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玻璃电熔过程中的腐蚀

发布日期:2011-04-24    浏览次数:145

玻璃的电熔化过程中,电极是非常重要的部件,有效防止电极的腐蚀是十分必要的,在此作一简单综述。

一、钼电极的腐蚀与防护

电熔炉中,玻璃在电场的作用下钠离子的前后移动,对残余石英砂的熔解是有助的。

图1表明了全电熔炉中,钠离子的两种运动,第一种运动是由于热能引起的,这次运动是短暂的,是在分子尺寸的水平上运动,有很高的频率,每秒钟大约有几百万次。这样热运动具有足够的能量使SiO2砂粒熔化。

钠离子第二种运动是由于电流方向的改变。对60赫兹的交流电来说,这种运动是每秒钟120次,离子移动的距离大约为0.001英寸。如图2所示。这种离子移动的距离相对于石英砂粒来说是小的,但是相对于砂粒的晶格结构来说是大的。

在电熔炉中钠离子移动的距离通过一个浅的氧化铝舟进行测量。氧化铝舟两端装有电极,并装满了熔融的玻璃,预先加热的玻璃(由在特殊的位置装有放射性的钠),当两边加上电压后,放射性的钠离子(以上述所提的速度)向阴极移动。

由于电解的作用,钠离子的移动向石英砂晶体碰撞,此时由于热能分解的石英砂晶体而形成硅玻璃,并分散到熔融体内。

了解释钠离子是否渗入熔融硅,建立如图3的设备。石英玻璃管的直径15mm,形成V型,用熔融的砂岩焊住接点,并形成两档。设备大约有8英寸长。在实验室窑炉中,两边装熔融的碎玻璃。Na2SO4加在熔融的玻璃一端的上方作为电极接触液体,铂金丝浸在Na2SO4中,并直接通入100V的电流,电流约为10几个毫安。

金丝在该实验中不能持续很长时间,钠迁至一极,三氧化硫迁至另一极。气体由阳极释放出来。15分钟之后,实验结束了,设备迅速的冷却下来,挡板的一侧是稠密的乳浊物,档板的另一边是清洁的。如图4所示说明电流驱动Na+进入熔融的SiO2,形成了方石英。上述讨论的钠钙硅玻璃窑炉应多深为宜。从1吨到140吨的80座窑炉的实践来看。1.2米深足够了。不会有多余的砂粒越过熔化区(玻璃的质量可以达器皿玻璃的要求)。

现在我们来检查一下电化学现象对电极的影响,图5表示两根钼电极浸入熔融玻璃。在第一个半周期内,钠离子移至右边接受电子,立即变成Na。与电极没有发生反应。在高的电流密度的情况下有可能与周围的玻璃液发生反应。

SO32离子移到左边释放出两个电子变成SO3。SO3分解成SO2和O2。而释放出的O2的与Mo电极起反应,形成MoO3。由于对流作用MoO3进入玻璃,这就是所谓的电极腐蚀。

实践证明,接近电极那一层中由于硫酸盐耗尽而对电极的腐蚀减小,而当电极表层的玻璃离开,新的玻璃液又会带来新的硫酸盐而加剧对电极的侵蚀。

在电极周围的对流运动,对于水平电极和垂直电极来说是不同的。水平电极沿电极的长度方向有更多的低强度扩散流。

垂直电极从窑炉的底部拉引熔融玻璃。垂直电极由于电极附近特殊的加热效果。玻璃的表面则更热并一直升至电极端部,这种上升的玻璃液由底部粘在电极周围新鲜的玻璃液来代替。这样引起电极直径变细,直至电极完全腐蚀掉。

在容器玻璃中,硫酸盐的侵蚀是常见的。这同样的反应可能出现在其它玻璃的氧化物成份中。例如当配合料中含有相当数量的硝酸盐时,并不是所有的硝酸盐都参与反应,引起电极的腐蚀。白砒和锑粉也是很容易还原的氧化物,它们也会引起电极的腐蚀。

安瓿玻璃,虽然在配合料中含有还原剂、含有很少的氧,但由于钼电极在安瓿玻璃中由于Mo晶体的长大,从而影响其寿命,大约仅能使用一年时间。

二、氧化锡电极的腐蚀与防护

图6表明了SnO2电极的化学腐蚀,Na+首先移向阴极并获得电子,变为单质钠。钠和SnO2起反应生成Na2O和SnO。SnO是挥发性的,并移开电极表面,从而引起电极的腐蚀。在另一个电极上硫酸盐的反应是同样的,但对SnO2电极是无害的,因为SnO2与氧不发生化学反应。
 

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