FI58657B - METALLANOD FOER ELECTROCHEMICAL PROCESSER - Google Patents

METALLANOD FOER ELECTROCHEMICAL PROCESSER Download PDF

Info

Publication number
FI58657B
FI58657B FI1954/71A FI195471A FI58657B FI 58657 B FI58657 B FI 58657B FI 1954/71 A FI1954/71 A FI 1954/71A FI 195471 A FI195471 A FI 195471A FI 58657 B FI58657 B FI 58657B
Authority
FI
Finland
Prior art keywords
metal
platinum
valve
anode
metals
Prior art date
Application number
FI1954/71A
Other languages
Finnish (fi)
Other versions
FI58657C (en
Inventor
Konrad Koziol
Hans-Carl Rathjen
Karl-Heinz Sieberer
Original Assignee
Conradty Metallelek
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Conradty Metallelek filed Critical Conradty Metallelek
Publication of FI58657B publication Critical patent/FI58657B/en
Application granted granted Critical
Publication of FI58657C publication Critical patent/FI58657C/en

Links

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B11/00Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
    • C25B11/04Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
    • C25B11/051Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
    • C25B11/073Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
    • C25B11/091Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
    • C25B11/093Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds at least one noble metal or noble metal oxide and at least one non-noble metal oxide

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Powder Metallurgy (AREA)
  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Description

ΓβΊ ^kuulutusjulka.su ς ο * e 7 jjggAa LBJ (11) UTLÄGGNI NGSSKRIFT ~ 00 ° ' C Patentti myönnetty 10 03 1981 (45) Patent raeddelat (51) Kv.lk?/lnt.CI.3 C 25 B 11/10 SUOMI —FINLAND (21) PKunttlhukumu* —P*tunt«»i*6kn»nf 195^/71 (22) Hakwnitptwt — AnaOknlngadtg 09.07.71 (23) Alkupllvft—GlMghutidaf 09.07.71 (41) Tullut luikituksi — Bllvlt offuncJIg 17.01.72ΓβΊ ^ juhutusjulka.su ς ο * e 7 jjggAa LBJ (11) UTLÄGGNI NGSSKRIFT ~ 00 ° 'C Patent granted 10 03 1981 (45) Patent raeddelat (51) Kv.lk?/lnt.CI.3 C 25 B 11 / 10 FINLAND —FINLAND (21) PKunttlhukumu * —P * hour «» i * 6kn »nf 195 ^ / 71 (22) Hakwnitptwt - AnaOknlngadtg 09.07.71 (23) Alkupllvft — GlMghutidaf 09.07.71 (41) Tullut luikikuksi - Bllvlt offuncI 17/1/72

Patentti- ja rekisterihallitus /44) NlhttviksJpunon js kuuL.|vlk»inm pvm. —National Board of Patents and Registration / 44) NlhttviksJpunon js kuL. -

Patent· och reglsterstyrslssn ' Antttkan utlugd och utUkrtfun publicurud 28.11.80 (32)(33)(31) Pyy4*«y Utuolkuus—Buglrd priority 16.07.70Patent · och reglsterstyrslssn 'Antttkan utlugd och utUkrtfun publicurud 28.11.80 (32) (33) (31) Pyy4 * «y Utuolkus — Buglrd priority 16.07.70

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) P 2035212.9 Toteennäytetty-Styrkt (71) Conradty GmbH & Co. Metallelektroden KG, Grunthal, D-8505 Röthen- bach a.d. Pegnitz, Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (72) Konrad Koziol, Röthenbach a.d. Pegnitz, Hans-Carl Rathjen, Röthen-bach a.d. Pegnitz, Karl-Heinz Sieberer, Zirndorf uber Niirnberg,Federal Republic of Germany-Förbundsrepubliken Tyskland (DE) P 2035212.9 Proven-Styrkt (71) Conradty GmbH & Co. KG Metallelektroden KG, Grunthal, D-8505 Röthen- Bach a.d. Pegnitz, Federal Republic of Germany Förbundsrepubliken Tyskland (DE) (72) Konrad Koziol, Röthenbach a.d. Pegnitz, Hans-Carl Rathjen, Röthen-Bach a.d. Pegnitz, Karl-Heinz Sieberer, Zirndorf uber Niirnberg,

Saksan Liittotasavalta-Förbundsrepubliken Tyskland(DE) (TM Oy Kolster Ab (5*0 Metallianodi sähkökemiallisiin prosesseihin - Metallanod för elektro-kemiska processerFederal Republic of Germany-Förbundsrepubliken Tyskland (DE) (TM Oy Kolster Ab (5 * 0 Metal anode for electrochemical processes - Metallanod för elektro-kemiska processer

Keksinnön kohteena on metallianodi sähkökemiallisia prosesseja varten. Seuraavassa selvitetään erityisesti sen käyttöä kloorialkalielektrolyysissä vaikkakin tätä anodia voidaan käyttää myös monissa muissa elektrolyysiproses-seissa.The invention relates to a metal anode for electrochemical processes. In particular, its use in chlor-alkali electrolysis will be explained below, although this anode can also be used in many other electrolysis processes.

TJusien suurten elektrolyysilaitosten korkeasta kehitystasosta, joka ilmenee ennenkaikkea pienissä kennojännityksissä, korkeissa virta- ja energia-hyötysuhteissa, käyttömukavuudessa ja elektrolyysilaitteistojen käyttövarmuudessa, on kiittäminen joukkoa toimenpiteitä ja parannuksia, jotka eivät vähiten kohdistu anodiin.The high level of development of many large electrolysis plants, manifested primarily in low cell voltages, high current and energy efficiencies, ease of use, and reliability of electrolysis equipment, is due to a number of measures and improvements that are not least targeted at the anode.

