Технічні науки / Металургія

Лукошніков І.Є., Червоний І.Ф., Іванов В.І., Моісейко Ю.В.

Запорізька державна інженерна академія

ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИВАЛОГО ОКислюВАННЯ ДВОХВАЛЕНТНОГО ТИТАНУ НА ІНДИФЕРЕНТНИХ

АНОДАХ

Анодний процес суттєво впливає на техніко-економічні показники електролізу під час виробництва титанових порошків методом електролітичного рафінування низькосортного губчастого титану марки ТГ-Тв [1].

Вибір оптимальних параметрів реалізації вказаного процесу під час об'ємного електролітичного рафінування губчастого титану вказаної марки в циркулюючих електролітах [2], базується на розгляданні закономірностей окислювання іонів двовалентного титану до тривалентного на нерозчинному аноді.

У роботі досліджували залежність потенціалу графітового та деяких металевих анодів від щільності струму в різних розплавах, що містять хлориди титану та є близькими до рівноважних відносно металевого титану.

Твердий плав NaCl-KCl-TiCl₂-TiCl₃, що містить близько 20% розчиненого титану, завантажували до протравленого титанового стакану, який встановлювали у герметичну комірку, що складається з реторти, виконаної із жаростійкої сталі, та титанової водоохолоджуваної кришки, через яку в електроліт вводили досліджувані електроди та платино-платинородієвий термоелектричний термометр.

Як електроліти використовували еквімольну суміш NaCl-KCl, легкоплавкий електроліт складу 60% NaCl і 40% MgCl₂ і відпрацьований електроліт магнієвого виробництва.

Після нагрівання до температури 400 °С в електрохімічній комірці створювали розрідження, потім заповнювали її аргоном до тиску (1…2) × 10⁴ кПа, підвищували температуру до заданого значення (500…850 °С) та витримували розплав до практично повного відновлення електроліту.

Далі досліджуваний анод занурювали в розплав на задану глибину та поляризували його за щільності струму (i_a), що змінювали від 10^-3 до 2,0 A/cм², за тривалості витримки 10 секунд на кожній щільності струму, які використовували. Катодом та електродом порівняння слугував стакан, який практично не поляризувався за зазначених умов. Потенціал аноду Е фіксували за допомогою електронного осцилографа типу С1-4, а потім здійснювали перерахунок його значень відносно хлорного електроду порівняння, використовуючи довідкові дані [3].

За поляризаційними кривими оцінювали область значень i_a, де відбувається окислювання двовалентного титану до тривалентного на нерозчинному аноді. Потім у даній області за заданим потенціалом анода здійснювали тривалий (протягом 30 хвилин) електроліз з графітовим анодом. По завершенні електролізу анод піднімали до камери охолоджування, а у розплав занурювали свіжий графітовий електрод. На охолодженому електроді, користуючись слідом від електроліту, уточнювали площу поверхні електроду, зануреної до розплаву, та визначали параметр i_a.

Як показав аналіз експериментальних результатів, під час підвищення температури та концентрації титану в розплаві поляризація анода зменшується. Це свідчить про її концентраційний характер, пов'язаний із швидкістю дифузії комплексних угрупувань, створених іонами двовалентного титану, до поверхні анода, а угрупувань, створених іонами тривалентного титану, - від поверхні анода в глибину електроліту. Ще наочніше її проявлення має місце під час зіставлення залежності Е = f(i_a) для однієї і тієї же температури та концентрації розчиненого титану, але у різних розчинниках.

Встановлено, що гранична щільність струму в розплаві NaCl-KCl і відпрацьованого електроліту магнієвого виробництва є близькою, а під час додавання 40% MgCl₂ - нижче у 1,8…2,4 разів. Це дозволяє зробити висновок, що залежність Е = f (i_a) в області окислювання двовалентного титану до тривалентного може бути описаною відомими співвідношеннями концентраційної поляризації, які дозволяють розраховувати робочу щільність струму для забезпечення заданого потенціалу аноду.

Таким чином, процес анодного окислювання двовалентного титану до тривалентного у хлоридних розплавах, що містять титан, протікає за достатньо високої щільності струму (0,1…0,6 А/см²) та концентрації розчиненого титану (2,0…3,5%).

Література

1. Ануфриева Н. И. Поведение анодного материала при электролитическом рафинировании титана и его сплавов / Н. И. Ануфриева // Известия АН СССР. Металлы. – 1968. – № 2. – С. 69-76.

2. Волейник В. В. Окислительно-восстановительные реакции в циркулирующих расплавах как фактор интенсификации и управления качеством при рафинировании переходных металлов / В. В. Волейник // Физическая химия и электрохимия расплавленных и твердых электролитов. – Свердловск: УНЦ АН СССР. – 1979. – С. 21-23.

3. Смирнов М. В. Электродные потенциалы в расплавленных хлоридах . – М.: Наука, 1973. – 191 с.