Колонка электрохимического процесса с коаксиальными рабочими зонами


 


Владельцы патента RU 2503627:

Старов Виталий Николаевич (RU)
Старов Денис Витальевич (RU)

Изобретение относится к устройству получения стеклообразного вещества нестехиометрического состава. Техническим результатом изобретения является повышение производительности устройства. Электрохимическая колонка содержит систему из двух подогреваемых и находящихся под высоковольтным напряжением ванн-зон, которые наполнены высокотемпературным расплавом из стеклообразующей многокомпонентной смеси. Причем в одной ванне (анодной, это плюс) расположен анод, имеющий стержни-электроды, во второй (катодной - минус) помещен катод со своими стержнями-электродами, последние находятся в сопряжении с проводником 1-го рода, при этом ванны-зоны разделены между собой проницаемыми для электронов твердыми стенками с образованием пространственных промежутков-зазоров. Причем в колонке ванны расположены по типу коаксиальной схемы (одна в другой), при которой большая ванна с анодом охватывает собой меньшую ванну с катодом. При этом по всему периметру большой анодной ванны в зонах пространства с боков и сверху контура расположены дополнительные стержни-электроды, а в катодной ванне стержни-электроды расположены объемно по всей зоне ванны в полусферообразной форме веера-«ежа». Причем электроды катодной зоны расположены к ближнему электроду анодной зоны навстречу или под углом к ним, а для создания дополнительного внешнего электромагнитного поля по внешним боковым поверхностям коаксиальной системы расположены охватывающие ванны и выполнены в форме ярусов чередующихся магнитных полюсов. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к области получения материалов по технологиям стекловарения, а именно является средством обеспечения, т.е. устройством, предназначенным для реализации получения стеклообразного вещества, например, нестехиометрического состава.

Данное устройство обеспечивает возможности осуществления разных способов протекания физико-химических процессов в электрохимической колонке, предназначенной для изготовления вещества нестехиометрического состава посредством «обеднение процесса» и накопления энергетической составляющей.

Известна колонка, которая наиболее близка к заявляемому решению и является однотипным устройством, реализующим обеднение процесс, суть конструкции колонки изложена в патенте №2224725 C1 RU и его аналоге №5964913 США.

Прототип устройства - это электрохимическая колонка, содержащая систему из двух одинаковых ванн, которые наполнены высокотемпературным расплавом из стеклообразующей многокомпонентной смеси, причем в одной ванне (анодной, это плюс) расположен анод, имеющий стержни-электроды, во второй (катодной - минус) помещен катод со своими стержнями-электродами, последние находятся в сопряжении с проводником 1-го рода, при этом ванны-зоны разделены между собой проницаемыми для электронов твердыми стенками с образованием пространственных промежутков - зазоров. При подогреве расплава и подаче высоковольтного напряжения на ванны-зоны в них протекает искомый обеднение процесс.

К недостаткам известного устройства можно отнести следующее: низкая производительность; устройства не позволяют иметь стабильный управляемый процесс во времени, так как существует длительный процесс «разгонки» системы и, как правило, время вывода колонки на рабочие режимы очень длительное, более того, для каждого состава многокомпонентной питающей смеси требуется выбирать свои режимы разной продолжительности; у известных устройств невысокая однородность структуры получаемых материалов.

Таким образом, до сих пор отсутствовал достаточный конструкторско-технологический набор комбинированных средств управления процессами работы электрохимической колонки для обеднение процесса.

Изобретение направленно на создание устройства, обладающего набором конструкторско-технологических компонентов, которые в совокупности обеспечат управляемое и ускоренное ведение «обеднение процесса», включая время выхода колонки на рабочие режимы и возможность получения высококачественных композиционных стеклополимеров.

До настоящего времени в литературе и среди патентов нет четкого, подробного описания, какие элементы должны быть в типовой колонке обязательно, чтобы реализовать обеднение процесс. Поэтому мы считаем необходимым вначале определить перечень конструкторско-технологических элементов типового устройства, предназначенного реализовать обеднение процесс.