Teknillisille anodimateriaaleille asetetaan joukko vaatimuksia. Näihin vaatimuksiin kuuluu mm anodiaineen korrosionkestävyys, anodiprosessin sujuminen riittävän suurella nopeudella ja mahdollisimman pienellä ylijännitteellä. Tähän asti teollisesti käytetyt anodimateriaalit täyttävät nämä jatkuvasti lisääntyvät vaatimukset vain osittain. Niinpä käytettäessä grafiittianodeita ilmeni tiettyä, väistämätöntä loppuunpalamista. Tämä vaatii nykyaikaisissa suurlai-toksissa kalliita laitteita vakioetäisyyden pysyttämiseksi anodin ja katodin 2 58657 välillä. Sen lisäksi vaatii soolipuhdistus suhteellisen suuret kustannukset.A number of requirements are set for technical anode materials. These requirements include, among other things, the corrosion resistance of the anode material, the operation of the anode process at a sufficiently high speed and with the lowest possible overvoltage. Until now, industrially used anode materials only partially meet these ever-increasing requirements. Thus, when graphite anodes were used, a certain, inevitable burnout occurred. This requires expensive equipment in modern large plants to maintain a constant distance between the anode and cathode 2 58657. In addition, sol purification requires relatively high costs.

Niin alettiin grafiittianodien ohella käyttää anodeja platinasta, platinaryhmän metalleista tai niiden lejeeringeistä. Näillä anodeilla oli kuitenkin aina haittana suuret investointikulut ja suhteellisen suuri jalometalli-kulutus. Pääasiallisesti kustannussyistä ovat nyttemmin tulleet tunnetuiksi platinoidusta titaanista valmistetut anodit, joita ei kuitenkaan voida käyttää amalgoitumisarkuutensa johdosta Hg-elektrolyyseissä.Thus, in addition to graphite anodes, anodes made of platinum, platinum group metals, or their alloys began to be used. However, these anodes always had the disadvantage of high investment costs and relatively high precious metal consumption. Anodes made of platinum-titanium have now become known, mainly for cost reasons, but cannot be used in Hg electrolysis due to their amalgamation sensitivity.

On tunnettua, että venttiilimetallit, kuten titaani, tantaali, niobi, sirkoni jne. vesiliuoksiin sijoitettuina hyvin nopeasti passivoituvat tiheän oksidiluonteisen pintakerroksen syntymisen johdosta ja ovat sen ansiosta erittäin kestäviä korroosiota vastaan useissa elektrolyyteissä. Mutta näiden metallien passiivikerroksilla ei ole tällöin kyseeseen tulevilla potentiaalialueil-la ollenkaan elektroninjohtokykyä, niin että kerroksissa esiintyy erittäin korkeita kenttävoimakkuuksia. Tämä poistaa tietyn potentiaalin - ns. läpilyön-tipotentiaalin-passivoivien kerroksien hajoittamiseksi. Vaikkakin nämä metallit ovat hyvin kestäviä korroosiota vastaan, ei näitä passiivisia metalleja siis voida käyttää anodiprosessissa.It is known that valve metals such as titanium, tantalum, niobium, zirconium, etc., placed in aqueous solutions, passivate very rapidly due to the formation of a dense oxide-like surface layer and are therefore highly resistant to corrosion in many electrolytes. But the passive layers of these metals then have no electron conductivity at all in the potential regions in question, so that very high field strengths occur in the layers. This eliminates a certain potential - the so - called. to break up the breakthrough-drop-potential-passivating layers. Thus, although these metals are very resistant to corrosion, these passive metals cannot be used in the anode process.

Useimmiten ei oteta huomioon, että myös jalometallien kohdalla pinta-potentiaali, potentiaali, jolla metallin tila muuttuu aktiivisesta passiiviseksi, on huomattavasti negatiivisempi kuin normaalipotentiaali. Siksi ovat siis myös jalometallit, korkeammilla potentiaaleilla, elektrolyyteissä passii-vikerrosten peittämät. Platinan kyseessä ollen johtaa jo monomolekulaarinen happikemisorptiokerros metallin pinnalla passiviteettiin. Tähän passiivikerros-mekaniemiin ei vaikuta se synnytetäänkö jalometalliin tämä oksidimainen pintakerros elektrolyytissä vai aikaansaadaanko jalometallioksidipintakerros jo ennen elektrolyysiin sijoittamista, kuten dimensioiltaan pysyvien anodien yhteydessä DT-OS 18 14 5^7 mukaisesti ehdotetaan. Nämä passiivikerrokset jalometal-lipohjalla verrattuina venttiilimetallien passiivikerrokeiin ovat edullisempia hyvän elektroninjohtokykynsä ansiosta ja niitä voidaan näinollen käyttää anodiprosessissa.In most cases, it is not taken into account that also in the case of precious metals, the surface potential, the potential at which the state of the metal changes from active to passive, is considerably more negative than the normal potential. Therefore, precious metals, at higher potentials, are also covered with passive layers in electrolytes. In the case of platinum, the already monomolecular oxygen chemisorption layer on the metal surface leads to passivity. This passive layer mechanism is not affected by whether this oxide-like surface layer is formed on the noble metal in the electrolyte or whether the noble metal oxide surface layer is formed even before being placed in the electrolysis, as proposed for anodes with constant dimensions according to DT-OS 18 14 5 ^ 7. These passive layers on a noble metal base are more advantageous compared to passive layers of valve metals due to their good electron conductivity and can thus be used in the anode process.

