" title="Написать письмо">Написать письмо
Много статей не имеет срока устаревания. Есть смысл смотреть и 2011, и даже 2008 год.
Политика сайта: написать статью, а потом обновлять ее много лет.
Открыта карта ВТБ для материальной поддержки сайта: 4893470220568296.

Рекламодателям! Перестаньте спамить мне на почту с предложениями о размещении рекламы на этом сайте. Я никогда спамером/рекламщиком не был и не буду!
Ваш IP: 34.228.41.66
Вы подарите мне деньги на развитие этого сайта? Номер карты указан зеленым цветом.
 

Статистика

Пользователи : 1
Статьи : 1092
Просмотры материалов : 3818603
 
Химические процессы и тонкости восстановления ржавого железа путем электролиза (08.05.2016). Печать E-mail
2016 - Май
08.05.2016 10:46
Save & Share
Занялся впервые процессом электролиза (снятие ржавчины с железа) - и экстренно проветривал квартиру в противогазе в связи с появлением некоего газа, вызывающего мгновенный обжигающий кашель. Данная статья - идентификация этого газа. Статья изобилует формулами; количество формул обусловлено нетривиальностью как самого процесса электролиза, так и самой ржавчины. Химики и химички, помогайте довести статью до полного соответствия реальности; это ваш долг: заботиться о братьях "меньших" при химической опасности.

Пусть есть железо Fe0:
- если бы на Земле не было воды, то прилетел бы кислород - и сделал оксид: 2Fe + O2 = 2FeO (черный). Оксид окисляется дальше: 4FeO + O2 = 2Fe2O3 (красно-бурый). FeO2 не существует, это выдумки школьников; а вот Fe3O4 (черный) вполне реален, но искусственен: подача перегретого пара на железо или восстановление Fe2O3 водородом при температуре примерно 600 градусов;
- но на Земле есть вода - в итоге и железо, и оксиды железа стремятся превратиться в основание Fe(OH)2 (белое?!. На воздухе быстро темнеет - уж не пункт ли ниже): 2Fe + 2H2O + O2 = 2Fe(OH)2, 2FeO + H2O = 2Fe(OH)2;
- дальше еще хуже: на Земле есть электричество - все названные вещества стремятся превратиться в основание Fe(OH)3 (бурое) из-за наличия влаги и разности потенциалов (гальваническая пара). 8Fe(OH)2 + 4H2O + 2O2 = 8Fe(OH)3, Fe2O3 + 3H2O = 2Fe(OH)3 (медленно). То есть, если железо хранить в сухой квартире - ржавеет потихоньку, но держится; повысить влажность или намочить - станет хуже, а в землю воткнуть - совсем плохо будет.

Приготовление раствора для электролиза - тоже интересный процесс:
- сначала проводится анализ имеющихся веществ для приготовления растворов. Почему кальцинированная сода и вода? Кальцинированная сода Na2CO3 содержит металл Na, который стоит намного левее водорода в ряде электрических потенциалов - значит, при электролизе металл не будет восстанавливаться на катоде (в растворе, но не в расплаве), а вода будет разлагаться на водород и кислород (в растворе). Всего 3 варианта реакции раствора: металлы сильно левее водорода не восстанавливаются, слабо левее водорода восстанавливаются с выделением H2 и O2, правее водорода - просто восстанавливаются на катоде. Вот он, процесс омеднения поверхности деталей в растворе CuSo4, оцинковке в ZnCl2, никелирования в NiSO4 + NiCl2 и т.д.;
- разводить в воде кальцинированную соду стоит в безветрии, не спеша и не дыша. Пакет не рвать руками, а разрезать ножницами. Ножницы после этого нужно положить в воду. Любая из четырех видов соды (пищевая, кальцинированная, стиральная, едкий натр) забирает влагу из воздуха; ее срок годности, по сути, определяется временем накопления влаги и комкованием. Т.е., в стеклянной банке срок хранения - вечность. Также любая сода порождает раствор гидроксида натрия при смешивании с водой и электролизе, отличаясь только концентрацией NaOH;
- смешивается кальцинированная сода с водой, раствор становится голубоватого цвета. Казалось бы, прошла химическая реакция - а вот нет: как в случае с поваренной солью и водой, раствор не имеет химической реакции, а имеет лишь физическую: растворение твердого вещества в жидком растворителе (воде). Данный раствор можно выпить и получить отравление легкой-средней тяжести - ничего смертельного. Или выпарить и получить кальцинированную соду обратно.

