Многообразие природных вод по химическому составу выделено в 485 видов с учетом солесодержания, преобладающего иона или группы ионов, наличия специфических компонентов и т.д.

По классификации О.А. Алехина природные воды по преобладающему аниону делятся на три класса: карбонатный (С), сульфатный (S), хлоридный (О). По преобладающему катиону классы делятся на группы: кальциевую (Са), магниевую (Mg) и натриевую (Na). Группы, в свою очередь делятся на типы, указывающие на соотношение между ионами (мг-экв). Первый тип характеризуется следующим соотношением: НСО3 >Са +Mg . Сюда относятся мягкие воды небольшим солесодержанием, с преобладанием ионов Na+.

Для второго типа выполняются следующие соотношения:

HC(V

НС03" + S042"

К этому типу относятся сильноминерализованные водоисточники.

Химический состав воды имеет большое значение как с точки зрения коррозионного воздействия компонентов ее на металлоконструкции дождевальной машины, так и с точки зрения мелиоративного воздействия на орошаемую почву, а, следовательно, и на сельскохозяйственные растения. Значение основных компонентов, характеризующих агромелиоративные свойства оросительной воды, позволяют предупредить те отрицательные последствия, которые могут возникнуть при поливе сильноминерализованными водами.

Прежде всего, при агромелиоративной характеристике воды необходимо учитывать общую минерализацию.

По степени минерализации природные воды делятся на:

1. Хорошие (содержание солей до 400 мг/л)2. Удовлетворительные (-"- до 1000 мг/л)3. Опасные (солесодержание от 1000 до 3000 мг/л)4. Непригодные (содержание растворимых солей >3000 мг/л)

В связи с тем, что почти половина орошаемых земель находится в Европейской части страны, где в основном развито дождевание, далее приводятся характеристики природных вод этого региона.

Водоисточники Поволжья

Химический состав воды р. Волга формируется главным образом в бассейне Средней Волги. В нижней ее части после Саратовского водохранилища сказывается влияние промышленных стоков городов Саратова, Волгограда и т.д.

За оросительный период (с мая по октябрь) состав воды р. Волга стабилен и характеризуется следующими показателями (Табл. 8.1.).

Характеризуя химический состав по главным ионам, необходимо отметить, что общая щелочность воды составляет 25%, концентрация сульфатов - 13%, хлоридов - 12%. Из катионов основная часть приходится на долю кальция - 27%, магний - 10%, а сумма натрия и калия - 13%. Согласно классификации Алехина О.А. Волжская вода относится к гидрокарбонатному классу кальциевой группы второго типа.

Степень минерализации воды составляет 0,4 г/л, что свидетельствует также о хороших мелиоративных качествах.

Волжская вода имеет близко к нейтральной реакцию среды и по концентрации основных анионов и катионов представляет среду мало агрессивную по от-

Окисляе-мость KBHXBW

-odxng ил CO ON

*ч r\

ЧО -i CN CN ON ЧО Г^" К

т-Н г-Н Г- CN

со со

CN CN ¦ 1 in "п

CN СЧ со со 1 1

квнхвн ejHBwdsjT ЧО ЧО ON ON СЧ

оо оо оо

Г-" чхэонхээж со

Т-Н oo

CN CN ЧО Г-" CN CN СЧ СЧ со со CN

"ч г\

со со CN

со со" •вяе/лм 'чхэоньокэ'Гтт CN in in

ЧО ЧО

T-H T-H 1,65 1 65 Ш

•ч #ч ON ON

Гч Л 1-1 "-1 ON О

*ч "ч

т-н CN °" ^ сч сч" иинлвтд[ CO CN

о

ON oo ОО г-^

со ЧО 00

#ч "\

ON Г-

2 ON" ОО со^ ON С-" ON" ON" HHITB)J О ON VD

*-ч

in in со

*ч Г. 00 СО

"Ч "N

ш г-- 24,6 24,5 ON т-^

ON" СО" CN СЧ ON С-^

т-н" CN

сч сч HHdx^H ON CN CN q CN

О" CN

^- *ф 31,8 48,0 48,0 S6 п 48,0 ИИПЯ1Ш^[ OO СЧ r\

О О m Xt" т-н CO

•Ч cv

о о 0,15 0,17 ЧО --н

О о 0,12 0,13 СЧ ON

г-н О

о" о dO(f)DOcI> r- 35,0 35 0 35,0

J J,и 35,0 40,0 О 1П^

сч" сч" m ш

CI *Ч

т-Н СЧ ir/jw ччхвфякХэ ЧО 30,4 31,3 30,4 30,4 о~ о"