On kuitenkin ilmeistä, että vieraan aineen kytkeminen kantoaineeseen, kuten esimerkiksi kuutiopintaisen platinan kytkeminen käytetyissä lämpötiloissa tavallisesti heksagonaalisesti tiiviimmin pakkautuneeseen titaaniin, on pulmallista. Samoin on metalliin kiinnittyneiden okeidikerrosten mekaaninen pysyvyys epätyydyttävä, koska nopeissa lämpötilanvaihdoksissa erilaisesta supistu-miskäyttäytymisestä johtuen oksidin ja metallin rajapinnassa syntyy jännityksiä, jotka aiheuttavat oksidin irtautumisen, minkä koekappaleet, joita jonkin-aikaa hapetettiin korkeammassa lämpötilassa ilmassa, selvästi osoittavat. Kuten tiedetään käytetään tekniikassa runsaasti tätä nopean lämpötilanvaihtelun menetelmää kuonakerrosten poistamiseen. Täten selittyisi myös riittävästi keraamisilla puolijohdepäällysteillä varustettujen, DT-OS 18 14 567 mukaisten 5 58657 anodien heikkous, joissa kloorinvapauttamiskatalyytiliä varustettu aktiivinen peitekerros sijaitsee paljasta tai oksidikalvon peittämää venttiilimetallipin-taa vasten.However, it is apparent that the incorporation of a foreign substance into the support, such as the incorporation of cubic platinum at the temperatures used, is usually hexagonally more tightly packed titanium, is problematic. Likewise, the mechanical stability of the okeid layers attached to the metal is unsatisfactory, because in rapid temperature changes, due to the different shrinkage behavior, stresses are generated at the oxide-metal interface, causing oxide release, which is clearly shown by specimens oxidized at higher temperatures in air for some time. As is known, this method of rapid temperature variation is widely used in the art to remove slag layers. Thus, the weakness of 5 58657 anodes with ceramic semiconductor coatings according to DT-OS 18 14 567, in which the active cover layer provided with a chlorine release catalyst is located against a bare or oxide film-covered valve metal surface, would also be sufficiently explained.

Keksinnön perustavoitteena on nyt kehittää anodi, jossa venttiilimetallin passivoitumista vastustavat aktiiviaineet JThe basic object of the invention is now to develop an anode in which the active substances J against the passivation of the valve metal J

1. ovat paremmin kiinnitetyt alustaansa, 2. ovat liittyneet paljon suurempaan metallijohdinpintaan, joka pystyy johtamaan elektroneja, 3. ulottuvat syvälle venttiilimetallialustaan ja siten vastaavat elektro-lyysikylvyn intensiivisiä kemiallisia, mekaanisia ja eroosiovaatimuk-sia, 4. niiden ei tällä järjestelyllä tarvitse täyttää epitaksian ja suuren elektronin johtokyvyn asettamia korkeita vaatimuksia, jolloin valinta-rajoitukset ratkaisevasti putoavat pois.1. are better attached to their substrate, 2. are attached to a much larger metal conductor surface capable of conducting electrons, 3. extend deep into the valve metal substrate and thus meet the intensive chemical, mechanical and erosion requirements of the electrolysis bath, 4. do not need to meet epitaxial with this arrangement; the high demands placed on the conductivity of the high electron, whereby the constraints on choice are decisively dropped.

Tähän tavoitteeseen päästään erityisen edullisesti anodilla, jossa passivoitumista vastustavat aktiiviaineet on kiinnitetty venttiilimetallipohjaan sintrattuun, huokoiseen kantoainekerrokseen. Puhdistettuun venttiilimetallipohjaan sintrattu kantoainekerros voi olla saman metallin jauhetta tai kide-opillisesti samanlaisen metallin jauhetta. Metallipohjan esikäsittely voidaan suorittaa millä tahansa sopivalla menetelmällä, kuten syövyttämällä, poistamalla rasva höyryllä, huuhtomalla, hiomalla jne. Metallijauheosasten koko, muoto ja pinta-ala vaihtelee aineesta ja valmistustavasta riippuen. Jauhehiuk-kasten tuominen metallipohjalle ennen sintraamista voi tapahtua ruiskuttamalla, valssaamalla, sähköisesti kerrostamalla, sivelemällä ja muilla sopivilla menetelmillä. Aineen kiinnittämisen helpottamiseksi ennen sintrausprosessia, voidaan jauheeseen sekoittaa side- ja/tai tartunta-aineita. Jauheena käytetään edullisesti eri venttiilimetallijauheita, kuten titaani- tai tantalijauhetta tai venttiilimetallijauheiden sekoitusta tai venttiilimetallilejeerinkiä, joka on jauhemuodossa.This object is particularly advantageously achieved by an anode in which the anti-passivation active substances are attached to a porous support layer sintered in the valve metal base. The carrier layer sintered to the cleaned valve metal base may be a powder of the same metal or a powder of a crystallographically similar metal. The pretreatment of the metal base can be carried out by any suitable method, such as etching, degreasing by steam, rinsing, grinding, etc. The size, shape and surface area of the metal powder particles vary depending on the material and the manufacturing method. The introduction of powder particles onto the metal substrate prior to sintering can be accomplished by spraying, rolling, electrically depositing, brushing, and other suitable methods. To facilitate the attachment of the material prior to the sintering process, binders and / or adhesives may be mixed into the powder. Preferably, various valve metal powders are used as the powder, such as titanium or tantalum powder or a mixture of valve metal powders or a valve metal alloy in powder form.