Выбор анода и катода - целая затея:
- анод желательно выбрать твердым инертным материалом (чтоб не разрушался, в т.ч. от кислорода, и не участвовал в химических реакциях) - именно поэтому в роли него выступает нержавейка (начитался ереси в интернете, чуть не отравился);
- именно чистое железо является катодом, иначе ржавчина будет выступать чрезмерно высоким сопротивлением электрической цепи. Чтобы поместить очищаемое железо полностью в раствор, нужно припаять или прикрутить его к какому-нибудь другому железу. Иначе металл держателя железа сам примет участие растворе как неинертный материал и как участок цепи с наименьшим сопротивлением (параллельное соединение металлов);
- пока не уточнено, но должна быть зависимость протекающего тока и скорости электролиза от площади поверхности анода и катода. То есть, одного болта из нержавейки M5x30 может не хватить для быстрого снятия ржавчины с двери автомобиля (для реализации всего потенциала электролиза).

Пусть для примера возьмем инертные анод и катод: рассмотрение электролиза только голубого раствора. Как только подается напряжение - раствор начинает преображаться до конечного: Na2CO3 + 4H2O = 2NaOH + H2CO3 + 2H2 + O2. NaOH - гидроксид натрия - бешеная щелочь, едкий натр, Фредди Крюгер в кошмарном сне: малейший контакт этого сухого вещества с влажными поверхностями (кожа, легкие, глаза и т.д.) вызывает адскую боль и быстрые необратимые (но восстановимые при легкой степени ожога) повреждения. К великому счастью, гидроксид натрия растворен в угольной кислоте H2CO3 и воде; когда вода окончательно испарится водородом на катоде и кислородом на аноде - образуется максимальная концентрация NaOH в угольной кислоте. Этот раствор ни пить, ни нюхать уже категорически нельзя, совать пальцы тоже нельзя (чем дольше электролиз - тем больше жжет). Можно прочистить им трубы, при этом понимая его высокую химическую активность: если трубы пластиковые - можно и подержать часа 2, но если металлические (заземленные, кстати) - и трубы съедать начнет: Fe + 2NaOH + 2H2O = Na2[Fe(OH)4] + H2, Fe + H2CO3 = FeCO3 + H2.

Это первая из возможных причин удушливого "газа", физико-химический процесс: насыщение воздуха раствором концентрированного едкого натра в угольной кислоте (кипящими пузырьками кислорода и водорода как носителями). В книгах 19 века угольная кислота идет как отравляющее вещество (в большом количестве). Именно поэтому водители, устанавливающие АКБ в салоне автомобиля, получают повреждения от серной кислоты (по сути, тот же электролиз): в процессе сверхтока на сильно разряженную АКБ (автомобиль не имеет ограничения по току) электролит кратковременно вскипает, серная кислота выходит вместе с кислородом и водородом в салон. Если же помещение сделать полностью герметичным - из-за кислород-водородной смеси (гремучий газ) можно получить неплохой бабах с разрушением помещения. На ролике показан бабах в миниатюре: вода под действием расплавленной меди разлагается на водород и кислород, а металл более 1100 градусов (представляю, как жахнет полностью заполненная им комната)... О симптомах вдыхания NaOH: едкий, ощущение жжения, боли в горле, кашель, затрудненное дыхание, одышка; симптомы могут быть отсроченными. По ощущениям вполне подходит.
...при этом Владимир Вернадский пишет о том, что жизнь на Земле без растворенной в воде угольной кислоты невозможна.

