ЭЛЕКТРОВОССТАНОВЛЕНИЕ МЕДИ И ЦИНКА ИЗ КИСЛЫХ РАСТВОРОВ В ПРИСУТСТВИИ ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫХ ВЕЩЕСТВ Колесников А.В.,Фоминых И.М.

Челябинский государственный университет


Номер: 9-2
Год: 2017
Страницы: 6-10
Журнал: Актуальные проблемы гуманитарных и естественных наук

Ключевые слова

флокулянт, цинк, плотность тока, потенциал, лигносульфонат, поляризация

Просмотр статьи

⛔️ (обновите страницу, если статья не отобразилась)

Аннотация к статье

Текст научной статьи

Введение Процесс электролиза цинка протекает в сульфатных кислых растворах, где происходит катодное осаждение цинка, как основного вещества, и меди, как примесного иона, всегда присутствующего в электролите [1]. В последнее время опубликовано ряд работ по электровосстановлению цинка в присутствии поверхностно-активных веществ (ПАВ) [2-9]. Особый интерес для гидрометаллургии цинка представляют высокомолекулярные органические вещества, которые наряду с другими примесями постоянно присутствуют в растворах. В большом количестве в растворы поступают флокулянты - высокомолекулярные ПАВ (молекулярная масса от 1 до 20 миллионов), которые используются для повышения скорости отстаивания пульп и отделения раствора от твердой нерастворимой массы. На стадию электролиза с целью повышения эффективности процесса (снижения отрицательного влияния сурьмы, мышьяка и других, уменьшения попадания кислоты в атмосферу цеха и т.д) вместе с лакрицей, костным клеем вводят анионное поверхностно-активное вещество - лигносульфонат. Как показано в работе [10], вводимые в гидрометаллургический цикл флокулянты часто оказывают отрицательное влияние на последующие электрохимические процессы на стадиях цементационной очистки растворов от меди и электролиза цинка. Целью работы являлось исследование закономерностей влияния катионных и анионных ПАВ на электровосстановление меди и цинка в кислых растворах с использованием данных потенциостатических и потенциодинамических методов. Экспериментальная часть В работе использовали коммерческие флокулянты с отрицательным зарядом (бесфлок К4034) и с положительным зарядом (бесфлок К6645), а также анионный ПАВ лигносульфонат (ЛСТ). Физико-химические свойства указанных ПАВ были приведены в ранних работах. Электрохимические исследования проводили на электролите, содержащем растворы: 0.28М CuSO4 + 18 г/л H2SO4 и 0.25М ZnSO4 + 18 г/л H2SO4 . В электрохимическую ячейку флокулянты дозировали в виде водного раствора с концентрацией 2,5 г/л в количестве 25 мг/л. Лигносульфонат дозировали в количестве 80 мг/л. Потенциостатические данные и снятие поляризационных кривых в динамическом режиме проводили на потенциостате «Potentiostat P-30J com. фирмы «Elins» с использованием трех-электродной ячейки. Рабочий электрод (катод) выполнен из цинка марки Ц0А площадью 0.35 см2 (для исследований электровосстановления цинка) и из меди марки М2 площадью 0.12 см2 (для исследований электровосстановления меди); вспомогательный (анод) - из платиновой пластинки площадью 0.20 см2, электрод сравнения - хлорсеребряный (AgCl/Ag). Электроды перед работой шлифовали, обезжиривали этиловым спиртом, промывали водой. Вспомогательный электрод протравливали в растворе азотной кислоты (1:2 = кислота : вода) в течение 5 секунд и интенсивно промывали дистиллированной водой. Измерения проводили при комнатной температуре. Результаты и обсуждение 1. Электролиз меди на растворе 0.28М CuSO4 + 18 г/л H2SO4. На рис.1 приведены данные изменения плотности тока от скорости линейной развертки в области потенциалов от +50 до -200 мВ (по AgCl/Ag). Линейная развертка изменялась от 2 до 100 мВ/с). Как видно из полученных данных, наибольшая плотность тока при всех скоростях развертки при электролизе меди в присутствии ЛСТ (80 мг/л). Одинаковые