Yugra State University BulletinYugra State University BulletinВестник Югорского государственного университета1816-92282078-9114Yugra State University56858910.18822/byusu20240111-18MATHEMATICAL MODELING AND INFORMATION TECHNOLOGIESМАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ И ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИResearch ArticleAlgorithm for the numerical investigation of cathode processes of zinc electroextractionАлгоритм численного исследования прикатодных процессов электровыделения цинкаhttps://orcid.org/0000-0002-1185-46056602262381P-6783-2015KashapovNail F.КашаповНаиль Фаикович
Russian Federation

Doctor of Engineering Science, Professor, Professor of the Department of Physics of Advanced Technologies and Materials Science, Kazan Federal University, Deputy Head of «Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences»

доктор технических наук, профессор, профессор кафедры Физики перспективных технологий и материаловедения, Казанский (Приволжский) федеральный университет, Заместитель руководителя, «Федеральный исследовательский центр Казанский научный центр Российской академии наук»

kashnail@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-0785-386156440242000B-1994-2016ChebakovaVioletta Y.ЧебаковаВиолетта Юрьевна
Russian Federation

Candidate of Science of Physics and Mathematics, Associate professor at the Department of Data Analysis and Programming Technologies

кандидат физико-математических наук, доцент Института вычислительной математики и информационных технологий

vchebakova@mail.ruChebakovaEvgenia V.ЧебаковаЕвгения Вячеславовна
Russian Federation
evgeneachebakova@mail.ruKormushinKonstantin V.КормушинКонстантин Владимирович
Russian Federation

assistant at the Department of Material Science, Welding and Industrial Safety

ассистент кафедры Материаловедения, сварки и производственной безопасности

KVKormushin@kai.ruKazan Federal UniversityКазанский (Приволжский) федеральный университет«Kazan Scientific Center of the Russian Academy of Sciences»«Федеральный исследовательский центр Казанский научный центр Российской академии наук»Chemical Institute named after A. M. ButlerovХимический институт им. А. М. БутлероваKazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev – KAIКазанский национальный исследовательский технический университет им. А. Н. Туполева-КАИ23042024201111817082023Copyright ©; 2024, Yugra State UniversityCopyright ©; 2024, Югорский государственный университет2024Yugra State UniversityЮгорский государственный университетhttps://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0https://vestnikugrasu.org/byusu/article/view/568589

Subject of research: the paper presents a numerical algorithm for detecting the rate constants of heterogeneous processes for their further investigation.

Purpose of research: Digital prototyping of electrodeposition of zinc coating by leaching depleted zinc ore.

Methods of research: the algorithm is presented on the example of predicting the dezincification during parallel hydrogen release reaction in electrolysis of a sodium hydroxide solution, which contains sodium tetrahydroxozincate, and verified using full-scale experiments. So, in this article, there are detected the constants of cathode stepwise electrochemical reactions for zinc powder obtaining using direct search method. The kinetic equation system itself, which describes cathode stepwise reactions, is solved using classical Runge-Kutta method.

Main results of research: the modeling makes allowance for the presence of parallel process of hydrogen release and occurs in the approximation of porous film during the settling-out. The numerical algorithm, developed by the authors, make it also possible to predict the current yield of substance.

Предмет исследования: в работе представлен численный алгоритм нахождения констант скоростей гетерогенных процессов для последующего их исследования.

Цель исследования: Цифровое прототипирование электроосаждения цинкового покрытия путем выщелачивания обедненной цинковой руды.

Методы исследования: алгоритм представлен на примере задачи прогнозирования выделения цинка при параллельной реакции выхода водорода при электролизе раствора гидроксида натрия, содержащего тетрагидроксоцинкат натрия и верифицирован на натурных экспериментах. Так, в данной статье методом прямого поиска находятся константы прикатодных стадийных электрохимических реакций получения порошка цинка. Сама же система кинетических уравнений, описывающая стадийные прикатодные реакции, решается классическим методом Рунге-Кутта.