СО СО 34,2 35,8 со со 35,0 34,2 K/JPM 'rnradoirx in о о

CN О CN CN CN О

т-Н О

CN CN ^ О CN О CN CN О со

СО

СЧ CN т-н CN

in чо сч сч ON ON

со in сч сч If/JJV 'яох

-ВХЭО ШЧНХ01ГТТ CN --^

in in in" Т-Н Т-Н

in in О о

Гч г\

С- г-н

т-( т-1 6,0 32,0 19,0 37,0 кдш 'ва-я эгшнэтэасд CO со сол г->" CO oo oo со оо" со" Г-" С-" О- ЧО

с-" с--" Место отбора проб СЧ Правый берег поверхность

ДНО Фарватер поверхность дно Левый берег поверхность дно Правый берег поверхность

ДНО Фарватер поверхность дно Левый берег поверхность

ДНО Створ водоема Саратовское водохра-г. Хииищвск 1

Волгоградское водохранилище

с. Н-Никольское

ношению к конструктивным элементам, как оросительной сети, так и дождевальных машин.

Водоисточники Нижнего Дона

При анализе гидрохимических состава водоисточников Нижнего Дона видно, что мутность воды возрастает от рек Нижнего Дона к рекам предгорных районов, а по временам года наибольшее количество взвешенных частиц содержится в паводковый период.

Характеризуя воды Донского бассейна по их химическому составу, необходимо отметить сезонные колебания в содержании основных анионов и катионов. Среднемноголетние наблюдения показывают, что концентрация основных ионов колеблется в следующих пределах:

НСО3-30%экв, SO4-10%3KB, СГ-10%экв, Са+2-29%экв,

Na+ -9%экв, К+ -0,9%экв, Mg -11%экв.

Согласно классификации О.А. Алехина Донская вода относится к гидрокарбонатному классу кальциевой группы, второму типу.

Щелочная характеристика Донской воды находится на уровне 18, что свидетельствует о ее хороших оросительных качествах.

Данные о содержании взвешенных частиц реки Дон приводятся в таблице 8.2.

Водоисточники р. Днепра

Химический состав водоисточников Днепровского бассейна характеризуется следующими показателями: щелочность - 42-289 мг/л, жесткость - 0,9-5,6 мг/л, СГ - 1-30 мг/л, S04"2 - 5-60 мг/л, Na+ + К+ - 1-33 мг/л, Са^ - 14-80 мг/л (табл.8.3.). Ирригационный коэффициент колеблется в пределах 17-18, что свидетельствует о хороших мелиоративных качествах днепровской воды. Степень минерализации днепровской воды непостоянна и меняется в пределах 100-478 мг/л. Невысокая

-виг/ мпихэвь. эиннэшэяЕд

со

wo in

ГЧ Гч

t-i ON

OO 1

¦4,

r-^ in"

•-I CO

OO о 00 00

ON

чхэоньокэ'Цт

CN

00 c-

Г. Гч

CO CO

r^.co^ со со"

OO f-

Г\ ГЧ

со со со 00

CN CN

CO CO CN CN

иинлвтл!

чо чо

ГЧ Гч

ЧО CN

гч гч

CN

Ю СЧ ^f" CN

со ON CN CN

СО

CN

ON ^

я

e?

я я

a,

X

о

St о м

CD

о " о

Si

2 я

я о

О,

St

о m

m

H о о о

5Я

я " о

X о о, St я

U

HHCLXBJT

1T/JN ^офэоф ЩЧН -Ч1ШС;ЭНИТД[

ихвфчиХэ

rar/Hdoirx

If/JJM 'вя-я эиннэгпэяед

KBHXBW

-odxHfj

KBHXBH

BjHBwdaTj

Он

ю о

8 &

I &

н о

ON

oo

ЧО

CO

сч

U

s=4 a>

ю

эЯ

й

а1

T-l 1П

ON чо" CN CN

ON CO

r-Г чо"

CN CN

О

о ол

CN CN

CN CN

ON" C-" CN CN

CN" СО"

