Скачать .docx | Скачать .pdf |
Реферат: 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.