CN104532289A - 一种电解制氟用阳极 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电解制氟用阳极，由阳极板(1)、吊架(2)、柔性导电材料(4)和夹板(3)组成，导电材料设在碳纤维阳极板与吊架之间，夹板通过螺栓(5)将碳纤维阳极板和柔性导电材料固定在吊架上；所述柔性导电材料是银箔、镍或铜涂层、石墨垫片之一或其组合；所述的阳极板为碳纤维材料或碳纤维增强的炭质材料制成。本发明通过在吊架与阳极之间增加一层能耐氟气或氟化氢腐蚀的导电材料，增强阳极与吊架之间的导电性，降低接触面的电阻，减少发热量，降低碳阳极燃烧的现象。以碳纤维材料制备的阳极板的厚度比炭质阳极板减少1/4～1/3甚至更多，从而减少占用制氟电解槽的容积，进一步能降低制氟电解阴阳极电压，降低制氟成本。
Description
技术领域
本发明涉及电解制氟用阳极，具体涉及电解氟化氢制备氟气的阳极结构。
背景技术
目前，中温制氟电解槽电解制备氟气的阳极材料主要是以炭质材料如无烟煤和冶金焦或石油焦为原料、煤沥青为粘结剂按一定比例混合后，经成型、焙烧而成，也有经过二次或更多次的浸渍和焙烧制成。上述阳极的缺点是：电解槽运行时易产生阳极极化、碳阳极断裂、局部燃烧等现象，寿命短，生产效率低。受限于碳板质量，致使制氟碳阳极电流密度低，导致制氟生产能力下降。
已有研究者对碳阳极制氟材料的制造方法进行改进或对碳板进行改性。专利文献CN101319331B提供了一种在现有碳阳极制作材料中加入铜粉，然后进行辊压成型、焙烧、浸渍、再焙烧制成制氟用碳阳极材料方法。CN 101319330B中在现有碳阳极的基础上，通过酚醛树脂的浸渍和焙烧，对其进行改性以增强碳板的强度、导电性等性能。CN 100590229C中采用C3H6和N2为碳源对碳板进行气相沉积，制备出的化学气相沉积热解涂层，提高碳阳极的抗极化性能。CN201634768U提供了一种在碳板本体内部设置与吊架相连的导电体，以缩小碳板的上下部位电压差，使碳板表面上下部位的电流密度更均衡。
制氟碳阳极是由两块夹板通过螺栓压紧碳阳极板与吊架进行连接而成，这种结构不能保证接触面紧密接触和效性导电，且在吊架、夹板重复使用的情况下，接触面更容易在螺栓和螺帽处接触紧密，夹板远离螺帽压紧面就会翘曲，且在翘曲处产生火花，造成碳阳极板氧化和断裂，产生大量的CF4等杂质。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种电解制氟用阳极，该阳极具有寿命长、电流分布均匀、电流密度高等优点。
本发明所述电解制氟用阳极，由阳极板、吊架、柔性导电材料和夹板组成，导电材料设在碳纤维阳极板与吊架之间，夹板通过螺栓将碳纤维阳极板和柔性导电材料固定在吊架上。所述柔性导电材料如银箔、镍或铜涂层、石墨垫片等之一或其组合。
所述的阳极板优选碳纤维材料或碳纤维增强的炭质材料制成的碳纤维阳极板；吊架可以是铜、镍等金属材料；螺栓和夹板可以是铜、镍等金属材料，也可以是碳纤维制备成的碳纤维夹板和碳纤维螺栓。
为解决现有技术制氟用阳极的接触面电阻大，不能保证接触面大电流的导通，从而导致的制氟阳极极化以及碳阳极板燃烧和产CF4等杂质的问题，本发明通过在吊架与碳纤维阳极之间增加一层能耐氟气或氟化氢腐蚀的导电材料，增强碳纤维与吊架之间的导电性，降低接触面的电阻，减少发热量，降低碳阳极燃烧的现象。
本发明所述的电极与现有技术相比，有以下优点：
(1)本发明的制氟阳极使用中在吊架与碳纤维阳极之间增加一层能耐氟或氟化氢腐蚀的柔性导电材料，增强阳极板与吊架之间的密合性，降低接触面的电阻，提高导电性，减少发热量，保证了接触面大电流的导通，从而减少了制氟阳极极化以及碳阳极板燃烧和产CF4等杂质的现象。
(2)碳纤维阳极板或碳纤维增强的炭质阳极板强度高，能承受较高的电流密度；非石墨化度高，在制氟电解槽中的不易极化，不易形成厚的“钝化层”，无明显的“阳极效应”，寿命长。
