Алюминиевые аноды для катодной защиты применяют еще мало, вследствие высокого потенциала алюминия в глинистых почвах и склонности его выпрямлять переменный блуждающий ток в почвах, содержащих сульфат кальция. Розеифельда и В. В. Герасимова [ 47 показали, что увеличение содержания цинка до 30 % также улучшает положительные свойства алюминиевых анодов. Преимуществом алюминиевых протекторов остается их меньшая стоимость. В последнее время И. Н. Францевич с сотрудниками [50] предложил для протекторов алюмокальциевыи сплав, содержащий 7 55 % Са. Преимуществом этого сплава является его де-пассивация что должно позволить устанавливать аноды без специальной засыпки. Однако защитный потенциал и этого сплава уступает потенциалу магниевых сплавов. [2]
Алюминиевые аноды можно засыпать смесью гл-ины с добавкой 5 % Nad и 5 % Са ( ОН) 2, а также омесью равных количеств гипса и глнны. [3]
Алюминиевый анод в сочетании с электролитом обладает вентильными свойствами. [4]
Применение алюминиевых анодов из алюминия для электролитического хромирования и некоторых других электрохимических процессов представляет большой интерес. [5]
Как добывают алюминий или что скрывает Русал
Активность алюминиевого анода также определяется природой и концентрацией присутствующих в воде анионов. Наибольшее влияние на активность алюминиевого анода оказывает хлор-ион. С увеличением температуры воды от 2 до 80 С выход алюминия по току повышается, и особенно резко в интервале 2 — 30 С. При более высоких значениях плотности тока с повышением температуры воды возрастает напряжение на электродах и снижается выход алюминия по току. [7]
В случае алюминиевого анода цепь побочных реакций на аноде обрывается на образовании окисла, так как окись алюминия нерастворима в кислотах. Окислы других металлов в кислотах растворимы, и цепь побочных реакций на аноде обогащается еще одним звеном. [8]
В случае алюминиевого анода цепь побочных реакций на аноде обрывается на образовании окисла, так как окись алюминия нерастворима в кислотах. Окислы других металлов в кислотах растворимыми цепь побочных реакций на аноде обогащается еще одним звеном. [9]
Расход материалов стальных и алюминиевых анодов соответствует выходам по току около 100 %, т.е. почти весь ток в анодном процессе расходуется только на ионизацию металла. С точки зрения экономики, рекомендуют применять аноды из Ст. [10]
Элемент с алюминиевым анодом , электролитом — раствором А1С13 и катодом МпО2 с графитом имел напряжение 1 4 — 1 0 В и работал в течение 50 дней при температурах от — 30 до 45 С. [11]
Значительный сдвиг потенциалов алюминиевого анода в положительную сторону в обычно используемых электролитах, вследствие чего рабочие потенциалы А1 и Zn близки друг к другу, высокая коррозия алюминия и другие его недостатки как анода — все это затрудняет использование алюминия в элементной практике. [12]
В результате растворения алюминиевого анода образуется гидрооксид алюминия А1 ( ОН) 3, а железного — Fe ( OH) 3, которые коагулируют органическую фазу в СОЖ; образующееся вещество выносится с помощью пузырьков водорода и кислорода, выделяющихся соответственно на катоде и аноде, на поверхность жидкости. [13]
Поляризационная кривая для алюминиевого анода в растворе тех же-кислот ( рис. 6) имеет один участок для предельного тока, на котором наблюдается электрополировка. Следовательно, в данном растворе алюминиевый анод полируется без газовыделения и электродный процесс электрополировки состоит преимущественно в растворении алюминия ( Al-Зе — А13) и разряде иона гидроксила без видимого выделения газообразных продуктов. [15]
Источник: www.ngpedia.ru
Примеры решения задач. Пример 1. Алюминий находится в контакте с цинком
Пример 1. Алюминий находится в контакте с цинком. Какой из этих металлов будет окисляться, если эта пара попадет в кислую среду, например, в среду соляной кислоты?
Р е ш е н и е. Из условия задачи следует что металлы находятся в кислой среде – растворе HCl. Раствор HCl – электролит, т.е. электропроводящая среда, следовательно, будет протекать электрохимическая коррозия. Для рассмотрения механизма коррозии воспользуемся предложенным выше алгоритмом.
