PL200706B1 - Sposób poprawy wydajności prądowej procesu elektrolizy - Google Patents

Abstract

Przedmiotem wynalazku jest sposób poprawy wydajno sci pr adowej procesu elektrolizy, w któ- rym wyliczone teoretyczne napi ecie ogniwa w ogniwie elektrolitycznym w sposób ci ag ly porównuje si e z mierzonym rzeczywistym napi eciem ogniwa za pomoc a pomiaru zmiennych procesu elektrolizy, a skumulowan a ró znic e napiec dopasowuje si e do wydajno sci pr adowej z kumulowaniem usuwania zwar c w grupach ogniw o najmniejszej wydajno sci pr adowej. Spadek wydajno sci pr adowej jest pro- stym wska znikiem nast epuj acego mi edzy elektrodami zwarcia, i dzi eki sposobowi wed lug wynalazku, mo zliwe jest w czasie procesu elektrolizy skoncentrowanie wysi lków nad usuwaniem zwarcia w odpo- wiednich ogniwach, pod k atem wydajno sci pr adowej. PL PL PL PL PL PL

Description

Przedmiotem wynalazku jest sposób poprawy wydajności prądowej procesu elektrolizy.

Podczas elektrolitycznej obróbki metali, żądany metal wstępnie osadza się na powierzchni elektrody, katody. Obróbkę prowadzi się przez przepuszczanie prądu elektrycznego przez ogniwo elektrolityczne, w którym naprzemienny układ płaskich anod oraz płaskich katod wytworzonych z materiału przewodzącego jest zanurzony w obranej cieczy, elektrolicie. Pożądany metal może być wstępnie osadzany na katodzie zarówno wtedy, gdy w obróbce elektrolitycznej wykorzystuje się rozpuszczalną anodę metaliczną z takiego samego metalu jak nań osadzany, jak i wtedy, gdy wykorzystuje się anodę nierozpuszczalną. Przykładowo, rozpuszczalna anoda może być użyta podczas osadzania miedzi, natomiast nierozpuszczalna anoda, na przykład w czasie osadzania niklu i cynku.

Podczas elektrolitycznego oczyszczania miedzi, zanieczyszczona, tak zwana anoda miedziowa, rozpuszcza się na skutek przepuszczenia prądu elektrycznego; a rozpuszczona miedź redukuje się na katodzie do uzyskania wysoce oczyszczonej tak zwanej katody miedziowej. Jako elektrolit wykorzystuje się utworzony na bazie kwasu siarkowego roztwór siarczanu miedzi (II). Na początku procesu jako katoda pracuje blacha miedziana lub tak zwana stała katoda, która może być wytworzona z odpornej na działanie kwasu stali bądź tytanu. Jako źródło mocy w elektrolizie wykorzystuje się jeden lub więcej prostowników. W elektrolizie stosuje się zazwyczaj prąd o gęstości 250-320 A/m² i prąd ten jest prądem stałym (DC). Elektroliza ma miejsce w oddzielnych ogniwach elektrolitycznych, w których liczba par katoda-anoda zmienia się w zależności od układu, jednak typowo wynosi między 30 a 60 par. Liczba ogniw elektrolitycznych zmienia się także w zależności od układu. Typowo anody są rozpuszczane w ciągu 14-21 dni, a cykl katodowy trwa 7-10 dni.

Zdolność produkcyjną układu elektrolitycznego jest zależna od stosowanego w czasie elektrolizy natężenia prądu, liczby cykli elektrolitycznych oraz czasu i wydajności prądowej. Wydajności określają jak efektywnie tymczasowo są wykorzystywane ogniwa układu (pod prądem) i jak wydajnie podczas osadzania miedzi wykorzystywany jest prąd elektryczny. Wydajność układu elektrolitycznego zwiększa się dzięki wzrostowi gęstości prądu, większej liczbie cykli lub zwiększeniu efektywności.

Wydajność prądowa jest zasadniczym parametrem badania procesu elektrolizy miedzi, jego wydajności i skuteczności ekonomicznej. Termin ten oznacza proporcję prądu elektrycznego zużytego na osadzenie na katodzie miedzi, w porównaniu do wyliczonej teoretycznie maksymalnej ilości osadu osadzonego podczas przepływu tej wartości prądu. W praktyce w największym stopniu wydajność prądowa zmniejsza zwarcie występujące pomiędzy anodami i katodami. Podczas zwarcia prąd elektryczny przepływa bezpośrednio od jednej elektrody do drugiej bez jednoczesnego osadzania miedzi z elektrolitu. Tak wię c, prąd elektryczny nie jest wykorzystywany.

W stanie techniki, w zgł oszeniu patentowym US-4038162 opisano sposób zapobiegania i usuwania zwarcia w obwodzie, a tym samym zwiększania wydajności prądowej. Sposób bazuje na pomiarze całkowitego prądu, na przykład poprzez przyłożenie pola magnetycznego, po czym automatyczne urządzenie wymieniające katody umieszcza się w odpowiedniej pozycji, dla wymiany zwartej katody na nową.

