Розробка технології нанесення рівномірного шару захисного металооксидного покриття, що має достатню адгезію до основи, умови здійснення процесу його нанесення. Технологічна схема процесу формування запропонованих малозношуваних металооксидних анодів.
При низкой оригинальности работы "Електросинтез металооксидних систем на сплавах заліза з метою одержування мало зношуваних анодних матеріалів", Вы можете повысить уникальность этой работы до 80-100%
Щодо процесів регенерації вищенаведених електролітів і вилучення з них іонів важких металів, доцільно було вибрати у якості функціонального покриття анодів оксиди заліза й марганцю, особисті властивості яких дозволяють одержати малозношувані аноди з відповідними функціями. Створення двошарової композиції Fe - Fe2O3 - MNO2 на основі низьковуглецевої сталі відповідає технологічним вимогам процесів вилучення іонів важких металів з відпрацьованих електролітів. Робота координувалася Міністерством освіти та Міністерством науки України (тема 02.05.04/004-93 «Розробка технологічних процесів знешкодження та утилізації відпрацьованих електролітів гальванічних виробництв», входить до комплексного проекту 02.05.04/004К-95 державної науково-технічної програми з пріоритетних напрямків розвитку науки і техніки; наказ ДКНТ України №52 від 18.06.93 р.); входить до Програми ДІНТ 2.5 «Проблеми безпеки України», а також до проекту 3.4/436 «Дослідження кінетики електродних реакцій під час синтезу електрокаталітичних матеріалів» (наказ Міннауки України №72 від 17.03.1997 р.). Розробка малозношуваних металооксидних анодів, основою яких є дешевий й недефіцитний матеріал - низьковуглецева сталь, а функціональне покриття складається з оксидів заліза та марганцю. Створено малозношувані аноди, основою яких є низьковуглецева сталь, на яку нанесено двошарову композицію Fe2O3 - MNO2 з достатньою адгезією до основи; розроблено електроліт для формування розвиненої поверхні основи.Було розглянуто електрохімічну активність оксидів заліза та марганцю; електрохімічні способи нанесення активного покриття; вплив складу електролітів, легованих домішок, умов осадження покриття й обробки електродів на їхню корозійну стійкість та зниження зносу. Оскільки за корозійними властивостями сталь потребує захисту поверхні від руйнівного впливу електролітів, а вибране активне покриття анода (діоксид марганцю) завдяки наявності пор не може забезпечити задовільний захист стальної основи, використано захисний шар з оксиду заліза Fe2O3 - матеріалу, який виявляється найбільш термодинамічно стійким в умовах анодної поляризації. Щодо одержання покриття основи з оксиду заліза Fe2O3, то існуючі хімічні (оксидування) та електрохімічні методи, описані в літературі, не дозволяють розвязати цього завдання, бо при використанні цих методів на поверхні стальної основи формується оксид заліза Fe3O4, хімічна стійкість якого значно менше, ніж Fe2O3. Безпористість шару Fe2O3 була доведена випробуваннями зразків з покриттям у розчинах сірчанокислих міді та натрію (концентрації до 50 г./дм3) - розчинах, які рекомендовані держстандартом для контролю пористості та захисних властивостей неметалевих покрить. На відміну від анодного способу одержання MNO2 при цьому способі якого-небудь негативного впливу електроліту на стальну основу відмічено не було, хоча адгезія цього покриття до основи виявилась недостатньою.Відзначено, що створення розвиненої поверхні шляхом анодного травлення сприяє збільшенню адгезії металооксидних покрить до основи і інтенсифікації анодного процесу при вилученні важких металів. Встановлено, що доданий до щавлевокислого електроліту силікат натрію, що є поверхнево-активною речовиною, не приймає участі в електрохімічній реакції, але підвищує зчеплення оксалату заліза з основою і стабілізує електроліт. В результаті катодної поляризації сталі у розчинах перманганату калію були отримані осадки діоксиду марганцю, які мають задовільну адгезію до основи. Поляризаційними дослідженнями доведено, що додавання до перманганатного електроліту поверхнево-активних домішок збільшує швидкість утворення діоксиду марганцю, але тільки додавання карбаміду не викликає хімічного відновлення перманганату калію в обємі розчину та сприяє підвищенню адгезії діоксидномарганцевого покриття до основи. Розроблено технологічну схему виробництва малозношуваного металооксидного аноду, виготовленого на основі низьковуглецевої сталі з проміжним захисним шаром оксиду заліза Fe2O3 і активним покриттям з діоксиду марганцю, який включає механічну дробеструйну обробку; анодне травлення стальних пластин, формування захисного шару Fe2O3, катодний електросинтез активного діоксидномарганцевого покриття аноду.