Titaani-metallilla on se erikoisominaisuus, että sitä saadaan jauheena puhtaampana kuin sulassa muodossa. Tästä huolimatta on tavallisten kaupallisten jauheiden pinta valmistustavasta ja varastoinnista riippuen useimmiten absorboituneen kaasukerroksen peittämä. Ilmassa säilytettäessä muodostuu useimmiten oksidikerroksia, kun taas typpiatmosfäärissä varastoitaessa tapahtuu osittaista nitrautumista. Ennen sintrausprosessia voi pelkistävä esikäsittely tulla tarpeelliseksi. Jauheita voidaan kuitenkin tapaus tapaukselta käyttää sint-raukseen ilman esikäsittelyäkin» Suoritetuissa kokeissa kävi ilmi, että tasa-suhtaisin, pysyvin ja silti huokoinen sintrautunut kerros saadaan jauheella, jonka hiukkaskoko on lähes tasainen n. 30 P-· Osaset olivat miltei pallonmuotoisia, niin että annettu mitta on laskettu osasten läpimitasta.Titanium metal has the special property of being obtained as a powder in a purer form than in a molten form. Nevertheless, depending on the method of manufacture and storage, the surface of ordinary commercial powders is most often covered by an absorbed gas layer. When stored in air, oxide layers are most often formed, while when stored in a nitrogen atmosphere, partial nitration occurs. Prior to the sintering process, reducing pretreatment may be necessary. However, the powders can be used on a case-by-case basis for sintering without pretreatment. the dimension is calculated from the diameter of the particles.

Useissa tapauksissa, milloin halutaan jonkinverran suurempaa huokoisuutta, on suositeltavaa lisätä täyteaineita, jotka sintratessa suurimmaksi osaksi 4 58657 höyrystyvät tai poistuvat termisen hajoamisen kautta. Esimerkkeinä mainitta-koot, silti käyttökelpoisia aineita rajoittamatta, seuraavat ammoniumsuolat, kuten ammoniumperkloraatti, ammoniumkromaatti ja ammoniumsulfaatti sekä alkoholilla ohennettu hartsi.In many cases, when a somewhat higher porosity is desired, it is advisable to add fillers which, when sintered, for the most part 4,5857 evaporate or are removed by thermal decomposition. Examples include, but are not limited to, useful ammonium salts such as ammonium perchlorate, ammonium chromate and ammonium sulfate, and alcohol-diluted resin.

Venttiilimetallijauheen hapettumisen välttämiseksi sintrausprosessin -7 aikana työskennellään joko tyhjiössä lsn ja 5 x 10 torrin välillä tai määrätyssä kaasuatmosfäärissä, esim. argonissa. Kuumennusnopeus riippuu käytetyn tyhjiön asteesta tai kuumennettaessa hajoavien aineiden vaikutuksesta ilman että vahingoitetaan sintrautunutta kerrosta. Sintrauslämpötila vaihtelee me-tallijauheen tai pohjametallin mukaan 800°C:sta 2800°C:een useampien 1/4 tunnin keskeytyksin edelleen lämpötilasta riippuen.In order to avoid oxidation of the valve metal powder during the sintering process -7, work is carried out either in a vacuum between lsn and 5 x 10 torr or in a certain gas atmosphere, e.g. argon. The heating rate depends on the degree of vacuum used or the effect of the decomposing substances on heating without damaging the sintered layer. The sintering temperature varies from 800 ° C to 2800 ° C depending on the metal powder or base metal, with further 1/4 hour interruptions further depending on the temperature.

Passivoitumista vastustavat aktiiviaineet voidaan lisätä impregnoimalla ja kuivattamalla ja/tai polttamalla, eroittamalla höyryfaasista galvaanisin keinoin tai kaasufaasista. Pintajännitystä alentavien aineiden lisääminen parantaa usein tulosta. Aktiiviaineet voivat olla jo sintraussekoitukeessakin.Anti-passivation agents can be added by impregnation and drying and / or incineration, separation from the vapor phase by galvanic means or from the gas phase. The addition of surface tension reducing agents often improves the result. The active ingredients can already be present in the sintering mix.

Aktiiviaineiksi sopivat kaikki elektrolyysissä riittävästi korroosion-kestävät ja käytetyillä potentiaalialueilla hyvän elektroninjohtokyvyn omaavat aineet, joilla anodiprosessi on mahdollinen. Tällaisia ovat kaikki aluksi mainitut vaatimukset täyttävät metallit ja platinaryhmän oksidit jalojen ja/tai epäjalojen metallien väli- ja sekaoksidit tai epäjalojen metallien oksidit pelkästään. Yllättäen on käynyt ilmi, että tällä järjestelyllä jopa johtoky-kyiset epäjalot aineet antavat erinomaisia tuloksia. Laajalle levinnyt käsitys, että aktiivikerroksen täytyy aina sisältää jalometallia tai jalometalliyhdis-teitä pysyäkseen tehokkaana, on täten ensimmäistä kertaa osoitettu vääräksi.Suitable active substances are all substances which are sufficiently corrosion-resistant in electrolysis and have good electron conductivity in the potential areas used, in which the anode process is possible. Such are all metals and oxides of the platinum group meeting the requirements mentioned above, intermediate and mixed oxides of precious and / or base metals, or oxides of base metals alone. Surprisingly, it has been found that even conductive base substances give excellent results with this arrangement. Thus, the widespread notion that the active layer must always contain a noble metal or precious metal compounds in order to remain effective has been shown to be false for the first time.

