|
Электропроводность щелочных растворов вольфрамата натрия
Электропроводность щелочных растворов вольфрамата натрия
Электропроводность щелочных растворов вольфрамата натрия
Студ. Гадиев Г.А., студ.
Касаева М.С., доц. Алкацева В.М.
Кафедра металлургии цветных
металлов.
Северо-Кавказский
государственный технологический университет
Целью
работы явилось исследование зависимости удельной электропроводности щелочных
растворов вольфрамата натрия от их состава (WO3, NaOH) и температуры, а также
поиск условий, отвечающих их наибольшей удельной электропроводности.
Исследования
проводили на растворах с составом, близким к растворам, получаемым в результате
электрохимического растворения вторичного вольфрамового сырья.
Измерения
электропроводности растворов проводили с помощью переменно-токового
кондуктометра ОК-102/1 с платинированными электродами.
Как
показал предварительный анализ литературных данных [1-3], растворы, получаемые
электрохимическим растворением вторичного вольфрамового сырья, содержат до 120
г/дм3 WO3, 20-200 г/дм3 NaOH, а температура их находится в пределах 40-70 оС.
Несколько расширив эти границы, мы провели исследования на растворах состава
10-150 г/дм3 WO3 и 20-200 г/дм3 NaOH при температурах 20-70 оС, использовав планируемый
эксперимент.
Исходя
из этого, приняты следующие уровни независимых переменных:
WO3,
г/л 10 – 80 – 150;
NaOH,
г/л 20 – 110 – 200;
t,
оС 20 – 45 – 70.
Значения
независимых переменных в кодовом масштабе:
X1
=  ; X2 =  ; X3 =  . (1)
Для
изучения электропроводности щелочных растворов вольфрамата натрия
воспользовались планом Рехтшафнера. Матрица планирования приведена в табл.1.
Растворы,
соответствующие по составу каждому пункту плана, готовили из однокомпонентных
растворов Na2WO4 и NaOH, которые в свою очередь были приготовлены из реактивов
марки ЧДА и ХЧ соответственно.
В
соответствии с составами растворов (табл.1) готовили в каждом случае 200 мл
раствора, содержащего Na2WO4 и NaOH. Приготовленный щелочной раствор
вольфрамата натрия переводили в стакан и замеряли электропроводность в
интервале температур 20-70 оС с шагом 5о. Поскольку составы растворов в
некоторых пунктах плана одинаковы, то при замере электропроводности их
объединили.
Пересчет
показаний кондуктометра (S) на удельную электропроводность проводили по формуле
c =  , См/м, (2)
где
К – постоянная ячейки.
Т
а б л и ц а 1
Матрица
планирования и результаты опытов
|
№
|
Кодовый масштаб
|
Натуральный масштаб
|
c,
|
|
оп.
|
X1
|
X2
|
X3
|
WO3,
г/л
|
NaOH,
г/л
|
t,
оС
|
См/м
|
|
1
|
-
|
-
|
-
|
10
|
20
|
20
|
9,979
|
|
2
|
-
|
+
|
+
|
10
|
200
|
70
|
61,948
|
|
3
|
+
|
-
|
+
|
150
|
20
|
70
|
24,592
|
|
4
|
+
|
+
|
-
|
150
|
200
|
20
|
21,796
|
|
5
|
-
|
-
|
+
|
10
|
20
|
70
|
18,800
|
|
6
|
-
|
+
|
-
|
10
|
200
|
20
|
29,581
|
|
7
|
+
|
-
|
-
|
150
|
20
|
20
|
12,207
|
|
8
|
+
|
0
|
0
|
150
|
110
|
45
|
36,887
|
|
9
|
0
|
+
|
0
|
80
|
200
|
45
|
43,192
|
|
10
|
0
|
0
|
+
|
80
|
110
|
70
|
51,031
|
|
11
|
0
|
0
|
0
|
80
|
110
|
45
|
38,759
|
Значения
удельной электропроводности растворов при 20-70 оС приведены в табл.2.
Обработкой
экспериментальных данных, представленных в табл.1, получена кодовая модель
зависимости удельной электропроводности щелочных растворов вольфрамата натрия
от состава и температуры:
c =
38,788 – 0,4891 X1 + 13,1934 X2 + 11,1972 X3 – 1,4269  -
-
8,8044  + 1,0309  - 2,4959 X1X2 + 0,8983 X1X3 +
+
5,8938 X2X3; (3)
Fрасч
= 130740,15; F0,05;10;1 = 242.
