«Фторид ертінділерінде коррозияға тұрақты титанның электролиттік еруін зерттеу» тақырыбына

 

 

 

Айнымалы токтағы ток шығыны орташа бойынша NaF аркылы есептеу графигі 8суретте көрсетілген.

 

 

 

8 сурет. Ток шығыны орташабойыншаNaF айнымалы токтағы графигі

 

 

Айнымалы токтағы ток шығыны сынақ бойынша NaF аркылы есептеу графигі 9суретте көрсетілген.

 

 

 

9сурет. Ток шығыны сынақ бойыншаNaF айнымалы токтағы графигі

 

Тұрақты токта  3 нормальді HNO3, 0,32 мл NaF  есептеу:

 г дейін   электролизға дейінгі титаннын массасы,

 г дейін,

 г кейінгі  электролизға кейінгі титаннын массасы,

г кейінгі.

 

г

 г

 

орташасын есептеу:

 

 г

 

Тұрақты токта  3 нормальді HNO3, 1,282 мл NaF  есептеу:

дейін   электролизға дейінгі титаннын массасы,

дейін,

 кейінгі  электролизға кейінгі  титаннын массасы,

кейінгі.

 

г

 г

 

орташасын есептеу:

 

 г

 

Тұрақты токта  3 нормальді HNO3, 1,602 мл NaF  есептеу:

 г дейін   электролизға дейінгі титаннын массасы,

 г дейін,

 г кейінгі  электролизға кейінгі титаннын массасы,

г кейінгі.

 

 г

 г

 

орташасын есептеу:

 

 г

 

 

 

 

Тұрақты токта  3 нормальді HNO3, 2 мл NaF  есептеу:

 г дейін   электролизға дейінгі титаннын массасы,

 г дейін,

 г кейінгі  электролизға кейінгі титаннын массасы,

 г кейінгі.

 

 г

 г

 

орташасын есептеу:

 

 г

 

Тұрақты токта  3 нормальді HNO3, 0,25 мл NaF  есептеу:

 г дейін   электролизға дейінгі титаннын массасы,

 г дейін,

г кейінгі  электролизға кейінгі титаннын массасы,

гкейінгі.

 

 г

 г

 

орташасын есептеу:

 

 г

 

Тұрақты токта  3 нормальді HNO3, 0,5 мл NaF  есептеу:

 г дейін   электролизға дейінгі титаннын массасы

 г дейін

 г кейінгі  электролизға кейінгі титаннын массасы

гкейінгі

 

 г

 г

 

орташасын есептеу:

 

 г

 

Тұрақты токта ( )3 нормальді HNO3, 2 мл NaF косу арқылы есептеуі

5 кестеде көрсетілген.

 

5 кесте 

Тұрақты токта 3 нормальді HNO3,  2 мл NaF косу арқылы

2мл  NaF	mбаст.	mсонгы	∆m	∆mср	∆mопыт	Т/ШОРТ	Т/ШОПЫТ
0,32мл	2,7098 2,6108	2,7096 2,6106	0,0002 0,0002	0,0002	0,0414 0,0403	6,53	111,29 108,38
1,282мл	2,6684 2,5705	2,6678 2,5688	0,0006 0,0017	0,00115	0,011 0,0015	3,09	29,56 4,632
1,602мл	2,6673 2,5690	2,6668 2,5676	0,0005 0,0014	0,00095	0,0325 0,046	2,55	87,36 123,65
2мл	2,6348 2,5230	2,6344 2,5226	0,0004 0,0004	0,0004		1,07
0,25мл	2,5466 2,3598	2,5465 2,3597	0,0001 0,0001	0,0001	0,0277 0,0242	0,268	74,46 65,053
0,5 мл	2,5189 2,3356	2,5186 2,3345	0,0003 0,0011	0,0007		1,88

 

 

Тұрқты токтағы ток шығыны орташа бойынша NaF аркылы есептеу графигі 10суретте көрсетілген.

 

 

 

10сурет Ток шығыны орташа NaF бойынша тұрақты токтағыграфигі

 

Тұрқты токтағы ток шығыны сынақ бойынша NaF аркылы есептеу графигі 11суретте көрсетілген.