План
Основний зміст роботи
Вывод
1. Теоретично і експериментально обґрунтовано електрохімічний спосіб виготовлення малозношуваних анодів на основі з низьковуглецевої сталі з активним діоксидномарганцевим покриттям.
2. Запропоновано електроліт для формування розвиненої поверхні стальної основи малозношуваних анодів. Відзначено, що створення розвиненої поверхні шляхом анодного травлення сприяє збільшенню адгезії металооксидних покрить до основи і інтенсифікації анодного процесу при вилученні важких металів. Встановлено, що додавання бензотриазолу в сірчанокислий електроліт анодного травлення приводить до інтенсивного та рівномірного розтравлення стальної основи по всій поверхні.
3. Показано необхідність створення безпористого проміжного захисного покриття з оксиду заліза Fe2O3 на стальній основі. Розроблено двостадійний спосіб створення захисного шару оксиду заліза Fe2O3, який має задовільну адгезію до основи. Даний спосіб включає електрохімічну обробку стальних електродів у розчині щавлевої кислоти і наступний термічний розклад оксалату заліза.
4. Розроблено щавлевокислий електроліт анодної обробки сталі з метою отримання оксалату заліза - проміжної сполуки при формуванні Fe2O3. Відзначено, що при оптимальних значеннях концентрації щавлевої кислоти і анодної щільності струму швидкості розчинення заліза й утворення оксалату сумірні. Завдяки цьому стало можливим формування на поверхні сталі щільного сольового шару. Встановлено, що доданий до щавлевокислого електроліту силікат натрію, що є поверхнево-активною речовиною, не приймає участі в електрохімічній реакції, але підвищує зчеплення оксалату заліза з основою і стабілізує електроліт.
5. Досліджено способи формування активного діоксидномарганцевого покриття. Встановлено, що при анодній обробці сталі у розчинах сульфату марганцю адгезія MNO2 до основи незадовільна. В результаті катодної поляризації сталі у розчинах перманганату калію були отримані осадки діоксиду марганцю, які мають задовільну адгезію до основи. Поляризаційними дослідженнями доведено, що додавання до перманганатного електроліту поверхнево-активних домішок збільшує швидкість утворення діоксиду марганцю, але тільки додавання карбаміду не викликає хімічного відновлення перманганату калію в обємі розчину та сприяє підвищенню адгезії діоксидномарганцевого покриття до основи. Встановлено, що катодне відновлення перманганату калію з утворенням діоксиду марганцю підкоряється закономірностям змішаної кінетики.
6. За допомогою методу повного факторного експерименту в поєднанні з методом руху за градієнтом проведено оптимізацію процесу електросинтезу діоксиду марганцю з розчинів перманганату калію. Розраховано параметри оптимізації, дисперсію досвідних величин, критерії Кохрена і Фішера. Доведено, що запропонована математична модель адекватно описує процес катодного електросинтезу діоксиду марганцю. За допомогою рівняння регресії визначено оптимальні значення вихідного параметра.
