Валюта бағамы: $ 385.16 425.95 6.01 ¥ 54.51

Академик Абдуали БАЕШОВ: «Қалауын тапса, қар жанар» деген қазақ, біз ерімейтін титанды еріттік

Титан – өте қатты металдардың бірі және оның балқу температурасы өте жоғары – 1670оС, ал қайнау температурасы – 3400оС-тан жоғары. Ол коррозияға тұрақтылық  тұрғысынан барлық талаптарға сай келеді деп айтуға болады, құрамында хлорид-иондары бар нейтрал, қышқылды және сілтілі агрессивті орталарда тұрақты. Сулы орталарда коррозияға тұрақтылығы бойынша өте мықты деп есептелінетін алтынның өзі «патша арағында» еритін болса, титан бұл қышқылдар қосылысында да ерімейді екен. Қорыта айтқанда, «титан сулы ерітінділерде ерімейді» деп есептелініп келген, шынында да солай.

Сулы ерітінділерде бұл металды анодты поляризациялаған кезде де оның еруі байқалмайды, металл пассивацияланып, тізбектен электр тогы өтпей қалады. Осындай өте тұрақты металл – титан ракета, самолет және теңіз кемелерін жасауда және басқа өндірістерде кеңінен қолданылып келеді.

Ең қызығы, химия ғылымының іргелі термодинамикалық заңдылықтарына сәйкес, титан сулы ерітінділерде өте оңай еріп кетуі керек, себебі оның потенциалдары – өте теріс мәнге ие («минус» 1,63 В). Демек, оның табиғатта көрсетіп жүрген қасиеті ғылыми тұрғыдан термодинамикалық  заңдылықтарға сәйкес емес.

   Мұндай қарама-қайшылық титан бетінде өте тез арада түзілетін тым жұқа, қалыңдығы 20-40 нанометрге тең металл оксидінің (TixOy) түзілуімен байланысты екен. Титанның бетінде барлық уақытта болатын оның оксиді бұл металды коррозияға тұрақты етіп ұстап тұрады. Егер металл бетіндегі өте жұқа оксид пленкасын механикалық жолмен бұзатын болсаңыз, сол сәтте бұл қосылыс қайтадан пайда болады. Табиғаты солай. Нәтижесінде өте агрессивті қышқылдарды титаннан жасалған ыдыстарда сақтайды. Сол себепті химия өндірісінде агрессивті ортада жұмыс істейтін әртүрлі реакторларды жасауда титан кеңінен қолданылуда.

Титанның коррозияға тұрақтылығы – оның өте ерекше қасиеттерінің бірі. Бірақ бұл мәселенің екінші жағы бар. Титаннан жасалған қондырғылар іске жарамай қалғанда және әртүрлі титан қалдықтары жинақталғанда, оларды өңдеп, демек оны ерітіп, титанның өндіріске және ауыл шаруашылығына қажетті қосылыстарын алу бүгінгі күнгі шешілмеген проблемалардың бірі. Бүкіл адамзат «титан ерімейтін металл» деп ойлап келген, себебі еріте алмаған.

Әрине, титан қалдықтарын өте жоғары температураларда және қысымдарда өңдеуге болады, бұл экономика тұрғысынан өте тиімсіз. Титанды бөлме және жоғары емес (60-70оС) температураларда еріту мәселесі қолданбалы технология тұрғысынан да, іргелі зерттеу тұрғысынан да бүкіл адамзат алдында шешімін таппай келе жатқан үлкен проблемалардың бірі болып келді. Біздің көптеген лабораториялық-қолданбалы және іргелі зерттеулеріміз осы проблеманы шешуге мүмкіндік берді.

Мен титанның және оның қосылыстарының электрхимиялық қасиетін зерттеуге бағытталған жұмыстарды 1970 жылдары бастадым. Ол кезде Қарағандыдағы Химия-металлургия институтында инженер қызметінен бастап, аспирант, аға инженер, кіші, аға, онан соң жетекші ғылыми қызметкер, лаборатория меңгерушісі қызметтерін атқардым.

