Устройство для электрохимического контроля скорости цементации Советский патент 1980 года по МПК G01N27/52 

Изобретение относится к устройствам для электрохимического анализа и может быть рекомендовано для непре .рывного контроля скорости цементации. Известны устройства для электрохи мического анализа растворов 1 . Однако в основном это электродные устройства, применяемые для исследовательских работ, неприспособлены для непрерывных измерений. В процессе эксплуатации в результате различных процессов (образование осадков, адсорбция, веществ пассивация и т.п.) изменяются свойства электродной поверхности, возникает необходимость регенерации электродов, что услржняет использование этих устройств для непрерывного непосредственного контроля вещественного состава производственных растворов. В настоящее время во многих технологических процессах (например, це меитация, обогащение руд цветных металлов) отсутствует непрерывный контроль химического состава непосредственно в технологических растворах. Контроль процесса цементации осуществляют ручным пробоотбором и анализом растворов в химлаборатории,что приводит к ошибкам регулирования вследствие инерционности объекта 2 . Непосредственный контроль качества раствора по скорости цементации на чистом осадителе позволяет своевременно предпринять меры при отклонении процесса от оптимального режима (при изменении рН, концентрации,температуры) . Кроме того,в ряде случаев знание скорости цементации ускоряет поиск оптимального режима. Наиболее близким к изобретению является устройство для электрохимического анализа растворов, которое состоит из измерительного проволочного электрода, намотанного на два барабана, один из которых соединен с электродвигателем, электролитической ячейки с электродом сравнения и регистрирующего прибора З.Часть проволочного электрода при помощи направляющей багетки погружена в сосуд с исследуемым раствором. Однако это устройство не может быть непосредственно использовано для целей непрерывного контроля скорости

цементации по ряду причин. Во-первых погружение измерительной проволоки в исследуемый раствор с помощью направляющей багетки в приведенном устройстве произвольно, без фиксации рабочей площади проволочного электрода и времени контакта с исследуемым раствором, т.е. отсутствуют условия для измерения скорости цементации или каких-либо других процессов; вовторых, смена растворов дискретна и отсутствует принудительное перемешивание, что неприемлемо для непрерывных измерений при контроле, в-третьи в этом устройстве проволочный электрод является одним из электродов для полярографических измерений, а этого недостаточно при необходимости, например в случае цементации металла и раствора, сравнивать потенциал участка чистая проволока-исследуемый раствор с потенциалом участка проволоки покрытого металлом-исследуемый раствор.

Кроме того, применение платиновой проволоки в таком устройстве дорого и непрактично, так как она не вьадерживает многократные повторные- протяжки, что необходимо при непрерывном

контроле.

Целью изобретения является обеспечение .возможности непрерывного контроля скорости цементации и повьшюние точности измерений.

Достигается это тем, что измерительный проволочный- электрод из металла-осадителя, намотанный на д,;ва барабана, один из которых соединен с электродвигателем, расположен в ветикальной трубке с патрубками ввода и пуска цементируемого раствора, а на входе и выходе проволоки из вертикальной трубки расположены проточные электролитические ячейки с цементируемым раствором, подсоединенные к регистрирующему прибору.

В процессе цементации происходит изменение потенциала поверхности электрода-оссщителя, вследствие частичного покрытия его поверхности цементируемым металлом. Величина его связана с количеством металла, выделившимся из раствора. Таким образом потенциал осгщителя является одним из факторов скорости процесса цементации .

Регистрируя разность потенциалов между участками практически чистой проволоки из металла-осадителя, поступающей под первую электролитическую ячейку, и проволоки, прошедшей через вертикальную трубку, покрытую выделившимся из раствора металлом, поступающей под вторую электролитическую ячейку, учтя скорость протяжки и длину вертикальной трубки, можно непрерывно контролировать скорос цементации. Чем выше концентрация иходного раствора, при прочих равных УСЛОВИЯХ (температура, кислотность

и т.п.), тем соответственно, больше скорость цементации и регистрируемая разность потенциалов ДЕ. Измерение ДЕ для разных концентраций дает возможность отградуировать прибор и изолировать его для регулирования про,цесса цементации, напри.1ер, путем подачи необходимого количества осадителя или путем изменения кислотности цементируемого раствора.

В вертикальной трубке, благодаря наличию патрубков ввода и выпуска исследуемого раствора, происходит, постоянное обновление обедненного в результате цементации раствора. При этом вновь пост-упагацие участки провоS лочного электрода находятся в идентичных условиях.

За счет этого достигается стационарность условий цементации, что повьшает точность измерений. Установка

0 трубки в вертикальном положении устраняет необходимость применения различных уплотнителей на выходе из нее протягиваемого измерительного проволочного электрода, что исключает механические потери высадившегося металла.

