Популярное

Мифы о звукоизоляции



Как построить дом из пеноблоков



Как построить лестницы на садовом участке



Подбираем краску для ремонта



Каркасные дома из дерева


Главная » Растворение боратного стекла

Растворение боратного стекла X-230 в разбавленных растворах соляной

кислоты

Ашхотов О.Г. (oandi@rambler.ru) , Ашхотова И.Б. , Бугулова И.Р. кабардино-Балкарский госуниверситет (Нальчик) Владикавказский технологический центр Баспик (Владикавказ)

При изготовлении микроканальных пластин (МКП) для электронно-оптических преобразователей в качестве жил в невытравленных заготовках МКП используется боратное стекло Х-230. Для получения МКП с оптимальными характеристиками чрезвычайно важно знать, как идет процесс растворения жилы стекла Х-230. В этой связи представляет интерес изучение поведения боратного стекла Х-230 в растворах соляной кислоты и, поэтому в настоящей работе исследовалась кинетика растворения Х-230 в разбавленных растворах HCl.

В [1] изучали влияние концентрации кислоты на скорость проработки пластин ликвировавших натриевоборосиликатных стекол. Показано, что увеличение концентрации соляной кислоты от 0,1-1,0н приводит к значительному увеличению скорости проработки пластин двухфазного стекла состава Na-B-Si за исключением случая обработки при 20°С. Дальнейшее увеличение концентрации кислоты до 3н не влияет на скорость роста толщины пористого слоя при температурах 20-70°С.

Количественная кинетическая характеристика взаимодействия Na-Al-B-Si с растворами HCl, HF приведена в работе [2], из которой следует, что оксид бора, выщелачиваясь в растворах, образует в поверхностных слоях трудно растворимые соединения.

Влияние концентрации HCl на кинетику выщелачивания натриевобо-росиликатного стекла с разделением фаз изучено в [3]. Найдено, что скорость выщелачивания Na-B-Si стекла с разделением фаз экстремально зависит от концентрации HCl и обнаруживает максимум при концентрации ~ 0,3н. нтрации ( 0,3н. ь обусловлена переходом процесса выщелачивания из



области смешивания (при низкой концентрации кислоты), где ведущую роль играют химическое взаимодействие, к диффузионной области (при высокой концентрации кислоты).

В [4] исследовано влияние pH растворов HCl на скорость растворения обогащенной бором фазы в литиевоборосиликатном стекле. Показано, что скорость растворения быстро возрастает по мере уменьшения рН раствора. Выщелачивание практически завершается после обработки в течение 8 ч. Оставшаяся после растворения фаза представляет почти чистый SiO2, а растворимая боросодержащая фаза представлена стеклом, состоящим из Li2O u B2O3.

Авторами [5] проведено исследование кинетики выщелачивания двухфазных натриевоборосиликатных стекол и установлена ее зависимость от слоистости получающегося пористого стекла, которая обусловлена неравномерным осаждением кремнезема в порах.

Структура пористых высококремнеземных стекол, полученных выщелачиванием ликвирующих натриевоборосиликатных стекол (№2О 7%) исследована в работе [6]. Выщелачивание проводилось в среде 0,1-6,0н HCl при различных температурах в течение времени от нескольких часов до 120 ч.

Условия эксперимента. В настоящей работе в качестве растворимого стекла использовалось стекло марки Х-230 (ГОСТ 3240-77,ТУ-4381) следующего состава: SiO2 (2,2%), B2O3 (57,8%), K2O (8,2%), BaO (19,0%), CaO (3,8%), Al2O3 (8,8%), MgO (0,8%). Для изучения кинетики растворения стекла Х-230 использовались полированные диски диаметром 24,8 мм толщиной 430 мкм. Опыты проводились в стеклянных стаканах, устойчивых к действию используемых химических реагентов, которые размещались в термостате, обеспечивающем выдержку при температуре эксперимента с точностью ±0,5оС в интервале температур от комнатной до 60оС. Образцы закреплялись на держателях из фторопласта. Объем раствора HCl составлял 250 мл из расчета на один образец. Образцы взвешивались на микроаналитических весах с точностью до 0,00005 г. Скорость травления оценивалась по потере



Табл.1. Расчет константы скорости и энергии активации растворения борат-ного стекла Х-230 в 0.2н, 0.3н растворах HCl

С, н

T, 0C

т, мин.

lg(K2/K1)

E, КДж/моль

0,0046

0,050

1,036

66,4

0,004

0,012

0,477

80,9

0,020

0,026

массы образцов после травления. Величина средних потерь в массе воспроизводилась на разных образцах при низшей температуре с точностью ±9%, а при высшей - ±2%.