 

 

 

 

11 сурет Ток шығыны сынақ бойыншаNaFтұрақты токтағыграфигі

 

 

2.4Титанның хлоридының түзілуіне ерiтiндiнiң температурасының ықпалы

 

 

0, 5 сағаттың ағымында 1000 А/м2 тоқтың тығыздығы кезінде тұз қышқылының 5моль ерiтiндiсіндегi үш валенттi титанның хлоридының  түзілуімен өнеркәсiптiк айнымалы тоқтың поляризациясы кезінде титанның еру  тоғы бойынша ерiтiндiнiң температурасының шығуға ықпалы зерттеген(6 кестеде).

6 кесте 

Ток бойынша шығуға ерiтiндiнiң температурасының ықпалы (Вт) және айнымалы тоқтың поляризациясы кезіндегі титанның (V ) еруiнің жылдамдығы

Т, 0С	25	35	45	55	65	75
∆m, г	0,0642	0,068	0,0799	0,0953	0,1054	0,1223
ВТ, %	23,7	25,1	29,5	35,2	39,1	45,2
V, г/м2*сағ	142,6	151,1	177,5	211,7	234,2	271,7
Ескерту: i = 1000 А/м2; С (HCl) = 5моль ; t = 0,5 сағ

 

Сонымен бiрге, 25-750С 23, 7%тен 45, 2% дейiнгі тоқ бойынша шығудың сызықты жоғарылауы орнатылған, бұл кездегі  750С кезінде титанның еруiнің максимал жылдамдығы 271, 7 г/м2*сағ құрайды. Алайда, электролиттiң көрiнетiн булануы ерiтiндiнiң температурасы 650С бастап байқалады, сонымен бiрге  анодтық жартылай периодта хлордың блінуі қосымша процесстерiнiң интенсификациясы және айнымалы тоқтың катодты жартылай периодындағы сутегiнiң бөлінуі байқалады.

7кестедекөрсетілгендей тоқбойыншашығужәнетитанныңеруiжылдамдығыiс жүзiнде электролиздің ұзақтығына тәуелдiболмайды.

 

7кесте

Ток (Вт )  бойынша шығуға электролиздің ұзақтығының ықпалы және айнымалы тоқты поляризациясы кезіндегі титанның еру жылдамдығы(V )

τ, сағ	0,5	1	1,5	2	2,5
∆m, г	0,0941	0,1792	0,2801	0,3626	0,4734
ВТ, %	34,8	33,1	34,5	33,5	35,3
V, г/м2*сағ	209,7	199,5	207,4	201,4	210,4
Ескерту: i = 1000 А/м2; С (HCl) = 5моль; t = 550C

 

Өнеркәсiптiкайнымалытоқтыңполяризациясы кезіндетұзқышқылдыерiтiндiлердегiтитанныңэлектрохимиялықсипатын зерттеунәтижелерiнеарналғантөртваленттiтитанның хлорлауәдiсіжасалған, (төртваленттiтитанныңхлорлауәдiсі) ҚРдыңинновациялықпатентiне (24.07.09дағы № 2009/0823.1) мәлiмдемеалынған. Төртваленттiтитанның хлориды дәл қазiр 22суретте  көрсетiлген схемада химия әдiсiмен алынған.

Төртваленттiтитанныңхлоридыныңсинтезiналуүшiнтек қанатитанныңбiлiктiгидроксидiқолданукерек, ол үшін мыналар қажет:

- қойылтылған күкiрттi қышқыл

- H2TiO3 - титанның дефицит және қымбат байланысы

- 2300С ғадейiнжететiнжоғары температурада синтез ағады

- синтездiң ұзақтығы 1-2 тәулік

- синтез үшiн қымбат бағалы  реагенттердi қолданылады - натридың гидроксидi және сiрке қышқылы.

Негiзiнен, төрт валенттi титанның хлоридын алудың белгiлi процессі көп сатылы және ұзақ болып табылады, бұның барлығы түпкi өнiмнiң өзiндiк құнын жоғарылатады.

