Стационарлық электролизді жоғары кернеулі импульстық разрядпен

К.С.Ыбышев, Б.Ш.Сəрсембаев 

16 

Вестник Карагандинского университета 

 

1-сурет. Қондырғының сыртқы бейнесі 

1 - к е с т е  

Зерттелетін факторлар жəне олардың деңгейлері 

Факторлар 

Деңгейлер

 

1 2 3 4 5 

Х

1

 — токтың катодтық тығыздығы, кА/м

2

 

12 14 16 18 20 

Х

2

 — аммоний перренатының концентрациясы, г/дм

3

10 20 30 40 50 

Х

3

 — процестің жүру ұзақтығы, мин

 

15 30 45 60 75 

Х

4

 — электролиттегі Н

2

SO

4

 концентрациясы, г/дм

3

20 40 60 80 100 

Х

5

 — разряд берушідегі кернеу, кВ

 

4 6 8 10 12 

 

Тəжірибелер  жоғары  кернеулі  разрядты,  стационарлық  электролизбен  қосарластыра  жүргізі-

летіндіктен,  өзіміз  дайындаған  белгілі  бір  конструкциялық  ерекшеліктері  бар  арнаулы  ұяшықта 

жүргізілді. 

Разрядтық  блоктағы  электродтық  материалдар  ретінде  платина,  вольфрам  жəне  тантал 

таңдалынып алынды. Төменгі  тізбекті  анод — платина  жəне жоғары  вольтты  анод — вольфрамнан 

жасалды.  Катод  екеуіне  де  ортақ  жəне  ол  танталдан  жасалып,  энергия  көзінің  теріс  полюсына 

жалғанды. 

Қолданылған  электролит  аммоний  перренатының  күкіртқышқылды  ертіндісіне  аммоний 

сульфатын  қосу  арқылы  дайындалды.  Электр  мөлшерін  мыс  кулонометрінің  көмегімен  анықтадық. 

Электролиз  аяқталғаннан  кейін  катодтық  тұнбаны  жуып,  кептіргеннен  кейін  идентификациялап, 

металдық  ренийдің  ток  бойынша  шығымдылығын  анықтадық.  Жоспарлау  матрицасына  сəйкес  бес 

факторға əр фактордың бес деңгейіне 25 тəжірибе жүргізілді (2-кесте). 

 

2 - к е с т е  

Тəжірибелердің жоспары жəне нəтижелері 

Тəжірибе 

№ 

Х

1

,

  

А/м

2 

Х

2

,  

моль/дм

3 

Х

3

,

  

сағ 

Х

4

,

  

моль/дм

3

Х

5

,

  

кВ 

Y

экс

 

Y

п 

Y

э

–Y

п 

Y

орт

 