Укажем особенности терминологий, используемых для описания понятий «электрохимическая колонка», которая предназначена для изготовления однофазного стеклообразного вещества путем проведения «обеднение процесса». Они взяты из научной литературы и описаний патентов №2224725 C1 RU и №5964913 США.

Обеднение процесс - совокупность процессов, происходящих в электрохимической колонке при наложении стационарного электрического поля на находящийся в сопряжении с проводником 1-го рода расплав.

Электрохимическая колонка - электрохимическая система, в которой при наложении стационарного электрического поля на находящийся в сопряжении с проводником 1-го рода стеклообразующей многокомпонентной смеси расплав стехиометрического состава происходит процесс вырыва электронов из расплава с необходимостью, приводящей к приобретению расплавом избыточного положительного заряда и к возникновению в расплаве параллельного самостоятельного процесса, в котором носители избыточного положительного заряда, относительно подвижные (в расплаве) катионы (химически подобные натрию) удаляются к и саморазряжаются на (в) проводник 1-го рода, и их концентрация обедняется с понижением до заданной величины, с выделением на (в) проводнике 1-го рода массы веществ(а), включая металлы, сорта подвижных катионов, и с изменением сочетания химических элементов, порождающего состояние вещества - химического соединения расплава, характеризуемое нестехиометрией химического состава.

Таким образом, [патент №2224725 C1 RU и патент №5964913 США] обеднение процесс происходит в электрохимической колонке при наложении стационарного электрического поля на находящийся в сопряжении с проводником 1-го рода расплав стехиометрического состава, в котором удаление на (или в) проводнике 1-го рода, восстановление до состояния атома и изменение концентрации до заданной величины катионов типичных (или переходной группы) металлов, относительно подвижных и являющихся структурными элементами в расплаве, происходит в процессе вырыва электронов из расплава наложенным электрическим полем анода, не контактирующего с расплавом.

Затем расплав, обедненный химическими элементами типичных (или переходной группы) металлов и имеющий нестехиометрический химический состав, охлаждается с получением стеклообразного материала вещества нестехиометрического состава для изготовления изделий, производимых в стекольной промышленности, включая изделия из стеклокристаллического материала, и, кроме того, с получением металла, выделившегося на (в) проводнике 1-го рода в обеднение процессе.

Далее. Обеднение процесс с наложением электрического поля на (в) протекающий в специального состава многокомпонентной среде осуществляется посредством системы (устройств), состоящей из расплава, ограниченного твердыми стенками, не препятствующими прохождению поля, и анода, введенного в этот расплав, в котором в текущее время процесса накапливается объемный положительный заряд, и сложением действующего потенциала заряда анода с потенциалом заряда расплава. При этом соответственно увеличивается напряженность электрического поля, наложенного на не контактирующий с системой стекло-расплав, приготовленный для изменения концентрации подвижных катионов типичных (или переходной группы) металлов, входящих в состав используемых окислов.

Действие в обеднение процессе наложенного электрического поля дополняется формирующимся в процессе нестационарным магнитным полем стеклообразующего многокомпонентного расплава, находящегося в системе с анодом; при этом поляризованного собственным, накапливаемым в анодном процессе, объемным электрическим зарядом. Из-за внутренних особых процессов и поляризации расплава, содержащего упорядоченные структуры, излучающие изменяющийся магнитный поток во времени, происходит возникновение ЭДС в не контактирующем с системой расплаве, специальный состав которого и особое приготовление в итоге обеспечивают изменения концентрации подвижных катионов.

Вышеуказанное описание процесса, к сожалению, на сегодняшнее время недостаточно изученное в научном и практическом планах, тем не менее, позволяет установить минимально необходимый перечень подсистем, которые обеспечивают гарантированное протекание процессов, известных под названием «способ получения однофазового стеклообразного материала», изложенных в научной литературе и патентах №2224725 C1 RU, №5964913 США и др.