Т
а б л и ц а 2
Значения
удельной электропроводности растворов
при
20-70 оС, См/м
|
t,
oC
|
№ опыта
|
|
1, 5
|
2, 6
|
3, 7
|
4
|
8
|
9
|
10, 11
|
|
20
|
9,979
|
29,581
|
12,207
|
21,796
|
24,324
|
25,942
|
26,463
|
|
25
|
10,870
|
32,700
|
13,454
|
25,006
|
26,641
|
28,616
|
29,047
|
|
30
|
11,672
|
35,818
|
14,612
|
28,750
|
29,225
|
32,494
|
31,631
|
|
35
|
12,563
|
39,204
|
15,771
|
32,360
|
31,809
|
36,104
|
34,125
|
|
40
|
13,543
|
42,501
|
17,107
|
35,703
|
34,304
|
39,849
|
36,531
|
|
45
|
14,345
|
45,849
|
18,266
|
39,315
|
36,887
|
43,192
|
38,759
|
|
50
|
15,236
|
49,327
|
19,602
|
42,657
|
38,937
|
46,401
|
41,432
|
|
55
|
16,038
|
52,417
|
21,028
|
45,866
|
41,877
|
49,878
|
43,926
|
|
60
|
16,929
|
55,766
|
22,275
|
50,011
|
44,105
|
53,087
|
46,252
|
|
65
|
17,820
|
58,857
|
23,522
|
52,953
|
46,647
|
56,430
|
48,835
|
|
70
|
18,800
|
61,948
|
24,592
|
55,360
|
48,807
|
59,372
|
51,031
|
Поскольку
чем выше удельная электропроводность раствора, тем ниже удельный расход
электроэнергии на электрохимическое растворение вторичного вольфрамового сырья,
то методом нелинейного программирования по модели (3) был найден максимум
целевой функции c
= 62,062 См/м и его координаты:
X1
= -0,7307 или 28,851 г/дм3 WO3;
X2
= 1 или 200 г/дм3 NaOH;
X3
= 1 или 70 оС.
Частные
зависимости удельной электропроводности растворов при значениях других
переменных на нулевом уровне приведены на рисунке.
Для
описания зависимости электропроводности щелочных растворов вольфрамата натрия
от температуры (25-70 оС) воспользовались формулой Кольрауша [4]:
ct = ct=25
[1 + a(t
– 25) + b(
t – 25)2], (4)
в
которой за стандартную температуру принята t=25 оС.
Частные
зависимости удельной электропроводности растворов.
Экспериментальные
данные хорошо описываются линейным уравнением вида
ct = ct=25
[1 + a(t
– 25)]. (5)
Расчетные
значения ct=25,
a,
а также коэффициента корреляции (rрасч) приведены в табл.3.
Т
а б л и ц а 3
Коэффициенты
математических моделей температурной зависимости удельной электропроводности
растворов и оценка адекватности
|
№
оп.
|
ct=25,
См/м
|
a,
град.-1
|
rрасч
|
rкрит
|
|
1,5
|
10,8376
|
0,016174
|
0,9998
|
0,6319
|
|
2,6
|
32,6967
|
0,020039
|
0,9999
|
0,6319
|
|
3,7
|
13,3439
|
0,018915
|
0,9997
|
0,6319
|
|
4
|
25,3974
|
0,026951
|
0,9993
|
0,6319
|
|
8
|
26,8049
|
0,018436
|
0,9998
|
0,6319
|
|
9
|
29,1996
|
0,023353
|
0,9995
|
0,6319
|
|
10,11
|
29,1448
|
0,016793
|
0,9999
|
0,6319
|
Чтобы
распространить полученные данные на растворы другого состава из изученной
области, получены модели зависимости удельной электропроводности растворов при
25 оС (ct=25)
и температурного коэффициента (a) от состава раствора (по WO3 и NaOH) в кодовом
масштабе:
ct=25 = 28,8810 – 1,2642 X1 + 8,4122
X2 – 0,5482  - 7,8299  -
- 2,4514 X1X2; (6)
Fрасч = 271,97; F0,05;6;1 = 234;
a =
0,01645 + 0,002328 X1 + 0,002952 X2 + 0,004045  +
+
0,001043 X1X2; (7)
Fрасч
= 105,90; F0,05;6;1 = 19,33.
Выполненные
исследования связаны с физико-химическим обоснованием процесса прямого
электрохимического растворения отходов металлического вольфрама в растворах
натриевой щелочи.
Список литературы
1.
Гуриев Р.А., Алкацев М.И. Электрохимическое растворение вольфрама под действием
переменного тока // Изв. вузов. Цв. металлургия. 1980. № 1. С. 61-64.
2.
Резниченко В.А., Палант А.А., Ануфриева Г.И., Гуриев Р.А., Гаврилов В.К.
Исследование процесса электрохимического растворения многофазных сплавов на
основе вольфрама // Изв. АН СССР. Мет. 1985. № 2. С. 32-35.
3.
Балихин В.С., Резниченко В.А., Корнеева С.Г., Корчагин И.В., Крепков П.Н. О
переработке отходов торированного вольфрама // Цв. мет. 1972. № 11. С. 65-67.
4.
Антропов Л.И. Теоретическая электрохимия. М.: Высшая школа, 1984. 519 с.
Для
подготовки данной работы были использованы материалы с сайта http://www.skgtu.ru/
|