Y

э

–Y

орт 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 

1  12000  10  15  20 

4  16,73 16,93 –0,2 16,83 –0,1 

2  12000  30 

45 

60 

8  27,05 32,49 –5,44 29,77 –2,72 

3  12000  20 

30 

40 

6 

23,0  24,55 –1,55 23,77 –0,77 

4  12000  50 

75  100  12  49,81 50,84 –1,03 50,32 –0,51 

5 12000 

40 60 80 10 

45,37 

41,30 

4,07 

43,33 

2,04 

6  16000  10 

45 

40 

12  31,43 31,93 –0,50 31,68 –0,25 

7  16000  30  30  100  10  47,63 46,16 1,47 46,89 0,74 

8  16000  20  75  80 

4  32,17 28,13 4,04 30,15 2,02 

9  16000  50  60  20 

8  35,15 33,03 2,12 34,09 1,06 

10  16000  40  15  60 

6  34,18 33,86 0,32 34,02 0,16 

11  14000  10 

30 

80 

8  29,17 29,75 –0,58 29,46 –0,29 

Стационарлық электролизді жоғары … 

Серия «Химия». № 3(75)/2014 

17 

2 - к е с т е н і ң   ж а л ғ а с ы  

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 

12  14000  30  75  20 

6  30,13 25,48 4,65 27,80 2,32 

13 

14000 

20 60 60 12 

41,75 

38,27 

3,48 

40,01 

1,74 

14  14000  50 

15 

40 

10  38,12 38,44 –0,32 38,28 –0,16 

15  14000  40 

45  100 

4  30,16 32,27 –2,11 31,21  1,05 

16 

20000 

10 75 60 10 

39,85 

33,99 

5,86 

32,92 

2,93 

17  20000  30  60  40 

4  33,0 27,62 5,38 30,31 2,69 

18  20000  20  15  100  8  43,12 41,16 1,96 42,14 1,06 

19  20000  50 

45 

80 

6  40,50 41,02 –0,52 40,76 –0,26 

20 

20000 

40 30 20 12 

41,40 

40,99 

0,41 

41,19 

0,21 

21 

18000 

10 60 100 6 30,08 

31,12 

–1,04 

30,6 

–0,52 

22 

18000 

30 15 80 12 

37,25 

48,87 

–11,62 

43,06 

–5,81 

23 

18000 

20 45 20 10 

38,38 

31,65 

6,73 

35,01 

3,27 

24  18000  50  30  60 

4  36,26 32,43 3,83 34,34 1,91 

25  18000  40  75  40 

8  39,29 36,13 3,16 37,71 1,58 

 

Бірдей  деңгейлі  факторларға  қатысты  эксперименттік  мəліметтерді  сұрыптау  арқылы  жеке 

нүктелік тəуелділіктерді алдық. Тəуелділік графигі 2-суретте көрсетілген. 

 

 

а — катодтық ток тығыздығына, кА/м

2

; ə — NH

4

ReO

4

 концентрациясына, моль/дм

3

; б — процестің  

ұзақтығына, сағ; в — H

2

SO

4

 концентрациясына, моль/дм

3

; г — жоғары вольтты кернеудің мөлшері, кВ 

2-сурет. Ток бойынша шығымдылыққа зерттелетін факторлардың жеке нүктелік тəуелділіктері 

Оларды  сипаттайтын  теңдеулер,  корреляциялық  коэффициенттері  жəне  коэффициенттердің 

маңыздылығы 3-кестеде көрсетілген. 

Алынған  теңдеулердің  барабарлығын  сызықтық  емес,  көптік  корреляциялық  коэффициенттері-

нің мəні (R) жəне маңыздылығы (t

R

) бойынша анықтадық. 

Бұл  нүктелік  тəуелділіктердің  ішінде  маңызсыз  болғаны  процестің  ұзақтығы.  Ол  тəжірибелік 

нүктелердің орналасуы жоғарыға қарай өсетін сызықтық теңдеумен сипатталады (2б сур.). Ал мұндай 

сызықтық  тəуелділіктің  физикалық  мəні  жоқ,  себебі  процестің  жүру  уақытын  созған  сайын 

иондардың  (перренат-ионның)  концентрациясы  төмендейді.  Металдық  ренийдің  ток  бойынша 

шығымдылығы да азаю керек. Міне, сондықтан бұл функцияның маңызсыздығы толығымен негізді. 

а 

ə 

б 

в 

г 

К.С.Ыбышев, Б.Ш.Сəрсембаев 

18 

Вестник Карагандинского университета 

3 - к е с т е

 

Жеке тəуелділіктің, корреляциялық коэффициенттердің теңдеулері 

Функцияның теңдеуі 

R t

R 

Функцияның  

маңыздылығы 

Y

1 

= 14,68

3

1

X

 

0,970 33,5  Маңызды 

Y

2 

= 17,72

3

2

X

 

0,957 22,89  Маңызды 

Y

3 

= 29,71 + 7,93

Х

3

 0,533 

1,96 

< 

2 

Маңызсыз 

Y

4 

= 26,57 + 0,147

Х

4

 0,778 

3,41 

Маңызды 

Y

5 

= 20,3 + 1,88

Х

5

 0,964 

27,37 

Маңызды 

 

Ток  тығыздығының  металдық  ренийдің  катодтық  шығымына  графикалық  тəуелділігі 2-сурет-

те (а)  көрсетілген.  Алынған  эксперименттік  нүктелерді  алгебралық  мағынада  түсіндіру  үшін 

майысқан  нүктесі  координатаның  басынан  басталатын  кубтық  параболаның  теңдеуі  таңдалып 

алынды.  Алынған  тəуелділікте  «жоғарыға  қарай  өсу»  тенденциясы  байқалады.  Мұндай  тəуелділікті 

былайша түсіндіруге болады. Токтың тығыздығын 16 кА/м

2

 дейін көтергенде ренийдің ток бойынша 

шығымы  артады,  ал  ток  тығыздығын  одан  ары  көтеру  ешқандай  оң  нəтиже  бермеді,  шамасы,  бұл 

сутегінің  бөліну  реакциясының  жылдамдығының  артуына  байланысты  болса  керек.  Сондай-ақ  бұл 

деполяризатор  (перренат-ионның)  катодпен  жанасуы  кезіндегі  диффузиялық  шектеумен  де 

байланысты болуы мүмкін. 

