Elektr kimyoviy va fizikaviy ishlash qurilmalari

ELEKTR KIMYOVIY VA FIZIKAVIY ISHLASH QURILMALARI


Reja:
1. Elektrokimyoviy Ishlov berIsh bo’yicha umumiy tushunchalar.
2. Elektrolitlarda elektr tokini okIshi.
3. KorIshma va eritma elektrolizi.
4. Metallarning elektrokimyoviy mashinasozlikda qo’llash.
5. Alyuminiy elektrolizi.
1. Elektrokimyo - fan sifatida ionlar faoliyati va shuningdek, kattik jism va korIshma o’rtasidagi chegaradagi xodisalarni urgatadi. Bunday xodisalarni urganIshda korIshma sifatida elektrolitlar asos qilishb olinadi.
Elektolitlar deb, elektrolitik dissotsiatsiya natijasida ionlar xarakatidan iborat elektr tokini utkazIsh kobiliyatiga ega bo’lgan moddalar, korIshma va eritmalarga aytiladi. Metallar va yarim o’tkazgichlardan farkli ularok elektrolit korIshmalari va eritmalari ion utkazuvchanligiga ega.
Elektrolitik dissotsiatsiya deb moddalarning (molekulalarning) erIsh yoki korIshIsh davrida zaryadlangan ionlarga ajralish jarayoniga aytiladi. Bunda, dissotsiatsiya oqibatida xosil bo’lgan musbat va manfiy ionlar soni bir - biriga tengdir. Musbat ionlar o’zidan bir yoki bir nechta elektronini yukotgan atom yoki molekulani ifodalasa, manfiy ionlar esa, aksincha bir yoki bir nechta ortikcha elektronga ega bo’lgan atom yoki molekulalarni ifodalaydi. Misol uchun, osh to’zini suvda eritish oqibatida uning molekulasi ikki ionga ajraladi, ya‘ni Na+ va Cl- .
Elektrolitlarda dissotsiatsiya jarayoni bilan bir paytda unga teskari bo’lgan, ya‘ni ionlarning aloxida molekula bo’lib birlashIsh jarayoni amalga oshiriladi. Bunday jarayon molizatsiya deb ataladi.
Elektrod - elektrod tizimida metallda xam, elektrolitda xam xuddi usha ionlar mavjud. Metallda ushbu ionlar krisstall panjara(katak) tugunlarida joylashgan bo’lsa, elektrolitda ushbu ionlar erituvchining molekulalari bilan bog’langan bo’ladi. Ionni kristall katak (panjara) tugunidan elektrolitga o’tishi uchun ma‘lum energiya sarflanIshi kerak. Ushbu energiya ionning metalldan chiqIsh Ishi deb ataladi. Ionni elektrolitdan metallga o’tishi uchun esa gidratatsiya energiyasi deb ataladigan ma‘lum Ish bajarilishi talab qilishnadi.
Elektrolitlarda ionlar molekulalar kabi tartibsiz xarakatda bo’ladi. Agar elektrolitlarga tushirilgan elektrodlarga elektr maydoni ta‘sir etilsa, tartibsiz issiqlik xarakatidan tashkari, ionlarning tartibli xarakati yuzaga keladi. Bunda musbat ionlar - kationlar katodga karab, manfiy ionlar - anionlar anodga karab xarakat qiladi. Belgilangan elektrodlarga etib borgan ionlar ularga uz zaryadlarini beradi, oddiy atom yoki molekulaga aylangach, elektrodlarda ajralib koladi yoki elektrod materiali bilan kimyoviy reaktsiyaga kirishadi.
10.2. Ma‘lumki, elektrolitlardagi elektr toki, o’zidan, elektr maydonidagi ionlarning yunaltirilgan xarakatini ifodalaydi. Metall va yarim o’tkazgichlardan farkli, elektrolitlardan elektr tokining okIshi modda massasini kuchIshi bilan birga kuzatiladi.
Elektrolit korIshmasidan elektr tokining okib o’tishi davomida elektrodda ajralgan modda mikdori “q” Faradey konuniga ko’ra aniqlanadi.

