CC BY
16
-Е, В 0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
III
..■■■■ IV
-----------------------------,
I II
--
-3
-2
-1
0 г&, А/м4
Рис. 1. Полная поляризационная (2 мВ-с ') кривая свинца в среде электролита 3 %-го ша
стандартным - платиновый. Методика исследования описана в работах [7 - 12].
В качестве примера на рис. 1 представлена полная потенциодинамическая кривая свинца. Первоначально после установившегося значения потенциала коррозии кривая шла в положительном направлении до плотности тока 2 А/м2 (рис. 1, кривая I) , затем возвращалась назад (рис. 1, кривая II), далее шла в катодную область до потенциала -0,8 В (рис. 1, кривая III) и затем снова в положительном направлении (рис. 1, кривая IV). По потенциодинамиче-ской кривой определяли основные электрохи-
мические характеристики сплавов - потенциалы питтингообразования (Еп. о) и репассива-ции (Ер. п) как пересечение прямого и обратного хода анодных кривых; потенциал коррозии (после освобождения от оксидной пленки).
Обобщенные результаты исследования сплавов систем РЬ - Са ^г, Ва) представлены в табл. 1 и 2. Потенциал свободной коррозии сплавов систем РЬ - Са ^г, Ва) с ростом концентрации щелочноземельного металла смещается в положительном направлении оси ординат. С увеличением концентрации хлорид-ионов потенциал свободной коррозии чистого свинца смещается в отрицательном направлении от -0,524 В в среде 0,03 % №С1 до -0,562 В в среде 3 % №С1 (табл. 1).
Такая зависимость имеет место также для сплавов свинца с ЩЗМ, т. е. при переходе от слабого электролита к более сильному наблюдается уменьшение потенциала свободной коррозии независимо от содержания легирующего компонента. Значения потенциалов пит-тингооброзования и репассивации чистого свинца и его сплавов с ЩЗМ также по мере роста концентрации хлорид-ионов в электролите смещаются в более отрицательную область. Увеличение концентрации легирующего компонента способствует росту значений
Т а б л и ц а 1
Потенциалы свободной коррозии (-¿"„.корр., В) и питтингообразования (-Епо., В) сплавов систем РЬ-Са(8г, Ва) в среде электролита КаС!
Содержание ЩЗМ, % (по массе) Сплавы с Са Сплавы со 8г Сплавы с Ва
-Е В -^св.корр, -Еп.о., В -Е В -^св.корр., -Еп.о., В -Е В -^св.корр., -Еп.о., В
0,03 % ШаС1
- 0,524 0,380 0,524 0,380 0,524 0,380
0,005 0,520 0,369 0,510 0,330 0,512 0,340
0,010 0,518 0,354 0,500 0,320 0,484 0,330
0,050 0,506 0,340 0,480 0,300 0,464 0,310
0,100 0,475 0,325 0,450 0,280 0,442 0,300
0,500 0,422 0,320 0,430 0,250 0,428 0,280
0,3 % ШаС1
- 0,543 0,420 0,543 0,420 0,543 0,420
0,005 0,488 0,340 0,520 0,350 0,536 0,380
0,010 0,470 0,340 0,510 0,350 0,522 0,360
0,050 0,420 0,310 0,503 0,310 0,516 0,340
0,100 0,400 0,306 0,408 0,305 0,510 0,340
0,500 0,384 0,300 0,440 0,300 0,500 0,320
3,0 % ШаС1
- 0,562 0,450 0,562 0,450 0,562 0,450
0,005 0,460 0,320 0,540 0,370 0,560 0,400
0,010 0,450 0,310 0,536 0,380 0,550 0,380
0,050 0,408 0,300 0,532 0,340 0,546 0,360
0,100 0,380 0,260 0,523 0,350 0,530 0,340
0,500 0,368 0,250 0,522 0,325 0,524 0,340
Т а б л и ц а 2
Зависимость скорости коррозии сплавов систем РЬ-Са (8г, Ва) от содержания ЩЗМ в среде электролита КаС!