Ренийдің  катодтық  ток  бойынша  шығымдылығына  перренат  аммонийдің  концентрациясының 

əсерін  айналмалы  параболаның  теңдеуімен  n = 15  көрсетімдерімен 2-суретте  (ə)  сипаттадық. 

Эксперименттік нүктелердің бытыраңқылығын нақтылап сипаттау үшін сызықты қосымша алтыншы 

нүкте  арқылы  координатының  басынан  бастап  жүргіздік.  Перренат-ион  жоқ  болған  кезде  ток 

бойынша шығымдылық нөлге тең болғандықтан, бұл заңды нəрсе. Суреттен көріп отырғанымыздай, 

концентрация 0,18 

моль/дм

3

  болған  кезде  тəуелділіктің  «жоғарыға  қарай  өсу»  тенденциясы 

байқалады. Концентрацияны одан əрі өсіру ток бойынша шығымдылыққа ешқандай əсер бермеді. 

Тəуелділіктің  мұндай  сипаты  перренат-ионның  концентрациясының  өсуіне  байланысты 

ертіндінің  тұтқырлығының  артып,  еркін  заряд  тасудың  төмендеуімен  байланысты  болса  керек. 

Сондай-ақ аммонийдің жəне калийдің перренатының суда нашар еритіндігін де атап айтуға болады. 

Атап айтар болсақ, калий перренатының 18 ºС ерігіштігі — 9,52 г/дм

3

, ал 28 ºС — 17,6 г/дм

3 

екен. 

Ренийдің  ток  бойынша  шығымдылығының  күкірт  қышқылының  концентрациясына  жеке 

тəуелділігін  ең  аз  квадраттар  əдісі  бойынша  эксперименттік  нүктелерді  өңдеу  арқылы  алынған 

түзудің теңдеуі арқылы сипаттадық (2-сурет (в)). 

Қышқылдың концентрациясын арттыру ренийдің ток бойынша шығымдылығын сызықтық өсуге 

əкеледі.  Біздің  ойымызша,  мұндай  тəуелділікті  былайша  түсіндіруге  болады.  Электролиттің 

қышқылдығының өсуіне байланысты  заряд  тасымалдаушылардың  үлесі  артады, ал  бұл  өз кезегінде 

электрөткізгіштік  пен  ток  бойынша  шығымдылықтың  өсуіне  алып  келеді.  Күкірт  қышқылы 

ерітіндісінің максималдық электр өткізгіштігі концентрация 250–300 г/дм

3

 болған кезде байқалады. 

Сондай-ақ 2-суретте  (г)  жоғары  вольтты  кернеудің  ток  бойынша  шығымына  əсер  етудің 

сызықтық  тəуелділігі  көрсетілген.  Графикте  эксперименттік  нүктелердің  орналасуында  анық  түрде 

тəуелділіктің  «жоғарыға  қарай  өсу»  тенденциясы  байқалғандықтан,  оларды  алгебралық  сипаттауда 

түзу  сызық  теңдеуін  қолдандық.  Эксперименттік  нүктелер  арқылы  жүргізілген  түзу  сызықты 

ордината  осімен

 

қиылысқанша  создық.  Мұндай  ауытқу  перренат  ерітіндісінің  стационарлық 

электролизін  жоғарғы  вольтты  импульсты  разрядпен  қосарластыра  жүргізгендіктен,  толығымен 

заңды  деп  санауға  болады.  Электролиз  кезінде  жоғарғы  вольтты  разряд  болмаған  кезде  қалыпты 

жағдайда  ренийдің  ток  бойынша  шығымдылығы 15–20 % аспайды,  ал  бұл  түзудің  ордината  осімен 

20 % деңгейінде қиылысуымен толығымен сəйкес келеді. 

