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.

См×м

Электропроводность щелочных растворов вольфрамата натрия

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.