g=I (1)

bu erda
 - elektrokimyoviy ekvivalent, g/Kl;

I - tok, A;
 - tokning okib o’tish vakti, s.
Elektrokimyoviy ekvivalent ( - elektrolitdan bir kulon elektr zaryadi okib utganda ajralib chikkan modda mikdori. Son jixatdan bu mikdor modda kimyoviy elementining Faradey soniga nisbatiga teng. Uz urnida esa Faradey soni (Ff) bir gramm-ekvivalent modda ajralib chiqIsh uchun talab qilishngan elektr zaryadi mikdoriga teng [Ff = 96485 Kl/(g.ekv)].
Kuyida elektr maydon ta‘sirida elektrolitlardagi ionlarning xarakatlanIshini kurib chikamiz.
Maydon ta‘sirida elektrolitlarda xarakatlanayotgan ion, suyuqlik molekulalari tomonidan ko’rsatilayotgan qarshilik ostida bo’ladi (doimiy tormozlanIshda bo’ladi). Buning oqibatida ionlar elektr maydoni tomonidan olingan energiyasini molekulalarga berib, ularning tartibsiz xarakatini kuchaytiradi va natijada elektrolitlarning kizib borishiga sabab bo’ladi.
Ionlarning o’ziga xos “erkin xarakatlanIshi masofasi” belgilab kuyilmaganligi sababli, ular xarakat qilayotgan muxit ionlarga doimiy qarshilik ko’rsatib turadi. Ionlarga ta‘sir qilayotgan qarshilik tartibli xarakat tezligining birinchi darajasiga proportsional bo’ladi.
FT=kv (2)
bu erda k - IshkalanIsh koeffitsienti.
Elektronlarning xarakati yo’nalishida elektronlarga elektr kuchi Fe ta‘sir ko’rsatadi:
FE=eE ( 3 )

bu erda e - ion zaryadi.

Agar xarakatlanIshning boshlanIshida ion tezligi kichik kiymatga ega bo’lsa, tezlik Fe kuchi ta‘sirida ortib boradi.
Tartibli xarakatning o’rtacha tezligi kuyidagidan kelib chikib aniqlanadi, Ft = Fe, yoki eE =kv, bundan
( 4 )
bu erda: (=e/k- ionning xarakatlanuvchanligi.
Elektrolitdan utayotgan tok zichligi:

j=env=enE ( 5 )

Musbat va manfiy ionlar tok zichligi xisobga olinsa:

j=e(n⁺⁺+n^-^-)E ( 6 )

bu erda n⁺ ,⁺ ,n^-,^- - mos ravIshda musbat va manfiy ionlar kontsentratsiyasi va xarakatlanuvchanligi.

Elektrolitlarda tok zichligi j elektr maydoni kuchlanganligiga proportsional bo’lgani sababli, barcha bog’lanIshlar Om konuniga buysunadi.
Elektrolit utkazuvchanligi σ=e(n⁺⁺+n^-^-) ionlar kontsentratsiyasi va xarakatlanuvchanligi ortishi bilan ortib boradi va ushbu xolatni ionlar xarakatlanuvchanligining ortishi va dissotsiatsiya darajasining o’sIshi bilan izoxlash mumkin.
10.3. Elektrolitlardan tok okIshi davomida elektrodlardan modda ajralib chiqIsh jarayoni, shuningdek, modda zarrachalari tomonidan elektrodlarni uzlashtirIsh yoki yukotish bilan kuzatiladigan elektrodlardagi oksidlanIsh yoki tiklanIsh jarayonlari elektroliz deb ataladi.
Sanoatda elektroliz asosan metallarni anodda parchalash va parchalangan eritmalarni katodda birlashtirIsh orqali amalga oshiriladi.
Vodorodli normal elektrod potentsialiga nisbatan normal potentsiali - 1 dan katta bo’lgan moddalar korIshmalar elektrolizi orqali olinadi (Masalan, mis, rux). Normal potentsiali - 1 dan kichik moddalarni bu usulda olish mumkin emas. Shuning uchun bunday moddalar olish uchun, shu metall tuzlari eritmalarining elektrolizidan foydalaniladi.
Elektroliz vannasidagi jarayon elektr energiyasini uzlashtirIsh orqali amalga oshirilsa, bunday vannalar elektrolizerlar deb ataladi. Elektrolizerning printsipial sxemasi 1- rasmda keltirilgan:

1- rasm.

