DD244151A1 - METHOD FOR PRODUCING AND REGENERATING DIMENSIONAL STABILIZED ANODES - Google Patents

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DD244151A1 DD28445485A DD28445485A DD244151A1 DD 244151 A1 DD244151 A1 DD 244151A1 DD 28445485 A DD28445485 A DD 28445485A DD 28445485 A DD28445485 A DD 28445485A DD 244151 A1 DD244151 A1 DD 244151A1
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Wilfried Beier
Manfred Jacobs
Manfred Suchi
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Univ Halle Wittenberg
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Regenerierung von dimensionsstabilen Anoden (DSA) fuer die Elektrolyse von waessrigen Loesungen, insbesondere fuer die Chloralkalielektrolyse. Ziel der Erfindung sind DSA mit herabgesetzter Korrosionsanfaelligkeit und damit verlaengerter Lebensdauer. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine gezielte Oberflaechenbehandlung des Traegers die Haftfestigkeit der Edelmetall- bzw. Metalloxid-Deckschicht zu vergroessern. Erfindungsgemaess werden die in bekannter Weise hergestellten, gereinigten und gebeizten Traeger vor dem Beschichten in einer waessrigen Loesung, welche die gleichen aggressiven Ionen enthaelt wie der Elektrolyt, fuer den die Anoden vorgesehen sind, bis zum Erreichen des Durchbruchs anodisch polarisiert. Diese Behandlung wird bis zum Auftreten von Stromdichteoszillationen bei geringen Stromdichten durchgefuehrt. Anschliessend wird das Substrat gespuelt und mit einer Beizloesung behandelt, um entstandene Oxidschichten und Korrosionsprodukte von der Oberflaeche zu entfernen. Die Anwendung von anodischer Belastung und Beizen kann mehrmals wiederholt werden.The invention relates to a process for the preparation and regeneration of dimensionally stable anodes (DSA) for the electrolysis of aqueous solutions, in particular for the chloralkali electrolysis. The aim of the invention are DSA with reduced Korrosionsanfaelligkeit and thus extended life. The invention has for its object to increase by a targeted surface treatment of the strainer, the adhesion of the precious metal or metal oxide cover layer. In accordance with the invention, the cleaned and pickled carriers prepared in a known manner are anodically polarized prior to coating in an aqueous solution containing the same aggressive ions as the electrolyte for which the anodes are provided, until breakthrough is achieved. This treatment is carried out until the occurrence of current density oscillations at low current densities. Subsequently, the substrate is rinsed and treated with a pickling solution to remove the resulting oxide layers and corrosion products from the surface. The application of anodic loading and pickling can be repeated several times.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung und Regenerierung von dimensionsstabilen Anoden (DSA) für die Elektrolyse von wäßrigen Lösungen, insbesondere für die Chloralkalielektrolyse.The invention relates to a process for the preparation and regeneration of dimensionally stable anodes (DSA) for the electrolysis of aqueous solutions, in particular for the chloralkali electrolysis.

Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions

Dimensionsstabile Anoden werden hergestellt durch Auftragen von dünnen eiektrokatalytisch wirksamen Deckschichten aus Edelmetallen oder Metalloxiden auf einen geeignet vorbehandelten Träger (Substrat oder Kern) aus einem weniger edlen oder unedlen, chemikalienunbeständigen, aber elektrisch gut leitenden Material, das durch chemische oder elektrochemische Reaktionen in entsprechenden Elektrolyten dichte, festhaftende, chemisch beständige Schutzschichten ausbildet.Dimensionally stable anodes are produced by applying thin electrocatalytically active cover layers of noble metals or metal oxides to a suitably pretreated support (substrate or core) of a less noble or base, chemical-resistant, but highly electrically conductive material, which seals by chemical or electrochemical reactions in corresponding electrolytes , forms adherent, chemically resistant protective coatings.

Nach H. B. Beer (DE 200627 [1957] und 23375 [1962]) sind als Trägermaterial alle Metalle geeignet, die an den vom Edelmetall nicht geschützten Stellen mit einer gegen das Reaktionsmedium inerten Sperrschicht überzogen werden können. In besonderer Weise trifft das auf die Metalle Titanium, Tantal, Wismut, Aluminium, Niob, Nickel zu. Diese für die Funktion von DSA entscheidenden Sperrschichten können elektrolytisch, chemisch und thermisch erzeugt werden.According to H. B. Beer (DE 200627 [1957] and 23375 [1962]), all metals which can be coated at the sites not protected by the noble metal with a barrier layer inert to the reaction medium are suitable as the carrier material. This applies in a special way to the metals titanium, tantalum, bismuth, aluminum, niobium, nickel. These barrier layers, which are essential for the function of DSA, can be produced electrolytically, chemically and thermally.