Результаты и их обсуждение. Как следует из приведенных результатов (рис.1,2), временные зависимости потери массы стекла Х-230 линейные, что, в свою очередь, позволяет сделать вывод о том, что имеет место реакция нулевого порядка. С учетом этого, были рассчитаны константы скорости и энергии активации процесса по методике, описанной в [8]. Результаты расчетов этих параметров для стекла Х-230 представлены в табл.1.




Рис. 1. Кинетика растворения стекла Х-230 в растворах соляной кислоты разной концентрации.

а - при температуре 25оС, б - при 35оС, в - при 45оС, г - при 55оС.

На рис.1 приведена кинетика травления стекла Х-230 для различных концентраций соляной кислоты в интервале 25-55оС и рассчитаны соответствующие уравнения, которые использовались при расчете константы скорости и энергии активации растворения боратного стекла Х-230 в 0.2н, 0.3н



Табл.2. Уравнения кривых кинетики травления стекла Х-230 для растворов

соляной кислоты разной концентрации

Концентрация раствора, н

Уравнение

0,05

y=-0.0011x+0.6125

0,15

y=-0.0023x+0.6123

0,20

y=-0.0026x+0.61

0,50

y=-0.0035x+0.6116

y=-0.0046x+0.6072

гр/мин 0.00501


0.0 0.2 0.4 0.6 г-экв/лНС1

Рис.2. Изменение средней скорости Х-230 при травлении растворами HCl при температуре 25оС.

На рис.2 отражено изменение этой скорости с изменением концентрации соляной кислоты. Можно заметить, что скорость в интервале концентраций 0.00-0.2н HCl выше, чем при более высоких концентрациях кислоты. Изменение скорости травления, приведенной на рис.2 можно объяснить следующим образом. Основу стекла Х-230 составляют соединения, которые по-разному взаимодействуют с HCl. Большую скорость при низких концентрациях кислотного раствора вероятнее всего можно объяснить тем, что в этом случае ведущую роль играет химическое взаимодействие.

растворах HCl. Абсолютные значения коэффициентов этих уравнений и представляют собой средние скорости травления (табл.2).



Начиная с концентрации растворов от 0.2н и более стекло, реагируя с кислотой, образует в поверхностных слоях трудно растворимые соединения бора, а также выпадают в осадок гидратированные окислы Si и Al. В результате чего, процесс химического взаимодействия переходит из области смешивания к диффузионной области.

Выводы. Исследование кинетики растворения стекла Х-230 в разбавленных растворах HCl показало, что имеет место реакция нулевого порядка. Как и следовало ожидать, увеличение концентрации HCl или температуры раствора приводит к росту скорости реакции. Выполнен расчет константы скорости и энергии активации растворения боратного стекла Х-230 в 0.2н, 0.3н растворах HCl.

Литература

1. Антропова Т.В., Роскова Г.Т. Влияние концентрации кислоты на скорость проработки пластин ликвировавших натриевоборосиликаных стекол. Физ. и хим.стекла, 1986, 12, №5, с.583 -590.

2. Белюстин А.А., Ивановская И.С. Состав поверхностных слоев, обрамления после взаимодействия с растворами, и электродные свойства щелоч-ноалюмоборосиликатных стекол. Натриевоалюмоборосиликатное стекло Физ. и хим. стекла, 1995, 21, №5, с. 507 -517.

3. Venrel B.I., Svatovskaya L.G., Melnikova I.W. Influence of hydrochloric acid concentration on the leaching lineticsof phase separated sodium borosilicate glasses. (Влияние концентрации HCl на кинетику выщелачивания натрие-воборосиликатного стекла с разделением фаз). Proc. 17 th Int. Congr. Crlass [Beijing., 1995] Vols. -Beijing, 1995, c. 437-440.

4. Rigbi Z., Schonvald G. The influence of pH on the dissolution rate of phase separated lithium borosilicate glass. (Влияние pH на скорость растворения



литиево-боросиликатного стекла с фазовым разделением). Glass Technol. 1984, 25, №3, с.157 -158.

5. Вензель Б.И., Сватовская А.Г., Мельникова И.М. Исследование кинетики выщелачивания ликвирующих натриевоборосиликатных стекол в связи со структурой образующихся простых стекол. Физ. и хим. стекла, 1987, 13,

№4, с. 628 -631.

6. Чернышова Г.Л., Леликова А.И. Исследование зависимости структуры пористых стекол от условий химической обработки. Исследования в области химической технологии стекла и стеклоизделий. М., 1986. с.71-73.

7. Еремин Е.Н. Основы химической кинетики. -М.: Высшая школа, 1976.

8. Ашхотов О.Г., Ашхотова И.Б., Мусаева Э.Б., Керефов А.Х. Растворение соляной кислотой боратного стекла Х-230 в заготовках микроканальных пластин. Микроканальные пластины. Материалы научно-технических конференций. Вып.1. Владикавказ, 2002.



© 2017 РубинГудс.
Копирование запрещено.