1 - elektrolit; 2 - elektrodlar; 3 - energiya manbasi; 4 - tok utkazuvchi shinalar.

Anodda metallning metall xolatidan (Meo) ion xolatiga o’tishi metalldan elektronlarning ajralishi Me0 - ne ( Men+ (parchalanIshi) xisobiga amalga oshadi, bu erda n - birlamchi zaryadlar soni. Katodda ion elektronlarni o’ziga uzlashtirib, metall xolatiga o’tadi Men++ne ( Meo (katodni qoplash).

Elektroliz vannasidagi kuchlanIsh
U=U₁+U_a+U_k+ (7)
bu erda :

U1 - moddaning elektrokimyoviy parchalanIsh kuchlanIshi.

Ua, Uk - mos ravIshda potentsialning anod va katodda tushIshi.
I - vannadagi tok kuchi;
l - elektrodlar o’rtasidagi masofa;
 - elektrolit utkazuvchanligi;
Elektroliz vannasidan ajralayotgan quvvat:


(8)

Elektroliz davomida olingan modda mikdorining (q1) Faradey konuniga ko’ra nazariy jixatdan olinIshi mumkin bo’lgan modda mikdoriga (q2) nisbati Ai tokka ko’ra modda ( olish) chiqIshi (%) deb ataladi:

(9)

Elektroliz jarayonining effektivligi, shuningdek energiyaga ko’ra modda chiqIshi Ae bilan xam baxolanadi:

(10)

bu erda: ( - moddaning elektrokimyoviy ekvivalenti.