Сол жылдары ұстазым, ғұлама ғалым, академик Е.А. Букетов мені өзіне шақырып алып: «Әбдуали! Саған титанның және оның қосылыстарының электрхимиялық қасиетін жан-жақты зерттеуді тапсырамын», – деген еді.

Сол 1970 жылдан бастап, міне, 47 жылдан астам уақытта осы бағыттағы ғылыми жұмыстарымды жалғастырып келемін. Титанның қосылыстарының химиялық қасиеті туралы алғаш мақалам 1972 жылы шықты және сол жылы титан негізінде сорбент алу әдісіне патент алдым, оны 1974 жылы өндіріске ендірушілердің бірі болдым. Қазіргі күні 1,5 мыңға жуық ғылыми еңбектерім (оның ішінде 200-ден аса патенттерім, 30-дан аса ғылыми монографияларым) шықты, олардың 15%-тен астамы титанмен байланысты ғылыми зерттеулер. Өте қызықты, жоғары дәрежедегі ғылыми нәтижелер алынды. Қырықтан аса ғылым кандидаттары, PhD, докторлық диссертацияларға ғылыми жетекшілік жасадым.

Ғұлама, аса білімді, интуициясы өте жоғары, көреген ұстазым Евней Арыстанұлының мені ғылымның осы саласымен де шұғылдануға бағыттағанына бүгінге дейін ризашылығымды білдіріп жүремін.

Ұстазым Евней ағамның бұл ғылыми жұмысты маған тапсыруы сол кезде орын алған үлкен өндірістік проблемаға байланысты болды. 1960 жылдарға дейін Балқаштың тау-кен комбинаты әлемдегі ең таза мысты өндіретін. Бұл өндіріс өз позициясын біршама жоғалтып, Чилиде өндірілетін мыстың тазалығы алға озып шыққан. Балқаш кен орнының ерекшелігіне байланысты электролит құрамындағы өте қажетсіз мышьяк, сурьма деген элементтердің мөлшері көбейіп кеткен. Біздің ғылыми зерттеулеріміз титан қосылысы арқылы бұл зиянды қоспалардан арылуға болатынын көрсетті. Бұл зерттеулеріміз 1975 жылдары өндіріске ендіріліп, үлкен экономикалық пайда келтірген. Міне, осылайша титан қалдықтарынан қажетті титан қосылыстарын алу проблемасын  шештік.

      Осы ретте жүргізілген зерттеулер туралы өте көп нәрсе айтуға болады, бірақ  негізгі ғылыми нәтижелеріме ғана аздап тоқталып өтпекпін. 1980 жылдары өзімнің аспирантыммен бірге титан ұнтағының катодты потенциодинамикалық поляризациялық қисықтарын түсіру кезінде полярограммада «аномалды» анод тогының пайда болатындығын байқадық. Бұл құбылыс бөлме температурасында титан электродының еру мүмкіндігі бар екендігін көрсететін алғашқы мәлімет еді. Осы процесті жан-жақты зерттеп, нәтижелерін аспирантым Б.Кожаков және ұстазым Е.Букетовпен бірге сол кездегі Совет одағындағы ең жоғары дәрежедегі «Доклады академии наук СССР» атты журналда жарияладық. Мақаламыздың маңызын жоғары бағалап, алты айдың ішінде басып шығарды.

Сол кезден бастап, титанды бөлме температурасында еріту мүмкіншілігін табуды өзіме мақсат етіп қойдым. Бұл ойымды жетелеуге тағы бір жағдай әсер етті. 1974 жылдары Балқаш қаласындағы тау-кен комбинатының электролиз цехына іс-сапармен барғанымда, жұмысшылар  электролитке салынып қойған бірнеше титан электродтарының еріп кеткенін айтып және оның қалай болғанын түсіндіре алмай бастары қатып жүр екен. Менен де сұрады, бірақ бұл құбылысты бірден түсіндіре алмайтынымды айттым.

