Использование поляризационных измерений для расчета выхода по току

Рассмотрен метод определения фарадеевского выхода по току (CeF), основанный на соотношении парциальных токов выделения металла и водорода. Для расчета величины CeF на основании поляризационных измерений необходимо знать рабочую плотность тока и потенциал (Ei), при котором происходит осаждение металла в соответствующем растворе, а также кинетические параметры выделения водорода для определения парциальной плотности тока водорода (iН2 ) при этом потенциале. С помощью предложенного метода был проведен расчет выхода по току для процессов экстракции никеля и нанесения никелевого покрытия из растворов, содержащих сульфат никеля, при плотности тока 300 А/м2. Определены кинетические параметры выделения водорода по поляризационной кривой, полученной в растворе фонового электролита, содержащем 120 г/л сульфата магния и 18 г/л борной кислоты при рН = 3,9. Получено уравнение для расчета парциальной плотности тока выделения водорода при любом потенциале по кинетическим параметрам. Использование кинетических закономерностей позволило рассчитать CeF никеля в сульфатных растворах разного со- става с рН = 3,0 и 4,1. Рассчитанные значения CeF в пределах статистической погрешности совпали с величиной выхода по току, определенной весовым методом с применением медного кулонометра. Показано, что разделение коммерческого показателя «суммарный выход по току» (CeΣ) на фарадеевский (CeF) и аппаратный (Ceap) в сочетании с использованием метода парциальных поляризационных кривых позволяет получить дополнительную информацию о степени совершенства технологического процесса.

1. Plekhanov K., Demin I., Ashikhin V., Koryakin V., Zaikov Yu., Rudoy V., Ostanin N. JSC «Uralelektromed» electrolytic copper quality control. In: Conf. publ. «Copper 2003—Cobre 2003» (30 Nov.—03 Dec. 2003). Santiago, Chile: Petroleum, 2003. Vol. 5. P. 399—406.

2. Holm M., O’Keefe T.J. Electrolyte parameter effects in the electrowinning of nickel from sulfate electrolytes. Miner. Eng. 2000. Vol. 13. No. 2. P 193—204. DOI: 10.1016/S0892-6875(99)00165-X.

3. Mohanty U.S., Tripathy B.C., Singh P., Das S.C., Misra V.N. Electrodeposition of nickel in the presence of Al3+ from sulfate baths. J. Appl. Electrochem. 2005. Vol. 35. P. 545—549. DOI: 10.1007/s10800-005-1518-x.

4. Crundwell F., Moats M., Ramachandran V. Extractive metallurgy of nickel, cobalt and platinum group metals. Oxford: Elsevier Ltd., 2011. DOI: 10.1016/C2009-0-63541-8.

5. Цупак Т.Е., Спицина А.А. Электроосаждение сплава никель—фосфор из сульфатно-хлоридного электролита, содержащего дикарбоновую кислоту. Гальванотехника и обраб. поверхности. 2012. Т. 20. No. 3. С. 42—46. Tsupak T.E., Spitsina A.A. Electrodeposition of nickelphosphorous alloy from sulfate-chloride bath containing dicarboxilic acid. Gal’vanotekhnika i obrabotka poverkhnosti. 2012. Vol. 20. No. 3. P. 42—46 (In Russ.).

6. Боярцинцева А.А., Цупак Т.Е. Катодный процесс при электроосаждении сплава никель—фосфор из сульфатно-глицинатно-хлоридных электролитов с различными фосфоросодержащими компонентами. Гальванотехника и обраб. поверхности. 2017. Т. 25. No. 2. С. 36—40. Boyarintseva A.A., Tsupak T.E. Cathode process in the electrodeposition of Ni—P alloy from sulfate-glycinate- chloride bath with various phosphorous-containing components. Gal’vanotekhnika i obrabotka poverkhnosti. 2017. Vol. 25. No. 2. P. 36—40 (In Russ.).

7. Sharifi B., Mojtahedi M.V., Goodarzi M., Vahdati Khaki J. Effect of alkaline electrolysis conditions on current efficiency and morphology of zinc powder. Hydrometallurgy. 2009. Vol. 99. P. 72—79. DOI: 10.1016/j.hydromet.2009.07.003.

8. Skital P.M., Sanecki P.T., Salentik D., Kalembkiewicz J. Electrodeposition of nickel from alkaline NH4OH/NH4Cl buffer solutions. Trans. Nonferr. Met. Soc. 2019. Vol. 29. P. 222—232. DOI: 10.1016/S1003-6326(18)64931-3.