Поэтому проведем анализ конструкции устройства прототипа (патент №2224725 C1 RU) и типовой технологии получения в электрохимической колонке бертоллидов (нестехиометрических соединений) типа кристаллических фаз переменного состава, в которых количество разнородных атомов не может быть выражено малым целым. Пример, фазы - SinO2n+3.

Это необходимо, чтобы уточнить перечень нужных элементов как базового устройства, где может протекать процесс обеднения, так и обосновать новые элементы конструкции заявляемого устройства - электрохимической колонки.

Анализ перечня нужных элементов, как базового устройства.

Электрохимическая колонка в изобретении №2224725 C1 RU представляет 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 (шестой-6 элемент), в рассматриваемом способе он назван «пространственным промежутком», осуществляется наложение внешнего электрического поля в обеднение процессе. Это происходит в присутствии среды инертного газа (седьмой-7 элемент), давление которого регулируют (восьмой-8 элемент) (позиции элементов приведены, как они даны в №2224725 C1 RU).

В системе анод 1 - расплав 2 - стенки 5 - расплав 4 - катод 3 в текущее время анодного процесса регулированием напряжения в электрической цепи анода, соединенного с источником напряжения, катод которого заземлен, накапливают распределенные по объемам положительные заряды, поля которых с полем заряда анода поляризуют - ориентируют, смещают - структурные элементы и частицы расплава, с подавлением, по мере накопления объемного заряда, подвижности (поляризацией) целого - расплава и соответственно анодного процесса и 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. Имеем распределенное электрическое поле относительно стенок, ограничивающих эту систему, в том числе наложенное на расплав стеклообразующей многокомпонентной смеси, находящейся 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 1, на расплав 4 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 расплава 4 на (в) проводник 1-го рода.

В системе нагревательным 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, 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.

Затем расплав (4) охлаждают, например, специальным холодильным 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, распределенными 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(в) 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 распределенных по объемам в этом расплаве положительных электрических зарядов для получения в расплаве (4) названных структур;

- накоплению распределенных по объемам 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,

- также тем, что в замкнутой потоком вырываемых электронов из расплава (4) электрической цепи, включающей систему анода (1) и расплава (2), проводник 1-го рода, расплав (4), а пропусканием постоянного тока в этой электрической цепи удаляют подвижные катионы из расплава (4) на (в) проводник 1-го рода, и их концентрацию обедняют с понижением до заданной величины, с выделением в обеднение процессе на (в) проводнике 1-го рода массы веществ(а), включая металлы, сорта подвижных катионов расплава (4).

Вышеперечисленные особенности физико-химических процессов, приводящие к образованию ЭДС в колонке, требуют различных устройств, это могут быть дополнительные управляющие электроды (например, два элемента, 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 иными стержнями-электродами, что необходимо для повышения эффективности изменения концентрации подвижных катионов магнитным и электрическим полями.

И, наконец, в любом устройстве типа колонка электрохимического процесса могут быть свои оригинальные и присущие данному способу получения узлы и детали.

В итоге, в понятиях общепринятых терминов электрохимических процессов стекловарения и (или) родственных им процессов, в том числе, необходимых для реализации технологий «обеднение процесса», мы установили (их порядка 20…22 позиций) и перечислили средства и их технические элементы типовой установки.

Предлагаемое изобретение обладает набором новых конструкторско-технологических компонентов, которые в совокупности обеспечат управляемое и ускоренное ведение «обеднение процесса».

Для достижения нового результата с целью достижения управляемой равномерности накапливания и распределения по объемам положительных зарядов, поля которых с полем заряда анода поляризуют - ориентируют, смещают - структурные элементы и частицы расплава, в колонку введены большая ванна с анодом, которая охватывает собой меньшую ванну с катодом, по типу коаксиальной схемы (одна в другой), причем по всему периметру большой анодной ванны в зонах пространства с боков и сверху 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.

