Взаимодействие алюминия и галлия с водными растворами электролитов применительно к задаче создания нового метода получения алюминия

• Автор: Бегунова, Лариса Александровна
• Шифр специальности: 05.16.02
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Иркутск
• Количество страниц: 144 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Характеристика взаимодействия металлов с растворами

1.1.1 Общие представления

1.1.2 Строение металлической поверхности В

1.1.3 Адсорбция на поверхности металлов

1.1.4 Особенности взаимодействия металлов с растворами

1.1.5 Количественные характеристики процессов растворения металлов

1.2 Взаимодействие алюминия и галлия с водными растворами

1.2.1 Термодинамическая оценка возможности растворения алюминия и галлия в водных растворах
1.2.2 Электрохимическое описание систем алюминий раствор, галлий раствор
4.2.3 Анализ публикаций по растворению алюминия и галлия
1.3 Электрохимические особенности жидкометаллических катодов
в расплавах и растворах
1.3.1 Восстановление водорода на металлических электродах
1.3.2 Новый способ получения алюминия ГЛАВА 2. МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Выделение алюминия на жидком галлиевом катоде в солянокислых средах
2.2 Приготовление рабочих растворов
2.3 Плотность, вязкость и электропроводность водных растворов хлорида алюминия
2.4 Гравитационные методы кинетических исследований
2.5 Оценка ошибок эксперимента
2.6 Методика обработки экспериментальных данных
2.6.1 Нахождение кажущихся энергий активации
2.6.2 Нахождение констант скоростей и порядка реакции по растворителю
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Кинетические закономерности растворения алюминия в сернокислых растворах
3.1.1 Кинетические кривые растворения
3.1.2 Влияние концентрации растворителей на скорость растворения
3.1.3 Влияние температуры на скорость растворения алюминия
3.1.4 Определение энергий активации растворения алюминия в
сернокислых растворителях
3.2 Кинетические закономерности растворения алюминия в солянокислых растворах
3.2.1 Кинетические кривые растворения
3.2.2 Влияние концентрации растворителей на растворение алюминия
3.2.3 Влияние температуры на растворение алюминия в солянокислых средах
3.2.4 Определение кажущейся энергии активации
3.3 Особенности механизма взаимодействия алюминия с водными растворами
3.4 Кинетические закономерности растворения галлия в сернокислых растворах
3.4.1 Кинетически кривые растворения галлия в сернокислых средах
3.4.2 Влияние температу ры на растворение галлия в сернокислых средах и определение энергии активации
3.5 Кинетические кривые растворения галлия в солянокислых растворах
3.5.1 Кинетические кривые растворения галлия
3.5.2 Влияние концентрации растворителей
3.5.3 Определение порядка реакции и константы скорости растворения галлия в солянокислых средах
3.5.4 Влияние температуры на растворение галлия в солянокислых средах и определение энергии активации
3.5.5 Анализ полученных результатов
3.6 Выводы
ГЛАВА 4. КИНЕТИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СПЛАВА
АЛЮМИНИЙ ГАЛЛИЙ С СЕРНОКИСЛЫМИ
РАСТВОРАМИ
4.1 Получение сплава алюминий галлий
4.2 Кинетика растворения сплава
4.3 Нахождение кажущейся энергии активации растворения
сплава алюминия галлий
4.4 Обобщение экспериментальных результатов по кинетическим закономерностям растворения чистых металлов и сплава алюминий галлий
4.5 Выводы 2 ГЛАВА 5. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ
5.1 Математическое моделирование для описания кинетики растворения алюминия в серно и солянокислых растворах
5.2 Математическое моделирование для описания кинетики растворения галлия в серно и солянокислых растворах
5.3 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Его возникновение является начальной стадиен образования оксидной плнки. Переход от хсмосорбированного слоя кислорода к оксиду требует известной подвижности катионов металла и анионов О. Новая фаза в виде оксидов на поверхности металла может быть сформирована лишь в том случае, если взаимное расположение частиц О1 и катионов металла будет отвечать расположению их в нормальной кристаллической решетке оксида. Считается, что оксид образуется легче, если существует кристаллохимическое соответствие между решетками металла и оксида. Механизм образования оксидного слоя пока не ясен до конца. Возможно, адсорбированные ионы О2 могут проникать под поверхность металла поскольку подвижность металлических атомов и ионов оксидов в кристаллических решетках весьма мала . Образующийся вначале тонкий слой оксида в несколько десятков ангстрем имеет мелкокристаллическую структуру. При низкой температуре такой слой стабилен и не способен развиваться с заметной скоростью. При повышении температуры на нем возникают отдельные более крупные зародыши оксидов их можно уже заметить в микроскоп. Такие зародыши возникают с разной степенью вероятности на различно ориентированных зернах метатла. Затем зародыши постепенно разрастаются в ширину, разделяющая их пленка мелкокристаллического оксида перестраивается в более крупные кристаллы. С течением времени они захватывают всю поверхность металла и первичная мелкокристаллическая пленка оксида нацело перекристаллизовывается в более крупные кристаллы. Процесс завершается образованием сплошного компактного слоя оксида, состоящею из сомкнувшихся крупных зародышей. При повышенной температуре образование оксида происходит быстрее. При этом поверхность активно изменяется за счет теплового движения. На ней возникают и снова исчезают выступы атомных размеров. Кислород, адсорбируясь на неровностях поверхности, стабилизирует их. Атомы металла становятся менее подвижными, когда они связаны с адсорбированным кислородом. Самопроизвольное растворение металлов в растворах электролитов является результатом сопряженного протекания двух взаимно независимых реакций различного направления окисление атомов металла анодный процесс и восстановление окислительного компонента раствора катодный процесс и зависит от электродного потенциала. Каждая из реакций протекает со свойственными ей закономерностями ,. Ме тнр Ме тнр пе 1. Катодный процесс сопровождается ассимиляцией электронов какимилибо ионами кроме ионов данного металла. Протекание электрического тока связано с перемещением электронов по металлу с анодных участков на катодные. Массоперенос из объма раствора или металла, например, из амальгамы к границе раздела между раствором и электродом для восполнения компонентов, израсходованных в процессе растворения. В случае анодного растворения, электрическое поле также может оказывать влияние на массоперснос. Адсорбция ионов или молекул, участвующих в растворении металлов, в области двойного электрического слоя, который непосредственно контактирует с поверхностью металла. Хемосорбция комплексообразующих ионов или молекул на поверхности металла, приводящая к частично обобществлнной электронной структуре с ионами металла, локализованными на его поверхности. Электродная реакция стадия удаления ионов металла из кристаллической рештки, в которой остаются электроны. Адсорбция первичных продуктов растворения на поверхности металла. Десорбция первичных продуктов. Последующее химическое превращение первичных продуктов. Удаление конечных продуктов реакции с поверхности металла, что обеспечивает дальнейший перенос заряда этот процесс включает диффузию. Скорость суммарного процесса определяется наиболее замедленной стадией. При изучении механизма процесса растворения металла в том или ином растворителе основная задача состоит в выявлении этой стадии. Однако, для правильною понимания механизма реакции необходимо изучение всех стадий и определение всех кинетических параметров процесса растворения . Энергия активации является важной характеристикой любого процесса.