CC BY
33
Литература
1. Крамар Л.Я., Черных Т.Н., Орлов А.А., Трофимов Б.Я. Магнезиальные вяжущие из природного сырья. - Челябинск: «Искра-Профи». 2012. - 146 с.
2. Корнеев В.И., Сизоренко А.П., Медведева И.Н., Новиков Е.П. Особобыстротвердеющие магнезиальные вяжущие // Цемент. - 1997. - № 1. - С. 33 - 36. - № 2. - С. 25 - 28.
3. Зырянова В.Н., Лыткина Е.В., Бердов Г.И. Влияние минеральных наполнителей на свойства магнезиальных вяжущих // Техника и технология силикатов. - 2010. - Т. 11. - № 2. - С. 65 - 72.
4. Мирюк О.А. Влияние различных факторов на твердение магнезиальных вяжущих // Известия вузов. Строительство. -2007. - № 6. - С. 43 - 46.
5. Плеханова Т. А., Яковлев Г. И. Магнезиального вяжущее, модифицированное сульфатными добавками // Строительные материалы, оборудование, технологии XXI века. - 2006. - №3 - 4. - С. 34 -35.
Антонов А.В.1, Михайленко В.Г.2
'Инженер 3 категории. Государственное предприятие «Харьковское агрегатно-конструкторское бюро», г. Харьков, Украина. 2кандидат технических наук, доцент, Институт проблем машиностроения им. А.Н. Подгорного НАН Украины, г. Харьков,
Украина
ИССЛЕДОВАНИЕ СТАБИЛЬНОСТИ ЩЕЛОЧНОГО КОМПЛЕКСНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА ДЛЯ ЭЛЕКТРООСАЖДЕНИЯ ДИОКСИДА СВИНЦА
Аннотация
В статье рассмотрена возможность стабилизации щелочного комплексного электролита при помощи погружения в раствор металлического свинца при электролизе. В этом качестве может использоваться как свинцовая стружка, так и губчатый свинец, образующийся на катоде. Рассчитаны скорости реакций образования и восстановления соединений четырёхвалентного свинца в электролите, установлены соотношения активных поверхностей для стабильного получения анодного покрытия из диоксида свинца в течение длительного времени.
Ключевые слова: диоксид свинца, щелочной комплексный электролит, плюмбиты, плюмбаты.
Antonov A.V.1, Mykhaylenko V.G.2
'Engineer 3-kathegory. State enterprise «Kharkov aggregate-construction bureau», Kharkov, Ukraine.
2PhD in technical science, associate professor. A. M. Pidhorny Institute for Mechanical Engineering Problems NAS of Ukraine,
Kharkov, Ukraine.
INVESTIGATION OF STABILITY OF ALKALINE COMPLEX ELECTROLYTE FOR THE ELECTRODEPOSITION OF
LEAD
Abstract
The possibility of stabilizing of alkaline complex electrolyte is considered in the article through immersion in solution of metallic lead at electrolysis. Both the leaden shaving and cathode spongy lead, formed on cathode, can be used for this effect. Speeds of reactions of formation and reduction of 4-valent plumbum joins in electrolyte are calculated, installed ratio of active surfaces in order to obtain stable anode coating of lead dioxide for a long time.
Keywords: lead dioxide, alkaline complex electrolyte, plumbites, plumbates.
Проблема производства стойких инертных анодов остро стоит перед современной технической электрохимией. Диоксид свинца, нанесенный на металлическую основу, в качестве инертного анода в ряде случаев не уступает платине, а иногда и превосходит ее по своим каталитическим свойствам.
Из всех растворов для электроосаждения анодного покрытия из диоксида свинца щелочной трилонатный электролит отличается высоким качеством получаемого покрытия, отсутствием в нем внутренних напряжений, возможностью покрывать детали сложного профиля. Однако, после прохождения 5...6 А-час./дм3 электричества раствор сначала приобретает розовокирпичную окраску, а затем на стенках ванны и других поверхностях начинается образование кирпично-красных осадков. Как написано в работе [1], эти отложения состоят из смешанных оксидов свинца Pb3O4 та Pb2O3. Ранее нами было установлено [2], что указанные осадки образуются в результате накопления в электролите плюмбатов вследствие неполного осаждения PbO2 на аноде (выход по току примерно 99%), а также при подпитке электролита техническим оксидом свинца (II), содержащим небольшое количество соединений четырехвалентного свинца.