Заменяем катод на ржавую железку. Начинается целая серия веселых химических реакций (и вот он, борщ!):
- ржавчина Fe(OH)3 и Fe(OH)2, как основания, начинают реагировать с угольной кислотой (выделяемой на катоде), получая сидерит (красно-бурый): 2Fe(OH)3 + 3H2CO3 = 6H2O + Fe2(CO3)3, Fe(OH)2 + H2CO3 = FeCO3 + 2(H2O). Оксиды железа не участвуют в реакции с угольной кислотой, т.к. нет сильного нагрева, а кислота слабая. Также электролиз не восстанавливает железо на катоде, т.к. основания эти - не раствор, а анод - не железный;
- едкий натр, как основание, не реагирует с основаниями. Необходимые условия для Fe(OH)2 (амфотерный гидроксид): NaOH>50% + кипение в атмосфере азота (Fe(OH)2 + 2NaOH = Na2[Fe(OH)4]). Необходимые условия для Fe(OH)3 (амфотерный гидроксид): сплавление (Fe(OH)3 + NaOH = NaFeO2 + 2H2O). Необходимые условия для FeO: 400-500 градусов (FeO+4NaOH=2H2O+Na4FeO3). А, может, с FeO идет реакция? FeO + 4NaOH = Na4FeO3 + 2H2O - но только при температуре 400-500 градусов. Ну хорошо, может, гидроксид натрия удаляет часть железа - и ржавчина просто отваливается? Но и тут облом: Fe + 2NaOH + 2H2O = Na2[Fe(OH)4] + H2 - но при кипении в атмосфере азота. Какого же фига раствор едкого натра без электролиза удаляет ржавчину? А никак он не удаляет (я сливал именно прозрачный раствор едкого натра из "ашана"). Он удаляет жир, а в моем случае с кусочком матиза растворил краску и грунтовку (стойкость грунтовки к NaOH есть в ее ТТХ) - что обнажило чистую железную поверхность, ржавчина просто отпала. Вывод: кальцинированная сода нужна только для получения кислоты электролизом, которая очищает металл, забирая ржавчину на себя в ускоренном темпе; гидроксид натрия как бы не при делах (но будет реагировать с мусором в составе катода, очищая его).

О сторонних веществах после электролиза:
- раствор изменил свой цвет, стал "грязным": с прореагировавшими основаниями Fe(OH)3, Fe(OH)2;
- черный налет на железе. Первая мысль: карбид железа Fe3C (карбид трижелеза, цементит), нерастворимый в кислотах и кислороде. Но условия не те: для его получения нужно подать температуру 2000 градусов; и в химических реакциях нет свободного углерода, который мог бы присоединиться к железу. Вторая мысль: один из гидридов железа (насыщение железа водородом) - но и это неверно: не те условия получения. А потом дошло: оксид железа FeO, основной оксид не реагирует ни с кислотой, ни с едким натром; а также Fe2O3. А амфотерные гидроксиды находятся слоями выше основных оксидов, защищая металл от дальнейшего проникновения кислорода (не растворяются в воде, препятствуют доступу воды и воздуха к FeO). Можно отчищенные детали положить в лимонную кислоту: Fe2O3 + C6H8O7 = 2FeO + 6CO + 2H2O + 2H2 (особое внимание на выделение угарного газа и на то, что кислота и металл ест при контакте) - а FeO снимается обычной щеткой. А если нагреть высший оксид в угарном газе и при этом не угореть - то он восстановит железо: Fe2O3 + 3CO = 2Fe + 3CO2;
- белые хлопья в растворе: некие соли, нерастворимые при электролизе ни в воде, ни в кислоте;
- прочие вещества: железо изначально "грязное", вода изначально не дистиллированная, растворение анода.

Вторая из возможных причин удушливого "газа", физико-химический процесс: железо, как правило, не чистое - с оцинковкой, грунтовкой и прочими сторонними веществами; а вода - с минералами, сульфатами и т.д. Их реакция при электролизе носит непредсказуемый характер, в воздух может выделяться что угодно. Однако мой кусочек был настолько мал (0.5x100x5), и вода водопроводная (слабо минерализованная) - эта причина маловероятна. Также отпала идея наличия посторонних веществ в самой кальцинированной соде: на упаковке в составе указана только она.

Третья из возможных причин удушливого газа, химический процесс. Если катод восстанавливается, то анод обязан разрушаться окислением, если не инертный. Нержавеющая сталь содержит в себе около 18% хрома. И этот хром при разрушении попадает в воздух в виде шестивалентного хрома или его оксида (CrO3, хромовый ангидрид, красноватый - далее речь о нем), сильного яда и канцерогена с отсроченным катализом рака легких. Летальная доза 0.08г/кг. Воспламеняет бензин при комнатной температуре. Выделяется при сварке нержавеющей стали. Ужас в том, что симптомы у него такие же, как у гидроксида натрия при вдыхании; и гидроксид натрия уже кажется безобидным зверьком. Судя по описанию случаев возникновения хотя бы бронхиальной астмы, нужно поработать кровельщиком 9 лет, дыша этой отравой; однако описывается явный отсроченный эффект - то есть, может выстрелить и через 5, и через 15 лет после однократного отравления.