По второму пункту устройство отличается тем, что дополнительное внешнее магнитное поле сформировано набором чередующихся секционных полюсов в форме расположенных друг над другом ярусов, обеспечивающих дополнительное нестационарное пульсирующее поле, а схема включения полюсов зависит и определяется составом компонентов стеклообразного материала нестехиометрического вещества, структуры которого способны создавать нестационарное магнитное поле, характеризуемое наличием электродвижущей силы (ЭДС), и образованные в процессе поляризации распределенными по объемам положительными электрическими зарядами, сообщенными расплаву материала в анодной системе, где анод соединен с источником напряжения, а катод заземлен; то есть катушки собраны и установлены таким образом, что они обеспечивают дополнительное нестационарное пульсирующее электромагнитное поле, результирующая величина напряженности и форма которого зависит и определяется составом компонентов стеклообразного материала, включая их магнитные свойства.

Чтобы создать дополнительное внешнее пульсирующее поле, необходимо установить минимальное количество полюсов и ярусов. Если говорить о минимуме, то в одном ярусе может быть не менее двух полюсов, чтобы замкнулось поле. Поэтому количество полюсов должно быть не менее шести, а ярусов - не менее трех. В итоге их подбирают таким образом, чтобы они обеспечивали дополнительное нестационарное пульсирующее электромагнитное поле, результирующая величина напряженности и форма которого зависят и определяются составом компонентов стеклообразного материала, включая их магнитные свойства.

Такое выполнение устройства колонки обеспечивает повышение производительности процесса получения полиматериалов, снижение времени разгонки на начальной стадии работы колонки и повышение качества получаемых разнородных материалов за счет коаксиального расположения ванн, на которые электрические поля действуют особым образом, повышение управляемости процессом достигается за счет дополнительных магнитных полей.

На чертеже показано схематично предлагаемое устройство - электрохимическая колонка в разрезе.

Положительный результат изобретения достигается тем, что колонка содержит две особые ванны (I) и (II). Ванны определяют зоны: большая первая (I) - А и меньшая вторая (II) - Б. Ванны - это собранные из кварцевого стекла (детали 5) закрытые объемы, в которые в процессе работы помещают предварительно разогретые до температуры свыше 500ºС сложные многокомпонентные составы, близкие к окисным смесям для стекловарения, их называют расплавами.

Температура расплава поддерживается термоэлементами устройства 14 в виде охватывающей систему печи, управляются и контролируются нагрев и охлаждение устройствами 16.

Таким образом, электрохимическую систему составляют две части или зоны I и II, в которых есть анод 1, помещенный в расплав 2, и катод 3, тоже помещенный в расплав, но - 4. Расплавы 2 и 4 одинаковы по составу.

Ванны диэлектрически разделены между собой зазорами («пространственным промежутком») 6, образованными стенками 5, т.е. деталями, изготовленными из температуростойкого кварцевого стекла, проницаемого для электронов.

Через зазоры 6 между ваннами (I) и (II) из системы 8 подается инертный газ 7, давление которого регулируют. Система содержит следующие элементы: 23 - накопитель, 24 - регулирующая аппаратура, 25 - запорная аппаратура, вентили, 26 - емкость, 27 - фильтры, 28 - приемная емкость, 29 - аккумулятор.

Анод и катод имеют свои электрические цепи. Однако при этом на обе ванны подается электрическое поле, а именно: в системе анод (1) - расплав (2) - стенки (5) - расплав (4) - катод (3) в текущее время анодного процесса подается высоковольтное напряжение. Напряжение в электрической цепи 10 анода, соединенного с источником напряжения 11, регулируют средствами 9. Цепи анода и катода заземлены, элементы 12.

