Программа модуля составлена в соответствии с Федеральными государственными образовательными стандартами высшего профессионального образования
Код направления/ специальности | Название направления/ специальности | Реквизиты приказа Министерства образования и науки Российской Федерации об утверждении и вводе в действие ФГОС ВПО | |
Дата | Номер приказа | ||
240100.68 | Химическая технология | 22.12.2009 | 792 |
Цели дисциплины
Целью данной дисциплины является сформировать у студентов способности:
- применять последние достижения в области технологий и аппаратурного оформления электрохимических процессов для совершенствования процессов получения чистых металлов и сплавов;
- применять полученные теоретические знания для разработки инновационных технологий в области электрохимического синтеза металлов и покрытий;
- систематизировать, анализировать и критически оценивать информацию при решении научно-практических и научно-исследовательских задач по повышению эффективности существующих технологических процессов и проектированию новых.
В результате изучения дисциплины студенты должны:
– знать принципы выбора технологии и аппаратуры, обеспечивающих максимальную производительность целевого продукта;
– знать свойства сырья и материалов, используемых в процессах электрохимического получения металлов и сплавов;
– знать последние достижения в области электролитического получения металлов и нанесения покрытий с заданными свойствами;
– знать способы расчета параметров гальванического процесса, обеспечивающих минимальный разброс по толщине покрытия;
– уметь провести анализ существующих технологий и разработать предложения по их усовершенствованию;
– уметь обосновать выбор технологии и оборудования для получения металлов или нанесения гальванических покрытий;
– владеть навыками проектирования технологии получения металлов и сплавов с заданными свойствами;
– владеть методикой проведения экспериментов по заданной программе с целью определения оптимальных параметров электрохимического процесса.
Место дисциплины в структуре модуля и основной образовательной программы
В результате освоения данной дисциплины студент должен быть готов:
- к профессиональной эксплуатации современного оборудования и приборов технологии электролитического получения металлов и сплавов (ПК-1);
- к решению профессиональных производственных задач – контролю технологического процесса, разработке норм выработки, разработке технологических нормативов на расход материалов, заготовок, топлива и электроэнергии, к выбору оборудования и технологической оснастки (ПК-4);
- к совершенствованию технологического процесса – разработке мероприятий по комплексному использованию сырья, по замене дефицитных материалов и изысканию способов утилизации отходов производства, к исследованию причин брака в производстве и разработке предложений по его предупреждению и устранению (ПК-5);
- к оценке эффективности и внедрению в производство новых технологий (ПК-7);
- к проведению технических и технологических расчетов по проектированию электрохимических процессов получения металлов и сплавов (ПК-19);
- грамотно и понятно сформулировать проблему и поставить задачу перед специалистами смежных областей в ходе выполнения проекта (ПКД-2);
- составить техническое задание на новый продукт или новый технологический процесс (ПКД-3);
- осуществлять сопровождение нового проекта вплоть до выхода процесса на запланированную мощность (ПКД-4);
- анализировать информацию, поступающую из различных подразделений предприятия, для оптимизации технологического процесса (ПКД-8)..
Трудоемкость дисциплины по очной форме обучения
Виды учебной работы, формы контроля | Всего, час. | Учебные семестры | |
2 | 3 | ||
Аудиторные занятия, час. | 144 | 54 | 90 |
Лекции, час. | 36 | 36 | |
Практические занятия, час. | 18 | 18 | |
Лабораторные работы, час. | 90 | 18 | 72 |
Самостоятельная работа студентов, час. | 144 | 54 | 90 |
Вид промежуточного контроля | Зачет | Экзамен | |
Общая трудоемкость по учебному плану, час. | 288 | 108 | 180 |
Общая трудоемкость по учебному плану, з. е. | 8 | 3 | 5 |
Краткое описание дисциплины
Дисциплина направлена на изучение основных принципов электроосаждения металлов и сплавок из водных растворов. Рассматриваются теоретические основы процессов катодного осаждения и анодного растворения металлов и сплавов, особенности технологии при электрорафинировании, электроэкстракции и гальваническом осаждении металлов и сплавов. Особое внимание уделено конструкции электролизных ванн и системам подвода постоянного тока к электролизерам.
СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
Код разделов | Раздел дисциплины | Содержание |
Р1 | Классификация основных технологий получения металлов и сплавов | Общие вопросы электроэкстракции, электро-рафинирования и гальванического осаждения металлов. Принципы избирательности и совместного протекания электродных реакций. Представления о технических приемах реализации электрохимических технологий. Примеры использования электрохимических процессов в гидрометаллургии, гальванотехнике, природо-охранных технологиях. |
Р2 | Кинетика катодных процессов | Закономерности электрокристаллизации металлов из водных растворов, влияние условий электролиза, состава электролита на структуру катодных осадков. Поведение примесей в электролите и пути перехода их в катодный осадок. Добавки ПАВ в электролите, их назначение и влияние на катодный процесс и поведение примесей при электролизе. Многостадийные электрохимические процессы. Виды лимитирующих стадий и кинетика процесса, обусловленного лимитирующей стадией. Кинетика разряда из комплексных электролитов. Сложные электродные процессы. Особенности кинетики в присутствии поверхностно-активных веществ. |
Р3 | Кинетика анодных процессов | Растворимые и нерастворимые аноды. Окислительные процессы, происходящие на анодах. Анодная пассивность (никелевые, медные, свинцовые аноды). Влияние примесей в металлах, условий электролиза (плотность тока, температура, перемешивание) и состава электролита, а также ПАВ на анодное растворение металлов. Анодное растворение сплавов. Механизм образования шлама на аноде. Анодный выход по току. |
Р4 | Электрорафинирование металлов | Электролитическое рафинирование меди. Огневое рафинирование меди и требования к анодам. Теоретические основы процесса электролитического рафинирования меди. Примеси в аноде, их распределение в анодах из черновой и вторичной меди. Формы присутствия различных примесей в анодной меди. Формирование анодного шлама, фазовый и гранулометрический состав частиц шлама. Механизм включения примесей в катодную медь. Влияние ПАВ на качество поверхности катодного осадка и химический состав катодной меди. Требования к составу электролита. Влияние состава электролита и условий электролиза на выход по току, удельный расход электроэнергии и качество катодного осадка. Технология производства. Матричные товарные и регенеративные ванны. Безосновная технология. Аппаратурное оформление процесса электролиза. Конструкции электролизеров, электродов, виды циркуляции. Электрическое соединение ванн и электродов. Перспективы совершенствования технологии электрорафинирования меди. Электролитическое рафинирование серебра и золота. Основные виды сырья для рафинирования золота и серебра. Теоретические основы процессов. Электролиты и электродные процессы. Примеси и их поведение при электролизе. Аппаратурное оформление процессов, технология производства и технико-экономические показатели при рафинировании золота и серебра. |
Р5 | Получение металлов методом электроэкстракции | Технологическая схема получения меди методом электроэкстракции. Методы выщелачивания медных руд и концентратов. Очистка растворов. Экстракция меди. Электролит, электродные процессы и режимы при электроосаждении меди. Анодные материалы. Аппаратурное оформление процесса. Технологическая схема получения кадмия. Теоретические основы и электродные процессы при электроизвлечении кадмия. Электролиты и применяемые режимы электролиза. Аппаратурное оформление процесса и технология производства кадмия. Технико-экономические показатели электролиза и совершенствование производства кадмия. Электролитическое получение медной фольги. Технологическая схема производства медной фольги. Требования к медной фольге. Производство «сырой» фольги. Электролиты и электродные процессы. Технология нанесение адгезионного слоя. Аппаратурное оформление процессов. |