Содержание ЩЗМ, % (по массе) Скорость коррозии
сплавов с Ca сплавов со Sг сплавов с Ba
г • 10-2 'корр. К ■ 10 3 г • 10-2 'кор. К ■ 10-3 г • 10-2 'кор. К ■ 10-3
А/м2 г/(м2-ч) А/м2 г/(м2-ч) А/м2 г/(м2-ч)
0,03 % ша
- 0,80 15,44 0,80 15,44 0,80 15,44
0,005 0,77 14,86 0,69 13,31 0,71 13,70
0,010 0,60 11,58 0,54 10,42 0,57 11,00
0,050 0,53 10,23 0,48 9,26 0,54 10,42
0,100 0,42 8,11 0,40 7,72 0,45 8,68
0,500 0,36 6,95 0,36 6,85 0,40 7,72
0,3 % ша
- 0,85 16,40 0,85 16,40 0,85 16,40
0,005 0,68 13,12 0,72 13,89 0,74 14,28
0,010 0,55 10,61 0,57 11,00 0,60 11,58
0,050 0,49 9,46 0,50 9,65 0,56 10,80
0,100 0,38 7,33 0,42 8,10 0,48 9,26
0,500 0,33 6,37 0,38 7,33 0,43 8,30
3,0 % ша
- 0,98 18,91 0,98 18,91 0,98 18,91
0,005 0,62 11,97 0,83 16,01 0,86 16,50
0,010 0,53 10,23 0,63 12,15 0,65 12,55
0,050 0,42 8,11 0,55 10,61 0,60 11,58
0,100 0,32 6,18 0,48 9,26 0,52 10,04
0,500 0,28 5,40 0,42 8,10 0,47 9,07
потенциалов питтингообразования и репасси-вации во всех средах независимо от концентрации хлорид-ионов. Установленные зависимости характерны для сплавов свинца со всеми щелочноземельными металлами. При переходе от сплавов свинца с кальцием к сплавам со стронцием и с барием потенциал свободной коррозии уменьшается, т.е. изменяется в отрицательном направлении оси ординат; потенциал питтингообразования также уменьшается (табл. 1).
Плотность тока коррозии и соответственно скорость коррозии сплавов систем РЬ - Ca ^г, Ва) с ростом концентрации хлорид-ионов увеличивается. Такая зависимость характерна для всех сплавов независимо от их состава и особенностей физико-химических свойств легирующего компонента. При переходе от сплавов свинца с кальцием к сплавам со стронцием и барием наблюдается рост скорости коррозии, что коррелирует со свойствами самих щелочноземельных металлов. Для чистого свинца также характерен рост скорости коррозии с увеличением концентрации хлорид-ионов в электролите (табл. 2).
Анодные ветви потенциодинамических кривых сплавов систем РЬ - Sг в средах 3,0 %
и 0,3 %-ого №0 (рис. 2) показывают, что кривые, относящиеся к сплавам, располагаются левее кривой чистого свинца, т.е. скорость анодной коррозии сплавов несколько меньше, чем у свинца во всех исследованных средах. Положительное действие щелочноземельных металлов на анодные свойства свинца не могут объясняться только увеличением истинной поверхности анода или уплотнением. Стойкость свинца зависит также от изменения и модифицирования его защитного фазового слоя оксидов малорастворимыми продуктами окисления структуры при легировании, т.е. от величины кристаллов сплавов.
Как известно, модификаторами структуры сплава могут служить металлы, имеющие малую межатомную связь и, следовательно, низкую температуру плавления, малые прочность и твердость [13 - 15].
Адсорбируясь на зарождающихся кристаллах, они тормозят их рост, уменьшают поверхностную энергию вновь зарождающегося кристалла, в результате чего образуется высокодисперсный сплав. По величине обобщенного момента, характеризующего абсорбционную способность элементов в зависимости от заряда и эффективного радиуса иона [15], элементы
Рис. 2. Анодные ветви потенциодинамических (2 мВ-с ') кривых сплавов системы Pb - Бг с различным содержанием
стронция в среде электролита 3 % (а) и 0,3 % (б) №С1
подгруппы кальция можно расположить в следующий ряд: Са2+9,04 - Бг2+7,49 - РЬ2+7,1- Ва2+6,63.
Металлы, расположенные в ряду левее свинца, являются инактивными модификаторами, а правее - активными, хотя на практике, как видно из табл. 2, это не подтверждается [1], т.е. кальций и стронций являются более эффективными модификаторами структуры свинца, чем барий. Кроме близких величин обобщенного момента, необходимо учитывать растворимость и свойства солей, образуемых катионами, например кальцием, стронцием, барием.
