Исследование и разработка материалов для малорасходуемых анодов
Применение малорасходуемых анодов в производстве алюминия. Микроструктура образцов немодифицированного и модифицированного церием. Характеристика, отличительные черты инертного анода из металла, керамики и керметы. Проблема использования слоистых анодов.
| Рубрика | Химия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 29.04.2018 |
| Размер файла | 168,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Исследование и разработка материалов для малорасходуемых анодов
Стригина Е.С., Заборовский А.О.
Применение малорасходуемых (инертных) анодов в производстве алюминия позволит уменьшить экологический вред алюминиевого производства, а также повысить его экономическую эффективность.
Технология получения алюминия электролизом криолитоглиноземных расплавов существует уже более ста лет, и за это время она не получила никаких существенных изменений. Экологическая вредность алюминиевого производства, в основном, вызвана применением углеродных анодов, так как при их сгорании в ходе электролиза выделяется большое количество углеводородов и фтороуглеродов, а необходимость постоянной замены анодов создает технологические и экономические трудности. Применение инертных анодов позволит решить эти проблемы, так как при их использовании выделяется кислород, и они не сгорают в процессе электролиза. Основная реакция с инертным анодом имеет следующий вид:
Выделяющийся на аноде кислород удаляется в атмосферу или может быть утилизирован. Производство алюминия с использованием инертного анода - революционная технология, не имеющая аналогов с точки зрения экологического эффекта. Такой процесс не только лишен экологической опасности, но и способен повысить экономическую эффективность производства. В настоящее время ведутся обширные исследования по выбору необходимого материала анода.
Поиск материала для инертного анода ведется по трем направлениям:
1. металлы;
2. керметы;
3. керамика.
У каждого из этих материалов есть положительные и отрицательные стороны. Главное преимущество керамики и керметов перед металлами это высокая коррозионная стойкость, но простота изготовления и механическая прочность делают металлические сплавы наиболее перспективными материалами для инертного анода по сравнению с оксидной керамикой и керметами.
Металлические аноды - это либо инертные к выделяющемуся кислороду благородные металлы, либо металлы и сплавы, образующие на поверхности защитную оксидную пленку.
В работах Российских и зарубежных ученых были исследованы аноды различных типов: металлические сплавы, керамика, керметы а также слоистые композиты представляющие собой основу из металла или кермета, с нанесенным на нее покрытием из керамики. Покрытия были нанесены методом плазменного напыления или горячего прессования, а сердцевину анодов выполняли методом порошковой металлургии. Образцы инертных анодов, полученные из различных материалов, представлены на рисунке 1.
анод инертный алюминий церий
Рисунок 1 - Образцы инертных анодов до (слева) и после (справа) электролиза КГР: а - металлический сплав Fe - Ni - Cu - Al, b - металлокомпозит Ni3Al - Cu - Fe, с - керамика CuFe2O4, d - металлокерамика NiFe2O4 - NiO - Cu, e - слоистый композит металл Ni - Cu - Fe - Al - кермет (покрытие) NiFe2O4 - NiO - Cu, нанесенное плазменным напылением.
Наибольшая коррозионная стойкость наблюдается у образцов из керамики и металлокерамики, но низкая пластичность может привезти к растрескиванию анода. Среди металлических материалов наиболее перспективными являются аноды на медно - железо - никелевой основе. Во время электролизных испытаний слоистых металлических анодов с покрытием из кермета NiFe2O4 - NiO - Cu (рисунок 2) наблюдалась равномерная коррозия покрытия, для улучшения коррозионной стойкости можно также использовать добавку 3% серебра.
Рисунок 2 - Капсулированный анод (металлическая сердцевина Ni - 6% Al - 10% Cu - 11% Fe - 3% Zn, полученная СВС-спеканием, керметное покрытие 17% Cu - 65% NiFe2O4 - 18% NiO, нанесенное плазменным напылением) после электролиза.
Основной проблемой использования слоистых анодов являлось отслоение покрытия от сердцевины анода, которое может происходить из-за разницы коэффициентов термического расширения.
Исходя из проделанных работ, можно сделать вывод, что сердцевину капсулированного анода лучше получать литьем, а не спеканием порошков, так как литье снижает пористость к нулю. Наилучшими материалами для металлического анода являются железо - медно - никелевые сплавы.
Повысить механические свойства материала инертного анода можно за счет измельчения его структуры с помощью модифицирования. Влияние модифицирования на структуру показано на рисунке 3.
Рисунок 3 - Микроструктура образцов не модифицированного и модифицированного церием.
Центрами кристаллизации при затвердевании могут быть частицы тугоплавких неметаллических включений. Эффект измельчения структуры значительно увеличивается при соблюдении структурного и размерного соответствия, которое способствует сопряжению их кристаллических решеток с основным металлом, а также при условии смачивания потенциальных центров кристаллизации расплавом. Представляет интерес выбор модификаторов на основе тугоплавких интерметаллидов, которые могут быть дополнительными центрами кристаллизации. Весьма перспективными для повышения жаропрочности сплавов могут быть нитриды, бориды и карбиды.
Повысить же коррозионную стойкость металлического анода можно за счет создания барьерных покрытий, а именно покрытий из металлокерамики, в основу которого входят феррит никеля NiFe2O4, оксид никеля NiO и металлическая составляющая - смесь меди и серебра.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
- Исследование процесса электрохимического осаждения кобальта из чистого фторидсодержащего электролита
Определение концентрации кобальта в растворе, температуры раствора и плотности токов. Приготовление электролита, проведение электролиза в ячейках, с использованием нерастворимых анодов (свинец) и медных катодов. Математическое планирование эксперимента.