Р6 | Гальваническое нанесение металлов и сплавов | Совместный разряд ионов металлов и водорода. Совместный разряд нескольких ионов металлов. Эффекты взаимовлияния при сплавообразовании и образовании продуктов в растворе. Области применения электроли-тически осажденных сплавов. Условия сплавообра-зования. Деполяризация и сверхполяризация. Типы структуры электролитически осажденных сплавов. Фазовые диаграммы состояния сплавов. Сплавы типа механической смеси. Сплавы типа твердого раствора. Субпотенциальное выделение металла. Интерметал-лические соединения и аморфные сплавы. Влияние различных факторов на состав сплавов. |
Р7 | Оборудование электролизных цехов, расчет и проектирование электрохимических аппаратов | Общие сведения и основные положения по проектированию промышленных объектов. Пред-проектная проработка. Техническое обоснование на проектирование и строительство промышленного объекта. ТЭО как основной предпроектный документ. Задание на проектирование. Состав технико-рабочего проекта. Порядок разработки технологической части проекта. Основные руководящие материалы при проектировании. Общая классификация электрохими-ческих аппаратов. Конструктивные особенности, схемы включения электродов. Характеристики монополярных и биполярных электролизеров, их достоинства и недостатки. Конструкции электродов, диафрагмы и мембраны, их назначение, свойства и характеристики. Общие требования к материалам, используемым для изготовления электролизеров. Требования к электрод-ным материалам при электроэкстракции и рафиниро-вании. Назначение и способы организации циркуляции электролита. Электрический баланс электролизера. Методы расчета составляющих (электропроводности электролита, ЭДС разложения, перенапряжения и др.). Расчеты габаритов электролизных ванн и производительности электролизеров. |
(по очной форме обучения)
ОРГАНИЗАЦИЯ ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ, САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
И АТТЕСТАЦИИ ПО ДИСЦИПЛИНЕ
Лабораторный практикумНомер п/п | Раздел дисциплины | Наименование работы | Объем учебного времени, час. |
1 | Р2 | Изучение адсорбции ПАВ при восстановлении ионов металлов | 12 |
2 | Р3 | Исследование кинетики анодного растворения металлов | 12 |
3 | Р4 | Электролитическое рафинирование меди | 12 |
4 | Р4 | Электролитическое рафинирование никеля | 12 |
5 | Р5 | Получение цинка методом электроэкстракции | 12 |
6 | Р6 | Исследование кинетики совместного осаждения металлов | 6 |
7 | Р6 | Электроосаждение сплава медь-олово | 6 |
8 | Р6 | Электроосаждение сплава медь-цинк | 6 |
9 | Р6 | Электроосаждение сплава олово-свинец | 12 |
Номер п/п | Раздел дисциплины | Тема занятия | Объем учебного времени, час. |
1 | Р4 | Расчет скорости циркуляции, токовой нагрузки и производительности электролизера | 2 |
2 | Р6 | Расчет времени нанесения покрытия и производительности гальванического участка | 2 |
3 | Р7 | Расчет напряжения на электрохимическом аппарате | 4 |
4 | Р7 | Расчет материального баланса и расхода материалов | 6 |
5 | Р7 | Расчет теплового баланса и выбор способа поддержания температурного режима электролизера | 4 |
Самостоятельная работа студентов и мероприятия текущего контроля
Примерный перечень тем рефератов
Не предусмотрен
4.3.2. Примерный перечень тем домашних работ
Домашняя работа №1
1. Влияние параметров электролиза на качество катодного металла.
2. Влияние параметров электролиза на анодную пассивность.
3. Меры предупреждения анодной пассивности металлов.
4. Влияние параметров на химический и гранулометрический состав шламов.
4.3.3. Примерный перечень тем контрольных работ
Контрольная работа №1.
1. Расчет электропроводности электролитов.
2. Определение производительности и удельного расхода электроэнергии.
