*99752*

ҚҰРАМЫНДА НИКЕЛЬ БАР ӨНДІРІС ҚАЛДЫҚТАРЫН ЭЛЕКТРОХИМИЯЛЫҚ ӘДІСПЕН ЗАЛАЛСЫЗДАНДЫРУ

Жылысбаeва Г.Н.

Техника ғылымдарының кандидаты, доцент

Электрохимиялық тізбектен тұрақты ток өткен кезде электролиз процесі барлық уақытта тиімді бола бермейді. Қазіргі күнде, электродтардағы процестердің кинетикасын зерттегенде, сондай-ақ электрохимиялық өндіріс технологиясын жетілдіру шараларында, стационарлы емес айнымалы токтың түрлі формаларын кеңінен қолдануға көңіл бөлінуде [1-3].

Өндіріс қалдықтарын электрохимиялық жолмен тотықтыру, қайта өңдеудің тиімді жолдарын іздестіру мақсатында, айнымалы токпен поляризацияланған никель электродтарының азот қышқылы ерітіндісіндегі электрохимиялық еру ерекшелігін зерттеу ұсынып отырған ғылыми жұмысымыздың басты мақсаты. Сондықтан, өндірістік жиіліктегі айнымалы токпен поляризацияланған никель электродының азот қышқылы ерітіндісінде электрохимиялық еру ерекшелігі жүйелі түрде зерттелді.

Зерттеу жұмыстары көлемі 100 мл шыны электролизерде жүргізілді, никель электродтары айнымалы токпен поляризацияланды. Негізгі тәжірибелерде электролит ретінде азот қышқылының әртүрлі концентрациялары пайдаланылды. Электродтар тәжірибе алдында майда ұнтақты түрпі қағазбен тазаланып, айдалған сумен және этил спиртімен шайылып, кептіріліп, аналитикалық таразыда салмағы өлшеніп отырды.

Алдын-ала жасалған тәжірибелер көрсеткендей, никель электродтарын азот қышқылының сулы ерітіндісінде жиілігі 50 Гц өндірістік айнымалы токпен поляризациялау кезінде, аноджартылай периодында никель электродтарының интенсивті еріп, никель (ІІ) иондары түзілетіні байқалды (1-реакция). Катодты жартылай периодта сутегінің тотықсыздану реакциясы жүреді (2-реакция). Ерітіндідегі нитрат иондары никель иондарымен әрекеттесіп, никель нитраты ерітінді күйінде түзілді (3-реакция). Эксперимент соңынан электролит еріндісін қыздырып, буландыру арқылы никель (ІІ) нитраты алынды:

Ni⁰ - 2e ® Ni²⁺ Е⁰ = -0,25 В (1)

2Н⁺ + 2е → Н₂ (2)

Ni²⁺ + 2NO₃^- → Ni(NO₃)₂ (3)

Қышқыл ерітіндідегі электролизден кейінгі реакция өнімдерінің анализі, яғни ерітіндіге өткен никель иондарының мөлшері, диметилглиоксим және тотықтырғыштың көмегімен фотоколориметрлік әдіс бойынша анықталды.

Никель электродының еруінің ток бойынша шығымына никель электродындағы ток тығыздығының әсері (1-сурет) қарастырылды. Бұл кезде айнымалы ток тығыздығын 200-1000А/м² аралығында жоғарылатқанда никель электродының еруінің ток бойынша шығымы төмендейтіні байқалды. Мұны нитрат иондарының тотықтырғыш қасиетіне орай, жоғары ток тығыздықтарында электрод бетінде түзілген оксидті қабаттың қалыңдауымен түсіндіруге болады. Сондай-ақ, жоғары ток тығыздықтарында никель электродының пассивтелуімен де түсіндіріледі.