Как проверить, выделялся ли хром из нержавейки (куда - вопрос останется). Болт после реакции стал более блестящим, по сравнению с таким же болтом из той же партии - плохой признак. Как выяснилось, нержавейка является таковой, пока существует оксид хрома в виде защитного покрытия. Если оксид хрома был разрушен окислением при электролизе - значит, такой болт будет ржаветь интенсивнее (свободное железо среагирует, а потом хром в составе нетронутой нержавейки окислится до CrO). Поэтому создал все условия для ржавления двух болтов: соленая вода и температура раствора 60-80 градусов. Нержавеющая сталь марки A2 12Х18Н9 (Х18Н9): она содержит в себе 17-19% хрома (а в нержавеющих сплавах железо-никелевых хрома еще больше, до ~35%). Один из болтов порыжел в нескольких местах, все места - в зоне контакта нержавейки с раствором! Самый рыжий - по линии соприкосновения с раствором.

И мое счастье, что сила тока была тогда всего 0.15А при электролизе, была закрыта кухня и открыто окно в ней. В сознании четко впечаталось: исключить нержавейку из электролиза или делать это на открытой местности и на расстоянии (нет нержавейки без хрома, это ее легирующий элемент). Потому что нержавейка НЕ является инертным анодом при электролизе: растворяется и выделяет ядовитый оксид хрома; диванные химики, убейтесь об стену, пока от ваших советов кто-нибудь не сдох! Остался вопрос, в каком виде, сколько и куда; но с учетом выделения на аноде именно чистого кислорода, CrO уже точно окисляется до промежуточного оксида Cr3O2 (тоже ядовит, ПДК 0.01мг/м3), а далее - до высшего оксида CrO3:  2Cr2O3 + 3O2 = 4CrO3. Последнее остается предположением (необходимая щелочная среда присутствует, но нужен ли сильный нагрев для данной реакции), но лучше перестраховаться. Даже анализы крови и мочи на хром сложно сделать (отсутствуют в прайсах, нет даже в расширенном общем анализе крови).

Инертный электрод - графит. Надо в троллейбусное депо зайти, с выброшенных щеток поснимать. Потому что даже на алиэкспрессе по 250 рублей за штырь. И это самый дешевый из инертных электродов.

А вот еще 1 реальный пример, когда диванный электроник привел к материальным потерям. И к правильным знаниям, правда. Как и в этой статье. Польза от диванных пустословов? - вряд ли, они сеют хаос; и приходится подтирать за ними.

Склоняюсь к первой причине удушливого "газа": испарение в воздух раствора гидроксида натрия в угольной кислоте. Потому что при оксидах хрома используют именно шланговые противогазы с механической подачей воздуха - я бы задохнулся в своем жалком РПГ-67, однако в нем было дышать ощутимо легче в самом эпицентре.
Как проверить наличие оксида хрома в воздухе? Запустить процесс разложения воды в чистом растворе кальцинированной соды на графитовом аноде (выковырять из карандаша, но не каждый карандаш содержит именно чистый графитовый стержень) и железном катоде. И рискнуть еще раз вдохнуть воздух на кухне через 2.5 часа. Логично? Почти: симптомы едкого натра и шестивалентного оксида хрома идентичные - наличие едкого натра в воздухе не докажет отсутствие паров шестивалентного хрома. Однако отсутствие запаха без нержавейки четко выдаст результат присутствия шестивалентного хрома. Проверил, запах был - фразу с надеждой "ура! Я дышал едким натром, а не шестивалентным хромом!" можно растаскивать на анекдоты.

