Технічні науки / Металургія

УДК 620.22:661.666

Моделювання процесу перенесення МАСИ ПІД ЧАС

анодноГО окислюваннЯ алюмінію

В.О.Скачков, С.С.Сергієнко, В.І.Іванов, Ю.В.Моісейко, С.В.Болюк

Запорізька державна інженерна академія

Відомо, що процес анодування алюмінію й пов'язані з ним електродні процеси супроводжуються інтенсивним перенесенням маси.

Перенесення маси хімічно активних часток може бути описано рівнянням:

, (1)

де С_і – концентрація часток і-го сорту; D_i – коефіцієнт дифузії часток і-го сорту; Δφ – градієнт потенціалу; – швидкість руху гідродинамічного потоку; F – число Фарадея; z_i – заряд часток і-го сорту; - знак дивергенції; t, T – відповідно тривалість і температура процесу.

Перший член рівняння (1) характеризує перенесення часток і-го сорту, шляхом дифузії, другий член - перенесення часток і-го сорту під впливом градієнта потенціалу Δφ, а третій член - перенесення часток гідродинамічним потоком зі швидкістю v.

Загальне рівняння (1) можна спростити для кожної конкретної технологічної схеми. У разі використання плоских аноду та катоду з відповідними площами поверхонь S_А і S_К та відстанню між електродами, що дорівнює α, рівняння (1) записують для процесу, який здійснюється по нормалі до електродів:

(2)

У разі постійного значення градієнта потенціалу рівняння (2) записують у вигляді:

(3)

У правій частині рівняння (3) значення швидкості v повинне бути заданим. У разі відсутності зовнішнього перемішування електроліту й рівномірного розподілу температури за усім його обсягом швидкість v можна задавати пропорційною швидкості спливання пухирців газів, що утворюються на електродах.

Значення швидкості спливання пухирців визначається співвідношенням

, (4)

де δ - товщина дифузійного шару; К – константа, що визначена експериментальним шляхом.

У сталому режимі, коли процес не залежить від концентрації, рівняння (3) записують у вигляді:

. (5)

Значення концентрації в центрі електролізного осередку задовольняє умові

. (6)

Розв’язання рівняння (5) з урахуванням умови (6) можна подати як:

. (7)

Рівняння (7) розглядає процес перенесення заряджених часток і-го сорту в обсязі електролізного осередку за стаціонарних умов та постійного градієнта потенціалу.

Забезпечення стаціонарних умов припускає створення спеціальних технологічних методів, що відновлюють склад електроліту.

За умови змінювання складу електроліту рівняння (3) записують як

, (8)

де .

Для рівняння (8) умова (6) має бути доповненою:

, (9)

де t_k – кінцева тривалість процесу електролізу; – кінцева концентрація іонів і-го сорту.

Розв’язання рівняння (8) з урахуванням умов (7) та (9) можна записати як:

, (10)

де ; .

Рівняння (10) визначає перенесення маси в електроліті за умови змінювання складу електроліту щодо вмісту іонів і-го сорту.