1-сурет. Никель электродының еруінің ток бойынша шығымына ток

тығыздығының әсері: (C_HNO3 =0,5M; τ= 0,5сағ; t=20⁰C; υ=50Гц)

Никельдің еруіне негізгі параметрлердің бірі ерітінді концентрациясының әсерін қарастыру нәтижесінде мынадай нәтижелер алынды. Тәжірибе кезінде қышқыл ортада никель электродтарындағы ток тығыздықтарын 400А/м² етіп ұстай отырып, азот қышқылының концентрациясын 0,5-2,5М-ге дейін өзгерткенде, никель электродының еруінің ток бойынша шығым артты. Никель электродын өндірістік жиіліктегі айнымалы токпен поляризациялағанда ток бойынша шығымның 100% артып кетуі, электрохимиялық ерумен қатар никельдің химиялық еруімен түсіндіріледі (4-реакция):

Ni+2HNO₃ Þ Ni(NO₃)₂ + H₂ (4)

Зерттеу нәтижелері бойынша 400A/м² айнымалы ток тығыздығында ерітінді температурасын 20⁰ С-тан 80⁰ С-қа дейін жоғарылатқанда никель электродтары еруінің ток бойынша шығымы 75%-дан 102%-ға дейін артты. Ерітінді температурасын жоғарылатқан сайын қышқыл молекулаларының активтілігінің артуымен және осыған байланысты иондар қозғалғыштығының жоғарылауымен олардың әрекеттесу жылдамдығының артатындығымен түсіндіруге болады [4]. Температура-кинетикалық әдіспен анықталған активтендіру энергиясының мәні Е_акт=4,22кДж/мольге тең болды. Бұл никель электродының еруі диффузиялық режимде жүретіндігін көрсетті.

Электродтарды айнымалы токпен поляризациялау кезінде ток жиілігін 50Гц-2000Гц аралығында электролиз жүргізгенде ток бойынша шығым 75%-дан 13%-ға дейін төмедейтіні анықталды (2-сурет). Электродтарды айнымалы

2-сурет. Никель электродының еруінің ток бойынша шығымына айнымалы ток жиілігінің әсері: (i_Ni =400 A/м²; C_HNO3 =0,5M; τ= 0,5сағ; t=20⁰C)

токпен поляризациялау кезінде ток жиілігінің зерттеліп отырған процесіне әсері үлкен екендігі анықталды. Ток жиілігі артқан сайын никельдің еруінің ток бойынша шығымы кемиді.

Себебі, жоғары ток жиілігіндегі анодты жартылай периодта никель (ІІ) ион түріне өтіп, ерітінді көлеміне диффузияланып үлгермейді, ол катодты жартылай периодта-диффузиялық қабаттағы металл иондары кері тотықсыздану реакциясына қатысады. Бұл құбылыс циклді түрде қайталанып отырады.

Қорыта келгенде, алғаш рет өндірістік жиіліктегі айнымалы токпен поляризацияланған никель электродының азот қышқылы ерітіндісінде электрохимиялық еру ерекшелігі жүйелі түрде зерттелді. Электролиздің оптимальды жағдайында (i_Ni=400A/м²; τ= 0,25сағ; υ=50Гц; t=20⁰C) есептелген екі никель электродтарының еруінің ток бойынша шығымы 1,5М азот қышқылы ерітіндісінде 88%-ға жететіні анықталды.

Әдебиеттер

1. Баешов А., Джунисбеков М.М., Баешова А.К., Жарменов А.А. Исследование растворения хрома в водных растворах при поляризациии несимметричным переменным током //Промышленность Казахстана. – 2001. №1(4). – С.113-116.

2. Брюквин В.А., Винецкая Т.Н., Макаренкова Т.А. Исследование гидроэлектрохимического поведения сульфидов никеля и меди в сернокислых растворах под действием переменного электрического тока // Цветные металлы. 2005 №7. С.59-62.

3. Бекенова Г.С., Баешов А.Б., Жылысбаева Г.Н. Потенциодинамикалық поляризациялық қисықтар түсіру арқылы нейтрал ортадағы никель электродының электрохимиялық қасиеттерін зерттеу “Республикалық ғылыми-теориялық конференцияның еңбектері” Кентау-2006.144б.

4. И.Д. Резник; Г.П. Ермаков; Я.М. Шнеерсон.- Никель (в трех томах).- Москва, ООО «Наука и технологии».- 2003.