Shunday qilishb, energiyaga ko’ra metall chiqIshi deb, sarf bo’lgan 1 Dj energiya mikdoriga nisbatan grammlarda olingan (g/Dj) metall mikdoriga aytiladi.
Elektroliz jadallligini aniqlovchi yana bir xarakterli kattalik, bu tokning elektrodli zichligi (A/m2 ) xisoblanadi.
j=I/S (11)
S-elektrodning elektrolitga botirilgan qismi yuzasi (m2).
Elektrod atrofida ikki kavat elektr qatlami xosil bo’lishi ionlarning elektrodlarga yakinlashIshiga va elektroddan ionlarning chiqIshiga qarshilik ko’rsatadi. Bu qatlamni bartaraf etish uchun elektrolitlarni tsirkulyatsiya qilishsh, elektroliz vannasini impulsli manba kuchlanIshiga ulash va shuningdek, elektrodlar vibratsiyasini amalga oshirish kabi tadbirlar kullaniladi.
Elektroliz qurilmalarini doimiy tok manbasiga ulashda uzgarmas tok generatorlari yoki sanoat davr tezligida uzgaruvchan tokni uzgarmas tokka aylantiruvchi to’g’rilagich agregatlardan foydalaniladi. Amalda, f.i.k. ti 97 - 99 % bo’lgan kremniyli to’g’rilagich agregatlardan foydalanIsh keng tarkalgan. Yuqorida aytilganidek, materiallarining EK usullari bilan Ishlash elektrotexnologiyaning yangi usullar guruxi deb ataladi. Bu usullar materiallarni Ishlash-yuzalaridan olib tashlash uchun, uni olib o’tish, tanovarlarni shaqillantirIshlar yoki strukturaviy aylantirIshlar uchun kullanilanadi; bu bevosita Ishlash zonasiga kiritilayotgan elektr energiya yordami bilan amalga oshadi. Kupincha anodli eritish jarayoni kullanadi, ya‘ni anoddan metalni xar xil nometalli birikmalarga o’tishi.
EK Ishlash operatsiyalari ikki guruxga bo’linadi:
statsionarli elektrolitda tokning past zichligida EKI;
okib o’tadigan elektrolitda tokning yuqori zichligi EKI;
EK usuli yordami bilan kuydagi operatsiyalar bajarilishi mumkin: metall yuzasini oksidlardan, zanglardan, yogli plyonkalardan boshqa ifloslanIshlardan anodli edirIsh (tozalash); kesuvchi instrumentni, ularda tokning yuqori zichligini barpo qilishsh xisobiga, utkirlash va charxlash; tanovarlarni proflash (metalga yaxshi Ishlov berIsh yuli bilan uni ma‘lum shaklga kiritish); metallarga nakIsh tushirIsh va tamga bosIsh (lak yoki mum surtildi, eritilish qoplama yuk joyda sodir bo’ladi); anodli eritish yuli bilan metall turlar va kichik kalinlik listlar tayyorlash usuli.
4. Galvanotexnika – bu elektroliz usuli bilan buyumlar yuzasiga metalli qoplamalar qoplash jarayoni. Galvanotexnika - galvanostegiya va galvanoplastikaga bo’linadi.
Galvanostegiya- bu metall buyumlarga ularni mexanik mustaxkamligini, korroziyaga qarshi bardoshlik xossalarini va dekorativ sifatlarini oshirish maksadida metallarni elektr kimyoviy qoplashdir.
Galvonaplastika -bu shablonlarga metallarni elektr kimyoviy qoplash jarayonidir. Shablonlar xar xil buyumlar shtamplarni tayyorlashda kullaniladi. Shablonlar yuzasiga elektr utkazuvchanligini oshirish uchun olinadigan grafit qatlami beriladi, keyin metall qoplanadi.
Po’latni korroziyadan Ishonchli ximoyasi bo’lib anodli qoplamalar xizmat qiladi.
Anodlash- bu metalli buyumlar yuzasidan ularni tegIshli rastvorlarda, anodli Ishlash yuli bilan, oksidli korroziyaga qarshi qoplamalar olish jarayonidir. U alyuminiy va magniy xamda ularning kotishmalaridan yasalgan buyumlarni korroziyadan ximoya qilishsh uchun keng kullaniladi.Anodlash jarayoni 25% sulfat kislotaning rastvorida, katodda tok zichligi 100- A\m2 , vannada 6-12 V kuchlanIshda, elektrolit xarorati 298 K da bo’lib o’tadi. Anodlashda alyuminiy yuzasida kush oksidli qatlam paydo bo’ladi: yuqoridagi kalin govakli va pastki yupka zich. Alyuminiyli oksidli parda yaxshi korroziyaga qarshi va elektr izolyatsiyali xususiyatlariga ega .
Metalli qoplamning asosiy metall bilan maxkam bog’lanIsh uchun oxirgisining yuzasi xar xil bilan tozzalanadi: mexanik (silliklash, saykallash), elektr kimyoviy, xamda ultratovushli Ishlash.
