Методом крутого восхождения

Методом крутого восхождения были найдены следующие условия, обеспечивающие максимальную скорость осаждения меди на катоде, с ограничениями, приведенными выше: См = 6,02 кг/м3; Ск = 10,5 кг/м3; L - 0,01 м; со= 1,555 м/с; В = 2,0. Выход плотной меди при этих условиях составил 0,59. Парциальные зависимости выхода плотной меди на катоде от концентрации меди и серной кислоты при фиксированных значениях остальных факторов на основном уровне.

На рис. 19 приведена схема цементационного элемента в условиях внутреннего электролиза, а на рис. 20 - его упрощенная эквивалентная схема, в которой сопротивления R1-R6 опущены вследствие их малой значимости. Из рис. 20 следует, что величина сопротивления раствора в норах цементного осадка на поверхности железного электрода R3 не влияет на соотношение токов 1 и 2, а следовательно, и на выход.

В рамках матрицы планирования из 46 опытов в 13 выход плотной меди был более 0,5, а в 6 - более 0,75. При концентрации меди в растворе ниже 1,0 кг/м3 выход плотной меди составил более 0,9. Иначе говоря, в отдельных случаях свыше 90 % извлекаемой меди выделялось на вращающемся катоде, несмотря на то что он отстоял от анода на значительном расстоянии, и в связи с этим R32 > R31. Для объяснения этого явления было произведено физическое моделирование процесса внутреннего электролиза с помощью электролизной ячейки с двумя катодами и одним анодом, на которые подавали напряжение от внешнего источника тока. Один из катодов моделировал цементный осадок на поверхности железной пластины, другой - вращающийся катод. Было установлено, что главным фактором, определяющим выход плотной меди на катоде, является сопротивление поляризации RK1 на катодных участках железного электрода (анода).

При RK1 и поэтому происходит перераспределение токов в пользу 2 (рис. 20), а выход плотной меди согласно уравнению будет стремиться к единице.

Ранее было показано, что предельный ток является функцией концентрации меди и кислоты в растворе. Из уравнения (26) следует, что величина предельного тока тем меньше, чем ниже концентрация меди в растворе. В то же время экспериментально было показано, что выход плотной меди тем больше, чем ниже концентрация меди в растворе. В связи с этим приходится решать компромиссную задачу. Так как разряд ионов меди на вращающемся катоде во всех случаях протекает в режиме допредельного тока, осадки получаются плотными и качественными (Cu> 99,98%).