Поскольку масса образующегося при электрохимической реакции вещества пропорциональна количеству прошедшего через раствор электричества, и убыль в электролите плюмбитов, а следовательно, и масса добавляемого оксида свинца подчиняется такой же закономерности, нарастание концентрации плюмбатов в растворе при электролизе происходит в соответствии с формулой
m=Ktq, (1)
где К]= 1,994*10"4моль/А-ч - коэффициент в уравнении накопления соединений четырехвалентного свинца, рассчитанный исходя из экспериментальных данных, приведенных на рис. 1. С другой стороны, в соответствии с законом Фарадея
Itx0
m =--------
, (2)
где m - количество образованного плюмбата во время опыта; I = 0,2 А - сила тока через ячейку; т - время электролиза, с; 0 -выход по току в реакции образования плюмбатов; z = 2 - изменение заряда иона при переходе плюмбита в плюмбат; Ф = 26,81 А-ч/моль - число Фарадея.
Таким образом,
*1
_0_
z0
(3)
отсюда 0 = 1,069*10"2.
Из приведенных графиков видно, что когда катодный процесс и осадок металлического свинца принимает участие в электролизе (при отсутствии разделяющей катод и анод диафрагмы) накопление плюмбатов в растворе идет гораздо медленнее, чем в случае исключения катодного процесса. Таким образом, на поверхности металлического свинца протекает восстановление анионов плюмбата.
114
20
о
^ 10 Е <
0
0 7,461 14,92 22,38 29,84 37,31 74,61 111,9 149,2 186,5 223,8
~-3
q,0*10'
♦ Ряд1 ■ Ряд2
Рис. 1 - Кинетика накопления плюмбатов в трилонатном электролите, Дт, моль в зависимости от количества прошедшего электричества q, Ф. 1 - с отделением катодного пространства; 2 - без отделения катодного пространства.
В ходе экспериментов было замечено, что катодный осадок свинца имел кристаллический характер, и его кристаллы были покрыты тонким желтоватым слоем гидроксида свинца (II). Следовательно, поскольку электролит в ходе электролиза постоянно подпитывали свежеосажденным гидроксидом свинца (II), и электролит поддерживался в насыщенном состоянии, поверхность металлического свинца быстро пассивировалась продуктами восстановления плюмбата, и дальнейший процесс восстановления замедлялся.
Подпитка электролита свежеосажденным гидроксидом свинца в промышленных условиях практически невозможна. Реальный процесс производства анодов в заводских условиях должен предполагать подпитку электролита оксидом свинца (II). Это приведет к дополнительному накоплению поюмбатов в электролите. Средняя концентрация соединений четырехвалентного свинца в техническом оксиде двухвалентного свинца составляет 0,9*10-3 моль/кг. Тогда константа скорости накопления плюмбатов, определенная расчетным путем составит К2=1,999*10-4 моль/А-час. На практике повышение концентрации плюмбатов за счет подпитки раствора товарным оксидом свинца (II) будет носить ступенчатый характер в соответствии с загрузкой в электролит очередных порций реагента.
Насыщенная концентрация плюмбатов в трилонатном электролите для осаждения диоксида свинца составляет 1,9*10-4 моль/дм3, таким образом, можно предполагать, что при концентрации плюмбатов, равной половине насыщенной (10-4 моль/дм3) образование донных отложений полностью прекратится.
Восстановление четырехвалентного свинца на поверхности металлического свинца является классическим гетерогенным процессом, подчиняющимся уравнению
dm
dr
KSC
(4)
где m - количество прореагировавшего четырехвалентного свинца, моль; С - концентрация четырехвалентного свинца, моль/м3; r - время от начала процесса, часы;
К - константа скорости процесса восстановления, м/час.;
S- поверхность металлического свинца, м2;
V - объем раствра, м3.
VdC = K SC, dr (5)
dc =_ K, sc dr V . (6)
Данное уравнение поддается разделению переменных и аналитическому решению.
dC=_k ’ Sdr C V , (7)
1 C S ’ ln — = _K — r C0 V , (8)
_K’S-T ’ C = C0e V (9)
где С0 - начальная концентрация плюмбатов, моль/м3.
На рис. 2 представлена зависимость остаточной концентрации плюмбатов в электролите от времени контакта его с поверхностью металлического свинца. Условия эксперимента: объем раствора - 200 см3, поверхность металлического свинца -30 см2. Точками обозначены экспериментальные данные.
115
t,
Рис. 2 - Кинетика восстановления соединений четырехвалентного свинца в трилонатном электролите на активной
поверхности металлического свинца.
Полученные экспериментальные данные позволили рассчитать константу скорости реакции восстановления плюмбатов К, которая равняется 3,512*10"2 м/час.
