Всё для Учёбы — студенческий файлообменник
1 монета
rtf

Студенческий документ № 040876 из МГВМИ

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ THE MINISTRY OF EDUCATION

OF THE RUSSIAN FEDERATION ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

Московский государственный

ВЕЧЕРНИЙ МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ

ИНСТИТУТ STATE HIGHER EDUCATION INSTITUTION OF

HIGHER VOCATIONAL EDUCATION.

The Moscow State

EVENING METALLURGICAL

Institute

Кафедра "Металловедение и термическая обработка металлов"

Реферат.

Тема: "Получение металлических порошков методом электролиза"

Студент: Лонский С.Л.

Группа: МТ-08

Москва 2013

Оглавление

1. Введение

2. Основная часть

3. Заключение

4. Список литературы

Введение

пор Порошковая металлургия зародилась в начале прошлого века. В 1827 г. П. Г. Соболевский в В. В. Любарский разработали и реализовали в промышленных масштабах метод производства платиновых порошков и компактных платиновых изделий на их основе; в этом же году П. Г. Соболевский опубликовал первую в мире научную работу по порошковой металлургии. Однако только в 50..х годах ХХ в. были выполнены первые фундаментальные исследования, посвященные теоретическим аспектам порошковой металлургии, и в первую очередь теории процессов твердофазного спекания и спекания в присутствии жидкой фазы. В это же время появились первые многочисленные исследования по теоретическим основам технологических схем производства металлических и неметаллических порошков, а также формования из них пресс заготовок, предназначенных для последующего спекания.

Развитие порошковой металлургии обусловило коренные прогрессивные сдвиги в промышленном производстве и производительности труда, открыло пути к созданию объектов новой техники, предназначенной для использования в экстремальных условиях (при высоких и сверхвысоких температурах, давлениях и скоростях, в условиях радиационного воздействия) и в различных устройствах микроминиатюризованных систем управления, контроля, связи и других систем. ессование формование

Что же такое порошковые материалы - это материалы, получаемые в результате прессования металлических порошков в изделия необходимой формы и размеров и последующего спекания сформованных изделий в вакууме или защитной атмосфере.

Физико-химические способы получения порошков: восстановление оксидов, осаждение металлического порошка из водного раствора соли. Получение порошка связано с изменением химического состава сырья. Физико-химические способы получения порошков более универсальны, чем механические.

К физико-химическим методам получения порошков относят:

- восстановление оксидов и солей;

- электролиз;

- диссоциация карбонилов;

- гидрометаллургический способ.

Основная часть

Получение порошков методом электролиза заключается в разложении водных растворов соединений выделяемого металла или его расплавленных солей при пропускании через них постоянного электрического тока и последующей разрядке соответствующих ионов металла на катоде.

При электролизе передача электричества в электролите, представляющем собой раствор солей, кислот и оснований, осуществляется движением положительных и отрицательных ионов, образующихся в результате диссоциации молекул указанных химических соединений. Ионы в электролите в отсутствие внешнего электрического поля движутся хаотически. При наложении электрического поля движение ионов становится упорядоченным, и катионы перемещаются к катоду, а анионы - к аноду.

Источник электрического тока является своеобразным двигателем или насосом, перемещающим электроны с одного полюса на другой. В результате такого принудительного перемещения электронов на катоде образуется избыток отрицательно заряженных электронов и он приобретает отрицательный заряд, а анод, лишившись части электронов, приобретает положительный заряд.

Источником ионов выделяемого металла является анод, состоящий из этого металла, и электролит, содержащий его растворимое соединение. В случае использования нерастворимого анода источником ионов выделяемого металла является только электролит.

Превращение иона металла в атом связано с расходом некоторого количества энергии. Поэтому в первую очередь протекает тот процесс разрядки, который требует меньших затрат энергии. В связи с этим электролиз является и процессом рафинирования, так как не все имеющиеся в электролите катионы при данных условиях могут выделиться на катоде.

При получении электролитических осадков разных металлов на катоде иногда вместо плотного выделялся рыхлый осадок. Это было нежелательным явлением. В настоящее время выделение рыхлых осадков лежит в основе получения металлических порошков при электролизе. В литературе описано много способов получения рыхлых осадков, которые легко превращаются в металлические порошки путем размола в мельницах. Однако пока нет описаний систематических и широких исследований условий образования рыхлых осадков.

Несмотря на относительную дороговизну электролиза, некоторые порошки с заданными свойствами можно получить только этим методом.

Следуя общепринятой теории зарождения твердой фазы, можно сказать, что необходимо создать условия для зарождения большого числа центров кристаллизации и максимально предотвратить рост каждого из них. Первому условию будет удовлетворять максимальная плотность тока при электролизе. Второе условие может создаться при мешающем действии обильного выделения водорода на катоде и мешающем действии кристалликов во время их роста. Вероятнее всего, второе условие является превалирующим.