ON ЧО CN CO

т-Н О

Гч Гч

О о

оо чо

ОО г-н

о ^

гч гч

О о

Г- ЧО

ЧО ЧО CN ОО -н О

Гч Гч

р^

Т-Н т-С

1/0 о

ГЧ ГЧ

т-Н СЧ

О О

со

СЧ СЧ

о" сч" со со

ч(c) со сч

со" CN

со со

СЧ^ ON^

о" чо" со со

VO"^

о о

т-Н 1

гч гч

О г-

со

1> со" m wo

оС со

т-Н T-J-

00^ co^ чо" чо"

т-Н

ГЧ Гч

чо CO

-^ CN in ON

СО^ ON

со" t>"

СО^ СО

со" оо"

со сл in" чо"

н о о к

X

Сн

CL> Pi

ю

зЯ

3 п а>1=5

Н О

о

Я о X я

Рн St

и

РЗ

о

со Ол оо" оо"

Pi

РЗ

о

я

л н о о

Р ft ч

к о X я

РЗ

о я

Рн П

Рн

о

KBHoaodxooxsdх 'хо 'BrrmifHHBdxor/oa

ОХОЯЭНКГШИП OITBhBH

н о о к

X

Сн

Pi

ID

>я

Рн

.Pi

О 00

О CN CN CN

О p

CN CO

CN ON OO* -' CN

о о

ON О о

о ci

оо оо *3- r}-

ОО см

ОО т-н

о о

ON О

СЧ со

о" о

in

со об

00 о CN со00 о

о о

р

ЧО

т-Н СЧ

о °. • in

СЧ p

ON ~

со

со со in чо"

in c^ ¦^J- in

р р

оо' Г-'

об 2

Pi

cu

л н о о я

X

a a, st

Рн St

а>

Рн

о

а>

РЗ

о я

со р с^" оо'

Сн л н р о О) о ю я о зЯ

>н X к

Рн St cu 09 РЗ W о 1=3 я

BBHDHodoaX^ -чнэпчиц 'Х^

Hof -d

СЧ 00

a

x

53 с? VO

H

a x

О

St о со

CN

co^ oo"

to

vo"

CO

Г*

oo

CN

ГО

r>

m VO

со со vo" vo"

CN со

00 CO CN CN

in"

VO vo

гч

о

СЧ vo"

со

оо" сч

со"

ЧО

ON

СЧ

CO CN О -ч

сч

oo

CO

in

VO

o о

о ел

о"

m

ON

о in

Гч гч

CN Г~-ON ON

сч

VO

vo

vo

CO CN

О о" VO vo

со

VO

ш

со

pa

ев

сч

CN

(c)

Гч

чо сч

vo"

in vo_ o" CN"

Гч

оо

CN CN

О Ю

со" о"

-н OO

н о о

X X

С4

и

о

S3

1=1

РЗ

о и

Гч Гч

и to н о о Д "и РЗ РЗ

июгеаояАг/яуСг/ *х dauox "d

к н о о и

X

Сч

со

РЗ

о с

н о

in

Гч

О

РЗ

3 н

О!

м РЗ

VO

о

Он

к

а> Я X аЗ Я4 0)

S X

ё

оо

сЗ И" Я Ч

ю

СЗ

Н _ч

Сч

В я ч я я

сЗ

% О ее О СЧ

О С

а> Я

о_ я

CD Я

S гН

ю

о

о *

Й я

CU Я-

ни СЗ

НН (Г)

я я

S ч

Сч

о

СЧ

ON

СО I

ON

о о

I

о о

00 I

о

о оо сч

I

m ЧО in

I

ЧО

о

со

СП I

сч сч

ON со

I

о

СП

сч

I

чо in

I

сч

о in

I

сч

in со"

I

о

ON

оо сч

I

in чо чо

Гч

"п

I

"п

СП

о

I

ЧО

ON I

о

in in сч

I

сч

"ч* 00

"Ч-"

I

со

о о

I

сч

СП

ON

оо"

I

о

сп сч

I

сч

ON

Tt"

I

"3-

I

о

oo

I

ON

гч

ЧО

о сч

I

СП

КС о со

РЗ РЗ СЗ

н о о о

о

РЗ 0)

ч о о

РЗ

о н я

ю я о с

S о "

я я о гг

сЗ

я

СП

я

я л ч

CD я ч ю н

сЗ со сЗ

" о

с

о

+

оо

о и

сЗ оо

in

сп

сч

о сп

I

¦

оо

о

I

г-I

о

I

СП

о

I

о

чо

ЧО I

СП I

г"