Dazu werden die vorbehandelten Substrate nach der Edelmetallbeschichtung in geeigneten Elektrolyten durch anodische Polarisation oxidiert oder durch eine chemische bzw. eine chemisch-thermische Behandlung in spezieller Atmosphäre an den ungeschützten Stellen in chemisch beständige Verbindungen umgewandelt (Oxide, Nitride, Fluoride). Es wird davon ausgegangen, daß die so erzeugten Sperr- oder Schutzschichten sich einheitlich ausbilden, äußerst beständig sind und das Substrat langfristig schützen.For this purpose, the pretreated substrates are oxidized by the noble metal coating in suitable electrolytes by anodic polarization or converted by a chemical or a chemical-thermal treatment in a special atmosphere at the unprotected sites in chemically resistant compounds (oxides, nitrides, fluorides). It is believed that the barrier layers thus formed are uniform, extremely durable, and protect the substrate over time.

Eine Vielzahl neuerer Patente beziehen sich auf spezielle Verfahren zur Vorbehandlung der Substrate — speziell des Titaniums, wobei besondere Reinigungsverfahren und Beizverfahren zur Erzielung einer optimalen Rauhigkeit der Oberfläche mit den unterschiedlichsten Säuren, Beiztemperaturen und Beizdauern angegeben sind.A number of recent patents relate to specific processes for the pretreatment of the substrates - especially of titanium, with particular cleaning methods and pickling methods for achieving optimum roughness of the surface with a wide variety of acids, pickling temperatures and pickling times.

Außerdem werden Wechselstrombehandlungen in verschiedenen oxidierenden Elektrolyten und eine elektrolytische Behandlung mit Komplex-Verbindungen vorgeschlagen (SL)-PS 42296 [1974]).In addition, AC treatments in various oxidizing electrolytes and complex compound electrolytic treatment are proposed (SL) -PS 42296 [1974]).

Die Anwendung von Komplexbildern unmittelbar nach dem Ätzen ist Gegenstand von DD-WP 158043 (22.12.1982), wodurch die Umwandlung der elektrisch leitenden Titanoxid-Zwischenschichten in nichtleitendes T1O2 verhindert und damit die Lebensdauer der Anoden verbessert werden soll.The application of complex images immediately after etching is the subject of DD-WP 158043 (22.12.1982), which prevents the conversion of the electrically conductive titanium oxide interlayers into non-conducting T1O2 and thus improves the life of the anodes.

Bei all diesen Verfahren zur Herstellung von DSA wird jedoch bei Sauerstoffangebot und durch aggressive Ionen der Verbund Substrat-Edelmetall- bzw. Edelmetalloxidschicht beim Einsatz der Anoden beeinträchtigt.However, all of these methods of making DSA interfere with substrate oxygenation and aggressive ions of the composite substrate-noble metal or noble metal oxide layer when using the anodes.

Lochfraß und Salzbildung führen zu Ablösung der Aktivschicht und damit über eine zunehmende partielle Inaktivität der Anode zu lokalen Stromdichteerhöhungen und schließlich zur Uneffektivität und Unbrauchbarkeit der Anoden.Pitting and salt formation lead to detachment of the active layer and thus an increasing partial inactivity of the anode to local current density increases and finally to the ineffectiveness and unusability of the anodes.

Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, durch eine gezielte Oberflächenbehandlung des Trägers die Haftfestigkeit der Edelmetall-bzw. Metalloxid-Deckschicht zu vergrößern.The invention is based on the object by a targeted surface treatment of the carrier, the adhesion of the noble metal or. Metal oxide cover layer to enlarge.

Erfindungsgemäß werden die in bekannter Weise hergestellten, gereinigten und gebeizten Träger vor dem Beschichten in einer wäßrigen Lösung/welche die gleichen aggressiven Ionen enthält wie der Elektrolyt, für den die Anoden vorgesehen sind, biszum Erreichen des Durchbruchs anodisch polarisiert. Diese Behandlung wird bis zum Auftreten von Stromdichte-Oszillationen bei geringen Stromdichten durchgeführt.According to the invention, the cleaned and pickled carriers prepared in a known manner are anodically polarized prior to coating in an aqueous solution containing the same aggressive ions as the electrolyte for which the anodes are provided, until the breakthrough has been reached. This treatment is carried out until the occurrence of current density oscillations at low current densities.