Halutut aktiiviaineet eivät saa vielä yhdistämisvaiheessa olla oksidi-muodossa, vaan tämä aikaansaadaan lämpökäsittelyn ja/tai sintrausprosessin aikana tai sen jälkeen sintrautuneen kerroksen jälkikäsittelyllä.The desired active ingredients must not yet be in oxide form during the combining step, but this is achieved by post-treatment of the sintered layer during or after the heat treatment and / or sintering process.

Tuloksena tästä käsittelystä saadaan venttiilimetallipinnalle syntymään yhdistelmäaine ts. metalli-metalli- tai metalli-keramiikkayhdistelmä; ja vieläpä mekaanisesti luja, silti huokoinen, kideopillisesti samanlainen, hyvin pysyvä venttiilimetallinen kantoainekerros, joka sisältää aktiiviaineet lujasti kiinnitetyssä muodossa. Tämä osittain kermet-luonteiseksi osoittautunut kerros on siitä hyvä, että aktiiviset aineet tässä sisältyvät kantajaan, jolla on sama kiderakenne kuin perusmetallilla ja muodostaa siten perusmetallin kanssa kokonaisuuden. Tämän aktivoidun kantoainekerroksen sähkönjohtavuus on näinollen etupäässä metalliluonteista. Vaikkakin sintrautuneiden kerrosten sähköinen vastus on suurempi kuin saman metallin massiivisten osien vastus, voidaan mekaanisen lujuuden ollessa riittävä luopua venttiilimetallisesta perusrungosta ja käyttää pelkkää sintrautunutta runkoa, joka sisältää passivoitumista vastustavan aktivointiaineen. Sen lisäksi suojaa aktivoitumisaineita sisältävä sintrautunut kerros näitä mekaanisilta ja tietyssä määrin.·myös kemiallisilta 5 58657 vaikutuksilta. Täten saavutetaan lisäetuna oleellisesti pienempi amalgoitumis-arkuus. Tämä tarjoaa yksikäsitteisen parannuksen verrattuna tavanomaisiin platinoituihin titaanianodeihin, joita käytettäessä oikosulun sattuessa elohopea-katodin kanssa osa, hintaseikoista johtuen ohuesta platinakerroksesta poistuu amalgoitunisen johdosta, jolloin anodista lyhyessä ajassa tulee tehoton. Jos platinakerros sensijaan on sijoitettu keksinnön mukaisen sintrautuneen kerroksen sisään, on kosketus elohopean ja jalometallin välillä tuskin mahdollinen elohopean suuresta pintajännityksestä johtuen ja näinollen vähenemistä amalgoi-tumisen kautta ei tarvitse pelätä.As a result of this treatment, a composite material is formed on the valve metal surface, i.e. a metal-metal or metal-ceramic combination; and even a mechanically strong, yet porous, crystallographically similar, highly stable valve metal carrier layer containing the active ingredients in a firmly attached form. This layer, which has proved to be partly cermet-like, is good in that the active substances here are contained in a support which has the same crystal structure as the parent metal and thus forms an integral with the parent metal. The electrical conductivity of this activated carrier layer is thus primarily of a metallic nature. Although the electrical resistance of the sintered layers is greater than the resistance of the massive parts of the same metal, with sufficient mechanical strength, the valve metal base body can be dispensed with and a sintered body containing an anti-passivation activator alone can be used. In addition, the sintered layer containing activators protects them from mechanical and to a certain extent · also from chemical effects 5 58657. Thus, as an additional advantage, a substantially lower amalgamation tenderness is achieved. This provides an unambiguous improvement over conventional platinum-plated titanium anodes, which, when used in the event of a short circuit with the mercury cathode, partially remove the thin platinum layer due to amalgamizing due to price considerations, rendering the anode ineffective in a short time. If, instead, a platinum layer is placed inside the sintered layer according to the invention, contact between the mercury and the precious metal is hardly possible due to the high surface tension of the mercury and thus a reduction through amalgamation need not be feared.

Tähän asti on ollut välttämätöntä, että anodiin kiinnitettävät aktiivi-kerrokset ovat olleet suhteellisen lujasti kiinni ja täten olleet kestäviä mekaanisia rasituksia vastaan. Täten putosi joukko aineita käytännössä alunperin pois, vaikka ne olisivat sähköiseltä ja taloudelliselta kannalta katsottuna olleet mielenkiintoisia. Niinpä esimerkiksi ei tähän asti ole voitu teknisesti käyttää spinelliperäisiä pintakerroksia venttiilimetallipohjalla, koska spinel-lien tarttuvuus paljaaseen tai hapettavaan metallipohjaan ei ole riittävä. Tämä vahvistaa myös erään kokeen, jossa rautakromispinellillä päällystetty titaani-levy tärveltyi 27 päivän käytön jälkeen laboratoriokennossa virran tiheyden ollessa 1 A/cm saman, spinellin kestäessä sintrautuneeseen kerrokseen vietynä n. 250 päivää. Samanlaisia tuloksia saatiin myös käytettäessä lyijyn, mangaanin, raudan, koboltin, nikkelin ja wolframin oksideja ja oksidiseoksia.Until now, it has been necessary for the active layers to be attached to the anode to be relatively firmly attached and thus to withstand mechanical stresses. Thus, a number of substances fell out in practice initially, even if they were of interest from an electronic and economic point of view. Thus, for example, it has not hitherto been technically possible to use spinel-derived surface layers on a valve metal base because the adhesion of the spinels to the bare or oxidizing metal base is not sufficient. This also confirms an experiment in which an titanium plate coated with iron chromium spinel was tarnished after 27 days of use in a laboratory cell at a current density of 1 A / cm, with Spinelli lasting about 250 days when applied to the sintered layer. Similar results were obtained using oxides and oxide alloys of lead, manganese, iron, cobalt, nickel and tungsten.