о сч

о

гч

ЧО

сч

I

ON

п

I

СП

ЧО

I

СП

Щ

m

I

о

со

ЧО I

m сч

I

m

ш сч

СП

сп

I

оо

Гч

о

I

о

ON I

о

СП I

о

¦

о сч сч

СП I

со

о сч

I

in

ON

сч

I

о

in

СП СП

о

гч

о

оо

I

сч

ON m

I

о

ш г-

I

m сч

ЧО СП

оо

СП I

in

г- сч

1П^

о"

I

in о

сч

I

счл in"

r-H

I

о

с-

I

г-сч сч

СП I

оо

m сч

I

сп

I

oo o"

I

СП

о

о сч

I

оо

гч

сч сч

I

о

с-

I

о сч

CD

ю

о

я

СЗ

со о ч

я

>я

Я CD

Сч М

CD о

И ч:

CD

о о

РЗ

о

Он

я

CD

я

о

?Т я ч я я

СЗ

%

о ч о

РЗ

t=t ч

CD

Он

Ч сЗ

"и со

Сч о

U 4

CD

о

И о

Сн г>4

S

CD Сч

" РЗ

я я

Он

CD со

ч о

Он

я

CD

я в

я ч я я

СЗ Он

X

о

ч: о

РЗ

РЗ

о

Он

я

CD

я в

я ч я я

СЗ

&

о ч о

РЗ

минерализация воды также свидетельствует о ее хороших мелиоративных качествах.

При анализе химического состава речной воды и водохранилища, питающих мелиоративные каналы, становится очевидным, что уменьшение скорости движения воды в водохранилище приводит к увеличению концентрации большинства минеральных компонентов (Са**, СО2, NH4+, NO3, N02). Увеличение минеральных компонентов, особенно соединений азотной группы, способствует интенсивному развитию водорослей, что в свою очередь, обогащает оросительную воду продуктами жизнедеятельности микроорганизмов (H2S , Н2, N2), метан, недоокисленные органические продукты и т.д.

Обобщая сказанное выше, следует отметить, что по основным показателям воды р. Волга, Днепр, Дон - соответствуют агромелиоративным требованиям, предъявляемым к оросительным водам.

Из приведенного обзора по физико-химическим свойствам основных водоисточников Европейской части страны следует, что общая минерализация оросительной воды колеблется в пределах 200-400 мг/л, при самом разнообразном соотношении ионного состава, и при значениях рН, лежащих в пределах 6,0-8,7.

8.2. Лабораторное оборудование и общая методика исследований

Используемые далее обозначения и определения:

V -скорость растворения анода (г/ч);

V =-, где Am - изменение массы анода (г) за время At (ч);

At

Am = m0- mK - г] ( mK' - mK), где m0 - исходная масса анода,

mK - масса электрода с окисной пленкой, соответствующая времени окончания опыта,

тк - масса электрода без окисной пленки, соответствующая времени окончания опыта,

г| - относительное содержание металла в окисной пленке, определяемое

химическими анализами; I - средний ток электродной системы (А) за время At;

J = j)l{t)dt ,

где I - мгновенное значение тока, соответствующее времени t; i - плотность тока на электроде,

' - где S- площадь электрода, (дм ),

2 '

\^ I - 1

Ai ( А

- - удельная скорость пассивации анода ,

At Уч-дм

A i = iH - iK , где iH - iK - значения плотности тока электрода, соответствующие начальному - tH и конечному tK моментам времени, - средний коэффициент выхода металла по току (отн. ед.)

К = , где А тт- электрохимическое растворение массы анода (г) за

Атт

время t (с) при условии, что весь ток используется на протекание данного процесса

I¦A -At

А т Т = .

7 N ' е • z

А - атомная масса металла, N - число Авогадро, е - заряд электрона (К),

z - валентность металла;

U- напряжение на электродах (В);

ф - потенциал электрода относительно проточного электрода сравнения (В);

( сим^

\см )

Для изучения процесса анодного растворения металлов нами использовалась электродная система, монтируемая на трубопроводе (0 = 250 мм) и состоящая из медных и цинковых анодов, и катодов из нержавеющей стали, выполненных в форме пластин. Расстояние между электродами изменялось от 20 до 35 мм. Размеры анодов (210 х 100 мм). К электродам прикладывалось напряжение до 40 В от выпрямителя ВСА-5К, позволяющего получать суммарный ток на электродах до 10 А. Расход воды в трубопроводе q = 12 л/с. Объем накопительной емкости, к которой подключен трубопровод, равен 200 м3. Физико-химические характеристики испытуемых растворов воды приведены в таблице 8.4.