Наиболее полно теория выделения рыхлых металлических осадков при электролизе разработана О. Кудрой и Е. Гитманом. В общих чертах технологический процесс получения железного порошка электролизом может быть представлен следующей схемой:

I. Подготовка анодов. В качестве анодов может быть использована обрезь железных листов, брикетированная стальная стружка, стальное и чугунное литье и т. п. При использовании чугунного литья наблюдается повышение расхода электроэнергии на 15-20%.

II. Катоды делаются из полированных листов нержавеющей стали.

III. Съем катодного осадка и промывка его производятся в проточной холодной воде. Осадок анода отделяется вручную. Осадок имеет вид пластин толщиной 2-3 мм. Форма частиц - дендтритная.

IV. Размол осадка производится в молотковой дробилке непрерывного действия. Для тонкого измельчения применяется шаровая мельница с сухим или мокрым (вода) размолом. Мокрый размол обеспечивает более тщательную промывку катодного осадка (порошка) от остатков электролита, который при восстановительном отжиге дает образование сульфидов железа. Присутствие сульфидов железа в железном порошке весьма вредно. При мокром размоле в шаровой мельнице непрерывного действия достигается производительность 100 кг/час при расходе электроэнергии 0,12-0,14 квт•ч/кг.

VI. Пульпа поступает на сито мокрого рассева. Образуется порошок с влажностью 15-20%, который сушится в обычных камерах или барабанных сушилках. После этого получается "черный порошок" - окисленное железо, содержащее 92-95% Fе и до 0,15% С, значительное количество водорода, растворенного в железе при электролизе.

Основными факторами, влияющими на структуру катодного осадка является:

- концентрация ионов выделяемого металла;

- температура электролита;

- плотность тока.

Концентрация ионов выделяемого металла влияет на количество и

качество катодного осадка. При электролизе выделение металла на катоде начинается не по всей его поверхности, а в отдельных местах, в первичных центрах кристаллизации. Повышение концентрации ионов выделяемого металла создаёт ускоренное питание этих центров, в результате чего формируется плотный осадок. Понижение концентрации ионов металла в электролите создаёт условия для образования рыхлого осадка. Однако при слишком малой концентрации в процесс электропереноса будут вовлекаться и другие ионы, что снизит количество катодного осадка.

Температура электролита. При повышении температуры увеличивается подвижность ионов ускоряется их перенос, сохраняется повышенная концентрация катионов у катода. В то же время повышается интенсивность химического взаимодействия выделяемого металла с электролитом, что приводит к снижению количества осадка металла на катоде. Кроме того, возрастает летучесть электролита, ухудшающая условия труда. Практически электролиз водных растворов ведут при температуре электролита 40 - 60 ?С, а электролиз расплавов - при температуре ниже температуры плавления выделяемого металла, обеспечивая минимальное протекание побочных процессов.

Плотность тока представляет собой силу тока, проходящего через 1 м2 электрода. Она связывает силу тока, являющегося главным фактором, характеризующим её производительность, с суммарной рабочей площадью катодов или анодов в ванне:

П=J/S , где П - плотность тока, А/м2 ;

J - сила тока, А;

S - суммарная рабочая площадь катодов или анодов, м2.

Катодная и анодная плотности тока в ванне не совпадают, так как суммарные поверхности катодов и анодов всегда различаются между собой в силу ряда причин. При большой плотности тока на единице площади катода разряжаются больше ионов и таким образом создаются много первичных центров кристаллизации. В связи с малой скоростью роста кристаллов образуются мелкие, дисперсные осадки. Однако высокая плотность тока приводит к выделению на катоде побочных элементов и снижает количество осадка выделяемого металла. Кроме того, с повышением катодной плотности тока растёт и анодная плотность тока, в результате чего на аноде начинается разрядка побочных ионов, приводящая к ухудшению технико-экономических показателей. Поэтому плотность тока должна быть максимально допустимой и не превышать оптимальное значение.

Изменение плотности тока осуществляется за счет изменения силы тока на ванне или изменением числа катодов (катодной поверхности) при постоянной силе тока.

На электролиз и свойства катодного осадка влияют и другие факторы. В частности, расстояние между электродами, длительность наращивания порошка, кислотность электролита, наличие в нем посторонних ионов, скорость циркуляции электролита, форма и состояние поверхности электродов и другие факторы.

Методом электролиза можно получать порошки всех металлов. В настоящее время электролизом получают порошки меди, железа, серебра, цинка, никеля, кадмия, олова, сурьмы, а также их сплавов.

Электролитические процессы классифицируются следующим образом:

· получение неорганических веществ (водорода, кислорода, хлора, щелочей и т.д.)

· получение металлов (литий, натрий, калий, берилий, магний, цинк, алюминий, медь и т.д.)

· очистка металлов (медь, серебро и т.д.)

· получение металлических сплавов

· получение гальванических покрытий

· обработка поверхностей металлов (азотирование, борирование, электрополировка, очистка)

· получение органических веществ

· электродиализ и обессоливание воды

· нанесение пленок при помощи электрофореза

Применение электролиза на производстве.