В зоне II расплав 4 и катод 3 находятся в сопряжении с проводником 1-го рода (поз.13), которым является олово.

В процессе работы колонки на (в) проводнике с приобретением веществом расплава сочетания химических элементов, характеризуемого нестехиометрией химического состава, или с выделением в обеднение процессе на (в) проводнике 1-го рода 13 происходит выделение массы веществ(а) - 15, что являются одним из продуктов обеднение процесса.

По истечении заданного времени расплав 4 охлаждают специальным устройством 16; при этом также контролируется температура, что обеспечивает получение 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, включая чистые металлы, сорта подвижных катионов, в агрегатном состоянии веществ(а) выделившейся массы согласно температуре, выбранной из заданных температур.

Действия наложенного на ванны через анод и катод электрического поля дополняют нестационарным магнитным полем 17 (его условные элементы изображены штриховыми контурами), характеризуемым возникновением электродвижущей силы (ЭДС), определенным образом воздействующей на компоненты расплава. Она формируется, когда в сопряжении с проводником 1-го рода 13 находится расплав источников ЭДС.

С целью обеспечения комплексного воздействия на расплав и формирование заданных свойств получаемого стеклополимера дополнительное внешнее магнитное поле является управляемым.

Оно может быть сформировано посредством набора чередующихся секционных катушек - магнитных полюсов - 30. Катушки 30 охватывают обе зоны (I и II), т.е. всю колонку (или ее необходимые части). В этой форме они расположены друг над другом поярусно. Ярусы 31 (которых не менее трех) сложных наборных катушек 30 обеспечивают дополнительное нестационарное пульсирующее поле.

Схема включения полюсов представляет особую систему из цепи 32, блоков управления и согласования 33. Она зависит и определяется составом компонентов стеклообразного материала нестехиометрического вещества, структуры которого способны создавать нестационарное магнитное поле, характеризуемое наличием электродвижущей силы ЭДС в процессе поляризации, в том числе, распределенными по объемам положительными электрическими зарядами, сообщенными расплаву материала в анодной системе, где анод соединен с источником напряжения, а катод заземлен.

Особенности физико-химических процессов, приводящие к образованию в колонке ЭДС от электрических и магнитных полей, требуют различных управляющих полями устройств, это могут быть дополнительные управляющие электроды, например элементы - 18 и 19. Для снятия возникающих в системе избыточных потенциалов есть нагрузочные и аккумулирующие устройства 20.

В перечне необходимых для реализации обеднение процесса новых узлов предлагаемого устройства, чтобы уменьшить время выхода колонки на рабочие режимы и осуществить возможность получения высококачественных композиционных стеклополимеров, предложено, что проводники анода 1 и проводники катода 3 снабжены особыми стержнями-электродами, соответственно 21 и 22. Это необходимо, чтобы повысить эффективность изменения концентрации подвижных катионов электрическими полями.

Особенностью конструкции электродов анода является то, что по всему периметру пространства, охватываемого анодной (I) зоной, а именно: с боков и сверху перпендикулярно поверхности контура ванн расположены в достаточном количестве n1 дополнительных стержней - электродов 21, которые могут включаться в работу по определенному закону, зависящему от состава расплава. Управление работой в заданном законе осуществляется через блок 34. Вся колонка имеет двойную магнитно-радиационную защиту.

В охватываемой катодной зоне (II) стержни-электроды расположены объемно по всей зоне, в нашем примере по полусферообразной форме подобно схеме иголок «ежа».

Электроды катодной зоны расположены к ближнему электроду анодной зоны навстречу или под углом, их количество n2. Количественно электроды n1 и n2 между собой связаны, а их соотношение устанавливается экспериментально в зависимости от состава шихты и расплава.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Отдельно в соответствии с задачами обеднение процесса (ими могут быть требования получить сверхчистые металлы, полистекла или иные) составляется состав стеклообразующей многокомпонентной смеси, из которой приготовляют искомый разогретый расплав 2 и 4. Его помещают в закрытые объемы - ванны А и Б, заполняя полностью стержни-электроды, как показано на фигуре.

