УСТРОЙСТВО ЭЛЕКТРОЛИЗЕРОВ
DESIGN OF ELECTROLYSER

Электролизер нашел широкое применение в металлургической, химической промышленности и в гальванотехнике.
Электролитическому рафинированию подвергают медь, никель, олово, свинец, серебро, золото [1].
За прототип предлагаемого электролизера принято классического типа устройство, содержащее ванну с электролитом, штангу, источник питания, электроды в котором располагаются вертикально. Основными недостатками таких электролизеров являются большой расход электрической энергии и большая продолжительность растворения анодов. Так, например, для получения одной тонны рафинированной меди необходимо израсходовать электрической энергии в пределах 200-400 кВт·ч [2].
Целью данного изобретения является снижение удельного расхода электроэнергии и резкое снижение времени растворения анодов. По данным [2] время растворения анодных пластин составляет 20-30 суток.
Указанная выше цель достигается существенным изменением конструкции электролизера.
На чертеже представлена конструкция электролизера, содержащего ванну 1, электролит 2, анодные платины 3, катодные платины 4, изоляционный слой 5, источник питания 6, штангу 7, подвеску 8.
В предлагаемой конструкции электролизера электроды (анодные и катодные пластины) устанавливаются горизонтально или под углом к горизонтальной поверхности.
Такое расположение обосновывается анализом влияния на движущийся к катоду ион металла трех сил [3]:
э
- электрического поля, равного F=qE,
где q - заряд иона; Е - напряженность электрического поля;
тp
- силы трения в жидкости (в электролите) F, зависимой от ее вязкости;
гр
гр
3
- F - гравитационной силы, равной F=mg-4/3πrρg,
где m - масса иона; g - ускорение свободного падения; r - радиус иона; ρ - плотность электролита.
Удержание иона в плавающем состоянии происходит за счет сил электрического поля, на что требуется определенное количество электрической энергии.
Расчеты показывают, что на удержание тела массой один кодограмм в течение одной секунды требуется энергия 9,8 Дж.
При вертикальном расположении электродов в электролизере значительное количество энергии расходуется на удержание ионов металла в гравитационном поле. Следовательно, горизонтальная или наклонная их установка в ванне позволяет значительно сократить расход энергии при работе электролизеров.
Снижение периода времени растворения анодов достигается за счет увеличения их площади контакта с электролитом, т.е. за счет увеличения пористости, которая повышается за счет продувки анодных пластин (находящихся в жидком состоянии) сжатым воздухом.
При количестве анодов и катодов более одного верхняя поверхность анода покрывается цапон-лаком или изолируется целлулоидной лентой, что предотвращает движение ионов к катоду снизу вверх, т.е. против направления гравитационных сил.
Предлагаемая конструкция электролизера в значительной степени снизит удельные энергетические затраты на получение продукта и сократит время работы установки.
Источники информации
1. Глинка Н.Л. Общая химия. М.: Интеграл-пресс, 2007. С.727.
2. Технология металлов и материаловедение/ Б.В.Кнорозов [и др.]. М.: Металлургия, 1987. С.800.
3. Грабовский Р.И. Курс физики. М.: Высшая школа, 1970. С.615.