Кинетические закономерности взаимодействия оксидных расплавов с углеродсодержащими восстановителями

• Автор: Кухтин, Борис Александрович
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2001
• Место защиты: Владимир
• Количество страниц: 289 с. : ил

ВВЕДЕНИЕ

I. ДИОДНЫЙ ПРОЦЕСС НА УГЛЕРОДИСТЫХ ЭЛЕКТРОДАХ В СИЛИКАТНЫХ РАСПЛАВАХ

1.1. Сведения о реакции анодного горения углерода в оксидных расплавах

1.2. Методики, использованные при изучении кинетики и механизма анодных реакций на углеродсодержащих материалах

1.3. Исследование анодного процесса в стационарных условиях

1.4. Результаты релаксационных измерений

1.5. Анализ электрохимического взаимодействия углеродсодержащих материалов с оксидными расплавами

1.6. Адсорбционные характеристики и их расчт

1.7. Уравнение поляризации анодного горения угля

1.8. Выводы

И. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС НА ГРАНИЦЕ ПЛАТИ

НДОКСИДНЫЙ РАСПЛАВ В РАЗЛИЧНЫХ ГАЗОВЫХ СРЕДАХ
2.1. Г азовый электрод в различных электролитах
2.2. Газовые электроды из платины в силикатном расплаве
2.2.1. Конструкция высокотемпературной электрохимической ячейки и подготовка эксперимента
2.2.2. Гальванический элемент с кислородными электродами
2.3. Экспериментальное изучение поляризации платинового электрода в различш1х газовых средах
2.3.1. Исследование анодной реакции в стационарных условиях
2.3.2. Результаты кулоностатических измерений
2.4. Выводы
Ш. ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ УГЛЕРОДА С РАСПЛАВАМИ, СОДЕРЖА НИМИ ВОССТАНАВЛИВАЕМЫЕ ОКСИДЫ МЕТАЛЛОВ
3.1. Состоя ние во1 фоса
3.1.1. Восстановление расплавленных чистых оксидов
3.1.2. Восстановление железа из шлаковых расплавов
3.1.3. Восстановление марганца из расплавов
3.1.4. Восстановление цветных металлов
3.2. Методы количественного определения скоростей реакций на границе раздела твердого углерода и шлака, содержащего восстанавливаемые оксиды
3.2.1. Изучение кинетики электрохимических реакций с помощью диаграмм плотность токапотенциал
3.2.2. Определение общей скорости восстановления
3.2.3. Выбор оксидного расплава
3.3. Восстановление металлов из расплавленных шлаков твердым углеродом
3.3.1. Восстановление железа
3.3.2. Восстановление марганца
3.3.3. Восстановление кобальта, никеля и меди
3.3.4. Восстановительные процессы при производстве электрокорунда
3.4. Расчт коэффициентов диффузии в оксидных расплавах
3.5. Выводы
IV. ВОССТАНОВЛЕНИЕ МЕТАЛЛОВ МОНООКСИДОМ УГЛЕ
4.1. Обзор литературы
4.2. Методика экспериментов
4.2.1. Экспериментальная установка и обоснование выбранной методики
4.2.2. Расчт скорости реакции
4.3. Восстановление оксидов железа
4.3.1. Восстановление оксида железа III из силикатного расплава
4.3.2. Кинетический анализ восстановления оксидов железа

