FI61725B - NYA YTTRIUMOXIDELEKTRODER OCH DERAS ANVAENDNINGSSAETT - Google Patents
NYA YTTRIUMOXIDELEKTRODER OCH DERAS ANVAENDNINGSSAETT Download PDFInfo
- Publication number
- FI61725B FI61725B FI770938A FI770938A FI61725B FI 61725 B FI61725 B FI 61725B FI 770938 A FI770938 A FI 770938A FI 770938 A FI770938 A FI 770938A FI 61725 B FI61725 B FI 61725B
- Authority
- FI
- Finland
- Prior art keywords
- electrode
- sintered
- metal
- oxides
- electrodes
- Prior art date
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C3/00—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts
- C25C3/06—Electrolytic production, recovery or refining of metals by electrolysis of melts of aluminium
- C25C3/08—Cell construction, e.g. bottoms, walls, cathodes
- C25C3/12—Anodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/02—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by shape or form
- C25B11/036—Bipolar electrodes
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/052—Electrodes comprising one or more electrocatalytic coatings on a substrate
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/055—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material
- C25B11/069—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the substrate or carrier material consisting of at least one single element and at least one compound; consisting of two or more compounds
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/075—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of a single catalytic element or catalytic compound
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
- C25C7/025—Electrodes; Connections thereof used in cells for the electrolysis of melts
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
- Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
- Conductive Materials (AREA)
- Ceramic Products (AREA)
- Adhesives Or Adhesive Processes (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
I- —____ r„, .... KUULUTUSJULKAISU ^179^ 3¾¾ W <,1>UTLAG6NINGSSKWFT ° ' ' Z 5 Π Patentti mySnetty 10 09 1932 *i5v^ ^ Patent meddelat ^ ’ (51) K».lk.3/lnt.CI.3 C 25 B 11/0* SUOM I — FI H LAN D (21) P*t*n«lh»kGinu« —ft*enttn»etu»inj 770938 (22) Hakamiipilvi — Ai»6knlnp<Ug 2U.03.77 (23) AlkupWvt—Glklghatadai 2U.03-77 (41) Tullut |ulkl*«ksl — Bllvft off«Mllg 01.10.77I- —____ r „, .... ANNOUNCEMENT ^ 179 ^ 3¾¾ W <, 1> UTLAG6NINGSSKWFT ° '' Z 5 Π Patent granted September 10, 1932 * i5v ^ ^ Patent meddelat ^ '(51) K» .lk.3 /lnt.CI.3 C 25 B 11/0 * ENGLISH I - FI H LAN D (21) P * t * n «lh» kGinu «—ft * enttn» etu »inj 770938 (22) Hakamiipilvi - Ai» 6knlnp <Ug 2U.03.77 (23) AlkupWvt — Glklghatadai 2U.03-77 (41) Tullut | ulkl * «ksl - Bllvft off« Mllg 01.10.77
Patentti, ja rekl.terih.Hitu. NlhtfvIJuIpwon |. ku«L|ullul»n pvm. - 31.05.82Patent, if rekl.terih.Hitu. NlhtfvIJuIpwon | when the date of «L | ullul» n. - 31.05.82
Patent· och ragicterstyralaan AiMttlun uthgd och utLakriftan publiearad (32)(33)(31) etueikmi·—b«|M prior.* 31.03.76 05.0U.76, 28.0U.76, 17.05.76 USA(US) 672279, 673U60, 681279, 6869U3 (71) Diamond Shamrock Technologies S.A., 3 Place Isaac Mercier, 1201 Geneve, S vei t s i -Sc hwei z (CH) (72) Vittorio de Nora, Nassau, Bahamasaaret-Bahamaöarna(BS), Placido M.U.S. Pat. No. 3,822,76, U.S. Pat. No. 3,822,76, U.S. Pat. No. 6,272,76, U.S. Pat. 673U60, 681279, 6869U3 (71) Diamond Shamrock Technologies SA, 3 Place Isaac Mercier, 1201 Geneva, S vei tsi -Sc hwei z (CH) (72) Vittorio de Nora, Nassau, Bahamas-Bahamas (BS), Placido M.