Metall qoplash vannalari po’latdan yasaladi va ichini plastmassalar bilan futerovkalashadi. Katodli shinalarga buyumlar, anodlarga esa buyumlarni qoplaydigan metallning plastinkalari osiladi.
Anodli eritishga asoslangan EKI uzgarmas, impulsli, pulsatsiyali yoki nosimmetrikli uzgaruvchan tokda olib boriladi. TM sanoat tarmogidan elektr energiyasini EKI uchun keraklicha aylantiriladi. TM qator talablarga javob berIsh kerak: Ishlashning kerakli aniqliligini va stabilligini ta‘minlash , k.t. larda elektrodlarning bo’zilmasligi chiqIsh kiymatlarining pogonali va ravon rostlashni bajarIsh xamda ularni stabillash. Bundan tashkari ular tejamli, Ishlatishda kulay, kichik gabaritli bo’lishi kerak .
TM sifatida yarim o’tkazgichli tugirlagichlar, ularda tiristorlar rostlovchi elementlari bo’lib xizmat qiladilar. VAK va VAKR seriyali tugirlagichli agregatlar galvaniqli vannalar va elektr kimyoviy stanoklarga uzgarmas tok berIsh uchun mo’ljallangan. Ular tugirlangan 6, 12, 24, 36, 48 V kuchlanIshlarga va 100, 320, 630, 1600, 3200, 4800, 12500 A tokga 1.2; 2,4;15,12; 75,6;150; 300 kVt quvvatda Ishlab chikariladi.
Agregatlarda tugirlangan tok va kuchlanIsh , tok zichligini avtomatik stabillash, xamda chiqIsh kuchlanIshining dastaki rostlash mo’ljallab qo’yilgan. VAK-100 agregatlarda, tranzistorlarda uzgarmas tokli termokompensatsiyalovchi kuchaytirgich avtomatik rostlashning asosiy elementidir. Boshqa agregatlarda avtomatikaning sxemasi magnitli kuchaytirgichlarda bajarilgan.
10.5. Alyuminiy elektrolizi.Aviasozlik, avtomabilsozlik, transport va kIshlok xujalik mashinasozligi, elektrotexnika, metallurgiya, kimyo, kurilishda, uy ro’zgr’ buyumlari va boshqa soxalarda keng kullaniladi. Alyuminiy bor rudalar (ma‘danlar)-boksitlar, nefelinlar, apatitlar, alunitlar va kaolinlardir. Glinozem Al2O3 .Bu rudalardan maxsus Ishlov bilan ajratiladi. Eritilgan tuzlar elektroliz qilishsh yuli bilan alyuminiy olinadi. Alyuminiy oksidining eritmasi (rastvor) erigan kriolit NaAlF6 dagi elektrolitdir. Chunki ftoridli rasplavlar kuchli tajovuzkor (agressiv), alyuminiy elektrolizini sarflanadigan kumirli elektrod bilan olib boriladi, vannalarning ichki yuzalarini esa kumir plitalar va bloklar bilan futerovka qilishnadi. Umuman elektroliz jarayonini katodda metalli alyuminiy ajratiladi va kumirli anod oksidlanadi, chunki unda kislorod ajraladi, deb kuz oldiga keltirIsh mumkin.
To’zilishi bo’yicha elektrolizyorlar kuydirilgan va o’zi pIshib etiladigan kumir anodli bo’ladi, yonboshli va ustki tok keltirgich bilan; quvvat bo’yicha esa (tok kuchi bo’yicha) –kichik quvvatli (40-50 kA), o’rta quvvatli (60-80 kA), katta quvvatli (110-160 kA) va uta katta quvvatli (200-250 kA).
Jarayonni boshlash uchun elektrolizyorga 94-90 foizli kriolit, 6-10 foizli gil tuprok kiritilib, tok zanjiriga ulanadi. Bunda zanjirdan 4-10 V li 7500-15000A tok utib (0,7-1,2 A/sm2) zichlikda elektrolit 950-1000o S gacha kizib Suyuqlanadi. Vannada kuydagi reaktsiyalar boradi:
(12)

Katodga borib alyuminiy kationlari zaryadsizlanadi va vanna tipiga Suyuq alyuminiy yigiladi. Yigilayotgan alyuminiy xar 3-4 sutkada chikarib turiladi.

O’zi pIshib etiladigan elektrodlarning asosiy afzalligi ularni presslash va kuydirIshiga ketadigan sarfiyotlarni tejashdadir. Kamchiliklari - zararli gazlar ajralib chiqIshi, yuqori qarshilik , maydalanIsh (elektrolitdan kupikni- kumir uvoklarni olish).
Foydalanilgan adabietlar.


1.Bolotov A.V.,SHepel G.A. «Elektrotexnologicheskie ustanovki» M.Vsshaya shkola. 1988god.
2.I.P.Evtyukova,L.S.Katsevich,N.M.Nekrasova,A.D.Svenchanskiy «Elektrotexnologicheskie ustanovki»pod redaktsiey A.D. Svenchanskogo, Energoatomizdat 1982 god.
3.I.I.Aliev «Spravochnik po elektrotexnike i elektrooborudovaniyu»
M.Vsshaya shkola.2000 yil.
4.M.M.Matbabaev «Elektrotexnologik qurilmalar»,o’quv qo’llanma FarPI 2002 iyl.