токи разряда при электролизе меди без добавок и с добавкой анионного флокулянта К4034 (25 мг/л). В присутствии катионного флокулянта К6645 (25 мг/л) с увеличением скорости развертки плотность тока снижалась. На рис.2 показана вольтамперограмма восстановления меди в присутствии различных ПАВ, снятая в потенциостатическом режиме. Наиболее высокие показатели плотности тока в области исследованных потенциалов при электролизе раствора с добавкой ЛСТ. Наиболее низкие плотности дока до потенциалов -100 мВ для растворов с добавкой К6645. На рис.3,4 приводятся вольтамперограммы, снятые в потенциодинамических условиях при скоростях развертки 2 и 100 мВ/с. При этом показано, что при добавке флокулянта К6645 фиксируются более низкие показатели катодной плотности тока при развертке 100 мВ/с. При развертке 2 мВ/с наблюдается несколько другая картина. Так при отрицательных потенциалах выше -100 мВ плотность тока резко возрастает до уровня этого показателя, полученного на других растворов; такая же картина была зафиксирована на рис.2. Наиболее высокая плотность тока при электролизе меди из растворов без добавок ПАВ. Рис.1. Изменение плотности тока (по средним максимальным данным) при изменении скорости развертки. 1 - раствор без добавки ПАВ; 2 - с добавкой ЛСТ; 3 - с добавкой К4034; 4 - с добавкой 6645 Рис.2. Изменение плотности тока при изменении потенциала при потенциостатических измерениях (средние данные за 60 с) Рис.3. Вольтамперограмма. Скорость развертки 2 мВ/с. 1 - раствор без ПАВ; 2 - раствор с добавкой ЛСТ; 3 - добавка К4034; 4 - добавка К6645 Рис.4. Вольтамперограмма. Скорость развертки 100 мВ/с. 1 - раствор без ПАВ; 2 - раствор с добавкой ЛСТ; 3 - добавка К4034; 4 - добавка К6645 2. Электролиз цинка из раствора 0.25М ZnSO4 + 18 г/л H2SO4. На рис.5 приводятся потенциостатические кривые разряда цинка. Из приведенных данных видно, что все добавки ПАВ отрицательно влияют на плотность тока при потенциалах -1050, -1100 и -1150 мВ ( по AgCl/Ag). На рис.6 и 7 приведены вольамперограммы восстановления цинка в потенциодинамическом режиме при скоростях развертке 2 и 100 мВ/с. При этом картины восстановления цинка несколько отличаются при разной скорости развертки. При развертке 2 мВ/с при катодных потенциалах выше -1150 мВ наименьшая плотность тока наблюдается при электролизе раствора без добавок. При развертке 100 мВ/с наименьшая плотность тока при электролизе раствора с добавкой флокулянта К6645, а наибольшая с добавкой ЛСТ. Таким образом, при снятии вольтамперограмм разными методами, влияние добавок на поляризационные кривые не одинаковое. При электролизе раствора 0.25М ZnSO4 + 18 г/л H2SO4 происходит выделение водорода, который адсорбируясь на электродной поверхности, уменьшает ее активную площадь для разряда цинка. На рис.8 приводятся данные плотности тока от скорости развертки без воздействия на рабочий электрод, а на рис. 9 приводятся данные, когда в процессе электролиза электрод периодически встряхивали и его поверхность освобождалась от пузырьков газа. При этом можно увидеть практически в два раза возрастание плотности тока, как при электролизе раствора без добавок, так и в присутствии добавки ПАВ. Некоторое отличие результатов, полученных в потенциодинамическом режиме (рис.6 и 7) связано с тем, что при скорости развертки 100 мВ/c в большей степени проявляется диффузионный режим электрохимического процесса, чем при скорости развертки 2 мВ/c. Рис.5. Вольтамперограмма, снятая в статических условиях. Средние данные за 60 с. 1- без ПАВ; 2 - ЛСТ; 3 - К4034; 4 - К6645 Рис.6. Вольтамперограмма, снятая в потенциодинамическом режиме при скорости развертки 2 мВ.с Рис.7. Вольтамперограмма, снятая в потенциодинамическом режиме при скорости развертки 100 мВ/с Рис.8. Изменение плотности тока (максимальные средние значения) при возрастании скорости развертки. 