Spaziante, Milano, 'Antonio Nidola, Milano, Italia-Italien(IT) (7U ) Leitzinger Oy (5U) Uusia yttriumoksidi-elektrodeja ja niiden käyttötapoja -Nya yttriumoxidelektroder och deras användningssättSpaziante, Milan, 'Antonio Nidola, Milan, Italy-Italy (IT) (7U) Leitzinger Oy (5U) New yttrium oxide electrodes and their uses -Nya yttrium oxide electrodes and derivation methods
Keksinnön kohteena on elektrodi, jonka valmistuksessa on käytetty ainakin yhden sähköä johtavan aineen sintrattuja jauheita ja jonka pinnasta ainakin osa on varustettu ainakin yhdellä elektrokatalyy-tillä.The invention relates to an electrode in the production of which sintered powders of at least one electrically conductive substance have been used and in the surface of which at least a part is provided with at least one electrocatalyst.
Sähkökemiallisessa teollisuudessa on viime aikoina yleisesti alettu käyttää elektrolyysikennoissa anodisissa ja katodisissa reaktioissa dimensionaalisesti kestäviä elektrodeja, joilla on korvattu kuluvat hiili-, grafiitti ja lyijylejeerinkielektrodit. Ne ovat erityisen hyödyllisiä katodikennoissa, joissa tapahtuu elohopean virtausta, ja diafragmakennoissa kloorin ja lipeän valmistuksessa, sähköisissä metallien talteenottokennnoissa, joissa puhdas metalli saadaan talteen vesipitoisesta kloridi- tai sulfaattiliuoksesta, sekä laivanrunkojen ja muiden metallirakenteiden katodisessa suojauksessa.In the electrochemical industry, dimensionally resistant electrodes have recently been widely used in electrolytic cells for anodic and cathodic reactions, replacing consumable carbon, graphite and lead alloy electrodes. They are particularly useful in cathode cells with mercury flow and in diaphragm cells for chlorine and alkali production, in electronic metal recovery cells where pure metal is recovered from aqueous chloride or sulphate solution, and in the cathodic protection of ship hulls and other metal structures.
Dimensionaalisesti kestävät elektrodit käsittävät yleensä venttiili-metallisen, kuten Ti, Ta, zr, Hf, Nb ja W, alustan, jotka metallit anodisen polarisoitumisen alaisena kehittävät korroosionkestävän mutta 2 61725 sähköä johtamattoman oksidikerroksen eli "estokerroksen", ja joiden ulkopinnasta on ainakin osa päällystetty sähköäjohtavalla ja elektro-katalyyttisellä platinaryhmän metallien oksidien tai platinaryhmän metallien kerroksella (kts. amerikkalaiset patentit 3,711,385, 3,632,498 ja 3,846,273). Platinaryhmän metalleista tai platinaryhmän metallien oksideista tehdyt, tai niitä sisältävät, sähköäjohtavat ja elektrokatalyyttiset päällysteet ovat kuitenkin kalliita, ja ne lopulta kuluvat tai deaktivoituvat tietyissä elektrolyyttisissä prosesseissa, minkä vuoksi ehtyneiden elektrodien reaktivoimiseksi ne on reaktivoitava tai päällystettävä uudelleen.Dimensionally resistant electrodes generally comprise a valve-metallic substrate, such as Ti, Ta, zr, Hf, Nb and W, which under anodic polarization develops a corrosion-resistant but 2,61725 electrically non-conductive oxide layer or "barrier layer" and at least a portion of the outer surface of which is electrically coated and an electro-catalytic layer of platinum group metal oxides or platinum group metals (see U.S. Patents 3,711,385, 3,632,498 and 3,846,273). However, electrically conductive and electrocatalytic coatings made of or containing platinum group metals or oxides of platinum group metals are expensive and eventually wear or deactivate in certain electrolytic processes and therefore need to be reactivated or recoated to reactivate depleted electrodes.
Tämän tyyppisiä elektrodeja ei lisäksi voi käyttää monissa elektrolyyttisissä prosesseissa. Esimerkiksi sulissa suolaelektrolyyteissä venttiilimetallinen tuki liukenee nopeasti, koska ohut suojaava oksidi-kerros ei joko muodostu lainkaan tai sula elektrolyytti tuhoaa sen nopeasti, jolloin venttiilin metallinen alusta liukenee ja katalyyttinen jalometallipäällyste häviää. Lisäksi useissa vesipitoisissa elektrolyyteissä, kuten fluoridiliuoksissa tai merivedessä paljaan venttiili-metallisen alustan päällä olevan suojaavan oksidikerroksen hajoamis-jännite on liian alhainen, ja venttiilimetallinen alusta usein korro-doituu anodisen polarisaation alaisena.In addition, electrodes of this type cannot be used in many electrolytic processes. For example, in molten salt electrolytes, the valve metal support dissolves rapidly because a thin protective oxide layer is either not formed at all or is rapidly destroyed by the molten electrolyte, causing the metal base of the valve to dissolve and the catalytic precious metal coating to disappear. In addition, in many aqueous electrolytes, such as fluoride solutions or seawater, the decomposition voltage of the protective oxide layer on the bare valve-metal substrate is too low, and the valve-metallic substrate often corrodes under anodic polarization.
Äskettäin on ehdotettu, että muun tyyppisillä elektrodeilla korvataan nopeasti kuluvat hiilianodit ja hiilikatodit, joita tähän mennessä on käytetty voimakkaasti korrodoivissa sovellutuksissa, kuten sulien metallisuolojen elektrolyysissä, tyypillisesti sulien fluoridihauteiden elektrolyysissä valmistettaessa esimerkiksi alumiinia sulasta kryolii-tista. Tässä nimenomaisessa elektrolyyttisessä prosessissa, joka on taloudellisesti erittäin tärkeä, hiilianodeja kulutetaan noin 450 -500 kg hiiltä valmistettua alumiinitonnia kohti ja korrodoivien anodi-pintojen ja nestemäisen alumiinikatodin välisen pienen ja yhtenäisen välin säilyttämiseksi tarvitaan kallis säätölaite. Alumiinin valmistajien arvioidaan kuluttavan yhdessä vuodessa hiilianodeja yli 6 miljoonaa tonnia. Hiilianodit palavat seuraavan reaktion mukaisesti: A1203 + 3/2 C «♦ 2A1 + 3/2 C02 0 * mutta todellinen kulutusnopeus on paljon korkeampi hiilihiukkasten murtumisen ja irtoamisen vuoksi ja ajottaisen kipinöinnin vuoksi, jota tapahtuu anodisten kaasufilmien poikki, joita usein muodostuu anodi-pinnan osien päälle, koska sulat suolaelektrolyytit kostuttavat hiilen 61725 huonosti, tai oikosulun vuoksi, jonka aiheuttavat korrovoidilta hiili-anodeiltä ja kerrostuvan metallin dispergoituneista hiukkasista tulevien johtavien hiukkasten "sillat".It has recently been proposed that other types of electrodes replace fast-wearing carbon anodes and carbon cathodes hitherto used in highly corrosive applications, such as the electrolysis of molten metal salts, typically in the electrolysis of molten fluoride baths, for example in the production of aluminum from molten cryolite. In this particular electrolytic process, which is very important economically, about 450-500 kg of carbon anodes are consumed per tonne of aluminum produced, and an expensive control device is required to maintain a small and uniform gap between the corrosive anode surfaces and the liquid aluminum cathode. Aluminum manufacturers are estimated to consume more than 6 million tons of carbon anodes in one year. Carbon anodes burn according to the following reaction: A1203 + 3/2 C «♦ 2A1 + 3/2 C02 0 * but the actual consumption rate is much higher due to rupture and detachment of carbon particles and intermittent sparking across the anodic gas films often formed on the anode surface on the parts because the molten salt electrolytes dampen the carbon 61725 poorly, or due to a short circuit caused by the "bridges" of conductive particles from the corrovated carbon anodes and the dispersed particles of the deposited metal.
Englantilaisessa patentissa 1,295,117 on esitetty suliin kryoliitti-hauteisiin tarkoitettuja anodeja, jotka muodostuvat sintratusta keraamisesta oksidimateriaalista, joka sisältää oleellisesti Sn02 sekä pienehköjä määriä muita metallioksideja, nimittäin seuraavien metallien: Fe, Sb, Cr, Nb, Zn, W, Zr, Ta, oksideja 20 % asti. Vaikkakin sähköäjohtavaa Sn02, jossa on pienehköjä määriä muita metallioksi-deja, kuten Sb:n, Bi:n, Cu:n, U:n, Zn:n, Ta:n As:n, jne. oksideja, on kauan käytetty kestävänä elektrodimateriaalina vaihtovirralla toimivissa lasinsulatusuuneissa (kts. amerikkalaiset patentit 2,490,825, 2,490,826, 3,287,284 ja 3,502,597), se kuluu ja korrodoituu huomattavasti, kun sitä käytetään anodimateriaalina sulien suolojen elektrolyysissä. Edellä mainituissa patenteissa kuvatuista seoksista otettujen näytteiden perusteella olemme havainneet, että kulumisno-peudet ovat olleet 0,5 g:aan per tunti per cm asti, kun niitä on 2 käytetty sulassa kryoliittielektrolyytissä virrantiheydellä 3000 A/m . Sintrattujen Sn02-elektrodien suuren kulumisnopeuden uskotaan johtuvan useista tekijöistä: a) halogeenit vaikuttavat kemiallisesti, itse asiassa Sn^ muodostaa halogeeni-ionien kanssa komplekseja, joilla on korkea koordinaatioluku; b) elektrolyyttiin dispergoi.tunut alumiini pelkistää Sn02:a; ja c) anodinen kaasun kehittyminen aiheuttaa mekaanista eroosiota ja materiaalin huokosiin saostuu suolaa.British Patent 1,295,117 discloses anodes for molten cryolite baths consisting of a sintered ceramic oxide material containing substantially SnO 2 and minor amounts of other metal oxides, namely oxides of the following metals: Fe, Sb, Cr, Nb, Zn, W, Zr, Ta % up. Although electrically conductive SnO 2 with minor amounts of other metal oxides such as oxides of Sb, Bi, Cu, U, Zn, Ta, As, etc., has long been used as a durable electrode material. in AC glass melting furnaces (see U.S. Patents 2,490,825, 2,490,826, 3,287,284, and 3,502,597), it wears and corrodes considerably when used as an anode material in the electrolysis of molten salts. Based on samples taken from the mixtures described in the above patents, we have found that wear rates have been up to 0.5 g per hour per cm when used in molten cryolite electrolyte at a current density of 3000 A / m. The high wear rate of sintered SnO 2 electrodes is believed to be due to several factors: a) the halogens act chemically, in fact Sn 2 forms complexes with halogen ions with a high coordination number; b) aluminum dispersed in the electrolyte reduces SnO 2; and c) anodic gas evolution causes mechanical erosion and salt precipitates in the pores of the material.
Ranskalaisessa patenttijulkaisussa 2.246.657 on esitetty elektrodeja, joissa on titaanista, nikkelistä tai kuparista tai niiden lejeeringistä, grafiittihiilestä tai muusta johtavasta materiaalista tehty johtava tuki, joka on päällystetty kerroksella, joka muodostuu oleellisesti spinelli- ja/tai perovskiittityyppisistä metallioksideista, ja vaihtoehtoisesti elektrodeja, jotka on saatu sintraamalla mainittujen oksidien seoksia. Spinellioksidit ja perovskiit-tioksidit kuuluvat sellaiseen metallioksidien ryhmään, joille on tyypillistä hyvä sähkönjohtokyky ja joita on aikaisemmin ehdotettu käy-tettäyäksiy sähköäjohtavina ja elektrokatalyyttisinä anodisina päällystemateriaaleina dimensionaalisesti kestäviin venttiilimetallianodei-hin (kts. amerikkalaiset patentit 3,711,382 ja 3,711,297; belgialainen patentti 780,303).French Patent 2,246,657 discloses electrodes having a conductive support made of titanium, nickel or copper or an alloy thereof, graphite carbon or other conductive material coated with a layer consisting essentially of metal oxides of the spinel and / or perovskite type, and alternatively is obtained by sintering mixtures of said oxides. Spinel oxides and perovskite thioxides belong to a group of metal oxides which are characterized by good electrical conductivity and which have been previously proposed for use as electrically conductive and electrocatalytic anodic coating materials.
617 2 5617 2 5
Hiukkasmaisista spinelleistä ja/tai perovskiiteista tehtyjen päällysteiden on kuitenkin havaittu olevan mekaanisesti heikkoja, koska hiukkasmaisen keraamisen päällysteen ja metalli- tai hiilialustan välinen sidos on luonnostaan heikko. Tämä johtuu siitä, että spinel-lien ja perovskiittien kiderakenne ei ole isomorfinen metallituen oksidien kanssa. Erilaisia sideaineita, kuten oksideja, karbideja, nitri-dejä ja borideja on yritetty käyttää, mutta parannus on ollut vähäinen tai sitä ei ole tapahtunut lainkaan. Sulissa suolaelektrolyyteissä vaikutus alustamateriaaliin on nopea sp&nellioksidipäällysteissä väistämättä olevien huokosten vuoksi, ja päällyste lohkeaa nopeasti irti korrodoituvasta alustasta. Spinellit ja perovsklitit eivät lisäksi ole kemiallisesti tai sähkökemiallisesti stabiileja sulissa halogenidi-suolaelektrolyyteissä ja ne kuluvat huomattavan nopeasti halogenidi-ionin ja dispergoituneen metallin pelkistävän vaikutuksen johdosta.However, coatings made of particulate spinels and / or perovskites have been found to be mechanically weak due to the inherently weak bond between the particulate ceramic coating and the metal or carbon substrate. This is because the crystal structure of spinels and perovskites is not isomorphic with metal support oxides. Attempts have been made to use various binders such as oxides, carbides, nitrides and borides, but little or no improvement has occurred. In molten salt electrolytes, the effect on the substrate material is rapid due to the inevitable pores in the sponge oxide coatings, and the coating rapidly cracks off the corrodible substrate. In addition, spinels and perovskites are not chemically or electrochemically stable in molten halide-salt electrolytes and wear out remarkably rapidly due to the reducing effect of the halide ion and the dispersed metal.