Кроме того, для анализа работы электродных систем, выполненных из металлов различных марок (табл.8.5) и в различных водных средах, химические свойства которых отражают многообразие природных вод, используемых для орошения, был смонтирован лабораторный стенд, общий вид которого приведен на рис. 8.1.

Стенд позволяет применять воду различного химического состава, изменять межэлектродное расстояние с шагом, равным 10 мм, изменять полярность напряжения на электродах с периодом переключения от 30 сек до 12 минут, оперативно менять электроды, использовать различные растворы. Стенд состоит из нескольких узлов. Электродная камера (рис.8.2) служит для крепления электро-

Я

Рн

00 I

oo"

OO 1

in

vo" I

о vo

I

о

2 о

Ч О

a X e n ft я s

Ч в

CN О VO °

(c)" 0

CN

ON °8

oo 0

сч

О 001

vo

CN О in

CN

сл

VO ON in 00 сл

ON

CN

vo

сл

m

О OO CN сл

CN ел oo

О О

^corn I rj-сл

CN

in

CN

сл

5?

гч

СО

о

CN О

CN

VO

CN

pa о к о я

w я

o3

a

a-я о

+

+

~СЗ

+С3

CN

ON

CN

vo

о

со "3-

CN CN О

О

О

VO ON

CN

ON ON

CN VO

VO in

"4

сл сл

сл en"

CN

jj сл

cn

сл vo

сл

CN

in vo

о

CN

я я

Рн

о н

ed

Рн

О

ю сз ч ра я

ч ра о н о

U

я

Рн

я

сл

Рн

о ра н о

СЗ Рн

CN

СЛ

дов, проводящих проводов от источника питания и капилляра с электродом сравнения ЭВЛ-IMI для измерения потенциала электродов металлов (сечение камеры 200x200 мм2, длина 250 мм). Расход воды через камеру был равен около 1 л/с. Напряжение на электроды подавалось от стабилизированного источника постоянного тока ВСА-5К (рис.8.3).

Вода в электродную камеру подавалась из накопительной восьмидесятилитровой емкости (рис. 8.6) с помощью электронасоса. Термостатирование воды в системе осуществлялось включенным в сеть радиатором, что позволяло поддерживать заданную температуру с точностью до 1 °С.

Для измерения рН растворов и потенциалов металлов применялся прибор рН-340 (рис. 8.5). Ошибки при измерении тока в цепях анода не превышали 10% от измеряемой величины. Размеры всех электродов 10x10 см, кроме электрода из кобальта, площадь которого равна 50 см2.

Растворенная часть анодов определялась взвешиванием электродов до и после проведения опыта с учетом содержания металла на пленках, образующихся

на анодах. Точность взвешивания равна ±0,05%. Изученные марки металлов и их обозначения на рисунка поляризационных кривых приведены в таб.8.5.

Таблица 8.5

Маркировка анодов и марки металлов

Маркировка анода Марка металла

Zn 1 ЦО

Zn2 ЦВ

Zn3 ЦЗ

Zn5 Ц1

CuX Ml

Си 7 МО

Си 9 Ml

Со -

Мо "МЧВП"-П

8.3. Поляризационные кривые металлов цинка, меди, кобальта, молибдена в различных водных средах.

Такие кривые являются основными характеристиками электрохимического поведения металлов в растворах электролитов. Для получения поляризационных кривых был использован лабораторный стенд (рис.8.1), и методика электрохимических исследований [160]. В электродную камеру помещались электроды различных марок металлов, один из которых был изучаемый, а второй выполнен из такого же материала, либо из стали марки 20 X 13. Расстояние между электродами было взято 2,0 см. На внешней стороне изучаемого электрода укреплялся капилляр на расстоянии ~ 0,5 мм от поверхности. Верхняя часть капилляра имеет расширение для помещения проточного хлорсеребряного электрода ЭВЛ-IMI, заполняемого насыщенным раствором хлористого калия. Потенциалы изучаемого электрода измерялись прибором рН-340 в пределах -1,4 - +1,4 в. Электрическое соединение электродов с прибором осуществлялось экранированным кабелем, центральный провод которого подходил к изучаемому электроду, а экран подсоединялся к проточному электроду сравнения. Электрический контакт осуществлялся заполнением капилляра изучаемым раствором при подаче в камеру воды из накопительной емкости с помощью электронасоса. Линейная скорость воды в камере, рассчитанная исходя из объемного расхода раствора и сечения камеры, была равна 1,5 см/сек. Полное обновление раствора в камере происходило за 17 сек.