Sintrautuneiden kerrosten suuresta huokoisuudesta ja tästä seuraavasta suuremmasta anodipinnasta johtuen päästään tehokkaasti samalla kuormituksella pienempään todelliseen anodivirtatiheyteen kuin tavanomaisilla metallianodeil-la. Tästä aiheutuu lisäksi useamman kymmenesosavoltin jännitesäästö.Due to the high porosity of the sintered layers and the consequent larger anode surface, a lower actual anode current density than with conventional metal anodes is effectively achieved with the same load. This also results in voltage savings of several tenths of a volt.

Keksintö tarjoaa siis sähkökemialliselle teollisuudelle joukon mitä erilaisempia elektrodiaineita, jotka hinnaltaan, kestävyydeltään ja taloudellisuudeltaan ovat huomattavasti tähänastisia elektrodiaineita edullisempia·The invention thus offers the electrochemical industry a wide variety of electrode materials which are considerably cheaper in terms of price, durability and economy than electrode materials to date.

Esitetyt teoriat on tarkoitettu ainoastaan keksinnön mukaisten elektrodien käyttötapojen valaisemiseksi ja selvittämiseksi eivätkä ole mitenkään sitovia tai millään tavalla elektrodien käyttöä rajoittavia.The theories presented are intended only to illustrate and explain the uses of the electrodes according to the invention and are in no way binding or in any way restrictive of the use of the electrodes.

Esimerkki 1Example 1

Titaanilevyä, kooltaan 100 x 100 x 1 mm, syövytetään 30 minuuttia kiehuvassa 20-paino-^:ssa suolahapossa, pestään vedellä ja huuhdellaan propanolilla. Näin esikäsitellylle levylle ruiskutetaan paineilmalla toimivaa ruiskua käyttäen sekoitusta, jossa on titaanijauhetta, polyglykoli 6000:tta ja heksanolia.The titanium plate, measuring 100 x 100 x 1 mm, is etched for 30 minutes in boiling 20% hydrochloric acid, washed with water and rinsed with propanol. The thus-pretreated plate is sprayed with a compressed air syringe using a mixture of titanium powder, polyglycol 6000 and hexanol.

20 minuutin kuivauksen jälkeen 120°Csssa kuivauskaapissa sintrataan titaanijau-hepäällyste kiinni induktiouunissa käyttäen kuumentamisnopeutta 300°C/h loppu-lämpötilan ollessa 1100°C.After drying for 20 minutes at 120 ° C, the titanium powder coating is sintered in an induction oven using a heating rate of 300 ° C / h with a final temperature of 1100 ° C.

6 58657 Näin valmistettu pohjarunko kostutetaan 1-molaarisella ruteniumkloridi-liuoksella, johon on lisätty hieman pintajännitystä alentavaa ainetta, "Erkantol". Sitten seuraa 30 minuutin lämpökäsittely 450°C:ssa. Tämä toimitus toistetaan samalla tavalla kolme kertaa.6 58657 The base body thus prepared is moistened with a 1 molar solution of ruthenium chloride to which a slightly surface tension reducing agent, "Erkantol", has been added. This is followed by a heat treatment at 450 ° C for 30 minutes. This delivery is repeated in the same way three times.

Näin valmistetulla anodilla on verrattuna samalla liuoksella tunnetulla tavalla (siis ilman sintrautunutta kerrosta) päällystettyyn anodiin paljon suurempi aktiivinen pintakerros, mistä on seurauksena samalla kuormituksella pienempi todellinen anodivirtatiheys ja siten alempi kennojännitys. Lisäksi on keksinnön mukainen anodi vielä huomattavasti kestävämpi amalgoitumista ja oikosulkua vastaan.The anode thus prepared has a much higher active surface layer compared to an anode coated with the same solution in a known manner (i.e. without a sintered layer), resulting in a lower actual anode current density and thus a lower cell voltage at the same load. In addition, the anode according to the invention is even more resistant to amalgamation and short circuit.

Esimerkki 2 400 mm pitkää 3 mm:n läpimittaista titaanisauvaa syövytetään 30 minuuttia kiehuvassa, 20-paino-^:ssa suolahapossa, pestään vedellä ja huuhdellaan propanolilla. Näin esikäsitellylle sauvalle sintrataan hiilimuotin avulla put-kiuunissa 1200°C:ssa 1 mm paksu titaanikerros. Tämä sintterisauva kyllästetään useampaan kertaan liuoksella, jossa on Mn(N0j)2*ta ja AgNO^ suhteessa 1:1 ja kuivataan ilmassa. Aktivoitumista varten pidetään sauvaa 5 minuuttia kiehuvan 20-paino-^:sen suolahapon höyrytilassa. Senjälkeen seuraa lopullinen 40:stä 5 minuuttiin kestävä kiinnipolttaminen 200 - 450°C:een lämpötiloissa.Example 2 A 400 mm long 3 mm diameter titanium rod is etched for 30 minutes in boiling 20 wt% hydrochloric acid, washed with water and rinsed with propanol. A 1 mm thick titanium layer is sintered on the rod thus pretreated by means of a carbon mold in a tube furnace at 1200 ° C. This sinter rod is impregnated several times with a solution of Mn (NO 2) 2 * and AgNO 2 in a ratio of 1: 1 and air-dried. For activation, the rod is kept for 5 minutes in the steam state of boiling 20% by weight hydrochloric acid. This is followed by a final firing for 40 to 5 minutes at temperatures of 200 to 450 ° C.

