Zbekiston respublikasi toshkent kimyo texnologiya instituti

Kadmiyni elektrolitik cho’ktirish

Elektroliz-kadmiy xomashyosini gidrometallurgik qayta ishlash jarayoni asosiy operatsiyalardan biri hisoblanadi. Elektroliz eritmalar bilan boradi. Bu eritma mis-kadmiy keki, changlar va oksidlangan vozgonlarni tanlab eritish orqali olinadi. Odatiy elektrolit tarkibi quyidagicha: 150-250 g/l Cd; 35-80 g/l Zn; 0.35-1.3 g/l Fe; 0.2-3.7 g/l Mn; 0.3-0.8 g/l Ni; 0.7-1.8 mg/l Cu; 0.1-0.5 mg/l As va Sb; 44 mg/l gacha Co; 500 mg/l gacha Tl; 200-500 mg/l gacha Cl.
Kadmiy elektrolizi jarayoniga ko’pgina sezilarli konsentratsiyali bir qancha qo’shimchalar vat ok zichligi ta’sir qiladi. Normadan chetga chiqishlar jarayonni buzilishiga sabab bo’lishi mumkin.
Davriy elektroliz jarayoni harakatlanmaydigan katodli vannada boradi. Bu jarayon elektrolitda 20-30 g/l Cd qolguncha davom etadi. Bunda cho’kayotgan kadmiy miqdoriga mos ravishda kislota konsentratsiyasi ortib boradi.
Elektroliz jarayoni yakunlangandan so’ng ishchi elektrolit vannadan bo’shatiladi, yangi neytral elektrolitda yuviladi va elektroliz jarayoni qaytariladi. Bu usul tozalovchi elektrliz deyiladi.
Uzluksiz elektroliz jarayoni doimiy dastlabki elektrolitni qaytarish orqali olib boriladi. Shuning uchun vannada kadmiy va sulfat kislota doimiy konsentratsiyada bo’ladi. Vannaning ish rejimi doimiy qoladi. Shu sababli bunday elektroliz tozalovchi elektrolizga qaraganda maqsadga muvofiqdir. Lekin tozalovchi elektroliz jarayoni nisbatan osonroq bo’lgani bois amalda bu elektroliz keng tarqalgan.
Katod jarayoni
Kadmiy eritmalari elektrolizida alyuminli katod va qo’rg’oshinli anod qo’llaniladi. Jarayon temir-betondan tayyorlangan qo’rg’oshin yoki viniplast bilan futerovkalangan vannalarda olib boriladi.
Elektr toki berilgan vaqtda kadmiyli elektrolit vannada quyidagi elektrokimyoviy sistema hosil bo’ladi:
Al; CdSO₄; H₂SO₄; ZnSO₄; H₂O; Pb
Bunda kadmiy katodga yopishadi. Bu sistemani quyidagicha tasavvur qilish mumkin:
Cd elektrolit Pb
Eritmada elektrolitning asosiy komponentlari quyidagicha dissotsatsiyalanadi:
CdSO₄= Cd²⁺ + SO₄^2-
ZnSO₄= Zn ²⁺ + SO₄^2-
H₂SO₄= 2H⁺+ SO₄^-
H₂O = H⁺+ OH^-
Elektrolizda katodda 3 ta jarayon ketishi mumkin:
Cd²⁺ + 2e = Cd
2H⁺ + 2e =H₂
Zn ²⁺ + 2e = Zn
Umumiy qoidaga asosan katodda qaysi jarayon birinchi borishi kuchlanishlar qatoridagi elektrmanfiyligi yuqori bo’lgan ionlarga bog’liq. Amaliyotda rux ionlari elektrolitda kadmiy konsentratsiyasi juda oz miqdorga kamaykaguncha katodga o’tmaydi. Bu amaliy yuz bermaydi, demak rux katodga o’tmaydi. Katodli cho’kmani qayta eritishda oz bo’lsada katodga o’tgan rux kaustik soda qo’shish yo’li bilan yengil drossga o’tkazilib yo’qotiladi.