Anschließend wird das Substrat gespült und mit einer Beizlösung behandelt, um enstandene Oxidschichten und Korrosionsprodukte von der Oberfläche zu entfernen. Die Anwendung von anodischer Belastung und Beizen kannThe substrate is then rinsed and treated with a pickling solution to remove any oxide films and corrosion products from the surface. The application of anodic loading and pickling can

gegebenenfalls mehrmals wiederholt werden. .. .-·if necessary, be repeated several times. .. .- ·

Es zeigt sich, daß durch das erfindungsgemäße Verfahren das Durchbruchspotential der Substrate erhöht wird als Folge einer physikalisch-kristallografischen und damit energetischen Homogenisierung der Substratoberfläche, die zu einer einheitlicheren Ausbildung der Schutzschichten führt und damit die nach den bisher angewandten Verfahren auftretende lokal stark unterschiedliche Schutzwirkung gegen aggressive Ionen beseitigt.It is found that the breakdown potential of the substrates is increased by the inventive method as a result of a physical-crystallographic and thus energetic homogenization of the substrate surface, which leads to a more uniform formation of the protective layers and thus occurring according to the previously applied methods locally very different protective effect against eliminated aggressive ions.

Der Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens kann durch zusätzliche Maßnahmen noch verstärkt werden, wie durch spezielle Herstellungsverfahren der Substrate, die eine günstige Korntextur ergeben und bzw. oder durch Anwendung von preferentiell angreifenden Ätzlösungen.The advantage of the method according to the invention can be further enhanced by additional measures, such as by special production methods of the substrates which give a favorable grain texture and / or by using preferentially attacking etching solutions.

Nach Anwendung des erfindungemäßen Verfahrens erfolgt die Beschichtung der Substrate in der üblichen Weise z. B. durchAfter application of the erfindungemäßen method, the coating of the substrates in the usual manner z. B. by

Aufpinseln einer Edelmetallverbindung und anschließendes Tempern. -Brushing a precious metal compound and then annealing. -

Ausführungsbeispiele Beispiel 1Exemplary embodiments Example 1

Ein Walzblech ausTitanium wird mechanisch poliert und mit einer Lösung von 30 Vol.-% HF, 40 Vol.-% HNO3 (konz.) und 30 Vol.-% H2SO4 (konz.) 60 bis 90s lang chemisch geglänzt.A titanium rolled sheet is mechanically polished and chemically shined with a solution of 30% by volume HF, 40% by volume HNO 3 (conc.) And 30% by volume H 2 SO 4 (conc.) For 60 to 90 seconds.

Anschließend wird das Blech mit Wasser abgespült und in einer elektrolytischen Zelle in 5%iger HCL-Lösung mit einer stufenweise anwachsenden Gleichspannung anodisch belastet bis zum Anstieg der Passivstromdichte und dem Auftreten von Stromdichteoszillationen. Danach wird die Zellspannung abgeschaltet, das Blech mehrmals mit destilliertem Wasser gespült und mit einer Lösung, bestehend aus 48Vol.-% konz. HCI, 4Vol.-% konz. HNO3,48Vol.-% dest. Wasser bei 500C ca. 30 min lang gebeizt.Subsequently, the sheet is rinsed with water and anodically loaded in an electrolytic cell in 5% HCL solution with a gradually increasing DC voltage to increase the passive current density and the occurrence of Stromdichteoszillationen. Thereafter, the cell voltage is switched off, rinsed the plate several times with distilled water and with a solution consisting of 48Vol .-% conc. HCl, 4% by volume conc. HNO3.48 vol.% Dist. Water at 50 0 C for about 30 minutes pickled.

Durch diese Behandlung wird eine Erhöhung des Durchbruchpotentials um 2 bis 3V erreicht.This treatment increases the breakdown potential by 2 to 3V.

Die so behandelte Probe wird nun in üblicher Weise mit Edelmetall, z. B. Pt, Pt-Ir oder RuO2-TiO2 für die Chloralkalielektrolyse beschichtet.The sample thus treated is now in the usual way with noble metal, z. As Pt, Pt-Ir or RuO 2 -TiO 2 coated for the Chloralkalielektrolyse.