Алынған  тəуелділіктерге  жүргізілген  талдаулар  көрсеткеніндей,  жоғарғы  вольтты  импульсты 

разрядты  қосарластыра  жүргізгенде  ток  бойынша  шығымдылық  артады.  Мұны  импульсты  разряд 

жүрген кезде, катод, электродтар арасында түзілген толқындардың қарқынды соққысына ұшырайды 

жəне  бұл  электродтың  бетінен  рений  ұнтағының  төмен  қарай  құйылып  қатодтың  бетінің  тұрақты 

түрде  жаңарып  отыруына  алып  келуі  нəтижесінде  деп  түсіндіруге  болады  деп  ойлаймыз.  Беткі 

қабатына металдық рений қабаты тұнбаға түскен катод, сутегі бойынша асқын кернеулігі өте төмен 

Стационарлық электролизді жоғары … 

Серия «Химия». № 3(75)/2014 

19 

рений электроды сияқты, жұмыс істейтіндігі белгілі. Ал электродтың беткі қабатының тұрақты түрде 

жаңарып отыруы ток бойынша шығымдылықтың артуына мүмкіндік береді. 

Тағы да бір атап өтетін жағдай, жоғарғы вольтты разрядтың электролитке ерекше əсері, жарық 

жəне  магниттік  сəулелену  нəтижесінде  разряд  каналында  қысқа  уақыттық  температуралық  плазма 

түзіліп қысым градиенті өзгеріп, жүйенің тотығу-тотықсыздандыру потенциалы өзгереді [10]. 

Маңызы бар жеке функциялардың қатысуымен жүргізілген эксперименттік мəліметтер негізінде 

металдық ренийдің ток бойынша шығымдылығының көп факторлы қорытылған теңдеуін алдық. 

 

Y

n 

= 5,751×10

–3

3

1

X ·

3

2

X ·(26,57 + 0,147Х

4

) (20,3 + 1,88Х

5

).  

(1) 

Алынған  математикалық  үлгінің  барабарлығы  сызықтық  емес  көптік  корреляцияның  R = 0,810 

мəнімен жəне оның маңыздылығымен t

R 

= 10,58 расталады. 

Теңдеудің қателігін мына формула бойынша есептедік: 

 





2

экс

теор

1

1

n

Y

Y

G

N k





 



,  

(2) 

бұл  жерде  N — тексерілетін  нүктелердің  саны;  k — əрекет  етуші  факторлар  саны.  Қателік  абс. 

±4,35 % құрады. 

Қорыта  келгенде,  математикалық  жоспарлау  əдісімен  стационарлық  электролизді  жоғары 

вольтты  импульстық  разрядпен  қосарластыра  жүргізу  арқылы  аммоний  перренатының  сулы 

ерітіндісінен электрототықсыздандыру жолымен металдық ренийді алу жолдары зерттеліп, процесті 

оңтайлы  жағдайларда  жүргізу  шарттарын  табу  үшін  қолданылған  ренийдің  ток  бойынша 

шығымдылығының көп факторлы теңдеуі алынды. Процесті жүргізудің оңтайлы тиімді жағдайы: ток 

тығыздығы — 16 

кА/м

2

,  аммоний  перренатының  концентрациясы — 0,18 

моль/дм

3

,  күкірт 

қышқылының концентрациясы — 1,02 моль/дм

3

, жоғары вольтты кернеу 12 кВ екендігі анықталды. 

Бұл  жағдайларда  ренийдің  ток  бойынша  есептелген  шығымы 53,6 % құрады.  Математикалық 

үлгінің  дұрыстығын  тексеру  үшін  оңтайлы  тəртіпте  бақылау  тəжірибелерін  жүргіздік  жəне,  бұл 

тəжірибелер көрсеткендей, ренийдің ток бойынша шығымдылығы 49,81 % құрап теңдеудің (1) қатесі 

шегіндегі есептік мəнімен сəйкес келетіндігін көрсетті. 

 

 

Əдебиеттер тізімі 

1  Суворова О.А. Об электроосаждении рения из водных растворов // Рений. — 1961. — С. 81–99. 

2  Коровин Н.В., Ронжина М.Н. Электроосаждение рения из сернокислого электролита, содержащего сульфат аммония 

// ЖФХ. — 1961.— Т. 35, № 3. — С. 660–667. 