Определение констант скорости в процессах накопления и восстановления плюмбатов позволяет рассчитать необходимое соотношение поверхностей анода и металлического свинца, погруженного в электролит. В соответствии с уравнением 1
m = Kq
Преобразуем это уравнение в дифференциальную форму.
dm
= K
(10)
= K
(11)
(12)
dq dm iSAdr
— = KiSA dr A
где i - плотность анодного тока, А/м2, которая для получения ненапряженного осадка составляет 200 А/м2: SA - площадь поверхности анода, м2.
С другой стороны, в соответствии с уравнением (4)
£=-KSbC dr ,
где SPb - площадь поверхности металлического свинца, погруженного в раствор, м2;
С - концентрация плюмбатов, моль/м3.
Приравнивая скорости образования и восстановления плюмбатов, получаем следующее уравнение:
KiSA = KSPbC
Отсюда критерий стабильности раствора:
(13)
S
Pb
S „
Ki
KC
(14)
Расчет показывает, что для трилонатного электролита при питании его техническим оксидом свинца (II) с учетом необходимости поддержания в растворе концентрации плюмбата, равной половине насыщенной (10-1 моль/м3) минимальное соотношение площадей свинца и анода составляет 5,99.
Таким образом, разработан способ предупреждения образования донных обложений при электроосаждении оксида свинца (IV) из щелочных растворов. Способ заключается в погружении в электролит металлического свинца, на поверхности которого происходит восстановление плюмбатов до плюмбитов, которые затем участвуют в процессе электроосаждения PbO2.
Литература
1 Джафаров Э.А. Электроосаждение, свойства и применение двуокиси свинца. - Баку: Изд-во АН Азерб ССР, 1967, - 150
с
116
2 Антонов О. В., Михайленко В. Г., Тульський Г. Г. Вдосконалення технологи одержання плюмбум двооксидного покриття з лужних електролiтiв // ВКник Харкiвського нацiонального технiчного унiверситету „Харювський полiтехнiчний шститут”. - Харкгв:НТУ „Хш”. - 2008. - №16. - С. 8 - 11.
Мухутдинов ИМ.1, Орлов А.Г.2, Фролов М.С.3
1Студент; 2студент; 3студент, Оренбургский государственный университет;
ВЕТРОЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ И ПОСЛЕДНИЕ РАЗРАБОТКИ В ЭТОЙ ОБЛАСТИ
Аннотация
В данной статье рассмотрено - виды наиболее эффективных ветроэнергетических установок, а также новые конструкции ветроустановок и их применение в жизни людей.
Ключевые слова: ветроэнергетика, воздушный поток, ветроагрегат, энергоэффективность.
Muhutdinov I.M.1, Orlov A.G.2, Frolov M.S.3
1Student; 2student; 3student, Orenburg State University WIND POWER PLANTS AND RECENT DEVELOPMENTS IN THIS AREA
Abstract
In given article is devoted to the species and the most efficient wind turbines, as well as new designs of wind turbines and their application in the lives of people.
Keywords: wind energy, air flow, wind turbine, energy efficiency.
Как известно, во всем мире основными источниками энергии являются невозобновляемые источники, такие как нефть, газ, уголь и т.д. С каждым годом с ростом численности населения и их потребностями происходит увеличение потребления энергии, что на сегодняшний день делает актуальной проблему постепенного сокращения запасов традиционных энергоресурсов, ростом цен на жидкое топливо и зависимость от импортируемого топлива. Всё это привело к возрождению исследований, направленных на расширение возможности преобразования ветра в пригодный для использования вид энергии.
Энергия ветра на земле неисчерпаема, т.е. это возобновляемый источник энергии. Ветер является одним из наиболее мощных энергетических источников. Многие столетия человек пытается превратить энергию ветра себе на пользу, строя ветростанции, выполняющие различные функции: мельницы, водяные насосы, электростанции. Как показала практика и опыт многих стран, использование энергии ветра крайне выгодно, поскольку, во- первых, стоимость ветра равна нулю, во-вторых, электроэнергия получается из энергии ветра, а не за счет сжигания углеродного топлива, продукты горения которого известны своим опасным воздействием на человека, в-третьих, осуществляется обеспечение децентрализованных потребителей и регионов с дальним и сезонным завозом топлива и снижение расходов на дальнепривозное топливо.