Поляризация изучаемого электрода осуществлялась от источника постоянного тока приложением к нему положительного (анодная кривая) и отрицательного (катодная кривая) потенциала относительно второго металлического электрода с шагом 2,5-5 в от до ±40 в. При заданной поляризации снимался отсчет потенциала изучаемого электрода по показаниям потенциометра (рН-340) и тока, протекающего между металлическими электродами, по показанию амперметра. На основе полученных данных были построены анодные и катодные поляризаци

онные кривые электродов, показанные на рис. 8.7 - 8.9, соответствующие различным растворам.

ф' В 0,4 т , , , , , , , ,

в растворе №2, i = [А/дм2]. Потенциал измерен относительно насыщенного хлорсеребряного электрода

-• СиХ; -х Znl; -О Zn5; -ж Мо; -¦ Со

Ф. В 0,4

0,2 0

-0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1 -1,2

1,0

-0,8

-0,6

-0,4

-0,2

0,2

Igi

На этих рисунках для электродов, выполненных из цинка, приведены только анодные кривые, т.к. при отрицательной поляризации принимаемые электродами значения потенциалов превышают максимальный размах шкалы прибора.

Полученные экспериментально поляризационные кривые исследованных металлов в различных водных растворах представляют значительный интерес для электрохимии прикладных областей. Такие кривые, рассматриваемые совместно с диаграммами Пурбе для соответствующих металлов, определяют зоны существования различных химических форм металлов при различной поляризации. Такой подход, в частности позволяет выбирать режим поляризации электрода, при котором в раствор будет переходить ионная форма металла и, таким образом, металл будет растворяться анодно.

8.4. Режимы работы электродных систем

Под режимами работы электродных систем будем понимать многообразную совокупность параметров геометрических (площадь электродов, межэлектродное расстояние) и электрических (напряжения на электродах, величины силы тока в цепях анодов).

Между перечисленными параметрами существует зависимость, определяемая законом Ома.

т U,

7i= d р .d (8.1),

о, о,

где 1 - индекс, определяемый материал анода I - сила тока (А)

U - напряжение на электродах (В)

Pi - удельное сопротивление металла (Ом "м)

dj - толщина электрода (м)

S - площадь анодной пластины (м )

рв -удельное сопротивление воды (Ом 'м)

dB - межэлектродное расстояние (м)

Ri(t) - сопротивление окисной пленки на аноде, образующейся во время работы электродной системы, и изменяющейся от до max (Ом). При вариации различных параметров нас будет интересовать изменение коэффициентов выхода по току - К, который позволяет производить расчеты фактической скорости растворения металла при анодном процессе по формуле: Am - А

- = К1 - (8.2)

At N-e-z к }

Однако определять К , исходя из формулы (2) затруднительно, поэтому

преобразуем формулу (3) следующим образом:

I-A-At

где Дшф - фактическое изменение массы анода за время t работы электродной системы. Полагая К = 1, получим теоретическое изменение анода за такое же

время. Отношение -^ - есть коэффициент выхода металла по току К, оп-

Атт

ределяемый экспериментальным путем. Кроме коэффициента К нас будет интересовать расход металла при анодном процессе с электрода с единичной

Am, _ _

площадью -- , для практического удобства эта величина будет выражаться SAt

р

в

дм1 • ч_

Величина, характеризующая стабильность работы электродной системы AI

есть , показывает скорость изменения плотности тока на электроде при

SAt

постоянном напряжении на электродах. Размерность этой величины

дм2 -ч

Для определения выхода металлов по току была произведена наработка устройства в течение 32 часов при напряжении на электродах 18 В и расстоянии между электродами 35 мм.

В качестве анодов были использованы медные (Cu X) и цинковые пластины с общей площадью поверхности 0,84 дм по каждому металлу. На рис.8.10 приведена зависимость токовых характеристик электродов от времени в режиме постоянной полярности.

Катодами в обоих электродах являлась нержавеющая сталь марки 20X13. По приведенным зависимостям были определены средние значения токов на каждом типе анодов и определены коэффициенты выхода по току, расход металла и скорость пассивации анодов. Аналогичные зависимости были получены для электродов площадью S = 0,42 м2 при напряжении на электродах 6 В и расстоянии между анодом и катодом равным 20 мм (рис.8.11) и этот вариант опыта был сравнен с использованием переменной полярности напряжения (рис.8.12).

