Моделирование растворения оксидных фаз циркония и гафния в кислотных растворах

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Приведены результаты исследования кинетики растворения гидратированных диоксидов циркония и гафния. Потенциометрическим титрованием суспензий диоксидов в подкисленных водных растворах хлорида калия получены экспериментальные зависимости, характеризующие кинетические закономерности процесса. Рассчитаны константы кислотно-основных равновесий на межфазной границе диоксид/раствор, с учетом которых интерпретированы полученные данные. Моделированием процесса растворения и сравнительным анализом экспериментальных и теоретических кривых установлен его стадийный характер. Показано, что растворение диоксидов протекает с образованием промежуточных адсорбционных комплексов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Е. А. Елисеева

Московский государственный технический университет (МГТУ) им. Н.Э. Баумана

Автор, ответственный за переписку.
Email: el.yakusheva@yandex.ru
Россия, Москва

С. Л. Березина

Московский государственный технический университет (МГТУ) им. Н.Э. Баумана

Email: sberezina2008@yandex.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Перевалов, Т.В. Применение и электронная структура диэлектриков с высокой диэлектриче-ской проницаемостью / Т.В. Перевалов, В.А. Гриценко // Успехи физических наук. Наука. 2010. Т.180. №6. С.587–601. (Perevalov, T.V. Application and electronic structure of dielectrics with high permittivity / T.V. Perevalov, V.A. Gritsenko // Adv. Phys. Sci. Science. 2010. V.180. №6. P.587–601.).
  2. Kirm, M. Thin films of HfO2 and ZrO2 as potential scintillators / M. Kirm // Nucl. Instruments Methods Phys. Res. Sect. A [Accel. Spectrometers, Detect. Assoc.Equi p]. 2005. V.537. №1–2. P.251–255.
  3. Hsain, H.A. Many routes to ferroelectric HfO2 : A review of current deposition methods / H.A. Hsain, Y. Lee, M. Materano, T. Mittmann [et al.] // J. Vacuum Sci. Tech. A. 2022. V.40. Is.1. doi.org/10.1116/6.0001317
  4. Shin, J. Understanding phase evolution of ferroelectric Hf0,5Zr0,5O2 thin films with Al2O3 and Y2O3 inserted layers / Shin J., Seo H., Ye K.H., Jang Y.H. [et al.] // J. Mater. Chem. C. 2024. V.12. P.5035–5046.
  5. Woodley, S.M. Properties of small TiO2, ZrO2 and HfO2 nanoparticles / S.M. Woodley, S. Hamad, J.A. Mejias, C.R.A. Catlow // J. Mater. Chem. 2006. V.16. №20. P.1927–1933.
  6. Будиновский, С.А. Разработка теплозащитных покрытий для рабочих и сопловых лопаток турбины из жаропрочных и интерметаллидных сплавов / С.А. Будиновский, А.А. Смирнов, П.В. Матвеев, Д.А. Чубаров // Тр. ВИАМ. 2015. №4. С.33–37. (Budinovsky, S.A. Development of heat-protective coatings for turbine working and nozzle blades made of heat-resistant and intermetallic alloys / S.A. Budinovsky, A.A. Smirnov, P.V. Matveev, D.A. Chubarov // Proceedings of VIAM. 2015. №4. P.33–37.).
  7. Житнюк, С.В. Бескислородные керамические материалы для аэрокосмической техники (обзор) / С.В. Житнюк // Тр. ВИАМ. 2018. №8. С.81–88. (Zhitnyuk S.V. Oxygen-free ceramic materials for aerospace engineering (review) / S.V. Zhitnyuk // Proceedings of VIAM. 2018. №8. P.81–88.).
  8. Singh, J. Thermal conductivity and thermal stability of zirconia and hafnia based thermal barrier coatings by EB-PVD for high temperature applications / J. Singh, D.E. Wolfe, R.D. Miller, J. Eldridge [et al.] // Mater. Sci. Forum Vols. 2004. V.455–456. P.579–586.
  9. Соколов, И.В. Использование MathCad для моделирования и расчета кислотно-основных равновесий / И.В. Соколов. – М. : Прометей, 2007. 93 с. – (Sokolov, I.V. Using MathCad for modeling and calculating acid-base equilibria / I.V. Sokolov. – Moscow: Prometey, 2007. 93 p.)
  10. Елисеева, Е.А. Кинетические характеристики растворения диоксида титана в кислотной среде / Е.А. Елисеева, С.Л. Березина // Металлы. 2024. №1. С.36–41. – (Eliseeva, E.A. Kinetic characteristics of titanium dioxide dissolution in an acidic medium / E.A. Eliseeva, S.L. Berezina // Metals. 2024. №1. P.36–41.)
  11. Елисеева, Е.А. Влияние кислотно-основных свойств диоксида циркония на кинетику растворения / Е.А. Елисеева, С.Л. Березина, И.Г. Горичев, В.С. Болдырев // Цв. металлы. 2022. №9. С.56–61. – (Eliseeva, E.A. Influence of acid-base properties of zirconium dioxide on dissolution kinetics / E.A. Eliseeva, S.L. Berezina, I.G. Gorichev, V.S. Boldyrev // Non-ferrous metals. 2022. №9. P.56–61.)