Na występowanie zjawiska zwarcia wpływają liczne zróżnicowane czynniki procesu elektrolizy, takie jak rozkład prądu, zanieczyszczenia obecne w elektrolicie i właściwości anody. Zaburzenia zachodzące w procesie mogą być łatwo dostrzegane jako przetężenie w stanie zwarcia. Liczba zwarć w trwającym dzień po dniu procesie elektrolizy może być uznana za dobry wyznacznik stanu procesu. Obecnie, zwarcia obserwuje się i usuwa ręcznie, co w praktyce oznacza niebywale duży wkład pracy każdego dnia.

Zgodnie z niniejszym wynalazkiem, został opracowany sposób poprawy wydajności prądowej procesu elektrolizy, w którym wyliczone teoretyczne napięcie ogniwa w ogniwie elektrolitycznym w sposób cią g ł y porównuje się z mierzonym rzeczywistym napię ciem ogniwa za pomocą pomiaru zmiennych procesu elektrolizy, a skumulowaną różnicę napięć dopasowuje się do wydajności prądowej z kumulowaniem usuwania zwarć w grupach ogniw o najmniejszej wydajności prądowej. Tak więc, sposób opiera się na gromadzeniu informacji z różnych danych eksperymentalnych dotyczących procesu elektrolizy oraz wykorzystaniu tych informacji. Dzięki zastosowaniu sposobu, nie jest konieczna ręczna obsługa każdej grupy ogniw oddzielnie, a praca może skupiać się wokół najbardziej krytycznych grup i w ten sposób wydajność prądowa całego urządzenia do elektrolizy może wzrastać.

Zgodnie z tym sposobem, najpierw oblicza się teoretyczne napięcie w ogniwie w oparciu o mierzalne parametry procesu i jego zmienne. Wykorzystane mierzalne parametry stanowią temperatura

PL 200 706 B1 i skł ad elektrolitu oraz prą d elektryczny. Zmiennymi są odległ oś ci pomię dzy elektrodami i liczba ogniw pomiędzy miejscami pomiaru napięcia w ogniwie. Gdy teoretyczne napięcie w ogniwie porównuje się z napię ciem mierzonym, to moż na uzyskać informację o stanie zwarcia w grupie ogniw. W praktyce, niezwykle cennym jest pomiar napięcia w czasie elektrolizy dla grupy połówkowej, gdyż ogólnie anody zmienia się w grupach połówkowych w wyniku czego zmienia się także napięcie w ogniwie. Przez określenie grupa ogniw dalej można także rozumieć grupy połówkowe lub inne jednostki, w których anody są zmieniane jednocześnie. Im większe są różnice pomiędzy mierzonym i teoretycznym napięciem grupy ogniw, tym większa jest liczba zwarć w obrębie danej grupy. Tak więc, możliwe jest uzyskanie dodatkowych cennych informacji o stanie grupy ogniw zarówno w celu kontrolowania procesu jak i kontrolowania usuwania zwarć w obwodzie. Gdy prace koncentrują się na krytycznych grupach ogniw, to nie następuje jakiekolwiek zniszczenie w obrębie niewymagających ingerencji grup ogniw, które pracują nienagannie. Wyraźniejszy niż uprzednio jest także ogólny obraz występowania stanu zwarcia.

Do prognozowania wydajności prądowej stosuje się model złożony z licznych serii cykli katodowych. Z serii pomiarów, dla każdego cyklu katodowego oblicza się skumulowaną różnicę teoretycznego i mierzonego napięcia w ogniwie, którą odnosi się do uzyskiwanej wydajności prądowej. Wyniki przeprowadzonych testów pokazują, że uzyskana zależność pomiędzy skumulowaną różnicą i wydajnością prądową jest niemal liniowa. Zaobserwowano, iż w praktyce sposobu prognozowania uzyskuje się wydajność prądową z dokładnością ±1%.

W praktyce, napięcie ogniwa mierzy się jako wartość on-line, innymi słowy w sposób ciągły, w grupie ogniw. Z róż nicy pomię dzy teoretyczną i obliczoną wartoś cią napię cia w ogniwie moż liwe jest przewidywanie wydajności prądowej dla grupy ogniw, bądź grupy ogniw połówkowych będących ogniwami problematycznymi. Zwarcia w obrębie grupy wykazującej najmniejszą wydajność prądową są rozpatrywane w pierwszej kolejności. Możliwe jest uniknięcie zaburzenia pracy grupy dobrze pracujących ogniw i skoncentrowanie się jedynie na grupach wymagających natychmiastowej uwagi. Dzięki sposobowi poprawia się wydajność prądowa całego układu do elektrolizy w porównaniu do tradycyjnych układów sterowanych manualnie. Dodatkowo, poczynione zostały oszczędności w kosztach laboratoryjnych.

Claims (2)

1. Sposób poprawy wydajności prądowej procesu elektrolizy, znamienny tym, że wyliczone teoretyczne napięcie ogniwa w ogniwie elektrolitycznym w sposób ciągły porównuje się z mierzonym rzeczywistym napięciem ogniwa za pomocą pomiaru zmiennych procesu elektrolizy, a skumulowaną różnicę napięć dopasowuje się do wydajności prądowej z kumulowaniem usuwania zwarć w grupach ogniw o najmniejszej wydajności prądowej.

2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że w obliczeniach teoretycznego napięcia jako zmienne stosuje się temperaturę i skład elektrolitu, odległości pomiędzy elektrodami, liczbę ogniw oraz prąd elektryczny.