1) Составим схему коррозионной гальванопары:
Al │ HCl │ Zn
2) Укажем окислитель. Среда кислая, поэтому окислителем (деполяризатором) является ион водорода H + . Следовательно, в этой схеме будет протекать электрохимическая коррозия с водородной деполяризацией.
3) Определим, какой из металлов будет являться анодом, а какой – катодом. Для этого сравним значения стандартных электродных потенциалов алюминия и цинка:
Е 0 Al 3+ /Al 0 = – 1,6 B < E 0 Zn 2+ /Zn 0 = – 0,77 B,
Значит, алюминий – более активный металл, он является восстановителем и анодом, а цинк – катодом: Al – анод (А), Zn – катод (К).
4) Укажем направление движения электронов, учитывая, что электроны движутся от анода к катоду, а от катода – к окислителю окружающей среды:
5) Запишем электронные уравнения процессов, протекающих на электродах, и составим суммарное уравнение:
(–)(A) Al 0 – 3e – → Al 3+ 2
2Al 0 +6H + → 2Al 3+ + 3H2↑
6) Составим молекулярное уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей при коррозии: 2Al + 6HCl → 2AlCl3 + 3H2↑
7) Запишем вывод: при коррозии алюминия, находящегося в контакте с цинком, окисляется алюминий. Продуктом его коррозии является соль – хлорид алюминия. На цинковом катоде выделяется водород.
Пример 2. Изделие из меди с оловянным покрытием находится во влажном воздухе. Какой из металлов будет корродировать при нарушении целостности покрытия? К какому типу покрытий относится в этом случае олово?
Р е ш е н и е. Изделие находится во влажном воздухе, который является электропроводящей средой, следовательно, будет протекать электрохимическая коррозия.
1) Составим схему коррозионного гальванического элемента:
2) Укажем окислитель. Вода – это нейтральная среда, поэтому окислителем (деполяризатором) является кислород – О2. Следовательно, в этой схеме будет протекать электрохимическая коррозия с кислородной деполяризацией.
3) Определим, какой из металлов будет являться анодом, а какой – катодом. Для этого сравним значения стандартных электродных потенциалов олова и меди:
Значит, олово – более активный металл, оно является восстановителем и анодом, а медь – катодом: Sn – анод (А), Cu – катод (К).
4) Укажем направление движения электронов, учитывая, что электроны движутся от анода к катоду, а от катода – к окислителю среды:
5) Запишем электронные уравнения процессов, протекающих на электродах, и составим суммарное уравнение. При написании уравнения катодного процесса следует учитывать, что процесс восстановления протекает в присутствии воды:
(-)(A) Sn 0 – 2e – → Sn 2+ 2
2Sn 0 +2O2 + 2H2O → 2Sn 2+ +4OH –
6) Составим молекулярное уравнение окислительно-восстановительной реакции, протекающей при коррозии: 2Sn 0 +2O2 + 2H2O → 2 Sn(OH)2
7) Запишем вывод: по отношению к меди олово является анодным покрытием, так как в этой паре олово выступает в роли анода. При нарушении целостности покрытия корродировать будет олово. Продуктом его коррозии является основание – гидроксид олова.
Пример 3. Медная деталь разрушается в атмосфере кислорода при температуре 200 0 С. В чем заключается причина этого явления?
Р е ш е н и е. 1) Определяем характер среды: атмосфера кислорода (О2) при высокой температуре (200 0 С) – это неэлектропроводящая среда. Следовательно, будет происходить химическая коррозия.
2) Запишем уравнение процесса, протекающего при химической коррозии медной детали:
Cu 0 + O2 0 = 2CuO
Вывод: происходит окисление меди и на поверхности детали образуется оксидная пленка.
1.14. Электролиз
Электролиз – это совокупность окислительно-восстановительных процессов, протекающих на электродах при пропускании постоянного электрического тока через раствор или расплав электролита. При электролизе происходит превращение электрической энергии в химическую энергию.