4.3.4. Примерный перечень тем расчетных работ
Не предусмотрена
4.3.5. Примерный перечень тем расчетно-графических работ
Не предусмотрена
4.3.6. Примерная тематика коллоквиумов
Не предусмотрен
Примерная тематика курсового проекта (работы) Проектирование электролизера для получения меди. Проектирование регенеративной ванны обезмеживания. Проектирование электролизера для получения цинка методом электроэкстракции Проектирование гальванической ванны нанесения покрытия олово-свинец Проектирование гальванической ванны нанесения покрытия медь-цинк Проектирование гальванической ванны цинкования
Примерный перечень контрольных вопросов для подготовки к аттестации по дисциплине
1. Общие вопросы электроэкстракции и электрорафинирования металлов. Принципы избирательного осаждения. Требования к физико-химическим, электрохимическим характеристикам растворов электролитов в гидрометаллургии.
2. Выход по току: технический, фарадеевский и аппаратный. Удельный расход электроэнергии постоянного тока. Влияние различных технологических параметров на удельный расход электроэнергии.
3. Электроэкстракция кадмия. Принципиальная технологическая схема. Извлечение кадмия из отходов производства цинка. Теоретические основы электроэкстракции кадмия. Составы электролитов и режимы электролиза. Основные технологические операции при производстве электролитического кадмия. Аппаратурное оформление процесса и технология производства кадмия.
4. Электроэкстакция меди. Технологическая схема гидроэлектролитического способа получения меди. Выщелачивание медных руд и концентратов. Очистка растворов. Жидкостная экстракция меди. Электролитическое осаждение меди с нерастворимыми анодами. Электролит и электродные процессы и режимы при получении меди. Анодный материалы. Аппаратурное оформление процесса и технология производства гидроэлектрометаллургического способа получения меди.
5. Электролитическое рафинирование серебра. Основные виды сырья для рафинирования серебра. Теоретические основы процессов. Электролиты и электродные процессы. Аппаратурное оформление процессов, технология производства и технико-экономические показатели при рафинировании серебра.
6. Электролитическое получение медной фольги. Технологическая схема производства медной фольги. Требования к медной фольге. Производство «сырой» фольги. Электролиты и электродные процессы. Аппаратурное оформление процесса. Технология нанесения адгезионного слоя на «сырую» фольгу.
7. Электроосаждение сплавов. Области применения электроосажденных сплавов. Теоретические основы совместного осаждения металлов. Условия сплавообразования. Несопряженные и сопряженные системы. Типы структуры электролитически осажденных сплавов. Фазовые диаграммы состояния сплавов. Сплавы типа механической смеси. Сплавы типа твердого раствора. Интерметаллические соединения и аморфные сплавы. Влияние различных факторов (состав раствора, температура потенциал, плотность тока, перемешивание) на состав сплавов.
8. Оборудование гидроэлектрометаллургических производств. Электролизеры непрерывного и периодического действия. Преимущества и недостатки. Электролизные ванны для рафинирования меди и никеля; электроэкстракции цинка, меди и кадмия. Чем обусловлено отличие в их конструкции? Общие требования к материалам, используемым для изготовления электролизеров.
9. Конструкции гальванических ванн. Материалы, применяемые для изготовления оборудования.
10. Типы катодов и анодов, применяемых в электрохимических производствах. Требования к растворимым и нерастворимым анодам. Катоды, используемые при электрорафинировании и электроэкстракции металлов.
11. Назначение и способы организации циркуляции электролита. Связь циркуляции с требованиями технологии (на примере получения меди, никеля и цинка).
12. Подвод тока к ваннам электролиза. Системы контактов, используемые в гальванотехнике и гидрометаллургии.
13. Электрическое соединение ванн в гидроэлектрометаллургии. Система серий и система мультипль. Их преимущества и недостатки. Примеры применения различных систем подвода тока к электродам и ваннам.
14. Мероприятия, направленные на снижение удельного расхода электроэнергии (обнаружение коротких замыканий, утечки тока) и улучшение санитарно-гигиенических условий работающих в цехах электролиза.
15. Расчет электрохимического производства с периодическим режимом работы. Расчет размеров гальванических ванн.
16. Расчет электролизеров с непрерывным режимом работы (в гидроэлектрометаллургии). Расчеты габаритов электролизных ванн и производительности электролизеров.
УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ Рекомендуемая литература
5.1.1. Основная литература
, , Цирлина . - М.: Химия, 2006. - 624 с. оверхностно-активные вещества и полимеры. Пер. с англ. М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2009. – 528 с. , Гамбург -химические основы электрохимии: Учебник. Долгопрудный: Издательский Дом «Интеллект», 2008. – 424 с. Гамбург покрытия. Справочник по применению. М.: Техносфера, 2006. -216 с. Садыков переработка низкосортных цинковых концентратов. Екатеринбург.: УрО РАН, 2006. – 583с Гидрометаллургия цинка (очистка растворов и электролиз) / , , . - М.: Издательский дом «Руда и металлы», 2006. - 176 с. , , Шнеерсон : в 3-х томах. - М.: Машиностроение, 2004.5.1.2. Дополнительная литература
, , Смирнов меди. – М.: Металлургия. 1992. – 256 с. Анодная и катодная медь. , , /Под общей ред. . – Челябинск: Южно-Уральское книжное издательство, 2001. – 431 с. Гамбург кристаллизация металлов и сплавов. М.: Янус-К, 1997. -384 с. , Юнь гидрометаллургических процессов. - М.: МИСИС, 1995. - 428 с. , Поветкин покрытий: Учебник для вузов. - М.: «СП Интермет Инжиниринг», 1999. – 296 с. Практикум по прикладной электрохимии: Учеб. пособие для вузов/ , , и др.; Под ред. , . – 3-е изд., перераб. – Л.: Химия, 1990 – 304 с. Флеров задач по прикладной электрохимии: Учеб. пособие для вузов. – 3-е изд., перераб. и доп. –М.: Высш. школа,1987.– 319 с. Барабошкин металлов из расплавленных солей. М.: Наука, 1976. 280 с. , Журин в гидроэлектрометаллургии – М.: Металлургиздат, 1977. – 336 с. , Грань никеля. – М.: Металлургия. 1975. – 334 с. Кирьяков сернокислых растворов цинка. - Алма-Ата: «Наука» КазССР, 1977. - 144 с. Прикладная электрохимия: Учебник. /Под ред. . – Изд. 3-е, пер. и доп. – М., Химия, 1984. – 520 с Алкацев цементации в цветной металлургии. - М.: Металлургия, 1981. - 116 с. , Леонтьев текстур при электрокристаллизации металлов. М.: Металлургия, 1974. 183 с. , Коварский микронеровностей при электроосаж-дении металлов // Итоги науки: Электрохимия. М.: ВИНИТИ:, 1975. Т. 10. С. 106 – 188.
5.1.3. Методические разработки, в том числе электронные образовательные ресурсы
Технологические расчеты оборудования электрохимических производств. Часть1 /, , , , Зайков : ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2006. – 81с. Расчет электрохимических процессов в пакете MathCAD/ , , Даринцева : ГОУ ВПО УГТУ-УПИ, 2007. – 56с. , , Даринцева металлов из водных растворов. Учебное пособие. Екатеринбург.: УГТУ-УПИ, 2007. – 116 с.Электронные образовательные ресурсы
http://rushim. ru/books/electrochemistry/electrochemistry. htm - электронная библиотека
http://www. galvanicrus. ru сайт Российского общества гальванотехников и специалистов в области обработки поверхности
http://www. ise-online. org International Society of Electrochemistry
Программное обеспечение
- операционная система Microsoft Windows; Microsoft Office в составе Word, Excel; пакет программ для научных исследований MATCAD.
Базы данных, информационно-справочные и поисковые системы
http://yandex. ru, http://google. ru, http://rambler. ru – поисковые системы в Интернет;
http://www. chemport. ru/data, http://www. xumuk. ru - электронные справочники по химии
Используемые СКУД и АПИМ
Средства контроля учебных достижений (СКУД) не используются.
В качестве аттестационных педагогических измерительных материалов (АПИМ) используются нетестовые материалы.