Так как ванны изготовлены из кварцевого стекла, то в помещенном предварительно разогретом до температуры свыше 500°С расплаве температура поддерживается и контролируется устройствами 14 и 16. При заданной температуре на систему подают через анод и катод высоковольтное напряжение. Накладываемое напряжение от источника 11, регулируемое через систему 9, обеспечивает перевод системы в новое энергетическое состояние, которое современная наука пока не может однозначно описать.

Известно, что со временем в системе начинается свечение плазмы, вместе с которым осуществляется выход электронов, создающих потенциалы, которые взаимодействуют с электрическими полями, а в нашем случае и с магнитными, в результате чего процесс выхода электронов интенсифицируется, происходят химические реакции в расплаве многокомпонентной системы на (в) проводнике с приобретением веществом расплава сочетания химических элементов, характеризуемого нестехиометрией химического состава, или с выделением в обеднение процессе на (в) проводнике 1-го рода 13, происходит выделение массы веществ(а) 15, что является одним из продуктов обеднение процесса.

Другим характеризуемым фактором является возникновение электродвижущей силы ЭДС, определенным образом воздействующей на компоненты расплава. Она формируется, когда в сопряжении с проводником 1-го рода 13 (оловом) находится расплав источников ЭДС.

Действия наложенного на ванны через анод и катод электрического поля дополняют нестационарным магнитным полем 17, осуществляемые посредством набора чередующихся секционных катушек - магнитных полюсов 30, которые своими ярусами охватывают зоны I и II и всю колонку, создавая нестационарное пульсирующее поле. Для этого используют систему цепи 32 с блоками 33 управления и согласования во времени.

Управляя через 16 системой терморегулирования 14, обеспечивают получение 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, включая чистые металлы.

Часть результатов процесса в виде особой продукции выносится газом в бак 28.

При протекании процесса возможно накопление полученной излишней энергии, для чего используют систему аккумуляции и нагрузки 20.

По окончании обеднение процесса колонку отключают, охлаждают и выгружают из ванн наработанный новый материал и оставшиеся компоненты расплава.

Затем после новой загрузки процесс повторяют.

Опытно подтвержден указанный в задачах положительный эффект от использования нового устройства. Использование предложенного устройства электрохимической колонки с коаксиальной системой ванн, наличием и новой схемой расположения в анодной и катодной зонах стержней-электродов в виде соответственно анодной зоне охватываемых электродов, расположенных перпендикулярно и объемно по всей зоне, и по катоду в форме полусферы-ежа, а также при воздействии на процесс дополнительного магнитного поля за счет ярусов магнитных полюсов при получении стеклообразного вещества нестехиометрического состава из расплава типа 9SiO23Na2O. Для данной конструкции колонки и малой загрузки стационарный процесс «обеднение процесс» с регистрацией начальных выходных показателей наступает через 310-340 минут. Такая конструкция обеспечила по сравнению с лабораторным устройством, подобным представленному в патенте №2224725 C1 RU, снижение времени разгонки колонки на 25-30%.

Стабильность качества получаемых в колонке выходных материалов повысилась, что подтвердил химический анализ веществ. Возросла скорость процесса и его производительность (отношение количества полученного материала к затраченному времени) при использовании двух разных составов. Это доказывает высокую эффективность предлагаемого устройства.