Электролиз проводят в электролизере, который представляет собой емкость, заполненную раствором или расплавом электролита, в который погружены два электрода (например, графитовые) – катод и анод. Катод подсоединяют к отрицательному полюсу внешнего источника тока, а анод – к положительному.
Таким образом, катод – отрицательно заряженный электрод, а анод – положительно заряженный электрод. На катоде происходит процесс присоединения электронов катода (от внешнего источника тока) катионами, атомами, молекулами. На аноде происходит процесс отдачи электронов аноду (во внешнюю цепь) анионами, атомами, молекулами. Таким образом, на катоде протекает процесс восстановления, на аноде – процесс окисления.
Рассмотрим механизм электролиза на примере расплава соли фторида натрия NaF. Расплавы солей являются сильными электролитами, поэтому при высоких температурах полностью диссоциируют на ионы в соответствии с уравнением процесса: NaF = Na + + F. –
Под действием электрического тока ионы приобретают направленное движение: катионы будут двигаться к катоду, а анионы – к аноду. Достигнув электродов, ионы начнут разряжаться на их поверхности. На катоде будет происходить процесс восстановления ионов Na + , а на аноде – процесс окисления ионов F – . Запишем электронные уравнения этих процессов и просуммируем их:
(К – ): Na + + e – → Na 0 2 – процесс восстановления
(A + ): 2F — – 2e – → F2 1 – процесс окисления
2Na + + 2F — → Na 0 + F2↑
Суммарное молекулярное уравнение электролиза:
Электролиз водных растворов электролитов осложняется участием в электродных процессах молекул воды. Алгоритм рассмотрения электролиза водных растворов солей приведен в примерах решения задач.
При электролизе водных растворов электролитов необходимо учитывать особенности катодных и анодных процессов:
2. Катионы металлов от Mn 2+ до H, восстанавливаются на катоде вместе с молекулами воды: Ме n + + ne – = Me 0 ; 2Н2О + 2е – = Н2 + 2ОН –
3. Катионы металлов от Cu 2+ до Au 3+ полностью восстанавливаются на катоде в соответствии с уравнением реакции: Ме n + + ne – Me 0
Если водный раствор электролита содержит катионы различных металлов, то при электролизе выделение их на катоде протекает в порядке уменьшения значений стандартных электродных потенциалов металлов.
4. На практике используют два типа анодов: инертные или нерастворимые (уголь, графит, золото, платина) и активные или растворимые (Cu, Ag, Ni, Zn и др). Инертные электроды не участвуют в процессе электролиза. Активные аноды сами участвуют (окисляются) в процессе электролиза в соответствии с уравнением реакции: Ме 0 – ne – = Me n + .
5. Анионы кислородсодержащих кислот (SO4 2- , NO3 — , CO3 2- , PO4 3 — ), в которых центральный атом (S +6 , N +5 , C +4 , P +5 ).находится в высшей степени окисления, а также ионы F – никогда не окисляется на аноде из водных растворов электролитов. Вместо них окисляются молекулы воды: 2Н2О – 4е – = О2 0 + 4Н +
Количественные соотношения между массой выделившихся на электродах веществ и количеством прошедшего электричества через раствор или расплав электролита выражают законом Фарадея:
где m – масса вещества, выделившегося на электроде;
Э – его химический эквивалент;
Q – количество электричества (Кл);
F – число Фарадея (F= 96500 Кл).
Q = I·t, где I – сила тока (А), t – время электролиза (с).
Э=А/n, где А – атомная масса элемента; n – степень окисления его в соединении.
Тогда выражение (31) примет вид:
При электролизе в реальных условиях масса выделившегося вещества (его практический выход) всегда меньше массы вещества, рассчитанной по закону Фарадея. Это объясняется тем, что наряду с основными электродными процессами протекают побочные процессы, на которые расходуется часть количества электричества. Поэтому вводится понятие «выход по току»:
где mпр – масса вещества, практически полученного в процессе электролиза;
mтеор — масса вещества, теоретически рассчитанная по закону Фарадея.
