Разновидность колонок электрохимического процесса обеднения

Исследованы особенности конструкций активных зон колонки, влияющих на «обеднение процесса»

Большинство известных электрохимических колонок представляют собой электрохимическую систему из двух частей (зоны I и II), в которой есть анод (один-1 элемент), помещенный в расплав (второй-2 элемент) и катод (третий-3 элемент), тоже помещенный в расплав (четвертый-4 элемент). Расплавы 2 и 4 одинаковы по составу, но диэлектрически разделены между собой не менее, чем двумя стенками (это элемент пятый-5, однако он насчитывает много различных твердых деталей из проницаемых для электронов материалов, например, кварцевого стекла).

На всю систему и между стенками, имеющими зазор в известных способах он назван «пространственным промежутком». На систему в процессе работы осуществляется наложение внешнего электрического поля. Это происходит в присутствии среды инертного газа, давление которого регулируют специальной системой.

В созданной системе анод - расплав - стенки- расплав - катод в текущее время анодного процесса, регулированием напряжения в электрической цепи анода, соединённого с источником напряжения, катод которого заземлён, накапливают распределённые по объёмам положительные заряды, поля которых с полем заряда анода поляризуют – ориентируют. Они смещают – структурные элементы и частицы расплава, с подавлением, по мере накопления объёмного заряда, подвижности (поляризацией) целого – расплава и соответственно анодного процесса. Сложением действующего потенциала заряда анода с потенциалом заряда расплава дополняют электрическое поле анода и создают электрическим полем заряда расплава и электрическим полем анода, составляющего с расплавом названную систему. В процессе работы меем распределенное электрическое поле относительно стенок, ограничивающих эту систему, в том числе наложенное на расплав стеклообразующей многокомпонентной смеси, находящийся в объеме, ограниченном твердыми стенками из кварцевого стекла. В зоне II расплав 4 и катод 3 находятся в сопряжении с проводником 1-го рода.

Наложением электрического поля системы, в которой анод, на расплав стеклообразующей многокомпонентной смеси, производят вырыв электронов из этого расплава и потоком электронов замыкают электрическую цепь включающую названную систему. Поле, проводник 1-го рода, расплав (4), с образованием в этой электрической цепи постоянного тока и приобретенный расплавом положительный объемный заряд, который индуцирует в проводнике 1-го рода отрицательный заряд и таким образом создают разность потенциалов, действием которых подвижные катионы удаляют из на (в) проводник 1-го рода.

В колонке печью и регулирующим устройством поддерживается заданная температура из требуемого ряда температур (твердоподобного, жидкоподобного, пароподобного и газоподобного агрегатного состояния веществ(а) выделившейся массы).

Всеми этими указанными процессами концентрацию подвижных катионов в расплаве (4) обедняют с понижением до заданной величины, с выделением в обеднение процессе на (в) проводнике 1-го рода массы веществ(а).

Данные выделенные вещества, включая металлы, сорта подвижных катионов, в присутствии газов, которые инертны относительно расплава и выделившейся массы, в требуемой температуре, и с приобретением веществом расплава сочетания химических элементов, характеризуемого нестехиометрией химического состава или с выделением в обеднение процессе на (в) проводнике 1- го рода массы веществ(а), являются одним из продуктов процесса.

В последствии расплав (4) охлаждают специальным устройством с получением однофазового стеклообразного материала вещества нестехиометрического состава.

В зависимости от скорости охлаждения получаемое вещество находится в аморфном (стекло) или кристаллическом состоянии (стеклокристаллические материалы) с желаемыми геометрическими параметрами и формой расплава, предшествующего затвердеванию или с разрушением отвердевшего расплава на макрочастицы заданных размеров и с получением материала – сопутствующего – веществ (а) массы, выделившейся из расплава в обеднение процессе, включая металлы, сорта подвижных катионов, в агрегатном состоянии веществ(а) выделившейся массы согласно температуре, выбранной из названных температур.