1- без ПАВ; 2 - ЛСТ; 3 - К4034; 4 - К6645 Анализ полученных данных в потенциостатических условиях и по линейной развертке показал, что добавка 80 мг.л ЛСТ позволяет получать более высокие плотности тока разряда при электролизе раствора 0.28М CuSO4 + 18 г/л H2SO4, чем при электролизе 0.25М ZnSO4 + 18 г/л H2SO4 (см. рис.1,2 и 5,8,9). В то же время в этих условиях добавки катионных флокулянтов отрицательно влияли на электролиз обоих составов растворов, особенно в области более положительных потенциалов, что согласуется с теорией электрохимических процессов. Рис. 9. Изменение плотности тока (максимальные средние значения) от скорости развертки. Периодическое встряхивание электрода. 1,3 раствор без добавок, 2,4 раствор с добавкой ЛСТ. 1,2 электрод периодически встряхивали. 3,4 -без встряхивания Согласно теории анионоактивный ПАВ должен уменьшать катодную поляризацию, а катионоактивный увеличивать, что, соответственно, будет сказываться на увеличении и уменьшении катодного тока. Более высокие плотности тока разряда при электролизе раствора 0.28М CuSO4 + 18 г/л H2SO4 с добавкой ЛСТ, чем без добавки, возможно, связаны с более высокой величиной, рассчитанной нами, полной дифференциальной емкости 173.5·10-3 Ф/см2 (для раствора с добавкой ЛСТ), против 120·10-3 Ф/см2 (для раствора без добавки). Для электролиза раствора 0.25М ZnSO4 + 18 г/л H2SO4 величины полной дифференциальной емкости практически одинаковы и составляют 12.62·10-3 Ф/см2 для электролита без добавок и 13.99·10-3 Ф/см2 с добавкой 80 мг/л ЛСТ. Заключение Проведены исследования электровосстановления меди и цинка из подкисленных серной кислотой растворов. Электрохимические исследования проводили на электролите, содержащем растворы: 0.28М CuSO4 + 18 г/л H2SO4 и 0.25М ZnSO4 + 18 г/л H2SO4 . В электрохимическую ячейку флокулянты дозировали в виде водного раствора с концентрацией 2,5 г/л в количестве 25 мг/л. Лигносульфонат дозировали в количестве 80 мг/л. Анализ полученных данных в потенциостатических условиях и по линейной развертке показал, что добавка 80 мг.л ЛСТ позволяет получать более высокие плотности тока разряда при электролизе раствора 0.28М CuSO4 + 18 г/л H2SO4, чем при электролизе 0.25М ZnSO4 + 18 г/л H2SO4 (см. рис.1,2 и 5,8,9). В то же время в этих условиях добавки катионных флокулянтов отрицательно влияли на электролиз обоих составов растворов особенно в области более положительных потенциалов, что согласуется с теорией электрохимических процессов. Согласно теории анионоактивный ПАВ должен уменьшать катодную поляризацию, а катионоактивный увеличивать, что, соответственно, будет сказываться на увеличении и уменьшении катодного тока. Более высокие плотности тока разряда при электролизе раствора 0.28М CuSO4 + 18 г/л H2SO4 с добавкой ЛСТ, чем без добавки, возможно, связаны с более высокой величиной, рассчитанной нами, полной дифференциальной емкости 173.5·10-3 Ф/см2 (для раствора с добавкой ЛСТ), против 120·10-3 Ф/см2 (для раствора без добавки). Для электролиза раствора 0.25М ZnSO4 + 18 г/л H2SO4 величины полной дифференциальной емкости в отличие от медьсодержащего раствора практически одинаковы и составляют 12.62·10-3 Ф/см2 для электролита без добавок и 13.99·10-3 Ф/см2 с добавкой 80 мг/л ЛСТ. Некоторое отличие результатов, полученных в потенциодинамическом режиме, связано с тем, что при скорости развертки 100 мВ/c в большей степени проявляется диффузионный режим электрохимического процесса, чем при скорости развертки 2 мВ/c.

Научные конференции

 

(c) Архив публикаций научного журнала. Полное или частичное копирование материалов сайта возможно только с письменного разрешения администрации, а также с указанием прямой активной ссылки на источник.