Источник: studopedia.su
Аноды для водонагревателя: что это, для чего нужен, замена
Электрический нагреватель как и любое другое устройство нуждается в обслуживании, которое не ограничивается лишь промывкой и очисткой бака при перегорании ТЭНа. Внутри бойлера также находится анод, который представляет собой толстый стержень и устанавливается рядом с нагревательным элементом. Именно он защищает ваш бойлер от коррозийных процессов и значительно продлевает ему срок эксплуатации.
Анодные стержни бывают разных размеров, материалов и стоимости и, как и замена масла в автомобиле, могут существенно повлиять на срок службы вашего водонагревателя. В этой статье мы подробно расскажем про его особенности, виды и дадим несколько советов по увеличению срока службы этого прибора от экспертов в области сантехники.
Что такое анодный стержень?
Про анод в бойлере и его принцип работы должен знать каждый владелец водонагревателя, потому что именно он влияет на срок его службы.
Анод представляет собой металлический стержень серого цвета, который имеет гладкую поверхность и располагается внутри бака рядом с ТЭНом. Он изготавливается из специализированного магниевого сплава и крепится посредством резьбовой шпильки в отверстие фланца ТЭНа.
Анод выполняет сразу несколько функций внутри бака бойлера. Первой функцией можно считать его прямое назначение, а именно защита устройства и составляющих элементов от коррозии. Вторая функция является скорее бонусом: анод делает накипь более рыхлой, позволяя убирать её с поверхности намного быстрее и не затратив на это занятие много сил.
Зачем нужен анодный стержень?
Принцип работы анода довольно простой. Из-за того, что стержень имеет наименьший электрохимический потенциал, все окислительные процессы, происходящие при множественных циклах нагрева воды внутри прибора, сказываются именно на нем, но не на стенках бака. Со временем его поверхность перестает быть гладкой и обрастает коррозией, именно таким образом он защищает ТЭН и поверхность бака от разрушения. Необходимо вовремя менять деталь, чтобы бак водонагревателя оставался целым и смог прослужить вам многие годы.
Виды анодов для водонагревателя
Все аноды водонагревателя служат одной и той же основной цели, но на рынке существует несколько видов стержней из различных материалов. Давайте разберемся, чем они отличаются друг от друга.
Алюминиевый анод
Алюминиевый анод — это традиционный металлический стержень, который часто встречается в старых водонагревателях. Он использовался долгое время до изобретения других видов устройств.
Поскольку в 21 веке знания о ядовитом воздействии алюминия стали более широко известны, использование этих стержней в резервуарах для горячей воды стало намного меньше, хотя они все еще есть в районах с очень жесткой водой. Вода из резервуара с таким стержнем обычно приобретает странный привкус сероводорода или тухлых яиц. Именно поэтому еще в СССР родители не позволяли своим детям пить воду из крана с горячей водой.
Сам стержень выполнен в виде стандартного прутка с резьбой. Алюминиевый анод не даёт окисляться элементам бойлера, но имеет утонченную конструкцию и легко повреждается от при механическом воздействии.
Магниевый анод
Один из самых популярных металлов для изготовления анодных стержней на сегодняшний день — это магний. По статистике он является самым широко используемым металлом в современных водонагревателях, хотя его и не рекомендуют покупать для мест с жесткой водой.
Он представляет собой обычный стержень со стальной шпилькой внутри. Имеет достаточно большой размер и может достигать в длину до 1 метра. Поэтому мы рекомендуем при покупке новых анодов обратить внимание на длину старого, чтобы не ошибиться в размерах.
Если вы живете в районе с жесткой водой и вы собираетесь менять магниевый анод, убедитесь, что облицовка резервуара для горячей воды не была подвержена коррозии. Установка магниевых анодов в коррозированный резервуар может привести к электрохимической реакции с образованием газообразного водорода, что приведет к утечке воды.
Титановый анод
Такой анод для бойлера функционирует немного иначе. Он подает стабильный ток, благодаря которому предотвращает появление коррозии. Электроуправление происходит снаружи благодаря специальному питающему устройству.
Периодически подача тока приостанавливается. В это время анод «проверяет» внутреннюю часть оборудования на наличие разрушений. А затем регулирует силу подачи тока.