Рис.8.12 Изменение токовых характеристик электродов во времени.

(раствор №1, переменная полярность напряжения).

Сравнение этих вариантов опыта показывает, что изменение полярности напряжения способствует стабилизации во времени токовых характеристик для медных электродов и действует обратным образом для цинковых.

Для проверки медных и цинковых электродных систем в совмещенном режиме работы был поставлен опыт, который состоял в следующем. Электродная система собиралась таким образом, что на цинковый анод и стальной катод подавалось постоянное напряжение, а на два медных электрода - напряжение с переменной полярностью. Частота изменения полярности напряжения на медных электродах была равна 1 минуте, коммутация полярности осуществлялась с помощью двух электромеханических реле времени.

На рис.8.13, 8.14 приведены кривые зависимостей ток - время для соответствующих электродных пар при постоянном напряжении на них, равном 24 В.

Для расчета расходных характеристик металлов были использованы усредненные значения токов для каждой из электродных пар. На этих рисунках приведены представления экспериментальных кривых в виде ступенчатых, что явилось основой для вычисления средних значений силы тока за время работы электродных систем равное 115 часов.

v

Рис.8.14 Зависимость силы тока электрода из меди от времени (раствор №1, переменная полярность напряжения)

По полученным данным производился расчет расходов и коэффициенты выхода металлов по току, результаты которого сведены в таблице 8.6.

оо св Я Я

ё s

Н О

я

о

X

я

я о

&

а>

со

н о ю cd

а,

са о

Я

Рн

н о

я н о о 2

Я о я

СО сЗ со

са

са о

5 н и

S

са о

О

X О оЗ Рн

Н CL)

tr

О сЗ Рн

KHHBhSWHdjJ катод-сталь и±

Си-Си; Zn-Zn я и

о in

? Си-Си Zn-сталь

=и У 'О Си Zn ON ON СП

О X 2,3 5,8 СП 1

о

f-н

X ON

о"

СЛ сн

о

X 0,5 12,9 СП

о

X 1,6 24,7 СП 1

о

X оо"

ON

о о

X VO СП

о

*

X с

N 00 Г- гн с- оо о о о сп г-

Я

и m

VO СЛ

m СЧ

г- СП

m VO

m о оо

1П с N г-~ о

о" 1П СЧ

о" о о" о о о m

СП

о" на Я

и VO

(c) о" о

СЧ

о" го

о" со

о" СП

сч о о оо сч

о" Время, At (ч) я N in"

СП in

СП 00 СЛ ON СЛ

сл СП 1П

Я

и in сн in сл 00 СЛ ON СЛ

сл ГП m Изменение массы. Am (г) я N сн о"

CN (c)^

VO

СЛ о о о °i vo"

СП СП

Я

и vo" CN СЛ

m VO^

СП CN 00 in

vo" о VO in

СП Плотность тока,

/,(А/дм2) с N г- о

о" СЧ

о" ON

о о" о о" о" сч о

сч ON СП

о

я

и г-~ о

о" in

CN

о" ON

о" о" "п

СП

о" сч in

сч" о о Сила тока, Л (А) С N о" г-

CS ON

о" сн о" СЧ

о m сч

^г" сп сп

Я

О о" о

CN m о" сн

ON

о" СП

о" о

сн^

in" г- Площадь электрода. S (дм2) с N 00 тГ оо" оо" оо сч" сч" оо

Я

и оо" 00 оо" оо" сч" сч" сч (wo) p"ioBd зон -И'ос1хнэ1гежэ^ *П Сн" in сн о

СЧ." о

CN о

CN о сч" о

СЧ (9) fl'duBH VO 00 VO VD in гч сч сч яохнио ojfojf СЧ сл m VO г~- оо

8.5. Сопоставление работы электродных систем из различных анодных материалов в разных водных растворах

В предыдущем разделе были описаны результаты изучения процессов анодного растворения в рабочем растворе 1, где варьировались режим работы электродных систем.

В настоящем разделе проводится анализ работы электродных систем, аноды которых выполнены из металлов различных марок, в рабочих растворах №№2,3. Причем, режим работы электродных систем будет в основном фиксирован, т.е. на электроды подается напряжение ~10 В при расстоянии между электродами 2,0 см.

В задачи данного раздела, так же как и предыдущего, входит получение кривых ток - время и расходных характеристик анодов.