Beispiel 2Example 2

Ein Walzblech aus Titanium wird entfettet und 2 Stunden lang in konzentrierter HCI bei Raumtemperatur gebeizt. Danach wird das Blech wie in Beispiel 1 anodisch belastet und gründlich mit Wasser gespült. Anschließend wird das Blech in konzentrierter HCI bei Raumtemperatur 30 min gebeizt. Durch diese Prozedur werden Durchbruchpotentialerhöhungen von 3 bis 4V erreicht.A rolled sheet of titanium is degreased and pickled for 2 hours in concentrated HCl at room temperature. Thereafter, the sheet is anodically loaded as in Example 1 and rinsed thoroughly with water. Subsequently, the sheet is pickled in concentrated HCl at room temperature for 30 min. This procedure achieves breakthrough potential increases of 3 to 4V.

Beispiel 3Example 3

Das zu beschichtende Ti-Substrat wird entfettet und 2 Stunden in konzentrierter HCL bei Raumtemperatur gebeizt. Nach Spülen mit Wasser wird das Substrat in 5-M-Na-CI-Lösung bei Raumtemperatur bis zum Anstieg der Passivstromdichte anodisch belastet.The Ti substrate to be coated is degreased and pickled for 2 hours in concentrated HCl at room temperature. After rinsing with water, the substrate is subjected to anodic loading in 5 M NaCl solution at room temperature until the increase in the passive current density.

Anschließend wird das Blech mit dest. Wasser gereinigt und in einer Beizlösung aus HCI, HNO3 und H2O (Zusammensetzung s.Subsequently, the sheet with dist. Purified water and in a pickling solution of HCl, HNO 3 and H 2 O (composition s.

Beispiel 1) bei 500C 20 min lang gebeizt. Dann wird das Blech einer zweiten anodischen Belastung in 5-M-NaCI-Lösung bis zum Durchbruch ausgesetzt. Nach einer anschließenden Beizung in konz. HCI bei Raumtemperatur, Reinigung mit Wasser und Trocknung an Luft wird das Substrat mit Edelmetall-, bzw. Edelmetalloxid wie üblich beschichtet.Example 1) at 50 0 C for 20 min. Stained. The sheet is then subjected to a second anodic load in 5M NaCl solution until breakthrough. After a subsequent dressing in conc. HCI at room temperature, cleaning with water and drying in air, the substrate is coated with noble metal or Edelmetalloxid as usual.

Durch die mehrfache Anwendung der anodischen Belastung und Beizbehandlung kann das Durchbruchpotential der Ti-Bleche um 5 bis 6 V erhöht werden.The multiple application of the anodic loading and pickling treatment can increase the breakdown potential of the Ti sheets by 5 to 6 volts.

Beipiel 4Example 4

Zur Regenerierung von DSA wird zunächst die auf den Substraten verbliebene Aktivschicht durch thermische Schockbehandlung (Abkühlen von hohen Temperaturen) entfernt.For regeneration of DSA, the active layer remaining on the substrates is first removed by thermal shock treatment (cooling of high temperatures).

Danach werden die Bleche 2 Stunden in konzentrierter HCI bei Raumtemperatur gebeizt und weiter wie in den Beispielen 2 oder 3 behandelt.Thereafter, the plates are pickled for 2 hours in concentrated HCl at room temperature and further treated as in Examples 2 or 3.

Claims (2)

Erfindungsanspruch:Invention claim: 1. Verfahren zur Herstellung und Regenerierung von dimensionsstabilen Anoden für die Elektrolyse von wäßrigen Lösungen aus einem vorbehandelten Träger, auf den eine eiektrokatalytisch wirksame Deckschicht aufgebracht wird, gekennzeichnet dadurch, daß der vorbehandelte Träger vor dem Beschichten in einer wäßrigen Lösung, welche die gleichen aggressiven Ionen enthält wie der Elektrolyt, für den die Anoden vorgesehen sind, bis zum Erreichen des Durchbruches bei geringen Stromdichten anodisch polarisiert wird. -1. A process for the preparation and regeneration of dimensionally stable anodes for the electrolysis of aqueous solutions of a pretreated support to which a eiektrokatalytisch effective cover layer is applied, characterized in that the pretreated support before coating in an aqueous solution containing the same aggressive ions contains as the electrolyte, for which the anodes are provided is anodically polarized until reaching the breakthrough at low current densities. - 2. Verfahren nach Punkt 1, gekennzeichnet dadurch, daß anodische Polarisation und Beizen mehrmals wiederholt werden.2. The method according to item 1, characterized in that anodic polarization and pickling are repeated several times.
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