9. Jović V.D., Jović B.M., Pavlović M.G. Electrodeposition of Ni, Co and Ni—Co alloy powders. Electrochim. Acta. 2006. Vol. 51. No. 25. P. 5468—5477. DOI: 10.1016/j.electacta.2006.02.022.

10. Jović V.D., Jović B.M., Maksimović V., Pavlović M.G. Electrodeposition and morphology of Ni, Co and Ni—Co alloy powders: Part II. Ammonium chloride supporting electrolyte. Electrochim. Acta. 2007. Vol. 52. No. 12. P. 4254—4263. DOI: 10.1016/j.electacta.2006.12.003.

11. Lačnjevac U., Jović B.M., Jović V.D. Morphology and composition of the Fe—Ni powders electrodeposited from citrate containing electrolytes. Electrochim. Acta. 2009. Vol. 55. No. 2. P. 535—543. DOI: 10.1016/j.electacta.2009.09.012.

12. Nikolić N.D., Pavlović Lj.J., Pavlović M.G., Popov K.I. Morphologies of electrochemically formed copper powder particles and their dependence on the quantity of evolved hydrogen. Powder Technol. 2008. Vol. 185. No. 3. P. 195—201. DOI: 10.1016/j.powtec.2007.10.014.

13. Nikolić N.D., Pavlović Lj.J., Pavlović M.G., Popov K.I. Formation of dish-like holes and a channel structure in electrodeposition of copper under hydrogen co-deposition. Electrochim. Acta. 2007. Vol. 52. No. 28. P. 8096—8104. DOI: 10.1016/j.electacta.2007.07.008.

14. Ostanina T.N., Rudoi V.M., Patrushev A.V., Darintseva A.B., Farlenkov A.S. Modelling the dynamic growth of copper and zinc dendritic deposits under the galvanostatic electrolysis conditions. J. Electroanal. Chem. 2015. Vol. 750. P. 9—18. DOI: 10.1016/j.jelechem.2015.04.031.

15. Obradović M.D., Bośnjakov G.Z., Maksimović M.D., Despić A.R. Pulse and direct current plating of Ni—W alloys from ammonia-citrate electrolyte. Surf. Coat. Technol. 2006. Vol. 200. P. 4201—4207. DOI: 10.1016/j.surfcoat.2004.12.013.

16. McGinnity J., Nicol M., Zainol Z., Ang A. Development of a rapid measurement of current efficiency in the electrowinning of zinc. Hydrometallurgy. 2017. Vol. 169. P. 173—182. DOI: 10.1016/j.hydromet.2017.01.009.

17. Gamburg Yu.D., Zangari G. Theory and practice of metal electrodeposition. N.Y.: Springer-Verlag, 2011. DOI: 10.1007/978-1-4419-9669-5.

18. Sumi V.S., Ameen Sha A., Arunima S.R., Shibli S.M.A. Development of a novel method of NiCoP alloy coating for electrocatalytic hydrogen evolution reaction in alkaline media. Electrochim. Acta. 2019. Vol. 303. P. 67—77. DOI: 10.1016/j.electacta.2019.02.063.

19. Левин А.И., Помосов А.В. Лабораторный практикум по теоретической электрохимии. М.: Металлургия, 1979. Levin A.I., Pomosov A.V. Laboratory practicum on theoretical electrochemistry. Moscow: Metallurgiya, 1979 (In Russ.).

20. Грань Т.В., Хейфец В.Л. Гидрометаллургия хлоридов. Киев: Наук. думка, 1964. Gran’ T.V., Kheifets V.L. Hydrometallurgy of chlorides. Kiev: Naukova dumka, 1964 (In Russ.).

21. Хейфец В.Л. Электролиз никеля. М.: Металлургия, 1975. Kheifets V.L. Electrolysis of nickel. Moscow: Metallurgiya, 1975 (In Russ.).

22. Di Bari G.A. Modern electroplating. 5-th ed. Hoboken, New Jersey: John Wiley&Sons, Inc., 2010.

23. Волков Л.В. Электролиз никеля как финишный передел технологических схем переработки никелевого сырья. Цвет. металлы. 2003. No. 7. С. 84—91. Volkov L.V. Nickel electrolysis as the final redistribution of technological schemes of processing of nickel raw materials. Tsvetnye metally. 2003. No. 7. P. 84—91 (In Russ.).

24. Britz D. Digital simulation in electrochemistry. Berlin Heidelberg: Springer, 2005. DOI: 10.1007/b97996.

25. Plieth W. Electrochemistry for materials science. Amsterdam: Elsevier, 2008.