Самая важная особенность титанового анода в том, что он совсем не подвергается разрушению, поэтому не нуждается в замене. В этом состоит не только его главный плюс, но и минус. Цена на такие аноды дороже, чем на остальные виды анодов.
Что лучше: магниевый анод или алюминиевый?
Разберем два наиболее популярных вида анодов — магниевый или алюминиевый. Какой из лучше и эффективнее? Начнем с алюминиевых стержней:
Для ограниченного пространства производители чаще используют гибкие алюминиевые стержни, которые отлично влезают туда, где не помещаются другие. Их ставят напрямую к водонагревателям, размещенных на низких потолках, чердаках, подвалах, под лестничными клетками и в кладовых. Чтобы закрепить такой стержень, вам придётся согнуть его гибкие части, медленно вставляя в водонагреватель через верхнее отверстие.
Алюминиевые анодные стержни — это отличный вариант в том случае, если вода содержит много сульфатов. Они лучше работают при превращении именно сульфатов в сероводород. Известно, что анодные стержни из магния повышают уровень сероводорода до экстремальных уровней. Из-за этого в воде появляется слабый запах тухлого яйца, который может быть довольно неприятным.
- В алюминиевые стержни часто добавляют небольшое количество цинка. Это увеличивает их срок;
- Они дешевле;
- Коррозийный материал, образующийся в результате реакции с водой, может упасть и попасть в ваши краны и воду. Это может вызвать проблемы с водопроводом;
- Будучи менее активным, чем магний, алюминий медленно вступает в реакцию с элементами воды. Это значит, что он не способен полностью предотвратить коррозию;
- Алюминий производит побочные продукты, которые в тысячу раз превышают его объем. Обычно они осаждаются на дне резервуара в виде желе, способствуя накоплению осадка;
- Некоторые побочные продукты иногда поднимаются в верхнюю часть водонагревателя, образуя липкое вещество, которое может засорить водяные фильтры и аэраторы;
- Алюминиевые стержни со временем расширяются по мере коррозии. Это делает невозможным их снятие после длительного использования из-за их увеличенного диаметра;
- Известно, что стержни отсоединяются от сердечника. Они опадают на дно нагревателя и через некоторое время перестают участвовать в процессе коррозии. Это превращает их в мусор. Иногда алюминиевый стержень при извлечении может расколоться на две части;
- Скопление алюминиевых отложений на дне нагревателя вызывает шум. Люди использующие алюминиевые аноды часто рассказывают про шум от водонагревателя в ночное время;
- Отложения алюминия вредны для печени, почек, мозга и селезенки.
В свою очередь, стержни из магниевого сплава отлично помогают защитить внутреннюю часть резервуаров водонагревателя от коррозии. Они делают это, отводя коррозию на себя. Как и их алюминиевые аналоги, они также известны как жертвенные стержни. Обычно используются там, где есть более мягкая вода. Также по статистике они служат незначительно меньше, чем стержни из алюминия и титана.
Это происходит из-за их высокой реактивности и более высокого напряжения. Несмотря на то, что они изнашиваются быстрее, чем другие аноды (рекомендуется менять 1-2 раза в год), они считаются наиболее безопасными для человека.
Современные производители водонагревателей используют именно этот тип анодов!
- Наилучшая защита от коррозии;
- В отличие от алюминия, растворенный магний полезен для здоровья.
- Магниевые стержни дороже алюминиевых.
Алюминиевые анодные стержни дешевле магниевых анодных стержней. Это отличный вариант, если вы живете в районе с жесткой водой. Но к сожалению, их использование небезопасно и связано с множеством проблем. По этой причине магниевые стержни считаются наиболее лучшим вариантом с точки зрения безопасности для здоровья и по соотношению цена/качество.
Как долго служит анод?
Анодный стержень следует проверять не реже, чем один раз в 1-2 года в зависимости от жесткости вашей воды. Однако, по нашей практике стержни обычно служат в районе 4-5 лет, прежде чем потребуется их полная замена.
Поэтому мы рекомендуем проводить проверки каждые 1-2 года и контролировать, что анод находится на своём месте. В разных домах и в разных регионах России наблюдаются различные условия и свойства вода, включая наличие минералов в жидкости, уровень кислотность и наличие смягчителя.
