Введение к работе
Актуальность работы. Электрохимические реакции с участием кислорода и монооксида углерода, находящихся в контакте с оксидными расплавами, протекают в ряде высокотемпературных процессов: в пирометаллургии - при производстве черных и цветных металлов; в стекольной промышленности - при электротермической варке стекол специального назначения (оптического стекла). Специфика этих важных отраслей производства заключается в том, что готовый продукт в них (металл или стекло) является результатом многочисленных химических реакций, значительная часть которых, особенно в пирометаллургических процессах, происходит в присутствии или при непосредственном участии Ог или СО.
Следует отметить, что такие электрохимически активные газы, как кислород и монооксид углерода, привлекают к себе внимание и в связи с разработкой высокотемпературных источников тока (топливных элементов).
Необходимость изучения указанных процессов на платине, контактирующей с оксидными расплавами, связана с ее широким использованием в качестве конструкционного материала, например, для изготовления тиглей, фильер и мешалок в производстве оптического стекла. Однако при высоких температурах и в условиях окислительной атмосферы платина может химически взаимодействовать с оксидными расплавами, что приводит к ухудшению свойств готового продукта и преждевременному износу дорогостоящих деталей из платины. Поэтому исследование кинетических особенностей и механизма такого взаимодействия может быть использовано для решения конкретных вопросов и практических задач, связанных с уменьшением коррозии платины в агрессивных средах.
Цель работы. Исследование кинетики и механизма электрохимической реакции, происходящей на поверхности платинового электрода, погруженного в расплавы силикатов натрия, в газовых средах с различным парциальным давлением кислорода.
В соответствии с целью в работе были поставлены следующие задачи:
1. Изучение процессов, протекающих на поверхности Pt электрода в условиях анодной поляризации:
а) расчет кинетических параметров электродной реакции в стационар
ных условиях;
б) расчет кинетических параметров стадии разряда;
в) оценка влияния температуры, состава расплава и газовой фазы на кинетику исследуемой реакции.
2. Изучение границы раздела фаз Pt электрод - силикатный расплав, а также адсорбционных процессов на платине в различных условиях.
Научная новизна. На основании результатов стационарных и релаксационных измерений предложен механизм электрохимической реакции, происходящей на поверхности платинового электрода, частично погруженного в расплавы силикатов натрия разного состава в кислородсодержащих атмосферах. Рассчитаны кинетические параметры этой реакции в зависимости от температуры, состава силикатного расплава и газовой фазы. Измерены емкостные характеристики границы раздела фаз электрод -электролит, исследовано влияние внешних параметров на адсорбционные процессы с участием ионов кислорода.
Практическая значимость. Результаты исследования могут быть использованы при решении вопросов, связанных с уменьшением коррозии платины в агрессивных средах, а также в кинетическом анализе реакций, протекающих с участием ионов кислорода на межфазной границе металл -шлак в металлургических процессах или металл - расплав стекла - газ — в стекольном производстве.
Апробация работы. По материалам диссертации сделаны доклады на всесоюзных и региональных научно-технических конференциях и семинарах: V Всесоюзная конференция по строению и свойствам металлических и шлаковых расплавов (г. Свердловск, 21 - 23 сентября 1983 г.); всесоюзный семинар «Структура и свойства шлаковых расплавов» (г. Курган, 17-19 октября 1984 г.); IV Уральская конференция по высокотемпературной физической химии и электрохимии (г. Пермь, 1985 г.); научно-техническое совещание «Физико-химические и электрохимические свойства ионно-электронных (полифункциональных) проводников и их применение в технике» (г. Киев, 1987 г.); научно-техническая конференция молодых специалистов «Химия - народному хозяйству» (г. Владимир, 1981 г.); XI Конференция' по физической химии и электрохимии расплавленных и твердых электролитов (г. Екатеринбург, 1998 г.); IX Российская конференция «Строение и свойства металлических и шлаковых расплавов» (г. Екатеринбург, 1998 г.).
Публикации. По теме диссертации в центральной и местной печати опубликовано 7 печатных работ.
5 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и списка литературы из 87 наименований; изложена на 124 страницах машинописного текста, содержит 11 таблиц и 29 рисунков.