Наложение электрического поля дополняют нестационарным магнитным полем, характеризуемым возникновением электродвижущей силы (ЭДС). Она формируется, когда в сопряжении с проводником 1-го рода находится расплав источников ЭДС. Объясняется возникновение ЭДС следующими факторами:

– стеклообразующим многокомпонентным расплавом (4) смеси, поляризованной собственными, накапливаемыми в процессе вырыва из расплава (4) электронами;

- наложенным электрическим полем, распределёнными по объемам положительными электрическими зарядами, поля которых поляризуют – ориентируют, смещают - структурные элементы; частицы расплава с образованием, в процессе поляризации, структур, создающих нестационарное магнитное поле расплава, характеризуемое возникновением электродвижущей силы, с приобретением веществом расплава, в обеднение процессе выделения на проводнике 1-го рода массы веществ(а);

- сорта подвижных катионов расплава;

- сочетания химических элементов, характеризуемого нестехиометрией химического состава, и расплав (4), который выдерживают в интервале температур накопления распределённых по объёмам в этом расплаве положительных электрических зарядов для получения в расплаве (4) названных структур;

- накоплению распределённых по объёмам в этом расплаве положительных электрических зарядов, названные структуры до заданной величины, соответствующей выбранной температуре, в которой электрические поля зарядов поляризуют целое – расплав и процесс вырыва электронов из расплава (4), в текущее время поляризации, подавляется и подавляется накопление в расплаве объемного положительного электрического заряда и названных структур, с получением материала, содержащего структуры, создающие нестационарное магнитное поле, характеризуемое электродвижущей силой (ЭДС);

- вещества нестехиометрического состава в интервале температур, предшествующих и включающих температуру подавления, в текущее время поляризации расплава полями электрических зарядов, вырыва электронов из расплава, и наложенное на расплав (4) электрическое поле дополняют нестационарным магнитным полем, с возникновением ЭДС в проводнике 1-го рода (13),

- также тем, что в замкнутой потоком вырываемых электронов из расплава (4) электрической цепи, включающей систему анода и расплава, проводник 1-го рода, расплав, а пропусканием постоянного тока в этой электрической цепи удаляют подвижные катионы из расплава (4) на проводник 1го рода, а их концентрацию обедняют с понижением до заданной величины, с выделением в обеднение процессе на (в) проводнике 1-го рода массы веществ, включая металлы, сорта подвижных катионов расплава 4.

Выше перечисленные особенности физико-химических процессов, приводящие к образованию ЭДС в колонке, требуют различных устройств, это могут быть дополнительные управляющий электроды, нагрузочные устройства или что-то иное.

К тому же в исследуемом перечне необходимых для реализации обеднение процесса узлов и устройств указано, что проводники анода (1) и проводники катода(3) снабжены стержнями- электродами, что необходимо для эффективности изменения концентрации подвижных катионов магнитным и электрическим полями.

Для достижения нового результата с целью достижения управляемой равномерности накапливания и распределения по объёмам положительных зарядов, поля которых с полем заряда анода поляризуют – ориентируют, смещают – структурные элементы и частицы расплава, предложено в колонку ввести большую ванну с анодом, которая охватывает собой меньшую ванну с катодом. Эта схема расположения по типу коаксиальной схемы (одна в другой).

Причем по всему периметру большой анодной ванны в зонах пространства с боков и с верху контура расположены дополнительные стержни – электроды, а в катодной ванне стержни-электроды расположены объемно по всей зоне ванны в полусферообразной форме веера - «ежа», при этом электроды катодной зоны расположены к ближнему электроду анодной зоны навстречу или под углом к ним, а по внешним боковым поверхностям всей созданной коаксиальной системы в форме ванн анод-катод расположены охватывающие ванны, чередующиеся магнитные полюса, в форме расположенных друг над другом ярусов, которые создают дополнительное внешнее электромагнитное поле, накладываемое на совместно работающие анодную и катодную ванны.

Предложенная конструкция устройства колонки обеспечиваетповышениепроизводительности процесса получения полиматериалов, снижения времени разгонки на начальной стадии работы колонки и повышение качества получаемых разнородных материалов за счет коакстального расположения ванн, на которые электрические поля действуют особым образом, повышение управляемости процессом достигается за счет дополнительных магнитных полей.

Таким образом, в рассмотренной конструкции достигается увеличение производительности процесса и надежности её работы.

ФГБО ВПО Воронежский государственный технический универсистет

УДК 621

Е.А. Балаганская, Ю.С. Заворыкина