Анализ работы известных колонок электрохимического процесса обеднения

Исследованы особенности «обеднение процесса» и технологии, зависящие от особенностей конструкций активных зон колонки

Работа исследуемых колонок относится к области получения материалов по технологиям стекловарения, а именно, является средством обеспечения, т.е. устройством, предназначенным для реализации получения стеклообразного вещества, например, нестехиометрического состава.

Известные устройства обеспечивают возможностью осуществления разных способов протекания физико-химических процессов в электрохимической колонке, предназначенных для изготовления вещества нестехиометрического состава посредством «обеднение процесса» и накопления энергетической составляющей.

Так, известна колонка, которая наиболее эффективна и является однотипным устройством, реализующим обеднение процесс. Основная суть конструкции таких колонок изложена в патентах № 2224725 C1 RU и его аналоге № 5964913 США.

Это - электрохимическая колонка, содержащая систему из двух одинаковых ванн, которые наполнены высокотемпературным расплавом из стеклообразующей многокомпонентной смеси, причем в одной ванне (анодной, это плюс) расположен анод, имеющий стержни-электроды, во второй (катодной - минус) помещен катод со своими стержнями-электродами, последние находятся в сопряжении с проводником первого рода, при этом ванны-зоны разделены между собой проницаемыми для электронов твердыми стенками с образованием пространственных промежутков – зазоров. При подогреве расплава и подаче высоковольтного напряжения на ванны-зоны в них протекает искомый обеднение процесс.

Кнедостаткам указанногоустройстваможноотнестиследующее: во первых, это низкаяпроизводительность; второе, - устройство не позволяют иметь стабильный управляемый процесс во времени, так как существует длительный процесс «разгонки» системы, а время вывода колонки на рабочие режимы очень длительное. Более того, для каждого состава многокомпонентной питающей смеси требуется выбирать свои режимы разной продолжительности; к тому же у указанных устройств невысокая однородность структуры получаемых материалов.

Таким образом, до сих пор отсутствовал достаточный конструкторско-технологический набор комбинированных средств управления процессами работы электрохимической колонки , используемой для обеднение процесса.

Можно сказать, что в настоящее время необходимы работы, направленные на создание устройства, обладающего набором конструкторско-технологических компонентов, которые в совокупности обеспечат управляемое и ускоренное ведение «обеднение процесса», включая время выхода колонки на рабочие режимы и возможность получения высококачественных композиционных стеклополимеров.

До настоящего времени в литературе и среди патентов нет четкого, подробного описания, какие элементы должны быть в типовой колонке обязательно, чтобы реализовать обеднение процесс. Поэтом мы считаем, что на данном этапе развитии исследований необходимым определить базовый перечень к конструкторско-технологических элементов типового устройства, предназначенного реализовать высокоэффективный «обеднение процесс».

Укажем особенности терминологий, используемых для описания понятий «электрохимическая колонка» в современной науке, которая предназначена для изготовления однофазного стеклообразного вещества путем проведения «обеднение процесса». Они взяты из научной литературы и описаний патентов № 2224725 C1 RU и № 5964913 США.

Обеднение процесс – совокупность процессов, происходящих в электрохимической колонке при наложении стационарного электрического поля на находящийся в сопряжении с проводником первого рода расплав.

Электрохимическая колонка – электрохимическая система, в которой, при наложении стационарного электрического поля на находящийся в сопряжении с проводником первого рода, стеклообразующей многокомпонентной смеси расплав стехиометрического состава, происходит процесс вырыва электронов из расплава с необходимостью приводящего к приобретению расплавом избыточного положительного заряда и к возникновению в расплаве параллельного самостоятельного процесса, в котором носители избыточного положительного заряда, относительно подвижные (в расплаве) катионы (химически подобные натрию) удаляются к и саморазряжаются на (в) проводник первого рода, и их концентрация обедняется с понижением до заданной величины, с выделением на (в) проводнике первого рода массы веществ(а), включая металлы, сорта подвижных катионов и с изменением сочетания химических элементов, порождающего состояние вещества – химического соединения расплава, характеризуемое нестехиометрией химического состава.

Таким образом, изложенные в патенте № 2224725 C1 RU и патенте № 5964913 США идеи «обеднение процесса» указывают, какие подпроцессы происходят в электрохимической колонке, и как воздействуют возникающие при наложении стационарного электрического поля на находящийся в сопряжении с проводником первого рода расплав стехиометрического состава.В ней происходит удаление на (в) проводник первого рода и восстановление до состояния атома при изменении концентрации до заданной величины катионов типичных (или переходной группы) металлов относительно подвижных и являющиеся структурными элементами в расплаве, происходит в процессе вырыва электронов из расплава наложенным электрическим полем анода, не контактирующего с расплавом.

Далее расплав, обедненный химическими элементами типичных (или переходной группы) металлов и имеющий нестехиометрический химический состав, охлаждается с получением стеклообразного материала вещества нестехиометрического состава для изготовления изделий, производимых в стекольной промышленности, включая изделия из стеклокристаллического материала, и, кроме того, с получением металла, выделившегося на (в) проводнике первого рода в обеднения процессе.

Обеднение процесс с наложением электрического поля на (в) протекающий в специального состава многокомпонентной среде осуществляется посредством системы (устройств), состоящей из расплава, ограниченного твердыми стенками, не препятствующих прохождению поля и анода, введенного в этот расплав. В растворе, в текущее время процесса, накапливается объемный положительный заряд сложением действующего потенциала заряда анода с потенциалом заряда расплава. При этом соответственно увеличивается напряженность электрического поля, наложенного на не контактирующий с системой стекло-расплав, приготовленный для изменения концентрации подвижных катионов типичных (или переходной группы) металлов, и входящих в состав используемы окислов.

Действие, в обеднение процессе, наложенного электрического поля дополняется формирующимся в процессе нестационарным магнитным полем стеклообразующего многокомпонентного расплава, находящегося в системе с анодом; при этом поляризованного собственным, накапливаемым в анодном процессе, объемным электрическим зарядом.

Из-за внутренних особых процессов и поляризации расплава, содержащего упорядоченные структуры, излучающие изменяющийся магнитный поток во времени, происходит возникновение ЭДС в не контактирующем с системой расплаве, специальный состав которого и особое приготовление, в итоге обеспечивают изменения концентрации подвижных катионов.

Проведенный нами анализ конструкции устройства (патент № 2224725 C1 RU) и типовой технологии получения в электрохимической колонке бертоллидов (нестехиометрических соединений) типа кристаллических фаз переменного состав, показывает, что количество разнородных атомов не может быть выражено малым целым, например, фазы – SinO_2n+3 .

Вышеуказанное описание процесса, к сожалению, на сегодняшнее время недостаточно изученной в научном и практическом планах, тем не менее, позволяет установить минимально необходимый перечень подсистем, которые обеспечивают гарантированное протекание процессов, известных под названием «способ получения однофазового стеклообразного материала», изложенных в научной литературе и патентах № 2224725 C1 RU, № 5964913 США и др. Для уточнения параметров процесса требуются длительные экспериментальные исследования.

ФГБОУ ВПО Воронежский государственный технический универсистет

УДК 621.1

В.Н. Старов, Д.В. Старов