Концентрация осаждаемого металла в растворе

Концентрация осаждаемого металла в растворе наряду с природой металла-цементатора является одним из главных факторов, определяющих скорость цементации. Из уравнения (10) следует, что скорость катодного осаждения металла в режиме предельного тока линейно связана с концентрацией разряжающихся ионов в растворе. Вместе с тем, хотя механизм разряда ионов на катодных участках цементационных элементов тот же, что и на макрокатодах, зависимость скорости цементации от концентрации осаждаемого металла в растворе является нелинейной. Для экспериментальной проверки зависимости скорости осаждения меди от концентрации ее в растворе было проведено две серии опытов.

В первой серии исследовали зависимость предельной плотности тока на вертикальном, принудительно поляризуемом катоде от концентрации меди в растворе, во второй - зависимость скорости цементации меди от ее концентрации на вращающемся железном диске. В обоих случаях был использован метод планируемого эксперимента при одновременном изменении концентрации меди и серной кислоты в растворе. Железный диск для цементации имел рабочую площадь поверхности 1,0 • 10~3 м2 и скорость вращения 5,0 об/с. Время цементации составляло 10 мин, температура раствора 21°С.

Графическое изображение уравнений (26) и (28) приведено на рис. 7, свидетельствующем о линейном характере зависимости предельной плотности тока i с от концентрации меди в растворе при электролизе и экстремальном - при цементации. Канонический анализ уравнения (25) позволил прийти к выводу, что представляет собой эллиптический параболоид с максимумом в центре. На рис. 8 приведены изолинии плотности тока цементации, полученные на основе уравнения (25).

Главной причиной экстремального характера концентрационной зависимости скорости цементации является структура цементных осадков. Установлено, что скорость цементации и пористость цементных осадков сильно закоррелированы. Чем выше начальная концентрация меди в растворе, тем меньше пористость цементных осадков и тем больше сопротивление раствора в порах осадка. В концентрированных растворах пористость осадков становится настолько малой, что скорость цементации практически равна нулю. В гидрометаллургии меди растворы, содержащие свыше 20 кг/м3 меди, предварительно разбавляют с целью увеличения скорости цементации. Другим методом увеличения скорости цементации меди железом в концентрированных растворах является предварительная активация поверхности железа в растворе кислоты или разбавленном медном растворе.