Диффузия в металлах происходит быстрее вдоль границ зерен, чем в самих зернах. Наличие границ зерен в поликристаллах влияет на такие свойства, как внутреннее трение, пластичность и др. [1]. В случае диспергирования структуры продукты коррозии полностью перекрывают незначительную по величине меж-кристаллитную прослойку и этим усиливают пассивность металла. Таким действием чаще всего обладают 5- и р- элементы, к которым относятся и щелочноземельные металлы. Таким образом, существует связь между увеличением коррозионной стойкости и изменением зернистости сплава, что подтверждает существующие представления о роли модификаторов в коррозии сплавов. Как отмечалось выше, растворимость щелочноземельных металлов в свинце составляет 0,2 - 0,4 % (по массе) при температуре эвтектики. Ближайший к свинцу интерметаллид состава РЬ3ЩЗМ образует с ним эвтектику РЬ + РЬ3ЩЗМ. Как известно, при переходе границы растворимости на кривой зависимости состав - свойства наблюдается излом, что соответствует точке предельной растворимости второго компонента в металле - основе (свинце). Нами исследованы электро-
химические характеристики сплавов систем Pb - Ca (Sr, Ba), содержащих до 0,5 % (по массе) ЩЗМ. В изученном диапазоне концентрации зависимость плотности тока коррозии от состава характеризуется монотонным изменением, т.е. отсутствует точка перегиба, характерная для перехода границы области твердого раствора ЩЗМ в свинце. Как известно, при переходе от однофазной области к двухфазной на кривой зависимости состав - свойства наблюдается перегиб.
Это наводит на мысль о некотором несовпадении имеющихся в литературе данных о растворимости ЩЗМ в свинце с реально существующими. Таким образом, ЩЗМ в количестве до 0,5 % (по массе), растворяясь в свинце, модифицируют кристаллическую структуру свинцового твердого раствора, не изменяя его фазовый состав и тем самым повышают анодную устойчивость металла.
Выводы. Установлено, что легирование свинца щелочноземельными металлами до 0,5 % (по массе) повышает его анодную устойчивость в два раза в среде электролита NaCI. При этом с ростом концентрации легирующего компонента отмечается смещение в положительном направлении потенциалов свободной коррозии, питтингообразования и репассива-ции. С увеличением концентрации хлорид-ионов в растворе потенциалы свободной коррозии, питтингообразования и репассивации сплавов уменьшаются, скорость коррозии увеличивается.
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1. Дунаев Ю.Д. Нерастворимые аноды из сплавов на основе свинца. - Алма-Ата: Наука КазССР, 1978. - 316 с.
2. Муллоева Н.М., Ганиев И.Н., Норова М.Т., Обидов Ф.У. - В кн.: Материалы Республ. научно-практ. конф. «Методы повышения качества и целесообразности процессов производства». - Душанбе: изд. ТТУ им. М.С. Осими, 2011. С. 73 - 76.
3. Муллоева Н.М., Ганиев И.Н., Норова М.Т., Обидов Ф.У., Эшов Б.Б., Махмадуллоев Х.А. - В кн.: Материалы Республ. научно-практ. конф. «Современные проблемы химии, химической технологии и металлургии». - Душанбе: изд. ТТУ им. М.С. Осими, 2011. С. 156 - 158.
4. Вахобов А.В., Ганиев И.Н., Назаров Х.М. Металлургия кальция и его сплавов. - Душанбе: Дониш, 2000. - 178 с.
5. Назаров Х.М., Вахобов А.В., Ганиев И.Н., Джураев Т.Д. Барий и его сплавы. - Душанбе: Дониш, 2001. - 211 с.
6. Ганиев И.Н., Вахобов А.В., Назаров Х.М. Металлургия стронция и его сплавов. -Душанбе: Дониш, 2000. - 205 с.
7. Джайлоев Д.Х., Ганиев И.Н., Амонов И.Т., Азимов Х.Х. // Изв. вуз. Химия и химическая технология. 2015. Т. 58. № 12. C. 38 - 42.
8. Назаров Ш.А., Ганиев И.Н., Норова М.Т., Ганиева Н.И. Irene Calliari // Обработка сплошных и слоистых материалов. 2016. № 1 (44). С. 49 - 53.
9. Раджабалиев С.С., Ганиев И.Н., Амонов И.Т. // Вопросы материаловедения. 2016. № 2 (86). С. 147 - 152.
10. Азимов Х.Х., Ганиев И.Н., Амонов И.Т., Джайлоев Дж.Х. // Изв. вуз. Химия и химическая технология. 2016. Т. 59. № 2. C. 74 - 79.
11. Назаров Ш.А., Ганиев И.Н., Норова М.Т., Ганиева Н.И. Irene Calliari // Вестник Магнитогорского Государственного технического университета им. Г.И. Носова. 2016. Т. 14. № 2. С. 95 - 100.