4.3.3. Стехиометрический механизм реакций косвенного восстановления оксидов железа
4.4. Восстановление оксидов кобальта и никеля
4.5. Восстановление оксида меди 1
4.6. Влияние ионизационных потенциалов металлических элементов на химические процессы с участием оксидов
4.7. Кинетические закономерности гетерогенных реакций в системах газоксидный расплав
4.8. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ПРИЛОЖЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Для снятия вольтамперных кривых на углеродистых анодах либо использовали гальваиостатическую схему , , записывая изменение потенциала во времени на осциллографе С1 при включении или выключении поляризующего тока, либо применяли метод низкочастотных импульсов механический коммутатор, дополненный осциллографией для фиксации быстро спадающей част и потенциала. Тождественность обоих использованных методов гальваностатического и коммутаторного показана в экспериментах по изучению анодной поляризации сульфида меди II, а также обоснована в работе . Опыты проводили следующим образом. В расплавленный шлак опускали электроды, через некоторое время анод приводили во вращение. Если наблюдалась зависимость начального потенциала угольного электрода без пропускания тока от перемешивания, что, повидимому, обусловлено присутствием оксидов железа в шлаке, то последний раскислялся алюминием. После ,5 часа выдержки потенциал угля принимал постоянное значение, которое и считали равновесным. Затем задавали последовательно возрастающие значения тока и для каждого из них фиксировали потенциал анода. Г1о установившимся величинам поляризации г строили кривые ц. Схемати1чески ход изменения тока и потенциала при включении показан на рис. Величину поляризации г начинали отсчитывать от точки А, в которой луч осциллографа отклонялся от прямой, характеризующей омическое падение напряжения. Афом омическое падение напряжения, г поляризация. Рис. Такая возможность применительно к исследованию высокотемпературных металлургических систем рассмотрена в работе . Схема установки для гальваностатических измерений приведена на рис. Источником питания служила батарея кислотных аккумуляторов 4 напряжением до В. Для того, чтобы изменения сопротивления ячейки не сказывались на величине тока, последовательно с ней включали магазин сопротивлений 2 с диапазоном от до Ом. В качестве устройства, позволяющего быстро включагь или отключать ток поляризации, был применен ртутный выключатель 1. Он, в отличие от обычных механических, обеспечивает наименьшее искрение при работе. Кривые потенциалвремя фотографировали с экрана осциллографа типа С1, чувствительность но напряжению которого 2 мВсм. Применявшийся зеркальный фотоаппарат марки Зенит ЗМ снабжали обьективом Гелиос со светосилой 1,5, фотоплнка имела чувствительность порядка единиц. Фенидоновый проявитель позволял выявить минимально засвеченные места. После обработки плнки делали фотоснимки или переснимали под фотоувеличителем кривую на бумагу. Помимо гальваностатического, для более полного представления о кинетике и механизме изучаемого процесса, дополнительно использовали кулоностатический метод , позволяющий изучать скорости реакций, протекающих за время ЮЮ5 с. Измерительная схема приведена на рис. Св и напряжение заряда Кв подбирали таким образом, чтобы начальное перенапряжение До не превышаю мВ. Измерительная схема в гальваностатическом а и кулоностагическом б методах
1 ртутный выключатель, 2 магазин сопротивлений, 3 миллиамперметр, 4 батарея кислотных аккумуляторов, 5 осциллограф, 6 электрохимическая ячейка. Рис. Экст раполируя прямую 1п ту т на т 0 находили перенанряжегие По. Таким образом, с помощью стационарных и релаксационных измерений исследовали кинетику и механизм процесса горения углерода 1. Используя метод низкочастотных импульсов см. Исследуемый электрод готовили из углеродсодержаших материалов спектрально чистого графита марки С1, электродного угля ГЭ и стеклоуглерода. В габл. Отметим также, что в отличие от графита, имеющего хорошо выраженную слоисту ю гексагональну ю рештку утоль и стеклоуглерод состоят лишь из кристаллов фафитоподобной структуры. СвУв Сщ. Анодныс поляризационные кривые на угольных и графитовом электродах в оксидных расплавах при К
ы
В расплаве мае. СаО i АЬСЬ на угле при К 1, К 2, К 3 на графите при К 4 на угле активированном 2Сз при К 5. В расплаве мае. СаО i 1 АЬОз9 на угле при К 6. Рис. В расплаве мае. К 1, К 2, К 3. В расплаве мае. СаО i А3 на графите при К 4 на угле при К 5. Рис. ШУЮ5. В

2. Рис.