Определение общего падения напряжения

Общее падение напряжения в гальванической ванне складывается из электрохимических (обратимое напряжение разложения, анодное и катодное перенапряжение) и омических (падение напряжения в электролите, в контактах) составляющих. Уравнение электрического напряжения на электролизёре может быть представлено в виде [5]:

U = (E_p^a – E_p^k)+ (4)

где U – напряжение на электролизёре, В;

(E_p^a – E_p^k) – разность равновесных электродных потенциалов анодной и катодной реакции, В;

- перенапряжение для анодной и катодной реакции, В;

- падение напряжения в электролите, В;

- падение напряжения в теле электрода, В;

- падение напряжения в шламе, В;

- падение напряжения в контактах и токоподводящих шинах, В.

Так как протекает гальванический процесс, то падение напряжения в шламе отсутствует. Падение напряжения в диафрагме не рассчитывается, так как в начальном варианте ванна представлена без диафрагмы и без анодных чехлов.

Все слагаемые уравнения (3) можно разделить на две группы: электрохимические и омические составляющие.

U = (E_i^a – E_i^k)+ (5)

где (E_i^a – E_i^k) – разность потенциалов анода и катода под током.

Электрохимические составляющие могут быть представлены как разность потенциалов электродов, находящихся под током

(E_i^a – E_i^k) = (E_p^a – E_p^k) + (6)

Расчет обратимого напряжения разложения

U_o=

Поскольку аноды для процесса меднения в сульфатном электролите изготавливаются из меди, а на аноды перед меднением наносится небольшой слой меди из других электролитов, то катодный и анодный потенциалы будут равны друг другу.

Следовательно, обратимое напряжение будет равно нулю.

Расчет суммарной катодной поверхности и токовой нагрузки на ванну

В соответствии с выбранным режимом нанесения медного покрытия катодная плотность тока равна i_k= 150 А/м².

Суммарная катодная составляет:

S_∑дет = 1,21 м²

Токовая нагрузка на ванну составит

I = i_к · S_∑дет = 150·1,217 =182,65 А

Расчет анодной плотности тока

Анодную плотность тока рассчитываем с учетом площади 8 анодов.

В качестве анодов были выбраны медные пластины габаритами:

толщина (h) = 10 мм;

длина (a) = 600 мм;

ширина (b) = 200 мм;

(6)

где – длина погружаемой части анода- 600 мм;

Количество загружаемых анодов равно 8.

А/м²

Определение величины электродного перенапряжения

Перенапряжение является функцией плотности тока и служит мерой необратимости электродного процесса.

η = 𝐸 – 𝐸_Р. (7)

Процесс гальванического меднения контролируется смешанной кинетикой, поэтому в расчете катодного перенапряжения используется следующее уравнение:

(8)

По справочным данным определяем [6]:

i₀ = 70,8 А/м²

D =0.75·10^-9 м²/с

δ=1*10^-4м

Перенапряжение на аноде следует рассчитывать по уравнению замедленного переноса заряда.

(9)

Расчет омических составляющих напряжения