На рис.8.15, 8.16 показаны полученные токовые характеристики анодов из различных марок материалов при U = 10 В и d = 2 см.

ю *>час

Рис. 8.15 Изменение токовых характеристик электродов различных марок

во времени. (Раствор №2, постоянная полярность напряжения)

¦ Zn5; X Zn2; * Znl

0,2

t, час

Рис. 8.16 Изменение токовых характеристик электродов различных марок

во времени. (Раствор №2, постоянная полярность напряжения)

¦ CuX; X Си9; • Си7

На рис. 8.17, 8.18 сопоставляется поведение цинкового и медного электродов при постоянной и переменной полярности напряжения, при режиме работы таком же, как и в предыдущих опытах.

J,A 0,8 0,6 0,4 0,2 0

Рис. 8.17 Изменение токовых характеристик электродов во времени

при постоянной полярности напряжения. (Раствор №2)

• Cu9; X Zn5

0,8

=0,50 A

Jc^O^A

0,6

ii .

0,4

op

О H 1 i 1 i i

О 6 12 18 24 t, час

Рис. 8.18. Изменение токовых характеристик электродов во времени при переменной полярности напряжения. (Раствор №2).

• Cu9; X Zn5

На рис. 8.19, 8.20 приведены аналогичные данные для анодов из кобальта и молибдена. Причем, площадь поверхности анода из кобальта равна 50 см , тогда как площади прочих анодов и катодов равны 100 см .

J,A_

Рис. 8.20. Изменение характеристик электродов во времени при переменной полярности напряжения. (Раствор №2).

• Мо; X Со

Нужно отметить, что при неизменной полярности напряжения используется электродная пара, анод которой - исследуемый материал, а катод - нержавеющая сталь. При переменной полярности напряжения на электродах, как анод, так и катод выполнены из одинакового исследуемого материала.

На рис. 8.21-8.24 изображены экспериментальные зависимости коэффициентов выхода по току для металла цинка, меди, кобальта и молибдена, полученные в различных водных средах.

На рис.8.21, 8.22 цифрами возле экспериментальных точек обозначена маркировка анодов, что по таблице соответствует определенным маркам цинка и меди.

Полученные результаты сведены в таблицы 8.7, 8.8, 8.9, что является основой для расчета процессов анодного растворения в водных средах и проектирования устройств для внесения микроэлементов цинка, меди, кобальта и молибдена в оросительные воды.

оо

а я я

ю

а

Е

¦

Я Я

H О

N N

I

я N н о

I

я N

м

о

сх,

о

са

н

о

ей

а. х

я t=c о и

X Я

я я ч

а.

w

ев

" я я я

м Я

о

о я

'

cn

I

о

oo

cn o"

in

CN

vo" cn cn

СП

ОО

in"

in

CN

о"

in

СП

in vo 00

ON o"

о

I-I

o"

OO

cn

"n

СП

VO О t~- vo

о о

VO

гч Гч

ЧО ON

Ш СП

гч

ш

о о

о

СП

°° с-

VO ^

m

СП

ЧО СП

ш

CN

^t"

in

чо

Г\

ш

о"

m

т-н ON

оо t--

о о

со со сп vo"

СП

ЧО о

Гч Гч

О г-Н

г- о

Гч Гч

чо m

СП CN

^f" in"

VO

оо in

о"

ЧО"

ON

Гч

СП

со S

СЗ

я

а Я

о о

Я

Я X

о

I N

CN

со I

ON

cn

гч

О

о со

оо"

CN

СП

CN

oo" о о

оо о"

Гч

оо

г-ч СП

чо in о о

"-н ГП

чо m

*N #1

О т-н

о о

*3-ш

in

in in

in in

о"

in vo

VO О

ГЧ, ГЧ

О -|

in vo VO о

Гч Гч

О *-н

о о

CN ЧО

CN ЧО

(Т)

со

CN

in

СП о CN"

о о

г, гч

CN CN

о

гч

CN о

гч

CN

о о

ГЧ ГЧ

CN г-н

о

Гч

CN

p PQ

CN

oo

VO

о о

СП

о

Я"

ТчКГ

oq со

оз Я" Я

сЗ

н

CQ

О

Он

О

н о

сЗ

Он

X

3 я 1=1 о т

х 3 я

я

а

Он

я

о tt о я

сЗ

я я

СЗ

tr о 2 я

СП

 Содержание     Получить работу