202797. lajstromszámú szabadalom • Eljárás üvegek előállítására, vagy összetételük változtatására elektrokémiai úton
1 HU 202 797 B 2 mink, ha az elektródra anyag válik ki, vagy ha az elektród elektrokémiailag oldódik az üvegben (pl. az ólom). Minden más esetben egyaránt alkalmazhatunk szilárd vagy olvadt elektródot Az elektródok beépítését és elrendezését illetően semmiféle megkötés nincsen, mind a szilárd, mind az olvadt elektródok a szokásos, vagy azoktól eltérő módokon is alkalmazhatók. A reakcióban fogyó elektródot folyamatosan pótoljuk, a keletkező olvadt ötvözeteket pedig folyamatosan elvezetjük. Az elektrolízis időtartama az alkalmazott áramerősség és az elérni kívánt cél, valamint a gazdaságossági meggondolások függvénye, hiszen az áram kémiai munkáját a bevitt töltésmennyiség szabja meg, az pedig az áramerősség és az időtartam szorzata. A bevitt, illetve beviendő töltésmennyiség természetszerűen az elérni kívánt cél függvénye. Az is nyilvánvaló, hogy elvileg bármely ionos vagy ionossá tehető szennyezőanyag akár lényegében teljesen is eltávolítható a rendszerből, ha az elektrolízist elegendően hosszú ideig, elegendő elektródpotenciállal és áramerősséggel folytatjuk. Ennek azonban természetesen ára van. Ugyanakkor a gyakorlatban a teljes vagy ezt megközelítő eltávolítás műszakilag, illetve minőségileg csak egészen kivételes alkalmazások, illetve termékek esetében követelmény. Ezért a gyakorlatban általában elegendő a szennyezőanyag-tartalom olyan értékre való csökkentése, amelyen a zavaró hatás már nem jelentős, a művelet gazdaságossága pedig még kielégítő. Az egyenáram erőssége az áram kémiai munkája szempontjából ugyan fontos tényező, a találmány szerinti eljárás tekintetében azonban mégsem az áramerősség, hanem az elektródfelület egységére vonatkoztatott áramerősség, azaz az áramsűrűség a lényeges tényező. Az alkalmazandó áramsűrűségek szempontjából a 0,1 A/cm2 és 10 A/cm2 tartományt találtuk megfelelőnek. E tartományon belül az oxidációs-redukciós folyamatokban előnyösen alkalmazható az 1-8 A/cm2 áramsűrűség-tartomány, az anyagbevitel-anyagkiválasztás folyamatokban pedig a 0,5-5 A/cm2 tartomány. A megfelelő áramsűiűség elérését az elektródfelület megválasztásával biztosítjuk az adott áramerősség esetén; vagy megfordítva, míg az anódon és a katódon alkalmazandó eltérő áramsűrűségeket az elektródfelületek megfelelő arányával valósítjuk meg. A fentieket a könnyebb áttekinthetőség kedvéért az alábbiakban foglaljuk össze: Oxidáció Anyagbevitel Elektród: anód anód anyaga: inert fém a beviendő vagy ötvözete előnyös állapota: szilárd olvadt Aramsűrűség, A/cm2: 0,1-10 0,1-10 előnyös tartománya: 1-8 0,5-5 Redukció Anyagkihozatal Elektród: katód katód anyaga: inert fém2 a kihozandó fém vagy ötvözete3 Áramsűrű- 0,1-10 0,1-10 ség, A/cm2: előnyős tar- 1-8 0,5-5 tománya: Megjegyzések: 1. az ötvözet a beviendő fém inert alkotókkal készült ötvözete; 2. a redukálandó fémnek nagy a leválási túlfeszültsége; 3. a kiválasztandó fémnek kis leválási túlfeszültséggel kell leválnia, ezért előnyös a saját fém. Az eljárás gyakorlati alkalmazását részletesebben az alábbi példákon mutatjuk be. A példákban leírt kísérleteket cirkozitból készült berendezésben végeztük. A keverők szerkezeti anyaga ugyancsak cirkozit volt Amint azt már említettük, a be- és kiömlő nyílások a feladatnak, illetve az alkalmas áramlási irány kialakításának megfelelően felcserélhelők. 7. példa SiO 59,7 Na20 28,7 CaO 7,3 K20 3,3 Fe203 0,5 Cr203 0,5 100,0 összetételű, sötétzöld színű díszüveg, illetve ilyen üveget eredményező kiindulási anyag összetételét kell megváltoztatnunk. A feladat az üveg színét sárgásabb árnyalatúvá tenni. Ezt a két egyenrangú reakcióval érhetjük el. Egyrészt az erős zöld szűiű Fe^ ferri-ionját halványsárga ferro-ionná redukáljuk, másrészt a smaragdzöld Cr3+iont erősen sárga Crí+-ionná oxidáljuk. Az elektródfolyamatok tehát a katódon 3 Fe3+ +30e->3 Fe2+ (redukció) főreakció az anódon Cr3+—+30* (oxidáció) a főreakcióval itt egyenértékű mellékreakció. Mindkét elektródként molibdént alkalmazunk. A kiindulási anyagot külső energiaforrással, közvetett fűtéssel (esetünkben közvetett külső elektromos fűtést alkalmazunk), 60 °C/ó fűtési sebességgel 1200 °C-ra melegítjük. A külső fűtést ekkor kikapcsoljuk, és a szabályozható, váltakozóáramú tápegységen keresztül 400 Hz frekvenciájú váltakozó áramot vezetünk át a molibdén elektródokon. E váltakozó áram teljesítményét úgy változtatjuk és állítjuk be, hogy a hőmérséklet-emelkedés sebessége továbbra is 60 °C/ó legyen. Az 1500 °C olvadékhőmérséklet elérésekor a molibdén anódon és a molibdén katódon keresztül a szabályozható egyenáramú tápegységről egyenáramot vezetünk át az üvegen. Az anód és a katód felületeinek aránya 1:5. Az anódáram-sűrűség 5 A/cm2. A váltakozó áramot úgy szabályozzuk, hogy az egyen- és a váltakozó áram együttes Joule-hője az üveg hőmérsékletét 1500±10 °C-on tartsa. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 7
