1.2 Применение поверхностно-активных веществ при производстве катодных основ

Состав и свойства электролитов сильно влияют на совершенствование процесса электролиза и качество катодного осадка. Оптимальное содержание компонентов в электролите полностью зависит от химического состава растворимых анодов. Увеличение скорости циркуляции и повышение температуры электролита позволяют увеличить выход по току и применять высокую плотность тока. Во всех возможных случаях следует использовать более высокие плотности тока и температуры, верхняя граница которых определяется качеством катодного осадка, возможностями оборудования, коррозийной стойкостью материалов конструкций, нормам ТБ. Работа на таких режимах обеспечивает максимальную производительность установки.

Промышленные испытания проводились на катодных основах, нарощенных в товарных сериях при более высокой плотности тока по сравнению с условиями электролиза на матричном переделе .

Были проведены работы по подбору ПАВ для получения качественного стартерного листа на титановых матрицах. Заменяя медную матрицу титановой, необходимо учитывать, при протекании электродных реакций, изменения энергетического состояния и структуры собственной поверхности металла. Поверхность металлического электрода не однородна и меняется. На ней имеются или проявляются участки с большой адсорбционной способностью и менее активные участки, каждый из которых характеризуется своей собственной энергией адсорбции.

После перевода электролиза меди в ЦЭМ на более высокие плотности тока на товарном и матричном переделе, возросла роль поверхностно-активных веществ. При использовании ПАВ решающую роль играют адсорбционно – диффузорные явления, обусловленные расходом выравнивающего – реагента в результате его восстановления на поверхности катода или включения в осадок адсорбированных молекул ПАВ. При катодном содержании меди из сернокислых растворов мы рассматривали ПАВ: молекулярные (тиомочевина) и диссоциирующие образованием поверхностно-активного катиона (желатин).

Катодный потенциал, при котором осуществляется процесс электроосаждения меди при повышенных плотностях тока, сдвигается в отрицательную область, становится равным потенциалу нулевого разряда меди или близким к нему (γ=-0,118 В).

Тиомочевина – молекулярное вещество, которое адсорбируется на электроде вблизи потенциала нулевого разряда и оказывает заметное положительное влияние на структуру катодного осадка меди.

Концентрация ее в растворе со временем уменьшается, так как частицы серии и углерода включаются в осадки. Это факт и ограничивал ее применение на матричном переделе ЦЭМ. Опытами доказано, что включение серы из растворов в катодный металл не зависит от плотности тока. Характер включений зависит от природных химических сил, действующих между поверхностью свежеосажденного металла и молекулами тиомочевины вблизи электрода.

Взаимодействие тиомочевины с металлической поверхностью зависит от природы металла. Исследования показали, что молекулярные вещества и вещества, диссоциирующие с образованием поверхностно-активного катиона вызывали заметное торможение процесса при очень малых содержаниях в электролите (до 11мг/л), то есть существует предел повышения концентрации ПАВ, выше которого заметно увеличения торможения катодного процесса не наблюдалось.

Испытания титановых матриц проводились на матричных и товарных циркуляциях с разным содержанием примесей и разных плотностях тока. Состав электролита матричного передела отличается от электролита товарных серий. Количество примесей в нем значительно меньше, содержание меди в электролите поддерживается в пределах 35-40г/л. В качестве коллоидных добавок на матричных сериях ЦЭМ применяют желатин – 115г/т, Сl^- 103г/т виде раствора соляной кислоты. Подача данных ПАВ производилась через дозаторы и по карманам.

По результатам проведенных опытов установлен оптимальный режим подачи ПАВ при получении маточного листа на титановых матрицах:

желатин – 90г/т; тиомочевина – 40-60г/т; Сl^-103г/т.

Для повышения выходов по току необходимо повысить качество обслуживания матричных ванн, уменьшить потери токовой нагрузки в контактах электролизных ячеек. У титановых матриц слабым местом является биметаллический токоввод. Конструкция его нуждается в доработке и усовершенствовании.

Наряду с давно применяемой тиомочевинной, столярным клеем, желатином в настоящее время на практике применяются новые вещества и добавки: азотосодержащие и серосодержащие органические вещества и их смеси. Проведен первый этап сравнительного исследования достаточно давно известных добавок.

Авитона А и Гуарфлока 66 и недавно вошедшего в практику электрорафинирования цветных металлов Магнафлока 351, используемых процессе электрорафинирования меди как добавки к тиомочевине и самостоятельно.

Главной проблемой при подборе этих веществ является установление механизма их действия. Таких механизмов может быть несколько:

Поверхностно – активное действие, комплексообразование с Cu²⁺ и примесными ионами, коагуляции шламовых частиц и т.д. известно, что Авитона А ,по определению завода – производителя (Fluorochemiki Poland), совместно с тиомочевинной и клеем (желатином) является добавкой в электролит для процесса электорафинирования меди для улучшения чистоты, кристаллической структуры и гладкости производимых катодов. Магнафлок 351 и Гуарфлока 66, как следует из их названия, являются добавками, флоккулирующими взвеси шламовых частиц в электролите рафинирования.

Тем не менее следует ожидать от этих добавок также и поверхностно – активных свойств, так как они представляют собой полимерные вещества, обладающими аминными и прочими группами, благодаря которым могут адсорбироваться на электроде. Добавки Авитона А и Гуарфлока к электролиту, что говорит о поверхностно активном действии потенциалом.

Таким образом, добавки Авитона А, Магнафлока 351 и Гуарфлока, применяемые в электрорафинировании меди, проявляют поверхностно – активные свойства, закономерно понижая емкость двойного электрического слоя медного электрода. Зависимость адсорбционных характеристик от концентрации ПАВ подчиняется изотерме Фрумкина.