3  Салинская З.М., Никитина А.А. Электролитическое выделение рения высокой чистоты // Рений. — 1964. — С. 90–95. 

4  Суворова О.А., Ипполитова М.В. О выделении рения электролизом // Изв. АН КазССР. Сер. Металлургия. — 1951. 

— С. 81–103. 

5  Гвоздева И.И., Журин А.И. Электрохимические свойства рения // Тр. Ленингр. политех. ин-та. — 1957. — № 88. — 

С. 212–224. 

6  Сперанская Е.Ф. Электрохимия рения. — 1990. — 142 с. 

7  Предпатент  РК  № 55052.  Способ  электролитического  получения  порошка  металлического  рения / Ибишев  К.С., 

Малышев В.П., Бухарицын В.О., Фигуринене И.В., Исабаев С.М., Каримова Л.М., Кузгибекова Х.М. — Опубл. 16.06.2008. 

— Бюлл. № 6. 

8  Малышев В.П. Математическое планирование металлургического и химического эксперимента. — Караганда, 1977. 

— 37 с. 

9  Малышев В.П. Вероятностно-детерминированное планирование эксперимента. — Караганда, 1981. — 117 с. 

10  Малюшевский П.П. Основы разрядно-импульсной технологии. — 1983. — 268 с. 

 

 

К.С.Ыбышев, Б.Ш.Сəрсембаев 

20 

Вестник Карагандинского университета 

К.С.Ибишев, Б.Ш.Сарсембаев 

Электроосаждение металлического рения из водных растворов  

перрената аммония в режиме совмещения стационарного электролиза  

с высоковольтным импульсным разрядом 

В  статье  по  методике  математического  планирования  исследовано  влияние  различных  факторов  на 

электролитическое  осаждение  металлического  рения.  Получена  математическая  модель  процесса. 

Определены оптимальные параметры проведения электролиза. 

 

K.S.Ibishev, B.Sh.Sarsembaev 

Electro-deposition of metal rhenium from water solutions  

production of ammonium perrhenate in the mode of combining  

stationary electrolysis with a high-voltage pulse discharge 

The influence of different factors on the electrolytic precipitation of metallic Rhenium was investigated by 

the method of the mathematical planning. The mathematical model of the process was received. Optimum pa-

rameters of carrying out of electrolysis were determined. 

 

 

References 

1  Suvorova O.A. Rhenium, 1961, p. 81–99. 

2  Korovin N.V., Ronzhina M.N. Journal of Physical Chemistry, 1961, 35, 3, p. 660–667. 

3  Salinskaya Z.M., Nikitina A.A. Rhenium, 1964, p. 90–95. 

4  Suvorova O.A., Ippolitova M.V. News of Academy of Sciences of Kazakh SSR, Ser. Metallurgy, 1951, p. 81–103. 

5  Gvozdeva I.I., Zhurin A.I. Proceeding of Leningrad Polytechnic Institute, 1957, 88, p. 212–224. 

6  Speranskaya E.F. Electrochemistry of rhenium, 1990, 142 p. 

7  Ibishev K.S., Malyshev V.P., Buharicin V.O., Figurinene I.V., Isabaev S.M., Karimova L.M., Kuzgibekova H.M. 

Preliminary patent RK № 55052. Method of electrolytic production of powder metal rhenium, 16.06.2008, Bull. 6. 

8  Malyshev V.P. Mathematical planning of metallurgical and chemical experiment, Karaganda, 1977, 37 p. 

9  Malyshev V.P. Probabilistic-deterministic planning of the experiment, Karaganda, 1981, 117 p. 

10  Malyushevskiy P.P. Basics of discharge-pulse technology, 1983, 268 p. 

 

Серия «Химия». № 3(75)/2014 

21 

UDC 542.91:546.33'47'244+536.6+537.226.33 

E.S.Musstafin, R.Z.Kasenov, A.M.Pudov, S.A.Blyalev,  

D.A.Kaikenov, A.A.Muratbekova 

E.A.Buketov Karaganda State University 

(E-mail: a.muratbekova@mail.ru) 

Thermodynamic study of ferrites LaM

II

3

Fe

жүктеу/скачать 4,74 Mb.

Достарыңызбен бөлісу: