Механизм взаимодействия титанатов с водными растворами серной кислоты

Аннотация

Проведено моделирование процесса растворения титанатов K, Са, Fe и Pb. Для понимания механизма реакций, протекающих на поверхности титанатов, выполнено моделирование процесса растворения при анодной поляризации пассивного титанового электрода в 14,5 М серной кислоте. Предложена схема параллельно-последовательного механизма анодного процесса растворения пассивирующей пленки, которая позволила установить причины равенства скоростей выхода в раствор титанил-иона TiO²⁺ и катиона Fe²⁺. Рассчитаны значения парциальных токов всех стадий механизма растворения. На основе расчета степеней покрытия поверхности титанового электрода предложено распределение существующих форм гидроксидов титана в зависимости от электрохимического потенциала. Установлено, что с увеличением электрохимического потенциала повышается устойчивость форм в более высоких степенях окисления, которые определяют кинетику анодного растворения. Область возникновения пика на анодной поляризационной кривой соответствует переходу гидроксида титана(III) в гидроксид титана(IV). Результаты анализа механизма растворения изученных титанатов показали, что возрастание скорости растворения связано с переходом в раствор промежуточного гидратированного комплекса состава [HO -- Fe -- TiO_aq²⁺]. Определено, что увеличение скорости растворения K₂TiO₃ и FeTiO₃ достигается добавками в раствор восстановителей. Максимальная скорость растворения изученных титанатов наблюдается при значении потенциала -- 0,3 В

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Артамонова И.В., Крамер С.М., Годунов Е.Б. и др. Механизм взаимодействия титанатов с водными растворами серной кислоты. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2025, № 2 (119), с. 52--64. EDN: JULRRN

Литература

[1] Резниченко В.А., Аверин В.В., Олюнина Т.В. Титанаты. М., Наука, 2010.

[2] Русакова С.М., Горичев И.Г., Артамонова И.В. и др. Способ получения диоксида титана. Патент РФ 2487836. Заявл. 18.04.2012, опубл. 20.07.2013.

[3] Han K.N., Rubcumintara T., Fuerstenau M.C. Leaching behavior of ilmenite with sulfuric acid. Metall. Trans. B, 1987, vol. 18, no. 2, pp. 325--330. DOI: https://doi.org/10.1007/BF02656150

[4] Марченко З. Фотометрическое определение элементов. М., Мир, 1971.

[5] Дельмон Б. Кинетика гетерогенных реакций. М., Мир, 1972.

[6] Киш Л. Кинетика электрохимического растворения металлов. М., Мир, 1990.

[7] Utomo W.B., Donne S.W. Electrochemical behavior of titanium in H₂SO₄--MnSO₄ electrolytes. Electrochim. Acta, 2006, vol. 51, iss. 16, pp. 3338--3345. DOI: https://doi.org/10.1016/j.electacta.2005.09.031

[8] Sasikumar D.S., Rao S., Srikanth N.K., et al. Dissolution studies of mechanically activated Manavalakurichi ilmenite with HCl and H₂SO₄. Hydrometallurgy, 2007, vol. 88, iss. 1-4, pp. 154--169. DOI: https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.03.013

[9] El-Hazek N., Lasheen T.A., El-Sheikh R., et al. Hydrometallurgical criteria for TiO₂ leaching from Rosetta ilmenite by hydrochloric acid. Hydrometallurgy, 2007, vol. 87, iss. 1-2, pp. 45--50. DOI: https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2007.01.003

[10] Zhang S., Nicol M.J. Kinetics of the dissolution of ilmenite in sulfuric acid solutions under reducing conditions. Hydrometallurgy, 2010, vol. 103, iss. 1-4, pp. 196--204. DOI: https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2010.03.019

[11] Zhang S., Nicol M.J. An electrochemical study of the reduction and dissolution of ilmenite in sulfuric acid solutions. Hydrometallurgy, 2009, vol. 97, iss. 3-4, pp. 146--152. DOI: https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2009.02.009

[12] Nayl A.A., Awwad N.S., Aly H.F. Kinetics of acid leaching of ilmenite decomposed by KOH: Part 2. Leaching by H₂SO₄ and C₂H₂O₄. J. Hazard. Mater., 2009, vol. 168, iss. 2-3, pp. 793--799. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2009.02.076

[13] Fujii T., Oohashi H., Tochio T., et al. Speculations on anomalous chemical states of Ti ions in FeTiO₃ observed by high-resolution X-ray Kβ emission spectra. JESRP, 2011, vol. 184, iss. 1-2, pp. 10--15. DOI: https://doi.org/10.1016/j.elspec.2010.10.003

[14] Елисеева Е.А., Березина С.Л., Болдырев В.С. Кинетические закономерности растворения оксидов переходных металлов в кислотной среде. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2024, № 2 (113), с. 116--128. EDN: NQDAXS

[15] Rosquefelte X., Goubin F., Koo H.-J., et al. Investigation of the origin of the empirical relationship between refractive index and density on the basis of first principles calculations for the refractive indices of various TiO₂ phases. Inorg. Chem., 2004, vol. 43, no. 7, pp. 2246--2251. DOI: https://doi.org/10.1021/ic035383r

[16] Крамер С.М., Горичев И.Г., Лайнер Ю.А. и др. Расчет растворимости TiO₂ и титанатов в растворах серной кислоты. Металлы, 2014, № 5, c. 28--31. EDN: SLQVPN

[17] Русакова С.М., Горичев И.Г., Артамонова И.В. и др. Адсорбция ионов на поверхности оксида титана (IV). Перспективные материалы, 2010, № 9, c. 215--218.

[18] Русакова С.М., Горичев И.Г., Артамонова И.В. и др. Очистка вод с помощью оксида титана(IV). Экология промышленного производства, 2010, № 1, c. 28--31. EDN: NCLBHF

[19] Русакова С.М., Горичев И.Г., Артамонова И.В. и др. Влияние фосфатионов на стационарное значение потенциала титанового электрода при различных значениях рН. Экология промышленного производства, 2011, № 1, c. 63--65. EDN: NCPTNH

[20] Русакова С.М., Горичев И.Г., Клюев А.Л. и др. Влияние фосфатионов на анодное растворение титана в серной кислоте. Химическая технология, 2011, т. 12, № 3, с. 179--185. EDN: NTDJMX