1. Электрохимическая колонка, содержащая систему из двух подогреваемых и находящихся под высоковольтным напряжением ванн-зон, которые наполнены высокотемпературным расплавом из стеклообразующей многокомпонентной смеси, причем в одной ванне (анодной, это плюс) расположен анод, имеющий стержни-электроды, во второй (катодной - минус) помещен катод со своими стержнями-электродами, последние находятся в сопряжении с проводником 1-го рода, при этом ванны-зоны разделены между собой проницаемыми для электронов твердыми стенками с образованием пространственных промежутков-зазоров, отличающаяся тем, что в колонке ванны расположены по типу коаксиальной схемы (одна в другой), при которой большая ванна с анодом охватывает собой меньшую ванну с катодом, причем по всему периметру большой анодной ванны в зонах пространства с боков и сверху 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 для создания дополнительного внешнего электромагнитного поля по внешним боковым поверхностям коаксиальной системы расположены охватывающие ванны и выполнены в форме ярусов чередующихся магнитных полюсов.

2. Колонка по п. 1, отличающаяся тем, что количество полюсов и ярусов подбирают таким образом, что они обеспечивают дополнительное нестационарное, пульсирующее электромагнитное поле; результирующая величина напряженности и форма поля зависят и определяются составом компонентов стеклообразного материала, включая их магнитные свойства.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способу равномерного прогревания полупрозрачных и/или прозрачных стекол и/или стеклокерамики с помощью инфракрасного излучения, благодаря чему стекла и/или стеклокерамика подвергаются термообработке в диапазоне температур 20-3000°С, в частности 20-1705°С.

Изобретение относится к электротермии и может быть использовано в дуговых печах для плавления тугоплавких материалов алюмосиликатного состава с постоянным выпуском расплава.

Изобретение относится к области получения изделий из кварцевого стекла и может быть использовано для получения точноразмерных труб и стержней из кварцевого стекла горячим методом.

Изобретение относится к способу получения вещества нестехиометрического состава из расплава стеклообразующей многокомпонентной системы. Техническим результатом изобретения является обеспечение управление интенсивностью обеднения процессов. Способ управления интенсивностью обеднение процесса при получении вещества нестехиометрического состава заключается в применении несоединенных между собой анодной и катодной ванн с расплавом и наложением на расплавы электрического поля, приводящего к вырыву электронов из расплава стеклообразующей многокомпонентной смеси, при накапливании потока вырываемых электронов в замкнутой электрической цепи. При этом распределенные по объемам положительные электрические заряды вместе с полем заряда анода поляризуют расплавы и в катодной ванне, где помещен в сопряжении с расплавом материал первого рода, образующиеся поля воздействуют особым образом на подвижные катионы расплава, которые на электроде катодной ванны изменяют свою концентрацию в расплаве с понижением до заданной величины, что сопровождается выделением на катоде сопутствующего металла сорта подвижных катионов, при этом в расплаве за счет сочетания химических элементов и в присутствии газов происходят структурные изменения с получением нового вещества, которое характеризуется однофазовостью и нестехиометрией химического состава, затем расплав охлаждают с определенной скоростью. Причем на начальном этапе разогрева до нужной температуры стеклообразования и «разгонки» колонки до состояния протекания обеднение процесса при возникновении в объеме расплава газового свечения с образованием плазменного излучения для последующего поддержания достаточной и высокой интенсивности плазменного излучения в стеклообразующем многокомпонентном расплаве на обе ванны из вне накладывают дополнительное ультрафиолетовое излучение накачки по величине близкое, совпадающее или находящееся в резонансе с возникшими излучениями в колонке. Затем проводят управление выходом электронов и переносом катионов в расплавах, проведение интенсификации и стабилизации обеднение процесса на всех этапах осуществляют посредством наложения дополнительных внешних комбинированных энергетических воздействий, которые охватывают объемно анодную и катодную ванны с расплавом, в виде дополнительных разнородных сложнопрофильных электромагнитных полей, по величине напряженности отличающихся друг от друга в 2-3 раза, а конфигурация сложнопрофильного суммарного поля создается за счет расположения углов наклона от 5-7° до 85-90° центральных осей полей систем катушек к оси колонки в зависимости от химического состава компонентов расплава. 3 з.п. ф-лы, 3 ил.
Наверх