Регулярные проверки помогут вам предотвратить потенциальную утечку и поломку. Потратив 10-20 минут на проверку и 100-1000 рублей в случае покупки нового анода, вы сможете значительно сэкономить на покупке нового водонагревателя, цена за который может достигать десятки тысяч рублей.
Как проверить исправность анода
Помимо ручного отключения подачи воды в водонагреватель, откручивания анодного стержня от резервуара и визуальной проверки, чтобы убедиться, что стержень вышел из строя, есть несколько других методов определения, что ваш стержень вышел из строя.
-
Если вы заметили, что от горячей воды исходит неприятный запах тухлых яиц, это может быть первым сигналом к тому того, что анод начинает выходить из строя. Неприятный запах возникает из-за того, что вода и кислород начинают вступать в реакцию с облицовкой резервуара и портят ее. Конечно же, если у вас установлен алюминиевый анод, то слабый неприятный запах будет являться нормой.
Если же вы чувствуете запах при подаче холодной воды, то он может свидетельствовать о проблемах с водопроводом. В таком случае лучше всех обратиться за помощью к сантехнику для качественного поиска и решения проблемы.
Если вам необходимо будет открутить стержень, обратите внимание на следующие вещи:
- Накопление кальция. В воде может быть большое количество кальция, который накапливается на самом анодном стержне, что делает стержень значительно менее полезным и быстрее разъедает ваш резервуар.
- Отсутствие коррозии. В таком случае вполне возможно, что вы установили стержень, который просто не работает. Если после месяца эксплуатации анод выглядит так, как будто вы ее только что вынули из коробки, значит, она не выполняет свою работу и из-за этого страдает бойлер.
Как заменить магниевый анод в бойлере
Замена анода в водонагревателе не требует специальных умений и с этим сможет справиться практически любой владелец устройства. Но при замене, необходимо учитывать, что у каждого производителя имеется своя модификация и перед покупкой обязательно уточните, какой анод подойдет именно вам.
Если у вас возникли трудности с выбором анода в магазине, то самым простым способом будет взять с собой старый. Детали отличаются по диаметру резьбы. Самые популярные размеры крепления анода М4, М5, М6. Размер самого анода имеет вторичное значение. Главное чтобы он влезал в бак без усилий.
Сама процедура замены состоит из нескольких этапов, которые обязательны к выполнению:
- Отключите бойлер от сети и слейте остатки жидкости. Для упрощения данной процедуры можно воспользоваться обратным клапаном, предварительно подсоединив шланг;
- Открутите кожух, находящийся в нижней части бака, чтобы добраться до термостата и фланца и демонтировать их;
- Извлеките ТЭН путем легкого пошатывания. Элемент может быть подвержен солевым отложениям, поэтому действуйте крайне аккуратно, дабы не повредить деталь;
- Демонтируйте анод, который располагается рядом с ТЭНом;
- Удалите всю накипь с ТЭНа с помощью специальных щеток или обычной отвертки. В случае сильного загрязнения, можете воспользоваться раствором лимонной кислоты (40-50 грамм кислоты на 1 литр чистой воды, после чего оставить ТЭН в жидкости на 48 часов);
- Соберите все обратно и проверьте работоспособность нового элемента.
Магниевые аноды от оптом производителя «МастерПроф»
Если вы активно пользуйтесь водонагревателем в своем доме, мы рекомендуем приобрести заранее запасной стержень и держать его на случай поломки. В различных бойлерах присутствует анод разного размера и крепится он также на различную резьбу — М4, М5, М6 или другую. В нашем каталоге вы сможете найти анод самых популярных размеров и подходящей длины.
Приобрести необходимый для вас анод вы можете на нашем сайте в разделе «Нагревательные элементы». Мы продаем свою продукцию на всех популярных маркетплейсах — Ozon, Wildberries, Яндекс. Маркет.
МастерПроф — это отечественный производитель анодов и других нагревательных элементов со штаб-квартирой в Санкт-Петербурге. Мы являемся прямым производителем и занимаемся оптовыми поставками в частные компании, небольшие магазины, а также в строительные гипермаркеты.
Источник: masterprof.net