СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОЛИТА
METHOD FOR PRODUCING ELECTROLYTE

Изобретение относится к электротехнике, к технологии получения гелевых электролитов с повышенной вязкостью, может использоваться в электродах сравнения для электрохимической защиты от коррозии, где необходимо исключить утечки жидкого электролита.
Известен электрод сравнения неполяризующийся по патенту на изобретение РФ №2386728, C23F 13/16, 2007, заполненный электролитом из насыщенного раствора сульфата меди в смеси воды и этиленгликоля. В корпус с электролитом помещен углеволокнистый сорбент «Бусофит», покрытый осажденной медью. Также известен электрод сравнения неполяризующийся по патенту на полезную модель №68001, C23F 13/00, 2007, в корпусе которого расположен медный стержень, корпус заполнен мелкими медными частицами произвольной формы, например медными опилками, и электролитом из насыщенного раствора сульфата меди в смеси воды и этиленгликоля. Недостатком обоих технических решений является возможная утечка жидкого электролита из корпуса электрода, приводящая к выходу из строя электрода сравнения.
В качестве ближайшего аналога заявляемому техническому решению выбран силикатный раствор с низким содержанием натрия, приготовленный по технологии намагничивания, как электролит для свинцовых кислотных аккумуляторных батарей и его применение по патенту РФ на изобретение №2258981, Н01М 10/1, 2005. Электролит получают добавлением в силикагель воды с одновременным перемешиванием получающейся смеси. Силикагель содержит 40-60% по массе двуокиси кремния, воду добавляют в количестве 15-25 массовых единиц. Далее в раствор добавляют неорганическую кислоту для получения силикатной смеси. Кислоту выбирают из следующего списка: соляная кислота, щавелевая кислота, серная кислота. Проводят намагничивание полученной силикатной смеси и перемешивание до необходимой динамической вязкости. Вязкость получаемого электролита недостаточна для использования его в электроде сравнения. Недостаточная вязкость электролита может привести к его утечке и преждевременному выходу электрода из строя. Кроме того, для использования данного электролита в электроде сравнения необходимо применение специальных уплотнений.
Технической задачей изобретения является улучшение эксплуатационных свойств получаемого электролита.
Технический результат заключается в повышении вязкости электролита без ухудшения его проводящих свойств.
Технический результат достигается тем, что в способе получения электролита, включающем получение жидкого силикатного раствора, добавление неорганической кислоты, механическое перемешивание, согласно изобретению получают жидкий силикатный раствор путем введения полисиликата натрия в раствор этиленгликоля в воде, содержание этиленгликоля в растворе этиленгликоля в воде составляет 33±1,6 мас. %, соотношение полисиликата натрия и раствора этиленгликоля в воде составляет 0,500±0,05 г/г, проводят механическое перемешивание смеси, в две стадии добавляют серную кислоту, соотношение серной кислоты к введенному полисиликату натрия составляет 0,202±0,001 г/г, на первой стадии вводят не менее 50 мас. % от общего количества серной кислоты при непрерывном механическом перемешивании, на второй стадии прокалывают слой образовавшегося геля на всю его глубину и вводят в полученные отверстия оставшуюся серную кислоту, далее проводят механическое перемешивание до получения однородной гелевой массы и добавляют сухой медный купорос, взятый в количестве, при котором соотношение медного купороса и раствора этиленгликоля в воде составляет 0,450±0,02 г/г, далее вводят электролит без добавок, полученный растворением медного купороса в растворе этиленгликоля в воде, соотношение электролита без добавок и первоначально введенного раствора этиленгликоля в воде составляет 0,360±0,02 г/г, проводят механическое перемешивание смеси.
