Введение к работе
Актуальность проблемы. Температура неоднозначно влияет на кинетику и низм электрохимических процессов, а ее изменение в пределах одной электро-іческой системы сопровождается комплексом тепло- и массообменных явлений, и которых значимое место занимают эффекты, связанные с работой термогаль-ческих элементов (ТГЭ).
На металлической поверхности, контактирующей с раствором электролита, возникают, когда наличие тангенциального градиента температуры вызывает ление градиента потенциала, обусловленного температурными вариациями остей электрохимических реакций. При этом ТГ эффекты, заключающиеся в }>еренциации неравномерно нагретой поверхности на анодные и катодные зоны, ^ответственно, в изменении профиля ее растворения, часто оказываются соизме-ами с воздействием температуры на скорость саморастворения металла в изо-шческих условиях. В связи с этим необходима комплексная количественная іка термических и ТГ эффектов для получения четкого представления о роли іедних в электрохимических процессах. .
Применительно к железу, сплавы которого широко используются как материа-еплообменного и теплоэнергетического оборудования, подобная задача приоб-ет особенную актуальность. Ее решение может осуществляться в рамках экспе-гнтального моделирования электрохимических неизотермических систем на с-, и многоэлектродных установках или посредством теоретических расчетов, >ванных на положениях электрохимической кинетики, при одновременном учете шфики систем, в которых отсутствует температурное равновесие. Большинство ющихся данных о действии ТГЭ на железе относятся к двухэлектродным систе-, не отражающим реальные условия растворения металлической поверхности с 'енциальным градиентом температуры. В связи с этим, перспективным направим дальнейших исследований является разработка многоэлектродных устано-имитирующих существующие на практике неизотермические системы, и разви-теоретических подходов к оценке возникающих в них ТГ эффектов. Цель работы состоит в изучении особенностей кинетики электрохимических цессов на железе, связанных с непрерывным распределением температуры вдоль грхности металла и установлении зависимости величин возникающих при этом )ффектов от природы электрохимической системы и термических условий. Научная новизна. На примере модельных электрохимических систем с кине-гским контролем (Fe/кислые сульфатные среды и Fe/NaOH) показана зависи-ть интенсивности и направления ТГ эффектов от состава электролита (рН, пали-
чия з нем стимуляторов и ингибиторов), величины тангенциального градиента тем пера туры и способа его реализации вдоль металлической поверхности.
Впервые осуществлен учет нелинейного распределения температуры по по верхности металла в рамках кинетического расчета ТГ эффектов в протяженны) электрохимических системах без диффузионных ограничений. Определены функ ции распределения токов растворения железа в зоне термоэлектрического контакті и соотношения суммарных массопотерь неизотермической поверхности при само растворении и под влиянием ТГЭ в кислом и щелочном электролитах при варьиро вании величины градиента температуры и рН кислого раствора.
Установлено, что в неизотермических электрохимических системах, имеющи: практическое значение (Fe и углеродистая сталь/NaCl, Fe/NaHC03), в связи со слож ной температурной зависимостью электродного потенциала металла возникают ТІ эффекты, многократно превосходящие термические, и зонами преимущественной растворения становятся области с промежуточными температурами, а не краевы (горячие или холодные) участки металлической поверхности, как в модельных сие темах, в которых электродный потенциал является линейной функцией температу ры.
Практическая ценность. 1. Полученные экспериментальные результаты пока зывают, что ТГ эффекты, вызывая дополнительные массопотери металла (особенн значительные в системах с активно-пассивными или пассивно-активными перехс дами (Fe/NaHCOj)), предполагают необходимость учета их влияния при проектирс вании и выборе оптимальных режимов эксплуатации теплообменного оборудованш
-
Установлено, что для снижения ТГ эффектов на железе в кислых сульфатны средах, могут быть использованы традиционные замедлители саморастворения же леза - уротропин, тиомочевина и бензтриазол. Аналогичный результат (вплоть д полного подавления ТГ эффектов) достигается изменением концентрации NaHCC без введения дополнительных добавок
-
Доказана возможность теоретического прогнозирования ТГ поведения жел< за в кислом и щелочном электролитах, позволяющего в отсутствие специальног экспериментального моделирования оценить изменения профиля растворения суммарных массопотерь металла, происходящие в зоне переменной температуры.
Положения, выносимые на защиту.
-
Установленное влияние на кинетику электрохимических процессов в сист< мах Fe/кислые сульфатные среды и Fe/щелочная среда величины тангенциально: градиента температуры (меняющегося различными способами) и состава кислої раствора (рН, добавок стимуляторов и ингибиторов).
-
Расчет функции распределения скоростей ионизации металла по неизотермі ческой поверхности, основанный на общих положениях электрохимической кинеті
и результаты его апробации в системах с кинетическими ограничениями і :ри ных законах изменения температуры.
-
Экспериментальные данные о влиянии тангенциального градиента темпера-ы на скорости электрохимических процессов железа в системах с диффузионным ітролем и в условиях активно-пассивных и пассивно-активных переходов.
-
Общие и специфические закономерности, связывающие направление и вели-іу ТГ эффектов с термическими условиями и природой электрохимической сис-
(Ы.
Апробация работы. Материалы диссертации были представлены на I, II и III ждународных конгрессах «Защита-92», «Защита-95» и «Защита-98» (Москва,), на нональных конференциях «Проблемы химии и химической технологии» (Воро-к, Тамбов, 1995, 1996 гг), на II и III Международных конгрессах «ECWATECH» осква, 1996, 1998 гг), на Всероссийской конференции молодых ученых «Совре-шые проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Саратов, 1997 г.), Объединенном конгрессе Электрохимического Общества и Международного щества Электрохимии (Париж, 1997 г.) и на XYI Менделеевском съезде по общей рикладной химии (Санкт-Петербург, 1998 г.).
Публикации. Основное содержание работы отражено в 7 статьях, 3 депони-занных в ВИНИТИ рукописях и 10 тезисах докладов.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выво-ї, библиографии, включающей 203 источника. Работа изложена на 178 страницах, іержит 58 рисунков, 3 таблицы и приложение на 3 страницах.
