1.9. Перемешивание электролита
В большинстве электрохимических процессов требуется перемешивание электролита для устранения в нем концентрационных неоднородностей. Например, в ванне рафинирования меди при осаждении Cu2+ на катоде происходит обеднение прикатодного слоя электролита и уменьшение его плотности. В результате, в прикатодной области формируется восходящий конвективный поток, (рис.1.16).
Рис.1.16. Направление движения конвективных потоков
и распределение концентрации в ванне рафинирования меди.
Напротив, в прианодной области за счет растворения меди и миграционного переноса SO42- происходит увеличение концентрации сульфата меди и повышение плотности раствора, и в прианодной области электролита формируется нисходящий поток электролита.
Образование у катода и в верхней части электролизера зоны пониженной концентрации раствора приводит к ухудшению качества получаемого металла, образованию порошка. В нижних слоях электролита создается зона избыточной концентрации CuSO4 и возможно выпадение ее кристаллов.
Перемешивание электролита в ванне для получения равномерного распределения концентрации в ванне подразделяют на два вида:
-перемешивание воздухом или механическими перемешивающими устройствами без протока и стекания электролита;
- проточное перемешивание.
Перемешивание без протока электролита может осуществляться барботажем, аэролифтным перемешиванием или с помощью различных механических перемешивающих устройств.
А. Перемешивание барботажем (рис.1.17, А).
Рис.1.17. Схема непроточного перемешивания электролита.
На дно ванны между электродами укладывается труба с отверстиями, в которую от компрессора подается воздух. Всплывающие газовые пузыри интенсивно перемешивают электролит. Недостатком такого способа перемешивания является сложность регулировки равномерного распределения воздуха по всему объему ванны.
Аэролифтное перемешивание показано на рис.1.17,Б. В ванне крепится открытая с двух сторон труба большого диаметра. Во внутрь трубы помещен барботер. При подаче воздуха формируется циркуляционный поток. Недостатком такого способа перемешивания является резкое падение интенсивности перемешивания по расстоянию от трубы.
В том случае, когда на электродах происходит выделение большого количества газов (кислород или водород), внешнее перемешивание не требуется.
Для перемешивания электролита в ванне с помощью механических устройств используют либо вращающиеся лопастные или пропеллерные мешалки, либо двигающийся возвратно-поступательно между электродами гребень из стержней (рафинирование серебра).
Перемешивание циркуляцией обеспечивается при достаточно высоких скоростях протока электролита через электролизер по схемам, рассмотренным выше.