(3)由于碳纤维阳极材料或碳纤维增强的炭质比常用的炭质阳极板具有较高的强度，利用该材料制备的制氟用碳阳极板的厚度可比常用的炭质阳极板减少1/4～1/3甚至更多，从而减少占用制氟电解槽的容积，进一步能降低制氟电解阴阳极电压，降低制氟成本。
附图说明
图1是本发明电解制氟用阳极的结构示意图。
图2是电解制氟用阳极结构侧视简图。
图中：1-阳极板 2-吊架 3-夹板 4-柔性导电材料 5-螺栓
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步说明。
如附图所示：电解制氟用碳纤维阳极板采用碳纤维阳极材料或碳纤维增强的炭质阳极材料，应用到制氟电解槽中。阳极结构包括：碳纤维板1，铜吊架2，铜夹板3，石墨垫4，螺栓5。
碳纤维板通过铜夹板利用螺栓固定于铜吊架上，在铜吊架与碳纤维阳极之间设置有柔性石墨纸或石墨垫片，提高接触面的导电性，降低由于碳阳极与铜吊架连接处导电性能差，引起的局部电阻增加、阳极板发热、碳阳极燃烧以及碳阳极断裂等问题。
实施例1
利用本实施例所示的制氟电解槽用碳纤维阳极板进行电解试验，碳纤维阳极板尺寸600mm×300mm×15mm，电解槽采用中温碳钢电解槽，电解温度控制在80～110℃，碳纤维板与铜吊架的接触面使用导电石墨垫增加导电性，电解槽运行结果如表1所示。
表1 电解槽运行结果
| 电流/A | 电流密度/A/cm2 | 阳极电压/V | 阴极电压/V |
| 60 | 0.019 | 5.1 | 0.5 |
| 180 | 0.056 | 5.7 | 0.7 |
| 300 | 0.093 | 6.3 | 1.1 |
| 500 | 0.154 | 6.7 | 1.5 |
| 700 | 0.216 | 6.9 | 2.9 |
| 800 | 0.247 | 7.2 | 3.2 |
| 1000 | 0.309 | 7.3 | 3.5 |
| 1200 | 0.370 | 7.6 | 3.9 |
| 1500 | 0.463 | 8.0 | 4.3 |
现有技术显示电流密度在0.07A/cm2～0.2A/cm2范围时，制氟电槽的电压为8.5V～13.0V；目前，制氟碳阳极板有效的电流密度范围在0.07～0.150A/cm2，一般在0.1A/cm2左右。
本实施例碳纤维阳极板应用于电解槽运行中，碳纤维阳极板能达到的最高电流密度为0.463A/cm2，其稳定运行的电流密度范围在0.15～0.25A/cm2，高于现有技术中制氟碳阳极板0.07～0.15A/cm2的电流密度，几近是现有制氟碳板的2倍。
现工业用制氟炭质阳极(600mm×300mm×70mm)电流密度一般在0.07～0.15A/cm2，电压一般在8.5～9.5v左右，比本发明碳纤维制氟阳极在相同电流密度条件下相比，电压高约1～1.5v左右，表明石墨垫能提高碳纤维板与铜吊架间的导电性，碳纤维阳极材料或碳纤维增强的炭质阳极板制备的电解制氟用阳极具有低电压的优越性。电压降低也减少了电槽发生极化的现象，同时也降低了由于碳阳极与铜吊架连接处接触不良引起的局部电阻增加，解决了碳阳极燃烧以及碳阳极断裂寿命降低的问题，还能有效降低CF4等杂质气体含量。
Claims (4)
1.一种电解制氟用阳极，由阳极板(1)、吊架(2)、柔性导电材料(4)和夹板(3)组成，导电材料设在碳纤维阳极板与吊架之间，夹板通过螺栓(5)将碳纤维阳极板和柔性导电材料固定在吊架上。
2.根据权利要求1所述的电解制氟用阳极，所述柔性导电材料是银箔、镍或铜涂层、石墨垫片之一或其组合。
3.根据权利要求1所述的电解制氟用阳极，所述的阳极板为碳纤维材料或碳纤维增强的炭质材料制成的碳纤维阳极板。
4.根据权利要求1所述的电解制氟用阳极，螺栓和夹板是铜、镍材料或碳纤维材料制成。
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