12. Одинаев Ф.Р., Ганиев И.Н., Сафаров А.Г., Якубов У.Ш. // Обработка сплошных и слоистых материалов. 2016. № 2 (45). С. 68 - 71.
13. Ганиев И.Н., Пархутик Г.А., Вахобов А.В., Куприянова И.Ю. Модифицирование силуминов стронцием. - Минск: Наука и техника, 1985. - 143 с.
14. Мальцев М.В. Модифицирование структуры металлов и сплавов. - М.: Металлургия, 1984. - 280 с.
15. Семенченко В.К. Поверхностные явления в металлах и сплавах. - М.: Изд-во нучно-техн. литертуры, 1956. - 135 с.
© 2017 г. И.Н. Ганиев, Н.М. Муллоева, О.Х. Ниезов, Б.Б. Эшов, Ф.К. Ходжаев, Поступила 18 января 2017 г.
ЭКОЛОГИЯ И РАЦИОНАЛЬНОЕ ПРИРОДОПОЛЬЗОВАНИЕ
УДК 536.66:662.61
В.В. Стерлигов, Е.С. Татаринова, И.В. Чикурова
Сибирский государственный индустриальный университет
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ЭМИССИИ ДИОКСИДА УГЛЕРОДА НА ОСНОВЕ УГЛЕРОДНОГО ПОТЕНЦИАЛА ТОПЛИВА
В существующих оценках экологической ситуации в мире все чаще начинают доминировать пессимистические прогнозы. И это относится не только к зарубежным средствам медиа. В России, и что еще важнее для нас - в Кузбассе, появляются материалы, предрекающие бедственную экологию угольного Кузбасса. Написанные непрофессионалами, такие публикации могут возбудить негативную реакцию у неподготовленных читателей.
Между тем, дело не обстоит так трагически и в этот период нужна объективная наилучшая информация, которая, признавая ситуацию нелегкой, искала бы и предлагала пути решения этой проблемы. В базовом документе, созданном международным сообществом по проблеме потепления климата, так называемой «Рамочной конвенции по изменению климата» (РКИК) [1], в п. 2 записано положение о предосторожности, которое призывает человечество изыскивать средства, даже если они еще научно и не представлены. Это определяют сверхактуальности любой работы, направленной на решение глобальной проблемы парникового эффекта.
В другом документе, созданном для реализации РКИК, так называемом «Киотском протоколе» [2], в ст. 5 содержится определение основной меры борьбы с потеплением, вызванным парниковым эффектом, - это энергосбережение, приводящее к снижению выбросов парниковых газов, которое может быть достигнуто за счет прямого уменьшения потребления топлива и особенно угля. На наш взгляд, - это примитивное и даже вульгарное решение за счет экстенсивного фактора. Но поскольку обществу для функционирования во всех своих областях необходима энергия, то более рациональным является разработка и внедрение новых способов использования топлива, которые бы давали пониженную эмиссию диоксида углерода - основного представителя парниковых газов.
Активность международного общества по этим энергоэкологическим проблемам до Рос-
сии еще не дошла. Достаточно сказать, что не все специалисты по защите атмосферы знают, что в России, как давно уже во всем мире, введена плата за выбросы диоксида углерода. Но если посмотреть один из наиболее авторитетных источников по энергоэкологическим проблемам [3], то в нем указана плата за выбросы Б02, N0* и др., а за С02 ее нет.
В том же Киотском протоколе отмечена необходимость вести учет выбросов С02, но пока в России в этом направлении практически ничего не делается. Поскольку страна взяла на себя обязательство продолжить работу по уменьшению выбросов С02, подписав в декабре 2015 г. Парижское соглашение [4], то необходимо готовиться к выполнению этих обязательств.
В настоящей работе представлена попытка упростить определение объемов эмиссии С02 на основе элементарного состава (то есть по содержанию отдельных химических элементов) в противоположность расчету по химическому составу, определение которого трудоемко и не всегда доступно на любом предприятии.
Расчет теплоты сгорания газообразного топлива по содержанию элементов
Расчетные зависимости для определения теплоты сгорания О топлива
Для газообразного топлива из теории горения [5] известно уравнение для определения теплоты сгорания:
О = 39,847СИ4 + 107,43Н2 + 122,63С0 + + 63,790С2Н + 590,59С2Н +
942,81С3Н8, кДж/м3, (1)
где СН4, Н2, С0, С2Н4, С3Н8 - процентное содержание компонентов топлива.
Следует отметить, что это уравнение является детерминированным, т.е. определенным на строгом соответствии законам физики и