Во всех областях промышленности и на производстве электролиз используется практически повсеместно.

Применение электролиза в цветной металлургии: для рафинирования металлов, для извлечения металлов из руд. К числу металлов, получаемых электролизом расплавленных сред относятся аллюминий, магний, цирконий, титан, уран, бериллий и ряд других металов.

Металлы, которые не могут быть выделены из водных растворов вследствие высокого отрицательного потенциала получают в цветной металлургии электролизом расплавленных сред, в качестве которых служат соли этих металлов, содержащие добавки различных соединений, вводимые с целью понижения температуры плавления расплава, повышения электропроводности и т.д.

В химической промышленности электролизом получают такие важные продукты как хлораты и перхлораты, надсерную кислоту и персульфаты, перманганат калия, хлор и щелочи, органические соединения, химически чистые водород, кислород, фтор и ряд других продуктов.

Во многих отрослях машиностроения, радиотехники, электронной, полиграфической промышленности Электролиз применяют для нанесения тонких покрытий металлов на поверхность изделий для защиты их от коррозии, придания декоративного вида, повышения износостойкости, жаростойкости, получения металических копий.

В основу классификации промышленных ванн могут быть положены различные признаки.

Например, по типу полярности ванны могут быть монополярными, биполярными и комбинировнными. Различают типы катодрв в промышленных ваннах: неподвижные цельнометаллические, подвижные цельнометаллические (лента), неподвижные пористые неметаллические, насыпные металлические и т.д.

Типы анодов: расходуемые (вступающие в химическую реакцию), растворимые твердые, растворимые жидкие, нерастворимые твердые и пористые, нерастворимые.

Для нерастворимых анодов к лучшим материалам относятся - композиции на основе тантала и титана специальные сорта графита, двуокись свинца, магнетит.

Несмотря на большое разнообразие электролитов, электродов, электролизеров, имеются общие проблемы технического электролиза. К ним следует отнести перенос зарядов, тепла, массы, распределение электрических полей. Для ускорения процесса переноса целесообразно увеличивать скорости всех потоков и применять принудительную конвекцию. Электродные процессы могут контролироваться путем измерения предельных токов. В зависимости от целей электролитических реакций, используют различные сочетания типов анодов и катодов: горизонтальные с жидким ртутным катодом, с вертикальными катодами и фильтруюшей диафрагмой, с горизонтальной диафрагмой, с проточным электролитом, с движущимися электродами, с насыпными электродами и т.д.

Для электролиза могут быть использованы следующие типы электролитов: водные растворы солей, кислот, оснований; неводные растворы в неорганических растворителях; неводные растворы в органических растворителях; расплавленные соли; твердые электролиты. Необходимо выяснить все возможности оптимизации элетролизных процессов, при проектировании любого электрохимического производства.

Очень важно оценить оптимальные значения силы тока, сопротивления электролизной ячейки.

Большое значение, как при составлении энергетического баланса, так и при определении капиталовложений, имеет оптимизация условий электролиза.

Число ванн, способы очистки электролита,конструкции ванн, материалы электродов, типы электродов должны быть подвергнуты оптимизации.

Выводы

Рассмотрев способ получения порошков методом электролиза, становится ясно что:

- исследования в области процессов электролиза до сих пор не потеряли своей актуальности, и, более того, благодаря им, постоянно пополняется теоретическая база этого достаточно сложно физико-химического явления.

- такое получение порошков является довольно финансово и энергозатратным, а так же сложным и трудоемким процессом, требующим высокую культуру производства.

- этот способ характеризуется невысокой производительностью, и как следует из выше перечисленных недостатков, высокой себестоимостью. Однако чистота и высокие технологические свойства электролитических порошков в значительной степени компенсируют недостатки метода. В данном реферате были разобран и изучен процесс данного вида получения порошков, в том числе на примере получения медного порошка.

Список литературы

1. Евгений Леонидович Шведков, Эдуард Тихонович Денисенко, Илья Исаакович Ковенский// Словарь-справочник по порошковой металлургии// Издательство "Наукова думка",. 252601 Киев.

2. Ши6ряев Б. Ф., Павловская Е. И. Металлокерамические фильтрующие элементы: Справочник.-М.: Машиностроение, 1972.- 120 с.

3. Технология конструкционных материалов: учебник/ О.С. Комаров, В.Н. Ковалевский, А.С. Чаус и др.; под общей редакцией О.С. Комарова. - Мн.: Новое знание, 2005. - 560 с.

4. Знакомьтесь - порошковая металлургия. Либенсон Г.А. М., "Металлургия", 1976. 56 с.

5

Показать полностью… https://vk.com/doc-27804135_194720693
127 Кб, 16 июня 2013 в 16:17 - Россия, Москва, МГВМИ, 2013 г., rtf
Рекомендуемые документы в приложении