На чертеже схематически изображено предлагаемое устройство.

Измерительный проволочный электрод из металла-осадителя 1 намотан

0 на два барабана 2 и 3. Часть его раз:мещена в вертикальной трубке 4, имеющей патрубки ввода и выпуска цементируемого раствора. Над проволочным электродом размещены сосуд 5 с очищающим раствором и электролитические ячейки 6 и 7.Сосуд 5, трубка 4 и электролитические ячейки снабжены устройства2 1и для поддержания постоян.ной скорости вытекания растворов, РеQ гистрирующий прибор 8 соединен с электролитическими ячейками 6 и 7. Электродвигатель 9 с помощью редуктора соединен с валом барабана 3,на который сматывается проволока.

5 Устройство работает следующим образом.

При включении электродвигателя 9 измеритель-проволочный электрод из металла-осадителя сматывается с барабана 2 и проходит сначала под сосудом 5, из которого непрерыЕНО вытекает очищащий раствор, затем под электролитической ячейкой 6, поступает в вертикальную трубку 4, далее под ячейку 7 и наматывается на барабан 3. В ячейках б, 7 и трубке 4 непрерывно протекает цементируемый раствор. В результате прохождения проволоки в трубке 4 и покрытия ее осажденным металлом появляется разность потенциалов, которая регистрируется прибором 8.

В экспериментах в качестве электрода-осадителя применена стальная проволока диаметром 220 мкм. Электролитические ячейки через платиновые электроды сравнения подсоединены к микровольтметру В2-11. Длина провол ки в вертикальной трубе 12 см, скорость протяжки 0,2 см/сек. Перед ра ботой проволока очищалась 1%-ным раствором серной кислоты. Для опытов использовали растворы сернокислой меди с концентрацией меди 0,5 г/л, 1,0 г/л, 5 г/л. Исследовалась зависимость потенциала электрода-осадителя от количества меди, высадившейся на его поверхности. Потенциал электрода, частично по рытого медью в цементируемом.растворе, зависит от количества меди на его поверхности. Структура осадка, вьщелившегося из растворов малых кон центраций (до 10 г/л), существенно не изменяется и практически не оказы вает влияния на потенциал электрода как и возможные примеси в растворе. При необходимости учета влияния примесей можно произвести прямое измере ние потенциала электрода-осадителя относительно электрода сравнения (например, каломельного). Количество меди q, высадившееся на единицу площади поверхности элект рода-осадителя в единицу, времени из раствора с концентраций меди С г/л, равно q kC, где -k - константа скорости осаждения меди, в наших условиях k 0,016 . . Количество мели, выделившееся на проволоке за время прохождения через вертикальную трубку Q, будет пропорционально скорости цементации данного раствора Vj, кС и времени нахождения проволоки в вертикальной трубк t --L V . где Е - длина участка проволоки в ве тикальной трубке, а V - скорость про тяжки, т.е. Q kCt Это можно представить в виде таб лицы, выражающей зависимость скорос ти цементации от концентрации исход ного раствора и потенциала. С, г/л г/сек-см Из таблицы видно, что измеряй потенциал участка проволоки электрода-осадителя, покрытого слоем осажденной меди, относительно участка практически чистой проволоки электрода-осадителя , мы можем судить о скорости процесса цементации, которая пропорциональна концентрации раствора. Предлагаемое устройство позволяет осуществить непрерывный контроль скорости цементации, что позволяет вести процесс в оптимальном режиме, благодаря появлению возможности своевременно осуществить оперативное регулирование процесса. Формула изобретения Устройство для электрохимического контроля скорости цементации в цементируемых растворах, содержащее измерительный проволочный электрод, намотанный на два барабана, электродвигатель, электролитическую ячейку с электродом сравнения и регистрирующий прибор, отлича:ющееся тем, что, с целью обеспечения непрерывного контроля скорости цементации и повышения точности измерений, оно снабжено вертикальной трубкой с.патрубками ввода и выпуска цементируемого раствора; внутри которой проходит измерительный проволочный электрод, а на входе и выходе расположены проточные электролитические ячейки с цементируемым раствором,подсоединенные к регйстрируквдему прибору. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Делимарский Ю.К. Скобец Е.М. Полиграфия на твердых электродах, Киев, Техника, 1970, с. 79-83. 2.Авторское свидетельство СССР № 429109, й-л. С 22 В.19/26, 05.02.72. 3.Двмиларский Ю.К. ,Грозыский А.В. Электродные процессы и методы исследований в полиграфии. Киев, 1960, с. 156 (прототип).