Что еще забыли:
- как существует кислота и щелочь вместе в одном сосуде? По идее, должны возникнуть соль и вода. Здесь очень тонкий момент, который можно понять только экспериментально (не проверял). Если разложить всю воду при электролизе и изолировать раствор от солей в осадке - варианта 2: останется либо раствор едкого натра, либо едкого натра с угольной кислотой. Если последняя есть в составе - начнется выделение соли в нормальных условиях и выпадение... кальцинированной соды: 2NaOH + H2CO3 = Na2CO3 + 2H2О. Проблема в том, что она в воде растворится тут же - жаль, на вкус нельзя попробовать и сравнить с исходным раствором: вдруг едкий натр не весь прореагировал;
- взаимодействует ли угольная кислота с самим железом? Вопрос серьезный, т.к. образование угольной кислоты происходит именно на катоде. Проверить можно, создав более концентрированный раствор и делать электролиз до тех пор, пока тонкий кусочек металла полностью не растворится (не проверял). Электролиз проходит как более щадящий метод снятия ржавчины, чем травление кислотой;
- какие симптомы вдыхания гремучего газа? Никаких + нет ни запаха, ни цвета;
- реагирует ли едкий натр и угольная кислота с пластиком? Сделать идентичный электролиз в пластиковой и стеклянной таре и сравнить мутность раствора и прозрачность поверхности тары (не проверял на стекле). Пластик - стал менее прозрачным в местах соприкосновения с раствором. Однако это оказались соли, легко счищаемые пальцем. Стало быть, пищевой пластик с раствором не реагирует. Стекло используют для хранения концентрированных и щелочей, и кислот.

Если много надышались обжигающего газа, независимо, NaOH это или CrO3 - нужно принять "унитиол" или аналогичный препарат. И действует общее правило: какое бы отравление ни произошло, какой бы силы и происхождения оно ни было, - пить много воды в последующие 1-2 суток, если позволяют почки. Задача: убрать токсин из организма, и если рвотой или отхаркиванием этого не сделать - дать дополнительные возможности сделать это печени и мочевой системе.

...самое обидное, что это все школьная программа 9 класса. Блин, мне 31 год - и я не сдам ЕГЭ...

Электролиз интересен тем, что он поворачивает время вспять:
- раствор NaOH и H2CO3 в нормальных условиях приведет к образованию кальцинированной соды, электролиз же инвертирует эту реакцию;
- железо в естественных условиях окисляется, а при электролизе восстанавливается;
- водород и кислород стремятся соединиться как угодно: смешаться с воздухом, сгореть и стать водой, впитаться или среагировать с чем-нибудь; электролиз же, наоборот, порождает газы различных веществ в чистом виде.
Локальная машина времени, не иначе: возвращает положение молекул веществ в исходное состояние.

Согласно формулам реакций, раствор из порошкового едкого натра опаснее при его создании и электролизе, но эффективнее в отдельных ситуациях:
- для инертных электродов: NaOH + 2H2O = NaOH + 2H2 + O2 (раствор является источником чистого водорода и кислорода без примесей);
- интенсивнее реагирует с органическими материалами, отсутствует угольная кислота (быстрый и дешевый обезжириватель);
- если и в качестве анода взять железо - оно начнет растворяться на аноде и восстанавливаться на катоде, утолщая слой железа на катоде при отсутствии угольной кислоты. Это - способ восстановления материала катода или покрытие его другим металлом тогда, когда под рукой нет раствора с нужным металлом. Снятие ржавчины, по мнению экспериментаторов, тоже идет быстрее, если анодом сделать железо в случае с кальцинированной содой;
- но концентрация NaOH в воздухе при испарении будет выше (еще нужно решить, что опаснее: угольная кислота с едким натром или влага с едким натром).

Ранее я писал об образовании, что куча времени теряется зря в школе и вузе. Эта статья не отменяет этого мнения, потому что рядовому человеку не пригодится в жизни матан, органическая химия или квантовая физика (только на работе, и когда мне потребовался матан спустя лет 10 - я его учил заново, совсем ничего не помнил). А вот неорганическая химия, электротехника, физические законы, русский и иностранный языки - это то, что должно быть приоритетным (еще бы ввести психологию взаимодействия полов и основы научного атеизма). Вот, учился не на факультете электроники; а потом бац, приперло, - и Visio научился пользоваться, и MultiSim и часть обозначений элементов выучил, и т.д. Если бы учился даже на факультете психологии - результат был бы тем же самым: приперло в жизни - вгрызся - разобрался. Но если бы в школе на естественных науках и языках был усилен акцент (и объяснили юным людям, почему усилен) - жить было бы проще. Что в школе, что в институте на химии: про электролиз рассказали (теория без практики), а про ядовитость паров - нет.

Напоследок пример получения чистых газов (с помощью инертных электродов): 2LiCl + 2H2O = H2 + Cl2 + 2LiOH. То есть, сначала травимся чистейшим хлором, а потом взрываемся водородом (опять к вопросу безопасности выделяемых веществ). Если бы был раствор CuSO4, а катод железом - металл бы из основания выбыл и оставил кислородсодержащий кислотный остаток SO42-, он не участвует в реакциях. Если бы кислотный остаток не содержал кислород - он бы разложился на простые вещества (что и видно на примере C1-, выделяющийся как Cl2).