7. Досліджено фізико-хімічні властивості металооксидних та проміжних покрить. Рентгеноструктурним аналізом доведено відповідність захисного покриття за складом Fe2O3; проміжного сольового покриття, отриманого при анодній обробці в щавлевокислому електроліті - FEC2O4?2H2O?; сполуки, сформованої електрохімічним шляхом у перманганатному електроліті - g - MNO2. Мікроскопічними дослідженнями доведено, що адгезія металооксидних покрить задовільна. Оптичним методом визначено параметр шорсткості (Rz) поверхні зразків, що зазнали анодне травлення. Встановлено, що обробка у запропонованому електроліті приводить до збільшення дійсної поверхні стальної основи в 3,5-4,0 рази.
8. Запропоновано використати Fe-Fe2O3-MNO2 - аноди в процесах електрохімічного здобування важких металів із відпрацьованих розчинів гальванохімічних виробництв. Підібрано режими катодних та анодних реакцій вилучення нікелю та міді з їхніх розведених сульфатних розчинів із вмістом основного металу до 10 г./дм3. Доведено, що розряд іонів нікелю у розведених середовищах підкоряється закономірностям дифузійної кінетики.
9. Проведено лабораторні і досвідно-промислові випробування розроблених електродних матеріалів. Встановлено ресурс стабільної роботи металооксидних анодів у розведених сірчанокислих електролітах міді і нікелю. Доведена можливість використання катодних осадків міді та нікелю як анодів основного виробництва.
10. Розроблено технологічну схему виробництва малозношуваного металооксидного аноду, виготовленого на основі низьковуглецевої сталі з проміжним захисним шаром оксиду заліза Fe2O3 і активним покриттям з діоксиду марганцю, який включає механічну дробеструйну обробку; анодне травлення стальних пластин, формування захисного шару Fe2O3, катодний електросинтез активного діоксидномарганцевого покриття аноду.
Основні матеріали дисертації опубліковані в роботах
1. Байрачный Б.И., Зуевская Н.В., Меньшов Ю.В. Электрохимическое извлечение никеля из разбавленных растворов. // Гальванотехника и обработка поверхности. - 1993. - Т. 2, №1. - С. 23-25.
2. Меньшов Ю.В., Байрачный Б.И. Формирование каталитически активного диоксида марганца из перманганатных растворов. // Вест. Харьк. гос. политехн. ун-та. - Харьков: ХГПУ,- 1998. - Вып. 18. - С. 26-28.
6. Байрачный Б.И., Дерибо С.Г., Меньшов Ю.В. Электросинтез оксидно-металлических анодов для обезвреживания промышленных стоков // Тезисы докладов регионального семинара «Современная техника очистки воды. - Днепропетровск: УГХТУ, -1995. - С. 29.
7. Байрачний Б.І., Меньшов Ю.В., Дерібо С.Г., Орлова Ю.А. Корозійна стійкість металооксидних покрить в агресивних середовищах // Матеріали Міжнародної конференції-виставки «Проблеми корозії та протикорозійного захисту конструкційних матеріалів. Корозія-96. - 28-30 травня 1996. - Львів, Фізико-механічний ін-т Г.В. Карпенко НАН України, - 1996. - С. 188-189.
Автором проведені випробування працездатності електродів: MNO2| Fe-Si; MNO2, Fe2O3| Fe; MNO2|Ni; MNO2|Ti у відпрацьованих розчинах міднення.
8. Байрачный Б.И., Ляшок Л.В., Меньшов Ю.В., Гартштейн О.Л. Построение эмпирических моделей электросинтеза диоксида марганца и анодного растворения золота // Труды Международной научно-технической конференции «Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. - Ч. 3. - Харьков: ХГПУ. - 1996. - С. 138.
9. Орехова В.В., Лещенко С.А., Литвиненко А.В., Меньшов Ю.В. Электродные материалы для электрохимических процессов и их систематизация в системе "CLARION" // Труды Международной научно-технической конференции «Информационные технологии: наука, техника, технология, образование, здоровье. - Ч. 4. - Харьков: ХГПУ. - 1997. - С. 80-82.
Размещено на .ru
Вы можете ЗАГРУЗИТЬ и ПОВЫСИТЬ уникальность своей работы