Demak, katodda kuchlanishlar qatoriga muvofiq ikkita jarayon borishi mumkin: Cd va H ionlari chiqishi. H ajralmaydi, hatto uning elektrmanfiyligi yuqori bo’lsa ham.ajralish uchun xaddan tashqari kuchlanish ko’p berilishi natijasida vodorod potensiali qoniqarsiz tomonga o’zgaradi.
Kadmiy elektrolizida katodda tokning chiqishi85-92 %ni tashkil qiladi. Bir qator zavodlarda bu ko’rsatkich 70 % va undan kam bo’lishi ham mumkin. Tokning chiqishi vodorod va kadmiy ionlari konsentratsiyasiga, tok zichligiga, elektrolit xaroratiga, katod yuzasi holatiga hamda qo’shimchalar konsentratsiyasiga bog’liq.
Elektrolit xaroratini 40^oC gacha ko’tarish tokning chiqishiga ijobiy ta’sir ko’rsatadi. Lekin ba’zi bir zavodlarda elektrolit qizdirilmaydi. Ba’zi zavodlarda elektroliz 20-25^oC xaroratda va tok zichligi 35-50 A/m² da olib boriladi.
Tozalovchi elektrolizda elektrolitdagi kadmiyning oxirgi konsentratsiyasi muxim ahamiyatga ega. Elektrotda Cd ning kamayishi tok chiqishini oshiradi va ayniqsa kadmiy konsentraqtsiyasi 60-40 g/l ga pasayganda sezilarli darajada oshishi kuzatilishi mumkin. Sanoatda elektroliz jarayonida elektrolitni oxirgi paytlarda tozalashga chuqurroq ruxsat etilmoqda. Ko’pgina zavodlarda elektroliz eritmada 20-55 g/l Cd qolgunga qadar davom ettiriladi.
Tozalovchi elektrolizda muxim omil bu dastlabki elektrolitning kislotaliligi hisoblanadi. Dastlabki elektrolit kislotaliligini oshirish 50g/l gacha sulfat kislota tok chiqishini oshiradi. Dastlabki elektrolit kislotaliligi yuqori bo’lishi tokning chiqishiga unchalik ta’sir ko’rsatmaydi. Biroq boshlang’ich kislotalilik juda yuqori bo’lishi eritmada oxirgi kislota konsentratsiyasini oshishiga va o’z navbatida tokning chiqishiga kamaytiradi. Boshlang’ich kislotalilik juda kam bo’lishi faqatgina tok chiqishini pasaytiribgina qolmay, balki katod cho’kmasi strukturasini ham yomonlashtiradi.
Anod jarayoni
Elektroliz jarayonida anodda quyidagi ionlarning ajralishi yuz berishi mumkin:
2OH^- -2e = H₂O + 1/2O₂
SO₄^2- - 2e = SO₃ + 1/2O₂
SO₃ + H₂O = H₂SO₄
Pb – 2e = Pb²⁺(PbSO₄)
Pb²⁺-2e ⁼ Pb⁴⁺(Pb(SO₄)₂)
Pb(SO₄)₂ + 2H₂O = PbO₂ + 2H₂SO₄
Elektrolitdan anodning mexanik izolyatsiyasi qo’rg’oshin oksidi qatlamini qo’rg’oshin shaklida erishini oldini oladi. Anodni marganets oksidi qatlami bilan himoyalash uchun elektrolitda marganets konsentratsiyasi 2-3 g/l bo’lishi talab etiladi.
Elektrolizda kuchlanish katod anod potensialini oshiradi, elektrolit, provodnik(o’tkazgichlar), kontaktlarda kuchlanishni tushiradi.
Sulfat kadmiyni parchalanishi uchun kerakli nazariy kuchlanish 1.62 V ni, amaliyotda esa 2,3-2,5 V ni tashkil etadi.
Energiyaning nazariy sarfi 968 kVt*soat/t kadmiy uchun, amaliy sarfi tok chiqishi 90% gat eng bo’lganda 1400 kVt*soat/t. energiyadan foydalanish koeffitsienti bu holda 70%ni tashkil etadi.
Kadmiy elektrolizida qo’shimchalarning ta’siri.