Esimerkki 3Example 3

Hienosilmäistä, kaupallisesti saatavaa platinoitua titaanipunoksista verkkometallia vedetään tahnan läpi, joka on valmistettu titaani-tantali-jauhe-seoksesta ja korkeammasta alkoholista ja sintrataan kääntöuunissa. Jalometallin korkeammasta sulamispisteestä johtuen tapahtuu sintrautuminen pääasiallisesti venttiilimetallipohjarungon jalometallivapaille pinnoille.Fine-mesh, commercially available platinum-plated titanium braided mesh metal is drawn through a paste made of a titanium-tantalum powder alloy and higher alcohol and sintered in a rotary kiln. Due to the higher melting point of the precious metal, sintering occurs mainly on the precious metal-free surfaces of the valve metal base body.

Tästä venttiilimetallisintterikerroksesta saatiin platinakerrokselle paras suoja.This valve metal sinter layer provided the best protection for the platinum layer.

Claims (5)

5865758657 1. Anodi elektrolyyttisiin prosesseihin, erityisesti klocirialkalielektru-lyysiin, joka käsittää elektroniaktiivisella pintakerroksella varustetun massiivisen metalliytimen, joka koostuu venttiilimetalleista, kuten titaanista, tantaalista, niobista, sirkonista, hafniumista, volframista, molybdeenistä ja näiden lejeeringeistä ja jonka pintakerros sisältää passivointia vastustavia aktivointiaineita, nimittäin platinaryhmän metalleja, jalometallien oksideja -myös väli- ja sekaoksideja - erityisesti platinaa, platina-iridiumlejeerinkejä, platina-ruteniumlejeerinkejä, platina-palladiumoksidia, platina-rutenium-oksidia, rutenium-palladiumoksidia, raudan, mangaanin, koboltin, lyijyn, kuparin, nikkelin, kadmiumin, tinan, antimonin oksideja ja niiden seoksia - myös väli- ja sekaoksideja -, tu nnettu siitä, että aktivointiaineet on kiinnitetty venttiilimetalliytimen päälle sintrattuun, venttiilimetallista valmistettuun huokoiseen kantoainekerrokseen.An anode for electrolytic processes, in particular cloziral alkali electrolysis, comprising a solid metal core with an electronically active surface layer consisting of valve metals such as titanium, tantalum, niobium, zirconium, hafnium, tungsten, molybdenum and platinum metals, oxides of precious metals - including intermediate and mixed oxides - in particular platinum, platinum-iridium alloys, platinum-ruthenium alloys, platinum-palladium oxide, platinum-ruthenium oxide, ruthenium-palladium oxide, iron, manganese, cobalt, cobalt, oxides of tin, antimony and mixtures thereof - including intermediate and mixed oxides - characterized in that the activating agents are attached to a porous support layer made of valve metal sintered on top of the valve metal core. 2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anodi, tunnettu siitä, että aktivointiaineet muodostavat sintratun kantoainekerroksen kanssa venttiili-metalli-jalometallityyppisen yhdistelmäaineen.Anode according to Claim 1, characterized in that the activating agents form a valve-metal-precious metal-type composite with the sintered support layer. 3. Patenttivaatimuksen 1 mukainen anodi, tunnettu siitä, että aktivointiaineet muodostavat sintratun kantoainekerroksen kanssa venttiili-metalli-keramiikkatyyppisen yhdistelmäaineen.Anode according to Claim 1, characterized in that the activating agents form a valve-metal-ceramic type composite with the sintered support layer. 4. Patenttivaatimuksen 3 mukainen anodi, tunnettu siitä, että keramiikkaosa koostuu jalojen ja/tai epäjalojen metallien oksidiseoksista.Anode according to Claim 3, characterized in that the ceramic part consists of oxide mixtures of noble and / or base metals. 5. Patenttivaatimusten 1-4 mukainen anodi, tu nnettu siitä, että huokoinen kantoainekerros koostuu hapen hapettamasta tai typen typettämästä venttiilimetallista.Anode according to Claims 1 to 4, characterized in that the porous support layer consists of oxygen-oxidized or nitrogen-nitrogenated valve metal.
FI1954/71A 1970-07-16 1971-07-09 METALLANOD FOER ELECTROCHEMICAL PROCESSER FI58657C (en)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE2035212 1970-07-16
DE2035212A DE2035212C2 (en) 1970-07-16 1970-07-16 Metal anode for electrolytic processes

Publications (2)

Publication Number Publication Date
FI58657B true FI58657B (en) 1980-11-28
FI58657C FI58657C (en) 1981-03-10

Family

ID=5776895

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
FI1954/71A FI58657C (en) 1970-07-16 1971-07-09 METALLANOD FOER ELECTROCHEMICAL PROCESSER

Country Status (16)