научная работа [490,2 K], добавлен 29.03.2015 Современный метод получения, основные достоинства и недостатки алюминия. Микроструктура, физические и химические свойства металла. Применение алюминия как особо прочного и легкого материала в промышленности, ракетной технике, стекловарении, пиротехнике.
презентация [1,1 M], добавлен 20.10.2014Условия осаждения меди из щелочных и кислых электролитов. Расчет размеров ванны гальванического меднения, количества анодов, напряжения на ванне. Разность равновесных электродных потенциалов анодной и катодной реакции. Выбор выпрямительного агрегата.
курсовая работа [301,6 K], добавлен 22.04.2014Квазикристаллы и их открытие. Модель двумерного кристалла. Формирование икосаэдрической фазы в системе Al-Cu-Fe. Транспортные и термодинамические свойства квазикристаллов: электропроводность, теплопроводность. Микроструктура и фазовый состав образцов.
дипломная работа [3,0 M], добавлен 26.02.2013Электролиз криолит-глиноземного расплава на анодах из углеродистых материалов, состав электролита и процесс рафинирования алюминия. Получение хлора при электролизе хлорида алюминия. Разработка безотходной технологии утилизации отходов производства.
курсовая работа [118,3 K], добавлен 11.10.2010Нахождение в природе алюминия, который входит в состав около 250 различных минералов. Его физические свойства и современный метод получения. Незаменимость алюминия для конструкций общестроительного назначения из-за легкости и коррозионной стойкости.
презентация [3,2 M], добавлен 06.04.2017История получения алюминия. Классификация алюминия по степени чистоты и его механические свойства. Основные легирующие элементы в алюминиевых сплавах и их функции. Применение алюминия и его сплавов в промышленности и быту. Алюминий как материал будущего.
реферат [28,6 K], добавлен 24.07.2009Методы получения и характеристика основных свойств сульфата алюминия. Физико-химические характеристики основных стадий в технологической схеме процесса по производству сульфата алюминия. Расчет теплового и материального баланса производства алюминия.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 25.02.2014- Исследование и разработка технологии шумопонижающих материалов различного функционального назначения
Создание эффективных звукоизолирующих и вибропоглощающих материалов. Исследование эффективности использования базальтовых волокон, базальтовой ваты. Становление закономерностей и технологических параметров изготовления битумных шумопонижающих материалов.
автореферат [1,2 M], добавлен 31.07.2009 Понятие и общая характеристика алюминия, его свойства. Особенности электрохимической обработки металлов. Специфика применения анодирования, полирования, эматалирования и травления сплавов и алюминия. Использование исследуемых процессов в полиграфии.
курсовая работа [41,0 K], добавлен 31.05.2013Ознакомление с химическими свойствами алюминия, его применение. Рассмотрение буквенно-цифровой и цифровой маркировки алюминиевых сплавов; их деление на деформируемые, литейные, спеченные и гранулируемые. История получения алюминия Гансом Эрстедом.
реферат [43,7 K], добавлен 14.12.2011Получение смешанных алюмооксидных носителей. Состояние комплексов алюминия в спиртовых растворах. Дегидратация бутанола на модифицированных оксидах алюминия. Гидролиз бинарных систем. Исследование каталитической активности. Получение алкоголятов алюминия.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 10.10.2012Причины возникновения коррозии металла. Теоретическое исследование вопроса о защите металла от коррозии средствами бытовой химии. Экспериментальное исследование освежителя воздуха как средства защиты металла от коррозии в различных химических средах.
научная работа [23,4 K], добавлен 15.05.2015Открытие алюминия датским физиком Х.К. Эрстедом. Атомная масса и электронная конфигурация элемента. Схема расположения электронов на энергетических подуровнях. Оксид и гидроксид алюминия. Химические и физические свойства алюминия, его применение.
презентация [125,5 K], добавлен 15.01.2011- Физико-химические свойства композиций на основе крахмала модифицированного с фосфатными соединениями
Основные функции текстильных вспомогательных веществ в процессах крашения и печатания текстильных материалов. Мероприятия, разработанные для устранения недостатков нативного крахмала. Печатно-технические свойства модифицированного фосфатного крахмала.
статья [136,7 K], добавлен 24.06.2015 Свойства алюминия: его получение, применение и химические свойства. Виды щелочей в алюминатных растворах. Оксиды и гидроксиды алюминия. Корунд как наиболее устойчивая форма глинозёма. Природные соединения алюминия: боксит, корунд, рубин и сапфир.
реферат [2,1 M], добавлен 27.03.2009Изучение трехслойного метода электролитического рафинирования алюминия, разработка методики расчета электролизера. Нахождение в природе алюминия и его свойства. Выбор силы и плотности тока. Расчет ошиновки. Электрический и тепловой баланс. Приход тепла.
курсовая работа [1,0 M], добавлен 20.11.2014Роль многокомпонентных оксидов в химических процессах как катализаторов. Получение смешанных алюмооксидных носителей. Активация алюминия йодом и сулемой. Механизм гидролиза алкоголята алюминия. Анализ фазового состава модифицированных оксидов алюминия.
курсовая работа [259,2 K], добавлен 02.12.2012Синтез и морфология плёнок пористого оксида алюминия. Применение пористого оксида алюминия в качестве темплат для синтеза нанонитей или нанотрубок с контролируемым диаметром и геометрической анизотропией. Управляемые матричные автоэмиссионные катоды.
курсовая работа [2,3 M], добавлен 14.12.2014Физико-химическая характеристика алюминия. Методика определения меди (II) йодометрическим методом и алюминия (III) комплексонометрическим методом. Оборудование и реактивы, используемые при этом. Аналитическое определение ионов алюминия (III) и меди (II).
курсовая работа [53,8 K], добавлен 28.07.2009