(12,13)суреттетөрт валенттi титанның хлоридының алудың электрохимиялық ұсынылған әдiстің сұлбасы көрсетілген, оның ерекшелiгi үш валенттi титанның жиілігі 50 гц болатын өнеркәсiптiк тоқпен тұз қышқылының ерiтiндiсiнде титан электродтарын поляризациялай отырып алдымен  оны төрт валентті титанды түзіп ерітеді, кейін электродтар ретiнде графит қолданылатын екінші электролизердiң анодтық кеңiстiгiнде  алынған ерітіндіні тотықтырады.

Электрод аралығы  кеңiстiктердiң екiншi электролизерiнде мембраналармен бөлінедi. Процесстiң ұтымды шарттары ұсынылған: 5 моль/л-шi тұз қышқылыныңконцентрациясы, электродтағы тоқтың тығыздығы                    500 – 2000 А/м2,  200 – 400А/м2 тотығудапроцесстiң температурасы 250C.

 

12 сурет. Үшваленттiжәнетөртваленттiтитанныңхлоридтарыныңалудың қазiргi әдiсі

 

13 суретте. Үшваленттiжәнетөртваленттiтитанныңхлоридтарыныңалудыңэлектрохимиялықәдiсiнiңмаңыздысхемасы

2.5Гальваностатикалық электролиздің әдiсiмен титанның сульфатының (III ) түзілуінің тоқ  бойынша шығуына  әсер ететін негiзгi параметрлердiзерттеу.

 

 

Өнеркәсiптiк айнымалы тоқтың поляризациясыкезіндетитан сульфатын(III ) түзе отырып  күкiрт қышқылды ерiтiндiсiндегi титанның еруiн  зерттеу.

Тұз қышқылды ерiтiндiдегі сияқты күкiрт қышқылды электролиттердегi титанының еруiнің айнымалы тоқпен поляризациясыныңкезіндеүш валенттi титанның сульфатының ерiтiндiсi түзіліп ағады. Ерiтiндiнiң күлгiн түсi осыны көрсетедi. Уақыт өткенде электролизде титанның сульфатының кристаллдары түсiп қалады. Рентгенофазалы анализ әдiсімен (Дрон - 4) электролиздан кейiн алынған тұз үлгiсі зерттелген, құрамында 3* 5H2O-шi (SO4 ) Ti2 көбiнесе болатыны анықталған, үлгiнiң рентгеннограммасы  14 суретте көрсетілген.

 

 

14 сурет. Титанның (III)сульфатының үлгiсiнiң электролиздан кейiнгі рентгеннограммасы

 

 

2.6 Титанның сульфатының(III ) түзілу тоғы бойынша шығудағы титан электродындағы тоқтың тығыздығының тигізетін  ықпалы

 

 

15сурет металлдың еруiн тоқ бойынша шығуға титан электродтарына тоқтың тығыздығының ықпалынамысал келтiрілген және тоқ бойынша максимал шығуы 700-800 А/м2ге дәл келетiнi анықталған. Тоқтың тығыздығының ары қарай үлкеюi пассивациямен тым тереңiрек шақыратын процестiң тиiмдiлiгiнде оксид қабыршағының жуандығы өсу есебiнен негативтi бiлiнедi.

Ауыспалы ток тығыздығының  түрлі концентрациядағы күкірт қышқылының ерітіндісіндегі жұмыс электродтарының арасындағы кернеудің шамасына ықпалы зерттелген. 15суреттен көргендей қисықтарға 1 және 2 кернеуден кейiн кенет үлкейетiн 3500 А/м2дiң жанында сыну болады. Бұл оксид қабыршағының өзгеруін, оның жуандығы, электр өткiзгiштiк, өтiмдiлiк, бүтiндiктiң өзгерiсi туралы куәландырады. Жоғарыда жазылғандайтоқтың өлшенген тығыздық шамасында оксид қабыршағының кеуек құрылымы болады, осының салдарынан электролиттің түбінде еріген  өнiмдерiнiң диффузиясы және тоқ өткiзу қабілеті  iске асады.