Country Link
JP (1) JPS529633B1 (en)
AT (1) AT313312B (en)
BE (1) BE770054A (en)
BR (1) BR7104809D0 (en)
CA (1) CA975322A (en)
CH (1) CH526993A (en)
DE (1) DE2035212C2 (en)
ES (1) ES393351A1 (en)
FI (1) FI58657C (en)
FR (1) FR2098464B1 (en)
GB (1) GB1352390A (en)
NL (1) NL167736C (en)
NO (1) NO138002C (en)
SE (1) SE371753B (en)
YU (1) YU36048B (en)
ZA (1) ZA714678B (en)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2300422C3 (en) * 1973-01-05 1981-10-15 Hoechst Ag, 6000 Frankfurt Method of making an electrode
GB2085031B (en) * 1980-08-18 1983-11-16 Diamond Shamrock Techn Modified lead electrode for electrowinning metals
CA1208167A (en) * 1982-02-18 1986-07-22 Eltech Systems Corporation Manufacture of electrodes with lead base
CA1208601A (en) * 1982-02-18 1986-07-29 Diamond Chemicals Company Electrode with lead base and method of making same
DE3613997A1 (en) * 1986-04-25 1987-10-29 Sigri Gmbh ANODE FOR ELECTROLYTIC PROCESSES
JP4585867B2 (en) * 2005-01-07 2010-11-24 ダイソー株式会社 Insoluble anode

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DD55323A (en) *
GB891720A (en) * 1958-07-24 1962-03-14 Ici Ltd Method of manufacturing electrodes
NL235848A (en) * 1959-02-06
NL250923A (en) * 1959-04-27
US3372107A (en) * 1964-01-17 1968-03-05 Klein Alfred Electrode material for electrolytic processes
GB1050430A (en) * 1964-09-07 1966-12-07
DE1567909B1 (en) * 1965-12-07 1970-07-16 Basf Ag Titanium or tantalum containing anode for horizontal electrolysis cells
GB1195871A (en) * 1967-02-10 1970-06-24 Chemnor Ag Improvements in or relating to the Manufacture of Electrodes.
GB1246447A (en) * 1967-09-26 1971-09-15 Imp Metal Ind Kynoch Ltd Improvements in or relating to the manufacture of oxide-coated electrodes for use in electrolytic processes
DE1812522A1 (en) * 1968-12-04 1970-06-18 Basf Ag Anode for alkali chloride electrolysis

Also Published As

Publication number Publication date
DE2035212C2 (en) 1987-11-12
NL7109813A (en) 1972-01-18
NO138002C (en) 1983-12-09
ES393351A1 (en) 1974-06-01
YU174071A (en) 1981-04-30
SE371753B (en) 1974-12-02
NL167736C (en) 1986-12-16
DE2035212A1 (en) 1972-01-27
NO138002B (en) 1978-02-27
ZA714678B (en) 1972-05-31
BR7104809D0 (en) 1973-04-10
NL167736B (en) 1981-08-17
FR2098464B1 (en) 1976-04-16
CH526993A (en) 1972-08-31
GB1352390A (en) 1974-05-08
AT313312B (en) 1974-02-11
YU36048B (en) 1981-11-13
CA975322A (en) 1975-09-30
JPS529633B1 (en) 1977-03-17
BE770054A (en) 1971-11-16
FR2098464A1 (en) 1972-03-10
FI58657C (en) 1981-03-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7092076B2 (en) Titanium base material, manufacturing method of titanium base material, electrode for water electrolysis, water electrolysis device
FI56859C (en) FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV EN ELEKTROD FOER ANVAENDNING VID ELEKTROLYS
FI118159B (en) Method for forming an electrocatalytic surface of an electrode and electrode
US3926773A (en) Metal anode for electrochemical processes and method of making same
JPS6257717B2 (en)
Singh et al. Preparation of thin Co3O4 films on Ni and their electrocatalytic surface properties towards oxygen evolution
KR20170013409A (en) Cathode for electrolytic processes
US4138510A (en) Metal anode for electrochemical processing and method of making same
Jović et al. Ru layers electrodeposited onto highly stable Ti2AlC substrates as cathodes for hydrogen evolution in sulfuric acid solutions
Zareyy et al. NiO/porous reduced graphene oxide as active hybrid electrocatalyst for oxygen evolution reaction
FI75872C (en) Electrode for use in an electrochemical cell and its preparation
FI58657B (en) METALLANOD FOER ELECTROCHEMICAL PROCESSER
JPH04231491A (en) Electric catalyzer cathode and its manufacture
FI56981C (en) ELECTROCHEMICAL PROCESSER AND FOUNDATION FOER DESS FRAMSTAELLNING
JPH02282491A (en) Oxygen generating anode and production thereof
JP3364500B2 (en) Ceramic anode for oxygen generation and its production and use
WO2011040464A1 (en) Electrode for generation of hydrogen, and electrolysis method
FI84496B (en) ANOD FOER ANVAENDNING FOER FRAMSTAELLNING AV VAETEPEROXIDLOESNING OCH FOERFARANDE FOER FRAMSTAELLNING AV ANODEN.
US4447302A (en) Highly porous electrodes hot pressed from nickel powder for alkaline water electrolyzers
US4089771A (en) Electrode for electrolytic process involving hydrogen generation
JPH0774470B2 (en) Manufacturing method of anode for oxygen generation
Salgado et al. Preparation and characterization of Ti/SnO2-Sb electrodes without or with a platinum interlayer using the polymeric precursor method and thermal decomposition
CN112342566B (en) Method for manufacturing electrode for electrolysis
JP2008138282A (en) Anode for alkaline electrolysis
JPH0499294A (en) Oxygen generating anode and its production