5.6 Используемые информационные сервисы УрФУ
Портал информационно-образовательных ресурсов УрФУ www. study. ustu. ru
МАТЕРИАЛЬНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ
6.1 Общие требования
Лабораторные работы должны выполняться в специализированных залах, оснащенных вытяжной вентиляцией, канализацией, емкостями для сбора сливов.
6.2 Сведения об оснащенности дисциплины специализированным и лабораторным оборудованием
Электрохимическая лаборатория, в состав которой входят: выпрямители, реостаты, интеграторы электронные, рН-метры, измерительные приборы, лабораторные электролизеры, установки для очистки воды, средства приготовления растворов и т. п.
персональные компьютеры и программное обеспечение в соответствии с тематикой изучаемого материала для моделирования технологических процессов и обработки экспериментальных данных.
7.1 Рекомендации для преподавателя
- составление и обновление списка литературы, обязательной для изучения и дополнительной литературы; проведение собственных исследований в этой области; разработку и составление тестовых заданий, контрольных вопросов; разработку методики проведения и совершенствование тематики лабораторных работ; использование в лабораторном практикуме реальных данных и получение результатов, имеющих практический смысл для инженерных расчетов
7.2 Рекомендации для студента
- обязательное посещение лекций ведущего преподавателя; подготовку и активную работу на лабораторных занятиях; подготовка к лабораторным занятиям включает проработку материалов лекций, рекомендованной учебной литературы; перед выполнением каждой лабораторной работы необходимо подготовить и сдать коллоквиум по соответствующим разделам теоретического курса
ПРИМЕНЕНИЕ АКТИВНЫХ МЕТОДОВ ОБУЧЕНИЯ
Раздел дисциплины | Активные методы обучения | Формы учебных занятий | ||||||||
Лекция | Практич. занятие | Лабораторная работа | Коллоквиум | Курсовой проект | Курсовая работа | Расчетно-граф. работа | Расчетная работа | Домашняя работа | Реферат | Подготовка к ауд. занятиям |
Р1-Р3 | Проектный метод | |||||||||
Анализ конкретных ситуаций | ||||||||||
Обучение на основе опыта | * | |||||||||
Методы проблемного обучения | * | |||||||||
Работа в команде | ||||||||||
Опережающая самостоятельная работа | * | |||||||||
Р4-Р7 | Проектный метод | * | * | |||||||
Анализ конкретных ситуаций | * | |||||||||
Обучение на основе опыта | * | |||||||||
Методы проблемного обучения | * | |||||||||
Работа в команде | ||||||||||
Опережающая самостоятельная работа | * |
Перечень клюЧевых слов дисциплины
№ раздела | Наименование раздела | Ключевые слова |
Р1 | Классификация основных технологий получения металлов и сплавов | Электроэкстракция, электрорафинирование, гальваническое осаждение металлов |
Р2 | Кинетика катодных процессов | Электрокристаллизация металлов, условия электролиза, структура катодных осадков, поверхностно-активные вещества. |
Р3 | Кинетика анодных процессов | Растворимые и нерастворимые аноды, анодная пассивность анодное растворение сплавов, шламы. |
Р4 | Электрорафинирование металлов | Электролитическое рафинирование, матричные товарные, регенеративные ванны, безосновная технология, поведение примесей. |
Р5 | Получение металлов методом электроэкстракции | Электроэкстракция меди, кадмия, получение медной фольги |
Р6 | Гальваническое нанесение металлов и сплавов | Совместный разряд ионов металлов и водорода, сплавообразование, типы структуры осадков, диаграммы состояния сплавов. |
Р7 | Оборудование электролизных цехов, расчет и проектирование электрохимических аппаратов | Предпроектная проработка, техническое обоснование, электрохимический аппарат, монополярные и биполярные электролизеры, диафрагмы и мембраны, циркуляция электролита. |
Лист регистрации изменений в рабочей программе дисциплины
Номер изменения | Номер пункта (подпункта) | Дата внесения изменения | Изменение | Подпись ответственного за внесение изменений |
Измененного | Нового | Изъятого | ||
