы. Длительность бестоковой паузы выбирается чанде всего произвольно и соизмеримой со временем протекания поляризующего тока.

Ири прерывистом (импульсном) токе питания и большой длительности бестоковой паузы процесс электроосаждения прекращается, что приводит к снижению производительности электролизера и степени использования мощности источника питания.

Целью изобретения является увеличение выхода металла по току, снижение расхода электроэнергии и улучпление свойств осадков.

Это достигается тем, что замеряют длительность протекания переходного процесса в двойном электрическом слое электродов и по ней устанавливают длительность бестоковой паузы.

Для установления длительности протекания переходных процессов используется бросок тока обратной полярности, возникающий в цепи электролизеров после прерывания поляризующего тока.

В момент прекращения подачи поляризующего тока в двойном электрическом слое электродов возникает переходный процесс, характеризуемый тем, что поляризация электродов падает до нуля не мгновенно, а в течение определенного промежутка времени, определяемого величиной активной поверхности электродов, составом электролита, плотностью тока. Иока продолжается процесс, сопровождающийся спадом поляризации электродов, в разорванной цепи электролизеров наблюдается бросок тока обратной полярности по отношению к поляризующему току.

По окончании переходного процесса, когда ток обратной полярности в цепи электролизеров и поляризация достигают нулевого значения, подключается источник питания к электролизерам, далее в течение необходимого времени процесс электролиза ведется обычным способом. Затем процессы повторяются: происходит прерывание тока, протекание переходных процессов и т. д.

Увеличение выхода по току и снижение расхода электроэнергии в предлагаемом способе основано на следующем: известно, что скорость наращивания металла в случае применения нестационарных режимов выше, чем при обычном электролизе на постоянном токе, что является следствием обогащения прикатодного слоя электролита (например, при электролизе цинка и кадмия) ионами металла, участвующего в разряде. Кроме того, во

время бестоковой паузы, пока поляризация падает до нуля, частично продолжается электродная реакция восстановления металла, которая наблюдалась до отключения тока. Протекание такой реакции характеризуется броском тока обратной полярности в разорванной цепи электролизных ванн. Одновременно с этим происходит обогащение прикатодного слоя ионами восстанавливаемого металла за счет диффузии, возникающей вследствие разности концентраций на границе двойного электрического слоя и в глубине раствора.

Протекание электрохимической реакции восстановления металла становится возможной вследствие того, что величина электродного потенциала отличается от его стационарного значения на величину Дф, которую называют электродной поляризацией. Электродная поляризация характеризует энергетические затраты, необходимые для поддержания восстановительной реакции и зависит от величины плотности тока, состава раствора и характера протекания электрохимического процесса.

До момента отключения поляризующего тока концентрация разряжающих ионов металла соответствует приложенной поляризации, а энергия ионов в двойном электрическом слое соответственно обладает избытком энергии по сравнению со средней энергией ионов вне двойного слоя. Эти условия обеспечивают протекание восстановительной реакции на границе металл-раствор.

При отключении поляризующего тока изменения в электрохимической системе не соверщаются мгновенно, а протекают с конечной скоростью. Постепенный спад поляризации во времени сопровождается, также и спадом реакции восстановления металла. Поскольку такой спад происходит при уже отключенном поляризующем токе, а в электрохимической системе происходят энергетические изменения, то они сопровождаются возникновением броска тока обратной полярности. Продолжительность броска тока обратной полярности соответствует продолжительности спада поляризации электродов. Этот бросок тока обратной полярности особенно ощутим на промыщленных электролизерах, имеющих больщие реагирующие поверхности и значительные плотности тока.

По окончании переходного процесса, определяемого спадом до нуля обратного тока, на электрохимическую систему вновь подается поляризующий ток. Далее процессы повторяются.

Па чертеже изображена однолинейная схема электроснабжения серии электролиза цинка.

Рассматриваемая серия электролиза цинка характеризуется следующими параметрами: суммарная величина видимой поверхности катодов 9840 м, ток серии 25000 а, напряжение серии 850 в.

На чертеже изображены масляный выключатель 1, трансформатор 2, выпрямительные 5 мосты 3, осциллографы напряжения 4 и тока 5, электролизеры 6.

Для прерывания тока серии электролиза используется масляный выключатель 1 на стороне высокого напряжения трансформатора 10 2. В момент отключения поляризующего тока регистрируются осциллографами изменения во времени тока и напряжения серии электролиза.

К моменту времени, когда контакты масляного выключателя 1 разорвались и закончился переходный процесс в трансформаторе 2, определяемый запасенной в нем энергией, источник питания можно считать отключенным от серии электролиза.

0 Однако процессы в электролизных ваннах еще не закончились, так как концентрация реагирующих частиц в двойном электрическом слое отличается незначительно от момента, предшествующего отключению тока. Для того, чтобы концентрация и энергия ионов в плотном и диффузионном частях двойного электрического слоя установилась в соответствии с энергетическим состоянием обесточенных электродов, требуется время. Протекание

0 переходного процесса, связанного с указанными преобразованиями в двойном электрическом слое, сопровождается спаданием поляри зации электродов во времени и возникнове нием и протеканием в силовой цепи электро

5 лизеров тока обратной нолярности toop.

На осциллограмме можно видеть, что об ратный ток имеет значительную величину по сравнению с поляризующим током и протекает через серию в течение 11 мсек. За это же

0 время происходит спад поляризации серии. Кривая напряжения пока протекает ток обратной полярности to6p имеет провал , который объясняется шунтирующим действием полупроводниковых силовых выпрямительных

5 мостов 3. После завершения переходного процесса, т. е. к моменту, когда ток обратной полярности гобр становится равным нулю, необходимо подключить источник питания к электролизным ваннам.

0„.

Предмет изобретения

Способ питания электролизера прерьшистым током, подаваемым на электроды, включающий определение величины длительности бес5 токовой паузы, отличающийся тем, что, с целью увеличения выхода металла по току, снижения расхода электроэнергии и улучшения свойств осадков, замеряют длительность протекания переходного процесса в двойном

электрическом слое электродов и но ней устанавливают длительность бестоковой паузы.