(добавлено 24.05.2016) Если нужно вскипятить NaOH со ржавчиной для их взаимной реакции - почему бы нет? Азота в воздухе 80%. Эффективность снятия ржавчины возрастет в разы, однако тогда точно этот процесс нужно делать на открытом воздухе.

О наводораживании металла (повышение хрупкости): не нашел никаких формул и адекватных мнений на эту тему. Если будет возможность - поставлю электролиз металла на несколько суток, добавляя реагент, - а потом постучу молотком.

(добавлено 27.05.2016) Графит можно вытащить из использованной солевой батарейки. Если будет упорно сопротивляться разборке - деформировать ее в тисках.

(добавлено 10.06.2016) Наводораживание металла: H+ + e- = Hадс. Hадс + Hадс = H2, где АДС - адсорбция. Если металл обладает при необходимых условиях растворять в себе водород (вот это номер!) - то он его в себе растворяет. Условия возникновения для железа не обнаружены, а для стали описаны в книге Шрейдера А.В. "Влияние водорода на химическое и нефтяное оборудование". На рисунке 58 стр. 108 есть график марки 12Х18Н10Т: при давлении, сравнимым с атмосферным, и температурой 300-900 градусов: 30-68см3/кг. На рисунке 59 указаны зависимости для иных марок сталей. Общая формула наводораживания стали: Ks = K0 · e-∆H/2RT, где K0 - предэкспоненциальный множитель 1011л/моль·с, ∆H - теплота растворения стали ~1793K), R - универсальная газовая постоянная 8.3144598Дж/(моль·K), T - температура среды. В итоге при комнатной температуре 300K имеем Ks = 843л/моль. Число не корректное, нужно перепроверить параметры.

(добавлено 12.06.2016) Если едкий натр не взаимодействует с металлами без высокой температуры - это безопасный (для металла) обезжириватель поддонов, кастрюль и прочего (железо, медь, нержавейка - но не алюминий, тефлон, титан, цинк).

С наводораживанием - уточнения. Предэкспоненциальный множитель K0 лежит в диапазоне 2.75-1011л/моль·с, это не постоянная величина. Вычисление его для нержавеющей стали: 1013 · Cm2/3, где Cm - атомная плотность стали. Атомная плотность нержавеющей стали 8 · 1022ат/см3 - K0 = 37132710668902231139280610806.786ат./см3 = - а дальше все, залип.

Если всмотреться в графики Шрейдера, можно сделать примерный вывод о наводораживании стали в НУ (уменьшение температуры в 2 раза замедляет процесс в 1.5 раза): примерно 5.93см3/кг при 18.75 градусов Цельсия - но не указано время проникновения в металл такого объема. В книге Сухотина А.М., Зотикова В.С. "Химическое сопротивление материалов. Справочник" на станице 95 в таблице 8 указано влияние водорода на длительную прочность сталей. Оно позволяет понять, что наводораживание сталей водородом под давлением 150-460 атмосфер изменяет предел длительной прочности максимум в 1.5 раза на промежутке 1000-10000 часов. Поэтому не стоит рассматривать наводораживание сталей при электролизе в НУ как разрушающий фактор.

(добавлено 17.06.2016) Хороший способ разборки батарейки: не сплющивать корпус, а распускать как бутон тюльпана. От плюсового входа по кусочку отгибать вниз части цилиндра - плюсовой вход снимается, графитовый стержень оголяется - и плавно выкручивается пассатижами.

(добавлено 22.06.2016) Самые простые батарейки для разборки - ашановские. А то в некоторых моделях попадаются 8 кружков пластика для фиксации графитового стержня - его становится трудно вытащить, начинает крошиться.

(добавлено 05.07.2016) Сюрприз: графитовый стержень разрушается гораздо быстрее, чем анод из металла: буквально за несколько часов. Использование нержавейки в роли анода является оптимальным решением, если забыть о токсичности. Вывод из всей этой истории прост: электролиз проводить только на открытом воздухе. Если в этой роли будет открытый балкон - не открывать окна, а провода пропустить через резиновый уплотнитель двери (просто прижать провода дверью). С учетом тока при электролизе до 8А (интернет-мнение) и до 1.5А (мой опыт), а также максимального напряжения БП ПК 24В, - провод должен быть рассчитан на 24В/11А - это любой провод в изоляции сечением 0.5мм2.