 

 

3 моль H2SO4; t=250C; τ = 0.5 сағ

 

15сурет.Токтың тығыздығынан титанның еруiнінің тоқ бойынша шығу тәуелдiлiгі

 

16 суретте  айнымалы тоқтың тығыздығынан кернеудiң тәуелдiлiгі тоқтың  үлкен тығыздығы кезінде ұяшықтардың орналасу реті бұзылатыны, қабыршақтың жуандауыжәне нәтижесінде өтiмдiлiгi және электр өткiзгiштiктөмендейтіні белгілі.Тұз қышқылды ерiтiндiдегі сияқты күкiрт қышқылды электролиттердегi титанының еруiнің айнымалы тоқпен поляризациясыныңкезіндеүш валенттi титанның сульфатының ерiтiндiсi түзіліп ағады. Ерiтiндiнiң күлгiн түсi осыны көрсетедi.Негiзiнен, төрт валенттi титанның хлоридын алудың белгiлi процессі көп сатылы және ұзақ болып табылады, бұның барлығы түпкi өнiмнiң өзiндiк құнын жоғарылатады. Сонымен бiрге, кернеу уақыт өткенде өзгередi.

 

1. С H2SO4, 2- С H2SO4,, τ = 0,083 сағ

 

16 сурет.Айнымалы тоқтың тығыздығынан кернеудiң тәуелдiлiгі

 

Тоқтың  үлкен тығыздығы кезінде ұяшықтардың орналасу реті бұзылатыны, қабыршақтың жуандауыжәне нәтижесінде өтiмдiлiгi және электр өткiзгiштiктөмендейтіні белгілі.

Сонымен бiрге, кернеу уақыт өткенде өзгередi. 17 - суретке сәйкес кернеу тоқтың үлкен тығыздықтарында бастапқыда үлкейедi де, содан соңөзгермейді, төмен болған кезде - бастапқыда құлайды, сонымен бiрге содан соң iс жүзiнде1 - 1000 А/м2дiң тоқтың тығыздығының кезінде, 2 - 4000 А/м2дiң тоқтың тығыздығының кезінде 15 минут iшiнде тұрақты мәнге жетедi.

 

СH2SO4= 3моль

 

17сурет.Айнымалы тоқ поляризацияның кезіндегі электродтардың арасындағы кернеуге электролиздың ұзақтығының ықпалы

 

Тұрақты анодтық тоқтың тығыздығының электродтардың арасындағы кернеуд шамасына ықпалы бойынша нәтижелер көрсетілген (18суретте). Тiптi тоқ тығыздығыныңең төменгi шамасында кернеу  айнымалы тоқты поляризациясынан  әлденеше көбiрек. Тоқтың шамасы уақыт өткенде тоқтың тығыздығына байланысты азаяды, тоқтың тығыздығына байланыстыбелгiлi бiр уақыттан кейiн электрохимиялық шынжырдағы тоқтың шамасы  нөлге дейiн құлайды.

С H2SO4= 3М, τ = 0,083 сағ

 

18сурет. Тұрақты тоқты поляризациясы кезіндегі электродтардың арасындағы кернеу

 

Күкiрт қышқылды ерiтiндiсiндегі әртүрлi тоқтың тығыздығы кезіндегі екi титан электродтарының электрохимиялық еруi бойынша (8кестеде) мәлiметкелтірілген. Болып жататын құбылыстардың мәнi тұз қышқылының ерiтiндiлерi үшiн сипатқа ұқсас.Тұрақты анодтық тоқтың тығыздығының электродтардың арасындағы кернеуд шамасына ықпалы бойынша нәтижелер көрсетілген (18 суретте). Тiптi тоқ тығыздығыныңең төменгi шамасында кернеу  айнымалы тоқты поляризациясынан  әлденеше көбiрек.Тоқтың шамасы уақыт өткенде тоқтың тығыздығына байланысты азаяды, тоқтың тығыздығына байланыстыбелгiлi бiр уақыттан кейiн электрохимиялық шынжырдағы тоқтың шамасы  нөлге дейiн құлайды.