Eritmada mavjud barcha qo’shimchalarni ikkiga bo’lish mumkin : elektrmanfiyligi kadmiydan yuqori qo’shimchalar ( Zn, Mn, Al, Mg, Na, Fe va boshqalar) va elektrmanfiyligi kadmiydan past qo’shimchalar (Cu, Pb, Sn, Ni, Co, Te va boshqalar) ga ajratish mumkin.
Bundan tashqari eritmada xlor, ftor, kremnokislota va boshqa qo’shimchalar ham uchraydi.
Colloid kremnokislota elektrliz jarayonida yaxshi ta’sir ko’rsatadi.
Elektrmanfiy metallar elektroliz jarayonida suvli eritmadan katodga ajralmaydi va ular eritma qarshiligini oshirib, elektro-energiya sarfini ortishiga olib keladi.
Marganets elektroliz jarayonida anodda 4 valentli xoligacha oksidlanadi:
Mn²⁺ 2e = Mn⁴⁺
va dioksid xolidagi marganets anod yuzasini qoplab oladi hamda uni korroziyadan saqlaydi.
Bir qator zavodlarda marganets miqdori kam bo’lsa, anodni himoya qilish uchun maxsus eritma qo’shiladi.( Mn 2,2-2,5 g/l) Elektrolitda Zn boshqa qo’shimchalarga qaraganda ko’proq bo’ladi( 30dan 90g/l gacha).
Kadmiy elektrolizida Zn amalda katodda cho’kmaydi. Tozalovchi elektrolizda katodga o’tgan ruxning oz qismi kadmiy katodini qayta eritishda kaustik soda qo’shish yo’li bilan yo’qotiladi. Eritmada ruxning konsentratsiyasi oshishi natijasida kuchli dendritlarning xosil bo’lishi kuzatilishi mumkin.
Temir amaliyotda katodga o’maydi, lekin tok chiqishini pasaytiradi. Temirni zarari shundan iboratki elektr toki berilishi natijasida u katodda to’xtovsiz ravishda 2 valentli xolda tiklanaveradi. Anodda 3 valentli bo’lib oksidlanadi.
Talliy kadmiy bilan yo’ldosh tarzda uchraydi. Talliy tok chiqishini kamaaytiradi. Ruxning mavjudligi talliyning zararli ta’sirini kamaytiradi. Eritmada rux mavjud bo’lsa, amaliyotda kobal’t va talliy tok chiqishini kamaytirmaydi.
Kobalt- rux elektrolizi uchun zararli qo’shimcha, lekin kadmiy elektrolizi uchun o’zining zararli ta’sirini ko’rsatmaydi sezilarsiz darajada tok chiqishini kamaytiradi.
Mishyak , surma past konsentratsiyalari jarayonga ta’sir o’tkazmaydi.
Mis yuqori elektrmanfiylikka ega metal bo’lganligi uchun kadmiy bilan katodga o’tadi va uning sifatini pasaytiradi.
Nikel elektroliz jarayonida to’liq eritmada qoladi.
Xlor qo’rg’oshinli anodni korroziyaga yo’liqtiradi va katodli cho’kmaga qo’rg’oshin o’tishi kuzatiladi(anod yuzasidagi qo’rg’oshin oksidi yemirilishiga olib keladi).
Elektrolitik vanna tuzilishi.
Elektrolitik vanna tuzilishi vat ok zichligi qo’llanalishiga qarab kadmiy zavodlarini ikki guruhga bo’lish mumkin.
Ko’pgina zavodlarda to’g’ri burchakli qo’zg’almas katodli vannalar qo’llaniladi xamda almashtiriluvchi elektroliz o’tkaziladi.
Jarayon tok zichligi 35-50 A/m² xamda jarayon davomiyligi 24 soat davom ettiriladi. Tok zichligi yuqori va jarayon davomiyligi ko’p davom etsa dendrite xosil bo’lishi kuzatiladi.
Bu vannalar daraxt, temir beton yoki po’lat listlardan to’g’ri burchakli qilib tayyorlanadi va ustki qismi qo’rg’oshin , rezina, kislotabardosh plitkalar, viniplast va boshqalar bilan futerovkalanadi.

Cu-Cd kekini qayta ishlash jarayonining texnologik sxemasi.