Termiz muhandislik-texnologiya instituti

III-BOB
Texnologik HISOBLAR
Material balans va elektrenergiya sarfini hisoblash

Misni elektrolitik tozalash asosan barcha zarra moddalardan holi sifatli metall olish uchun qo‘llaniladi. Xomashyo tarkibida uchrovchi nodir metallar mis bilan yo‘ldosh metallar sifatida elektroliz jarayonigacha etib keladi va bu jarayonda shlam sifatida metall holdagi misdan ajratib olinadi. Bu shlam tarkibida oltin, kumush, va platinaoidlar uchraydi.

Anod mislarini elektroliz qilish uchun misning ikki valentli misning sulfat kislotali eritmasi, erkin holdagi sulfat kislotalarida olib boriladi. Odatda elektrolit tarkibi 140—200 g/l CuSO₄∙5H₂O va 150— 220 g/l H₂SO₄ dan iborat. Elektroliz jarayonida elektrolit harorati 55—65° C ni tashkil etadi. Yuqori sifatli katod mahsulotini olish uchun elektrolitga turli hil elim, tiomochevina va boshqa qo‘shimchalar qo‘shiladi. Anod sifatida misni olovli tozalashdan sung olinadigan yarim maxsulot ishlatiladi. Katod sifatida elektrolitik toza, yupqa mis plastinkasidan yasalgan bo‘ladi. Elektroliz jarayoni doimiy va zaxiralangan doimiy toklarda olib boriladi. Elektroliz jarayonining texnologik hisoblashda uning material balansi, regeneratsiyaga yuboriladigan elektrolit miqdori, elektrolit tarkibidagi zarra moddalar tarkibi va miqdorlari aniqlanadi [12,13].
Qo‘yidagi tarkibli anod misini elektroliz jarayonining material balansini hisoblash kerak: 99,6% Cu; 0,080% Au; 0,035% Ag; 0,04% Se; 0,04% Te; 0,05% Pb; 0,08% Ni; 0,01% As; 0,03% Sb; 0,015 % Bi; 0,01% Fe; 0,01% O₂. bu hisoblashlarni olib borish uchun amaliyotdagi ma’lumotlarga ko‘ra ayrim kattaliklarni qabul qilamiz. Anod skrapining chiqishi 18%. Adabiyotlardagi ma‘lumotlarga asosan skraplarda, eritmalar orasida, shlam va katod chiqindilarida mis va zarra moddalarning taqsimlanishini qo‘yidagicha belgilaymiz (4.1-jadval):
1-jadval
Misni elektroliz mahsulotlari bo‘yicha taqsimlanishi

Material balansi	Cu	Au	Ag	Se	Te	Rb	Ni	As	Sb	Bi	Fe	O2
Eritmaga........	1,9	—	—	—	—	8	92	25	7	52	70	—
Shlamga.........	0,1	99	98,5	99	99	83	1	51	64	7	20	90
Katodlarga.....	98	1	1,5	1	1	9	7	24	29	41	10	10

Jadvalda keltirilgan taqsimlanishga ko‘ra elektroliz jarayoning material balansini tuzamiz, kg (4.2-jadval):

2-jadval
Anod misni elektrolitik rafinirlash jarayonining material balansi

Material balansi	Cu	Au	Ag	Se	Te	Pb
Kelishi ………………………..	996	0,80	0,35	0,4	0,4	0,5
Chiqishi:
skrap va qoldiqlarga………..	179,28	0,144	0,063	0,072	0,072	0,09
shlamga…………………….	0,817	0,65	0,282	0,325	0,325	0,34
eritmaga…………………….	15,52	-	-	-	-	0,033
katodga……………………..	800,39	0,0066	0,0043	0,0033	0,063	0,037

Material balansi	Ni	As	Sb	Bi	Fe	O2
Kelishi……………………….	0,8	0,1	0,3	0,15	0,10	0,10
Chiqishi:
skrap va qoldiqlarga………...	0,144	0,018	0,054	0,027	0,018	0,018
shlamga……………………..	0,0066	0,042	0,157	0,0086	0,016	0,074
eritmaga…………………….	0,603	0,02	0,0172	0,0639	0,0574	-
katodga……………………...	0,046	0,02	0,0713	0,0504	0,0082	0,008

Regeneratsiyaga beriladigan elektrolitning hajmini hisoblaymiz. Elektrolit hajmi, regeneratsiyadan chiqadigan elektrolitda chegaralangan elementlar miqdoridan aniqlanadi. Amaliyotdan olingan ma‘lumotlarga asosan elektrolit tarkibidagi elementlarning chegaraviy miqdori qo‘yidagicha: 40Cu, 20Ni, 4As, 0,7Sb, g/l.
Material balansdan olingan ma‘lumotlarga binoan 1000kg anoddan elektorlitga o‘tgan zarra moddalarning miqdorini aniqlaymiz:
3 -jadval

Elementlar	Anod tarkibi, kg	Elektrolit tarkibiga, kg	Qabul qilgan tarkibi, g/l	Chiqarib tashlanadigan elektrolit miqdori, l
Ni	0,8	0,603	20	30,15
As	0,1	0,020	4	5,0
Sb	0,3	0,0172	0,7	24,57
Cu	996	15,52	40	388,0

Ishlatilgan elektrolit tarkibini hisoblash. Regenerativ vannaga 40 g/l Cu, 150 g/l H₂SO₄ tarkibli elektrolit 1 soatda 0,4 m³ kelib turadi. Ishlatilgan elektrolit tarkibini aniqlash kerak.
Elektroliz va sulfat kislotani regeneratsiya qilish qo‘yidagi reaktsiya bo‘yicha oqib o‘tadi.

Elektroliz jarayonida tok kuchi 12 400 A, tok chiqishi esa 83%. Unda 1 soatda ajraladigan misning miqdori: 12 400∙1,185∙1∙0,83 = 12 196 g. Vannaga 1 soatda keladigan misning miqdori. 400 ∙ 40 = 16000g. Ishlatilgan elektrolitda qoladigan misning miqdori 16000 - 12196 = 3804 g, elektrolit tarkibidagi misning miqdori 3804 : 400 = 9,5 g/l.
Yuqorida keltirilgan reaktsiya bo‘yicha 63,5g misga 98g sulfat kislota to‘g‘ri keladi.
40 - 9,5 = 31,5 g/l mis uchun esa 31,5 - 98 : 63,5 = 48,6 g/l H₂SO₄ to‘g‘ri keladi. Elektrolit tarkibidagi kislotaning miqdori 150 + 48,6 = 198,6 g/l ni tashkil etadi.

3.1 . Elektr energiya sarfini hisoblash
Misni elektrolitik tozalash jarayonida elektrenergiya sarfi qo‘yidagi nisbatlikda topiladi. kVt ∙ s/t:
W = E10³ : 1,186 A,
bu erda E — bitta vannadagi kuchlanishning to‘liq tushushi, V (E = E_V + E_Sh, bu erda E_V — vannadagi kuchlanish tushushi, V; E_Sh —vanna shinalarining kuchlanishining tushushi, V); 1,186 — misning elektrokimyoviy ekvivalenti, g/(A∙ s); A — tok bo‘yicha chiqishi, % : 100.
Elektrenergiya sarfini aniqlash uchun amaliyotda aniqlangan tokning chiqishi kursatgichini va mashina vaqti kattaligini belgilab olamiz. Ular qo‘yidagiga teng.
M = 91 ÷93%; A = 94÷96%.
Vannadagi kuchlanish tushushini, vannadagi kuchlanishni echish orqali ham aniqlash mumkin. Umumiy ravishda vannadagi kuchlanishning tushushini qo‘yidagi ifoda orqali aniqlasa bo‘ladi:
E_v = E_a – E_k + E_sh + E_el
bu erda E_a — anod potentsiali; E_k — katod potentsiali; E_el — elektrolitdagi kuchlanishning tushushi, shlamdagi tushushning yoqilishi hisobga olganda; E_sh — tutashma va uzatgichlarda kuchlanishning tushushi.
Mis eletrolitik tozalash zavodida, A. I. Levina va M. I. Nomberglarning ma‘lumotiga ko‘ra vannalardagi kuchlanishning tushushi o‘rtacha 0,29 - 0,404 V qiymatlarni tashkil etadi [12].
Vannadagi umumiy kuchlanish tushishida elektrenergiyaning asosiy yo‘qoladigan qismi bu elektrolitlarga to‘g‘ri keladi. Bunda 50-70% kuchlanishning yo‘qolishi to‘g‘ri keladi.
Mis elektrolit tsexlarida shina tayyorlashda ishlatiladigan materiallar sifatida mis va alyuminiy ishlatiladi. Tsex ichidagi atmosferani urganib bu iqlim alyuminiy turg‘unligiga yomon ta‘sir qiladi. Shu tufayli shinalar misdan tayyorlanadi. Amaliyotdagi ma‘lumotlarga asosan, vannadagi kuchlanishning tushushidan, 12-15 % shinalarda kuchlanishning yo‘qolishiga to‘g‘ri keladi. Yuqorida keltirilgan ma‘lumotlarga asosan texnologik jihatdan 1 tonna katod misiga sarflanadigan elektr energiyani topamiz. Agarda vannadagi kuchlanishning tushushi 0.36 V ni tashkil etsa, shinalarni qarshiligi esa har bir vannaga 0,04 V hisobida shinalarda kuchlanish pasayishiga olib keladi, vannadagi mashina vaqti 91 % ni, tokdan chiqishi 94 % tashkil qiladi. Ko‘rsatilgan qiymatlarni tenglamadagi noma‘lumlar urniga qo‘yib chiqamiz.
[(0,36 + 0,04) : 1,186 ∙ 0,94] 10³ = (0,4 : 1,115) 10³ = 359 kVt ∙ s/t.
Amaliyotda 1 tonna katod mis olish uchun sarflanadigan elektr energiya miqdori 320 - 400 kVt ∙ s ni tashkil etadi.