   1971-1980 жылдары мен Балқаш қаласында алты айдан көп уақыт іс-сапарда болып, сол жерде әртүрлі өндірістік сынақтар өткізіппін. Сол кездегі зерттеулердің бірінде электролиз цехында электрод арасынан өтіп тұратын ток мөлшерінің және электродтар арасындағы кернеудің тербеліс түрінде өзгеріп тұратынын анықтағанмын. Бұл тербеліс түрінде өзгеріп тұратын ток пен әлеуетті мәндерінің мыс шламына түсетін мыс ұнтақтарының мөлшеріне әсер ететіндігін лаборатория жағдайында әдейілеп зерттеп, нәтижелерін ғылыми мақала түрінде жариялаған болатынмын.

  Жоғарыда көрген, сезген, байқағандарым, интуитивті түрде титанның еруі осы әлеует пен ток мөлшерінің ауытқуларына байланысты емес пе екен деген ойға жетелеп, көп уақыт басымнан кетпей қойды. Электрод потенцилдарының максималды ауытқуы өндірістік айнымалы ток жіберген кезде туындайтынын мен білетінмін. Себебі мектепте факультатив сабағы ретінде электротехника негіздерін 2-3 жылдай оқыған болатынмын. Сол кезде тұрақты ток және айнымалы ток генераторы мен двигательдерін, трансформаторларды өз қолымызбен жинап, неше түрлі электр тогының қыр-сырын түсініп алған болатынбыз.  Осы алған білімдерім іске асты, бастағы мәліметтердің барлығы «титан электродының айнымалы токпен поляризациялау кезіндегі қасиеттерін зерттеу керек» деген шешімге келтірді.

Титан электродының электрохимиялық қасиетіне – электродтардағы ток тығыздығының, ток жиілігінің, анод және катод жартылай период амплитудаларының одан басқа электролит табиғатының әсерін жан-жақты зерттей бастадым.

Зерттеу нәтижелері бойынша белгілі бір жағдайда, айнымалы токпен поляризациялаған кезде титан электродтарының өте үлкен жылдамдықпен еритіндігін анықтадық. Бұл жұмыстарды негізінен менің шәкірттерім А.Баешова, Б.Кожаков, А.Бейбітова, Қ.Ибишев, П.Нагуманов, Г.К.Букетов және т.с.с. ғылыми қызметкерлер мен лаборанттар жүргізді. Нәтижесінде біз әлемде бірінші болып титан электродын ерітіп, оның қосылыстарын алу жолдарын жасадық. Бұл әлемдегі өте үлкен ғылыми жаңалықтардың бірі еді. Біз бұл әдістерге бірнеше патенттер алдық, ал негізінде бұл жұмысқа да әлемдегі алғашқы ашылым деп диплом алуға болатын еді. Бірақ бұл сәтті жіберіп алдық.

Титанды айнымалы токтармен өз әдісімізбен ерітіп, алғаш рет титан тұздарын алу әдістерін жасап, 4-5 аспирант жаңа технологиялар жасап, өз диссертацияларын қорғады. Ал 1991 жылы қайтыс болып кеткен ұстазым, академик Букетовтың немере інісі Гайса Букетов алғаш болып Қарағанды университетінің химия факультетінде оқып жүріп, менің ғылыми жетекшілігіммен титанның еруіне арналған алғашқы диплом жұмысын қорғады.

Мен 1991 жылы Кентау қаласына көшіп барып, республикамызда алғаш ашылған экология факультетіне декан болып орналастым. Онда Қазақ-түрік университетінің ректоры, академик М.Жұрыновтың жеке шақыруымен бардым, ғылыми жұмыстарымды жалғастырдым. Соның бірі «Титанның айнымалы токпен поляризациялау кезіндегі электрохимиялық қасиеті» тақырыбындағы жұмыс болды. Ол жердегі алғашқы аспирантым Г.Сарбаева титан, қорғасын, алюминий электродтарының электрохимиялық қасиетін зерттеді. Ондаған студенттер курстық және дипломдық жұмыстарды менің және ол кезде доцент А.Баешованың жетекшілігімен қорғап шыққан болатын. Кейінірек, титан және басқа да қиын балқитын металдарды айнымалы ток әсерімен еріту тақырыбында алғаш болып, А.Баешова докторлық диссертация қорғады. Кентау бөлімінде жұмыста жүрген кезімізде көптеген аспиранттар осы және басқа да бағыттарда менің ғылыми жетекшілігіммен кандидаттық диссертациялар қорғады.

Кентау қаласы шетте орналасқан, сол себепті зерттеу жүргізу үшін қажетті титан электродын (металл) табудың өзі үлкен проблема болды. Себебі заводтар жұмыс істемейді, ал өзіммен алып барған аздаған титан электродым бітіп қалды. Сол жылдары малдың терісін өңдейтін кіші мекемелер ашылып, олар қайта жабыла бастады. Себебі олар тері илеуге улы хром қосылыстарын қолданады екен, мұны білген тексерушілер оларға қырғидай тисе бастайды. Сол кезде Қазақ-түрік университетінің проректоры, профессор Ө.Мәдиев: «Әбеке, мен тері өңдеу саласында ғылыми зерттеулер жүргіземін, сіз титан қосылыстарын алып жүр екенсіз, осы металдың белгілі бір қосылысын, хром қосылыстарының орнына тері өңдеу үшін қолдануға болады. Мұны менің шәкірттерімнің ғылыми зерттеулерінің нәтижелері көрсетіп отыр. Бірге аспирант алып, осы проблеманы шешсек, қалай болады?» – деді.

Сөйтіп Ө.Мәдиев екеуміз бірге Ғани Ізтілеуов деген өзіміздің экология факультетінің түлегін аспирантураға қабылдадық. Өзі пысық жігіт екен, тапсырмаларды бұлжытпай мезгілінде орындап отырды. Біраз уақыт зерттеулерге қажет металдық күйдегі титан таппай, қиналып жүрдік.

Кезінде Кентау қаласы әкімінің орынбасары, кейіннен комбинат директоры болып қызмет істеген досым Қыстаубай Қанатов, Өскемендегі досының әкесі қайтыс болып, соған барып келіпті. Досы Бағдат Шаяхметов сол жерде үлкен титан-магний комбинатының директоры болып істейді екен. Керек болады ғой әлі деп сол досы титаннан құйылған үлкен күрек беріп жіберіпті. Бір күні Қыстаубайға титаннан жасалған күрегі бар екенін біліп, қолқа салдым. «Әбеке, сен үшін, ғылым үшін еш нәрсені аямаймын» деп, күректі қолыма ұстата салды. Күрек деген аты болмаса, таза титаннан жасалған екен. Тексерсек тазалығы – 98%-тен жоғары, бізге толық жарайтын болып шықты.

   Ерімейді деп есептелініп келген титан-күректі бір жылда лабораториялық зерттеулер негізінде ерітіп, титанның қосылыстарын ала бастадық. Титан күрегіміз де біте бастаған кезде жолымыз болып, титан-магний комбинатының директоры Бағдат Шаяхметов Қыстаубай досының үйіне қонақ болып, келіп қалды. Оны өзіміздің ғылыми жұмыстарымыздың нәтижелерімен таныстырдым. Ол біздің ғылыми жетістіктерімізге үлкен баға берді. Дүниежүзінде ең үлкен титан өндіретін комбинат директорының пікірі бізді қанаттандырды. Біраз уақыт өткеннен кейін келісім бойынша, менің аспирантым Ғани Ізтілеуов Өскеменге барып, бас директордың жеке қабылдауында болып, бір жәшік титан пластинкаларын алып келді. Нәтижесінде титан мәселесі толық шешілді. Одан кейін комбинат директоры Бағдатпен телефон арқылы жиі хабарласып тұратын болдық.

Айта кету керек, Бағдат Шаяхметов әлемдегі ең үлкен титан өндірісін басқара отырып, ерекше табыстарға жетті. Ғылым, техника саласы бойынша мемлекеттік сыйлықтың лауреаты болды. Президенттің қолынан «Еңбек ері» атағын және Алтын жұлдызын алды.

   Ұлттық ғылым академиясының академигі, профессор Ө.Мәдиев екеуміз жиі ақылдасып жүріп, арнайы жүргізілген ғылыми лабораториялық зерттеулер нәтижесінде титанның тері өңдеу үшін қажетті қос тұзы – аммонийтитанилсульфаты қосылысын алу әдісін жасап, бұл жаңалықты патентпен бекіттік. Біз осы тұзды аламыз деп жүргенде, жақын арадағы тері өңдейтін өндірістер түгел жабылып қалыпты. Сол кезде Ө.Мәдиев Таразға жұмысқа ауысып кетті,  2005 жылы мен де Алматыға ауыстым, не керек, біз жасаған технология өндіріске дейін жете алмады. Бірақ бұл зерттеу жұмыстарымыздың өндіріске енгізілетініне  еш күмәнданбаймын.

Өзім Қарағандыда жүргізген алғашқы зерттеулер кезінде-ақ байқап қалған болатынмын. Айнымалы ток көзін өшірген кезде, демек тізбектен электр тогы жүрмей қалған кездің өзінде, титан электроды еруін жалғастыра береді екен. Ғылымның әртүрлі бағыттарымен қатар шұғылданып жүрген соң, бұл бағыттағы арнайы зерттеу жұмыстары кейінге қала беріпті.

1999 жылы шәкіртім, аспирантым Ғани Ізілеуовты өзіме шақырып алып, титанның электрохимиялық поляризациялаудан кейін еруін зерттеу керек екендігін асықпай түсіндірдім. Сол күннен бастап зерттеуге қажетті құрал-жабдықтарды, реактивтерді жинақтап, бір аптадан кейін зерттеу жүргізе бастадық. Зерттеу жұмыстарына мен және профессор А.Баешова ғылыми жетекшілік жасадық.

Менің байқауым және жорамалдарым дұрыс болып шықты, белгілі бір жағдайларда титан электродтарын стационарлы емес токтармен алдын-ала поляризациялағаннан кейін, титан ары қарай өздігінен химиялық жолмен ери беретіндігін толығымен дәлелдедік.

Біз өте күрделі зерттеулер жүргіздік, титанды алдын-ала анодты, катодты импульсті токтармен, айнымалы токтың әртүрлі жиіліктерінде, анод жартылай периодының амплитудасын тұрақты ұстап тұрып, катод жартылай периодының амплитуда мәндерінің өзгеруі және керісінше поляризациялап, осы параметрлердің металдың ары қарай еруіне әсерін жан-жақты зерттедік.

Нәтижесінде «ерімейді» деп есептелініп келген титанның стационарлы емес токтармен поляризациялау кезінде еритіндігін, одан кейін белгілі бір жағдайда стационарлы токпен поляризациялағаннан кейін өзінен-өзі химиялық жолмен еруін жалғастыра беретіндігін әлемде алғаш болып көрсеттік. Демек, бүкіл адамзат шеше алмай келе жатқан өте күрделі проблемалардың бірін біз шештік.

   Әрине, титанның не себептен еритіндігін іргелі зерттеулер негізінде түсіндірдік. Жоғарыда тоқталып өткен болатынмын. Титанды еруден сақтайтын, оның бетінде барлық уақытта болатын оның оксидтік пленкасы (TixOy) болып табылады. Егер қысқаша айтатын болсақ, стационарлы емес токтармен титан электродын поляризациялау кезінде, оның бетінде титанның гидриді (TiH2) қосыла түзіледі. Бұл қосылыс титан оксидінің қайта түзілуіне мүмкіншілік бермей, металдың еруі жалғаса береді екен.

Міне, енді қолданысқа жарамай қалған титан қалдықтарынан көптеген өте пайдалы титан қосылыстарын алу проблемалары толығымен шешілді деуге болады. Айта кету керек, титан қалдықтарын біздің ұсынған әдістеріміз арқылы ерітіп, оның көптеген пайдалы, тіпті өте қажетті қосылыстарын алуға болады. Мысалы, титанның оксиді (TiO2) пигмент ретінде қолданылады, бұл қосылыстан алынған бояулар экологиялық тұрғыдан өте таза және сапасы жағынан өте жоғары деп есептелінеді. Титан гидроксиді (Ti(OН)4) – өте сапалы сорбент, бұл қосылыспен суды тазалау арқылы – сапасы бұлақ суына сәйкес таза су алуға болады. Ал титанның үш валентті хлориді мен сульфаты (TiCl3, Ti2(SO4)3) – көптеген заттарды синтездеуде катализатор немесе тотықсыздандырғыш ретінде кеңінен қолданылады. Титанның «титанил-аммоний сульфаты» қосылысы (NH4)2TiSO4) – тері илеу технологиясында  ең жақсы, экологиялық таза қосылыс ретінде қолданыс табады. Ал титан тұзының көп мөлшерін мыс электрорафинациясының электролитін тазартуға қолдануға болады.

Кейінгі ғылыми зерттеулеріміз өз тәсілдерімізбен алған үш валентті титан тұздарын қолданып, өте дисперсті мыс және басқа көптеген элементтердің нанодисперсті ұнтақтарын алуға болатындығын көрсетті. Титан тұздарын қолданып, мыстың, селеннің коллойдты ерітіндісін алуға болатындығын, ал кейінгі зерттеулерімізде мысты атомарлы күйде алуға болатынын дәлелдедік. Қазіргі кездегі медицина саласындағы зерттеулер көптеген элементтердің коллойдты ерітінділерін емдеуі қиын ауруларды сауықтыру үшін және бірқатар аурулардың алдын алу үшін қолданалытындығын көрсетіп отыр. Қазір осы салада зерттеулерді жалғастыратын ойымыз бар.

Менің ғылыми жетекшілігіммен жоғарыда көрсетілген қосылыстардың барлығы дерлік алынып, бұл жаңалықтар патенттермен  қорғалған. Осы бағытта ғана 20-дан аса патент алыныпты, ал титан қосылысын қолдану арқылы 30-дан астам жаңа тәсілдер жасалды, олар да патенттермен қорғалған.

    Биылғы жылдың басында біздің ашқан ғылыми жаңалығымыз «Ғылыми жаңалықтар және өнертабыстар авторларының халықаралық академиясы», «Ғылыми жаңалықтар авторларының халықаралық ассоциациясы», «Ресей жаратылыстану академиясы» атты беделді үш ұйымның шешімімен «Титанның сулы қышқылды ерітінділерде электролизден соң химиялық еру құбылысы»  атты металдар электрохимиясы саласындағы ғылыми жаңалық (ғылыми ашылым) ретінде мойындалды. Осы ұжымдардан диплом алдық (№510) және осы жаңалық үшін біз  Нобель сыйлығының лауреаты, көрнекті орыс физигі Петр Капица медалімен  марапатталдық. Бұл Қазақстанда электрохимия саласында ашылған алғашқы ғылыми жаңалық (ғылыми ашылым) еді. Бұл Қазақстан ғалымдарының бүкіл әлемдегі үлкен жетістігінің бірі деп ойлаймын.

Абдуали БАЕШОВ,  

ҚР Ұлттық ғылым академиясының академигі,

ҚР мемлекеттік сыйлығының лауреаты,

Қазақстанның еңбек сіңірген өнертапқышы,

химия ғылымдарының докторы, профессор

 


Оқи отырыңыз

Пікір қалдыру

Пікір қалдыру