Основные результаты исследования: моделирование учитывает наличие параллельного процесса выделения водорода и происходит в приближении пористой пленки при образовании осадка. Численный алгоритм, разработанный авторами, также позволяет прогнозировать выход вещества по току.

zinc electroextractionpredictingnumerical optimizationstepwise electrochemical reactionsRunge-Kutta methodэлектровыделение цинкапрогнозированиечисленная оптимизациястадийные электрохимические реакцииметод Рунге-КаттаThe study was supported by a grant from the Russian Science Foundation (project No. 23-29-00099).Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда (проект № 23-29-00099).Манаков, Д. А. Актуальные вопросы защиты от коррозии / Д. А. Манаков, О. В. Немыкина. – Текст: непосредственный // Молодежный вестник ИрГТУ. – 2019. – Т. 9, № 2. – С. 88–91.Проскуркин, Е. В. Цинковые покрытия – основные современные системы защиты труб от коррозии / Е. В. Проскуркин, В. А. Геловани, А. Н. Сонк, И. В. Петров, И. П. Ярема, Д. А Сухомлин. – Текст: непосредственный // Сталь. – 2018. – № 6. – С. 32–37.Юдин, В. М. Исследование электролитического цинкования при высоких плотностях тока / В. М. Юдин, М. Н. Вихарев. – Текст: непосредственный // Труды ГОСНИТИ. – 2008. – Т. 102. – С. 162–164.Полькин, В. И. Цинк для защиты от коррозии / В. И. Полькин. – Текст: непосредственный // Гидротехника. – 2019. – № 1 (54). – С. 86–89.Захаров, Ю. А. Совершенствование технологического процесса гальванического цинкования деталей транспортно-технологических машин и комплексов / Ю. А. Захаров, И. А. Спицын, Е. В. Ремзин, Г. А. Мусатов. – Текст: непосредственный // Модели, системы, сети в экономике, технике, природе и обществе. – 2014. – № 4 (12). – C. 105–111.Бурляев, Д. В. Цинк-никелевые сплавные покрытия: кинетика электроосаждения, коррозия и селективное растворение. Обзор / Д. В. Бурляев, О. А. Козадеров, П. Волович. – Текст: непосредственный // Конденсированные среды и межфазные границы. – 2021. – Т. 23(1). – С. 3–15.Dutra, C. A. M. Corrosion Resistance of Zn and Zn-Ni Electrodeposits: Morphological Characterization and Phases Identification/ Conceição A. M. Dutra , José W. J. Silva , Roberto Z. Nakazato // Materials Sciences and Applications, – 2013. – vol. 4. – P. 644–648Захаров, Ю. А. Выбор, контроль и корректировка электролита цинкования восстанавливаемых поверхностей деталей автомобилей / Ю. А. Захаров, Г. А. Мусатов. – Текст: электронный // Инженерный вестник Дона. – 2015. – № 2. – URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2015/2861 (дата обращения: 08.08.2021).Петров, В. В. Технология переработки отходов твердосплавного инструмента / В. В. Петров, А. Е. Проценко, К. Р. Сапожник. – Текст: непосредственный // Cтроительные материалы и изделия. – 2022 – Т. 5, № 3. – С. 27–34.Zhang, Y. Leaching of zinc from calcined smithsonite using sodium hydroxide / Yucheng Zhang, Jinxia Deng, Jun Chen, Pando Yu, Xianran Xing // Hydromettallurgy. – 2013. – vol. 131. – P. 89–92.Brenner, A. Electrodeposition of alloys principles and practice / Brenner A. – New York: Academic Press, 1963, – vol. 1. – 402 p.Abdel-Aal, E. A. Kinetics of sulfuric acid leaching of low-grade zinc silicate ore / E. A. Abdel-Aal // Hydrometallurgy. – 2000. – Vol. 55. – P. 247–254.Leung, P. K. Zinc deposition and dissolution in methanesulfonic acid onto a carbon composite electrode as the negative electrode reactions in a hybrid redox flow battery / P. K. Leung, C. Ponce-De-León, C. T. J. Low, F. C. Walsh, // Electrochimica Acta . – 2011. – vol. 56(18). – P. 6536–6546.Gürmen, S. laboratory-scale investigation of alkaline zinc electrowinning/ S. Gürmen, M. A. Emre//Minerals Engineering. – 2003 – Vol. 16(6). – P. 559–562.Кашапов, Р. Н. Кинетика двухфазных газожидкостных сред в процессах электролиза / Р. Н. Кашапов, Л. Н. Кашапов, Н. Ф. Кашапов, В. Ю. Чебакова. – Текст: непосредственный // Теплофизика высоких температур. – 2021. – Т. 59, № 6. – С. 869–876.Zhang, Y. The Electrowinning of Zinc from Sodium Hydroxide Solutions/ Yucheng Zhang, Jinxia Deng, Jun Chen, Pando Yu, Xianran Xing. //Hydromettallurgy. – 2014. – vol. 146. – P. 59–63.