Эффективными и все больше и больше входящими в наш обиход преобразователями ветра являются ветроэнергетические установки (ВЭУ). ВЭУ - комплекс технических устройств для преобразования кинетической энергии ветрового потока в какой-либо др. вид энергии. Ветроэнергетические установки достигли сегодня уровня коммерческой зрелости и в местах с благоприятными скоростями ветра могут конкурировать с традиционными источниками электроснабжения. Из всевозможных устройств, преобразующих энергию ветра в механическую работу, используются лопастные машины с горизонтальным валом, устанавливаемым по направлению ветра и намного реже применяются устройства с вертикальным валом.
ВЭУ с горизонтальной осью вращения, имеющие две или три лопасти, установленные на вершине башни - наиболее распространенный тип ветрогенераторов. Ведущей вал ротора , соединяющий лопасти с генератором считается осью машины. У ВЭУ с горизонтальной осью вращения ведущий вал ротора расположен горизонтально. Чаще всего, установки с горизонтальной осью вращения имеют две или три лопасти, хотя есть и модели с большим количеством лопастей. ВЭУ с большим количеством лопастей обычно работают при низких скоростях вращения, в то время как установки с двумя или тремя лопастями должны вращаться с очень высокой скоростью, чтобы максимально охватить ветровые потоки, проходящие через площадь ротора. Теоретически, чем больше лопастей у ротора, тем эффективней должна быть его работа. Однако, это не так. Ветроэнергетические установки с большим количеством лопастей менее эффективны, чем установки с двумя или тремя лопастями, так как лопасти создают помехи друг другу и менее прочны.
У ВЭУ с вертикальной осью вращения ведущий вал ротора расположен вертикально. Лопасти такой установки - длинные, обычно дугообразные. Они прикреплены к верхней и нижней частям башни. Благодаря вертикальному расположению ведущего вала ротора ВЭУ, в отличие от ВЭУ с горизонтальной осью вращения, захватывают ветер, дующий в любом направлении, и для этого им не нужно менять положение ротора при изменении ветровых потоков.
К сожалению как и у любой другой установки ветроэнергетическая установка обладает рядом недостатков: неравномерность поступления энергии, дороговизна оборудования, шум от работы ветродвигателей, вредные для людей и животных низкочастотные вибрации, обледенение лопастей, образующее осколки, гибель птиц и летучих мышей. Необходимо четко представлять себе, что ветроустановка работает только тогда, когда есть ветер. Наибольший ветровой потенциал наблюдается на морских побережьях, на возвышенностях и в горах. Однако существует еще много других территорий с потенциалом ветра, достаточным для его использования в ветроэнергетике. Энергетические установки обычно используют ветер в приземном слое на высоте до 50 - 70 м, реже - до 100 м от поверхности Земли, поэтому наибольший интерес представляют характеристики движения воздушных потоков именно в этом слое. Важнейшими характеристиками, определяющей энергетическую ценность ветра, являются его скорость и плотность.
Непостоянство скорости ветра заставляет либо устанавливать параллельно с ВЭУ аккумуляторную батарею, либо резервировать ее установкой на органическом топливе. Естественно, это повышает стоимость установки и ее эксплуатации, поэтому распространение таких установок пока невелико.
В развивающихся странах интерес к ВЭУ связан в основном с автономными установками малой мощности (0,5-4 кВт), которые могут использоваться в деревнях, удаленных от систем централизованного электроснабжения. Такие установки уже сегодня конкурентоспособны с дизелями, работающими на привозимом топливе.
На сегодняшний день доля ветроэнергетики в мировом энергопроизводстве составляет 1%, причем в некоторых странах на долю энергии выработанной за счет ветра, приходится 20% и более от общего объема энергопоставок.
Так, в США установлено более 1,5 млн. кВт мощностей ВЭУ, в Дании ВЭУ производят около 3% потребляемой страной энергии. Велика установленная мощность ВЭУ в Швеции, Нидерландах, Великобритании и Германии. На сегодняшний день идёт изучение, разработка и внедрение новых видов преобразователей ветра. Китайским конструктором Цзян Цянь и его итальянский коллега Алессандро Леонетти Лупарини создали ветроагрет под название T-Box, который улавливает воздушный поток проезжающего поезда со скоростью до 240 км/ч. Такая скорость поезда образует воздушный поток скоростью до 15 м/с . T-Box помещается под землю между шпалами — на поверхности остаются только вентиляционные отверстия. Внутри расположена турбина, которая и преобразует ветер в электричество. Если 200-метровый поезд пройдёт этот участок со скоростью 300 км/ч, суммарная мощность полученной энергии составит 2,6 кВт.
Ещё одной последней разработкой является ветроустановка от фирмы Magenn Power Air Rotor System. Установка представляет собой аэростат, наполненный гелием, по бокам которого размещены два генераторных блока и удерживаемый с
117
