Статья: 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

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

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

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.