2
2
2
3
2
2
4
Технический результат обеспечивается за счет того, что первоначально смешивают раствор этиленгликоля в воде с полисиликатом натрия. Гликоль хорошо растворяется в воде и сам является хорошим растворителем, из-за наличия двух полярных ОН-групп в молекулах, он обладает достаточно высокой вязкостью и плотностью. Полисиликат натрия является электролитом. Полисиликат натрия, называемый жидким стеклом, используют в качестве источника гидратированного диоксида кремния, образующего гель. Данный материал представляет собой раствор соединения, имеющего брутто-состав NaO·nSiO, где n=2-4. В отличие от кристаллического метасиликата натрия NaSiO, это полимерное стеклообразное вещество. При механическом перемешивании этих компонентов получают жидкий силикатный раствор-электролит. Количество полисиликата натрия, обусловленное необходимой вязкостью электролита, определено опытным способом и составляет относительно количества раствора этиленгликоля в воде 0,500±0,05 г/г. Добавление серной кислоты вызывает образование гидратированного диоксида кремния, который полимеризован до сферических частиц размером от 2 до 100 нм. Это объясняется тем, что при полимеризации, вызываемой присутствием кислоты, образуется силоксановая мостиковая связь Si-O-Si между полисиликат-ионами, которые не разрываются при разбавлении. Серная кислота вступает в реакцию нейтрализации с сильнощелочным раствором жидкого стекла с получением в результате необходимой нейтральной среды гелевого электролита. Количество применяемой концентрированной серной кислоты строго соответствует количеству предварительно введенного полисиликата натрия. Соотношение серной кислоты к введенному полисиликату натрия составляет 0,202±0,001 г/г, при этом мольное соотношение NaO/HSO=1/1. Введение серной кислоты в две стадии с заливкой кислоты в проколы слоя смеси на второй стадии позволяет получить однородную гелевую массу. Сульфат меди, взятый в виде медного купороса, вводят в электролит в концентрации, близкой к насыщенному раствору. Соотношение медный купорос (в виде сухого порошка): раствор этиленгликоля в воде составляет 0,450±0,02 г/г. Введение сухого медного купороса позволяет придать получаемой гелевой массе свойства сильного электролита. Концентрация насыщенного раствора обеспечивает стабильность химического равновесия  и связанного с последним электродного потенциала -0,120 B. Добавление на завершающей стадии электролита без добавок позволяет проводить коррекцию вязкости получаемого электролита. Электролит без добавок получают растворением медного купороса в растворе этиленгликоля в воде. Используют тот же раствор этиленгликоля в воде, что и на первой стадии получения гелевого электролита. Соотношение электролита без добавок и первоначального раствора этиленгликоля в воде составляет 0,360±0,02 г/г. Коррекция вязкости вызвана технологическими особенностями сборки электрода сравнения. Таким образом, получают сильный электролит с необходимым значением вязкости для использования его в электродах сравнения.
Способ получения электролита осуществляют следующим образом.
2
2
3
Готовят раствор полисиликата натрия - жидкого стекла в растворе этиленгликоля в воде в пластиковой или эмалированной смесительной емкости с помощью электромеханической мешалки. Соотношение полисиликата натрия и раствора этиленгликоля в воде составляет 0,500 г/г. В полисиликате натрия содержание NaO составляет 12,22 мас. %, содержание SiO составляет 32,42 мас. %. В смесительную емкость заливают раствор этиленгликоля в воде при концентрации этиленгликоля 33%, после чего загружают полисиликат натрия, называемый жидким стеклом. Жидкое стекло, имеющее более высокий удельный вес, собирается в нижней части емкости. Компоненты тщательно перемешивают с помощью высокоскоростной электромеханической мешалки. Далее в полученный раствор вводят концентрированную серную кислоту при непрерывно перемещаемой мешалке. Соотношение серной кислоты к введенному ранее полисиликату натрия составляет 0,202 г/г. Используют 96%-ную серную кислоту, квалификации ХЧ, плотностью 1,84 г/см. Серную кислоту добавляют в две стадии. На первой стадии вводят не менее 50% серной кислоты от ее общей массы и проводят непрерывное механическое перемешивание, после этого происходит образование жесткого геля во всем объеме раствора. Далее в полученной массе прокалывают отверстия на всю глубину полученного слоя и вливают в отверстия оставшуюся часть серной кислоты. После загрузки всего количества кислоты смесь перемешивают электромеханической мешалкой до получения однородной массы, имеющей менее жесткую консистенцию. Далее в смесительную емкость добавляют расчетное количество сухого медного купороса, взятого в количестве, составляющем массовое соотношении с водно-гликолевым растворителем 0,450 г/г. Сухой медный купорос равномерно распределяют по поверхности ранее образованного геля и растворяют также с помощью электромеханической мешалки. В результате перемешивания вязкость и жесткость геля уменьшаются, происходит разрушение комков и флоккул геля. Далее проводят завершающую коррекцию вязкости получаемого продукта добавлением электролита без добавок. Электролит без добавок получают смешиванием раствора медного купороса с раствором этиленгликоля в воде. Содержание этиленгликоля в растворе этиленгликоля в воде составляет 33±1,6 мас. %. Содержание медного купороса в растворе этиленгликоля в воде составляет 13,8±0,3 г/г. Данный раствор используют обычно в медно-сульфатных электродах сравнения в качестве самостоятельного электролита. Соотношение количества электролита без добавок и первоначально введенного раствора этиленгликоля в воде составляет 0,36 г/г. Перемешивание проводят также с помощью электромеханической мешалки, при этом лопасти электромеханической мешалки защищены полимерным покрытием или выполнены из неметаллического материала. После завершающей коррекции вязкости получают электролит повышенной вязкости для использования его в электродах сравнения устройств электрохимической защиты от коррозии. Вязкость полученного гелевого электролита составляет 52,0 Па·с при соотношении растворов полисиликата натрия и раствора этиленгликоля в воде 0,500 г/г. Вязкости электролита при соотношениях названных растворов 0,45 г/г и 0,55 г/г составляют 50,0 и 54,0 Па·с соответственно.
Таким образом, изобретение позволяет повысить вязкость электролита без ухудшения его проводящих свойств.