  12. Елисеева, Е.А. Кинетические закономерности растворения оксидов переходных металлов в кислотной среде / Е.А. Елисеева, С.Л. Березина, В.С. Болдырев // Вестн. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2024. №2. С.116–128. (Eliseeva, E.A. Kinetic regularities of dissolution of transition metal oxides in acidic medium / E.A. Eliseeva, S.L. Berezina, V.S. Boldyrev // Bulletin of Bauman Moscow State Technical University. Ser. Natural Sci. 2024. №2. P.116–128.)
  13. Русакова, С.М. Адсорбция ионов на поверхности оксида титана (IV) / С.М. Русакова, И.Г. Горичев, Е.А. Елисеева [и др.] // Перспективные материалы. 2010. №9. С.215–218. – (Rusakova, S.M. Ion adsorption on the surface of titanium (IV) oxide / S.M. Rusakova, I.G. Gorichev, Ye.A. Yeliseeyeva [et al.] // Prospective materials. 2010. №9. P.215–218.)
  14. Панкратов, Д.В. Адсорбция однозарядных ионов на границе оксид железа/электролит с позиции теории связанных мест / Д.В. Панкратов, Е.О. Забенькина, Ю.А. Клюев, И.Г. Горичев // Фундаментальные исследования. 2013. №6. С.88–91. – (Pankratov, D.V. Adsorption of single-charged ions at the iron oxide/electrolyte interface from the position of the theory of bound sites // Fundamental research. 2013. №6. P. 88–91.)
  15. Кострикин, А.В. ИК-спектр гидратированного диоксида титана / А.В. Кострикин, О.В. Косенкова, Р.В. Кузнецова, А.Н. Меркулова, И.В. Линько // Вопр. современной науки и практики. Ун-т им. В.И. Вернадского. 2007. №2 (8). С.181–186. – (Kostrikin, A.V. IR spectrum of hydrated titanium dioxide / A.V. Kostrikin, O.V. Kosenkova, R.V. Kuznetsova, A.N. Merkulova, I.V. Linko // Issues of modern science and practice. Vernadsky University. 2007. №2 (8). P.181–186.).
  16. Тоуб, М. Механизмы неорганических реакций / М. Тоуб, Д. Берджесс. – М. : Изд-во Лаборатория знаний, 2022. 678 с. (Toub, M. Mechanisms of inorganic reactions / M. Toub, D. Burgess. – Moscow : Publisher Laboratory of knowledge, 2022. 678 p.)
  17. Батлер, Д.Л. Ионные равновесия / Д.Л. Батлер. – Л. : Химия, 1973. 446 с. – (Butler, D.L. Ionic equilibria / D.L. Butler. – L. : Chemistry. 1973. 446 p.).
  18. Batrakov, V.V. Constants of acid – base equilibria of the ZrO2/electrolyte / V.V. Batrakov, A.Yu. Khlupov, I.G. Gorichev, A.V. Kostrikin, A.D. Izotov // J. Phys. Chem. 2000. V.74. №3. P.553–558.
  19. Киприянов, Н.А. Моделирование выщелачивания с использованием кислотно-основных свойств окисленных материалов в гидрометаллургии / Н.А. Киприянов, И.Г. Горичев // Вестн. РУДН. Сер. Инженерные исследования. 2008. №3. С.73–78. – (Kipriyanov, N.A. Leaching modeling using acid-base properties of oxidized materials in hydrometallurgy / N.A. Kipriyanov, I.G. Gorichev // Vestnik RUDN. Ser. Engineering research. 2008. №3. P.73–78.
  20. Кострикин, А.В. Особенности строения и кислотно-основные свойства гидратированных диоксидов циркония, гафния, олова и свинца / А.В. Кострикин, И.Г. Горичев, И.В. Линько [и др.] // ЖНХ. 2005. №3. С.386–389. – (Kostrikin, A.V. Structure and acid-base properties of hydrated zirconium, hafnium, tin and lead dioxides / A.V. Kostrikin, I.G. Gorichev, I.V. Lin’ko [et al.] // ZHNKH. 2005. V.50. №3. P. 386–389.)
  21. Савченко, И.Ф. Спектры ПМР гидроокисей циркония и гафния / И.Ф. Савченко, И.А. Шека, И.В. Матяш, А.И. Калиниченко // Укр. хим. журн. 1973. Т.39. Вып.1. С.79,80. – (Savchenko, I.F. Proton magnetic resonance spectra of hydroxyzirconium and hafnium / I.F. Savchenko, I.A. Sheka, I.V. Matyash, A.I. Kalinichenko // Ukrain. Chem. J. 1973. T.39. V.1. P.79,80.)

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Фиг. 1. Зависимость рН от добавляемого объема щелочи Vi при титровании суспензии ZrO2 при концентрациях KCl, моль/л: 1 – 0,001; 2 – 0,01; 3 – 0,05; 4 – 0,5; 5 – 1

Скачать (758KB)
Метаданные
3. Фиг. 2. Кривые титрования суспензии HfO2 щелочью при концентрации фонового электролита KCl, моль/л: 1 – 0,001; 2 – 0,01; 3 – 0,05; 4 – 0,1 (Ve – эквивалентный объем щелочи)

Скачать (710KB)
Метаданные
4. Фиг. 3. Зависимость заряда q от рН для HfO2 при концентрации KCl, моль/л: 1 – 0,1; 2 – 0,05; 3 – 0,01; 4 – 0,001

Скачать (510KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2025