Теперь об оксиде железа на уже обработанной детали. Бывают детали, в которые сложно подлезть, чтобы стереть черный налет (или предмет на реставрации, когда железной щеткой нельзя тереть поверхность). При разборе химических процессов наткнулся на способ его снятия лимонной кислотой и опробовал его. Действительно, он работает и с FeO - налет исчез/осыпался на протяжение 4 часов при комнатной температуре, а раствор позеленел. Но такой способ считается менее щадящим, т.к. кислота и металл подъедает (нельзя передерживать, постоянный контроль). Плюс требуется конечная промывка раствором соды: или остатки кислоты подъедят металл на воздухе, и получится нежелательное покрытие (шило на мыло). И нужно быть внимательным: если с Fe2O3 выделяется аж 6CO, то что выделяется с FeO - предсказать сложно (кислота органическая). Предполагается, что FeO + C6H8O7 = H2O + FeC6H6O7 (образование цитрата железа) - но у меня и газ выделяется (3Fe + 2C6H8O7 → Fe3(C6H5O7)2 + 3H2). Еще пишут, что лимонная кислота разлагается на свету и температуре - не найду никак корректной реакции.

(добавлено 06.07.2016) Попробовал лимонную кислоту на толстом слое ржавчины на гвоздях - растворила за 29 часов. Как и предполагал: лимонная кислота годится именно для доочистки металла. Для очистки толстой ржавчины: применять высокую концентрацию лимонной кислоты, высокую температуру (вплоть до кипения), частое помешивание - для ускорения процесса, что неудобно.

Раствор кальцинированной соды после электролиза, на практике, сложно поддается регенерации. Непонятно: воды доливать или соды досыпать. Добавление поваренной соли, как катализатора, убило раствор полностью + графитовый анод разрушился буквально через час.

Итого: электролизом снимается грубая ржавчина, лимонной кислотой дотравливается FeO, деталь омывается содовым раствором - и получается почти чистое железо. Газ при реакции с лимонной кислотой - CO2 (декарбоксилирование лимонной кислоты), темноватый налет на железе - цитрат железа (счищается легко-средне, не выполняет никаких защитных функций, растворим в теплой воде).

В теории, для восстановления монет данные способы снятия оксидов подойдут идеально. Разве что более слабые пропорции реагентов нужны для меньшей концентрации раствора и меньшие токи.

(добавлено 09.07.2016) Проводил эксперименты с графитом. Именно при электролизе кальцинированной соды он разрушается крайне быстро. Графит есть углерод, при растворении в момент электролиза он может реагировать со сталью и выпадать карбидом железа Fe3C. Условие 2000 градусов не выполняется, однако электролиз не есть НУ.

(добавлено 10.07.2016) При электролизе кальцинированной соды с помощью графитовых стержней нельзя повышать напряжение выше 12В. Возможно, потребуется и более низкое значение - следите за временем разрушения графита на вашем напряжении.

(добавлено 17.07.2016) Открыл метод локального снятия ржавчины.

(добавлено 25.07.2016) Вместо лимонной кислоты можно использовать щавелевую.

(добавлено 29.07.2016) Марки стали A2, A4 и прочие пишутся английскими буквами: импортная и от слова "austenitic".

(добавлено 11.10.2016) Оказывается, существует еще 1 тип ржавчины: метагидроксид железа FeO(OH). Образуется при закапывании железа в землю; на Кавказе использовали данный метод ржавления полосового железа, чтобы насытить его углеродом. Через 10-15 лет полученная высокоуглеродистая сталь становилась саблями.
Обновлено ( 03.01.2017 15:45 )
 
 

Последние новости

©2008-2018. All Rights Reserved. Разработчик - " title="Сергей Белов">Сергей Белов. Материалы сайта предоставляются по принципу "как есть". Автор не несет никакой ответственности и не гарантирует отсутствие неправильных сведений и ошибок. Вся ответственность за использование материалов лежит полностью на читателях. Размещение материалов данного сайта на иных сайтах запрещено без указания активной ссылки на данный сайт-первоисточник (ГК РФ: ст.1259 п.1 + ст.1274 п.1-3).