Mainituilla alan aikaisemmilla anodeilla on havaittu olevan eräs toinen haitta valmistettaessa metalleja elektrolyyttisesti sulista halo-genidisuoloista. Keraamisen oksidimateriaalin huomattava liukeneminen tuo liuokseen metallikationeja, jotka kerrostuvat katodille yhdessä valmistettavan metallin kanssa, jolloin talteenotetun metallin epäpuhtauksien määrä on niin suuri, että metallia ei voi enää käyttää elektrolyyttipuhtautta vaativissa sovellutuksissa. Tällaisissa tapauksissa menetetään osittain i.tai kokonaan elektrolyyttisen prosessin taloudelliset edut, jotka suurelta osalta johtuvat siitä suuresta puhtaudesta, joka voidaan saavuttaa sulatusprosesseihin verrattuna.Said prior art anodes have been found to have another disadvantage in the preparation of metals from electrolytically molten halide salts. The considerable dissolution of the ceramic oxide material introduces into the solution metal cations which deposit on the cathode together with the metal to be manufactured, so that the amount of impurities in the recovered metal is so great that the metal can no longer be used in electrolyte purity applications. In such cases, part or all of the economic advantages of the electrolytic process are lost, largely due to the high purity that can be achieved compared to smelting processes.
Elektrodimateriaalin, jota voidaan menestyksellisesti käyttää voimakkaasti korrodoivissa olosuhteissa, kuten sulien halogenidisuolojen elektrolyysissä ja erityisesti sulien fluoridisuolojen elektrolyysissä, tulisi ensi sijassa olla kemiallisesti ja sähkökemiallisesti stabiili käyttöolosuhteissa. Sen tulisi olla myös katalyyttinen hapen ja/tai halogenidien anodisen kehittymisen suhteen, jolloin anodin ylipotentiaa-li on alhaisin ja elektrolyysiprosessin kokonaistehokkuus korkea. Elektrodin tulisi olla myös termisesti stabiili käyttölämpötiloissa, so. noin 200 - 1100°C, sillä tulisi olla hyvä sähkönjohtokyky ja sen tulisi kestää riittävästi satunnaista kosketusta sulan metallikato-din kanssa. Lukuunottamatta päällystettyjä elektrodeja, koska tuskin mikään metallialusta voisi kestää niitä äärimmäisen korrodoivia olosuhteita, jotka vallitsevat sulan fluoridisuolan elektrolyysissä, olemme systemaattisesti testanneet erittäin monien sintrattujen, 61725 oleellisesti keraamisten ja koostumukseltaan erilaisten elektrodien suorituskyvyt.The electrode material that can be successfully used under highly corrosive conditions, such as the electrolysis of molten halide salts, and in particular the electrolysis of molten fluoride salts, should primarily be chemically and electrochemically stable under the conditions of use. It should also be catalytic for the anodic evolution of oxygen and / or halides, with the lowest potential potential of the anode and high overall efficiency of the electrolysis process. The electrode should also be thermally stable at operating temperatures, i.e. about 200 to 1100 ° C, it should have good electrical conductivity and should withstand sufficient accidental contact with the molten metal roof. With the exception of coated electrodes, since hardly any metal substrate could withstand the extremely corrosive conditions that prevail in the electrolysis of a molten fluoride salt, we have systematically tested the performance of a very large number of sintered, 61725, substantially ceramic electrodes of various compositions.
Nyttemmin on havaittu, että erittäin tehokkaita liukenemattomia elektrodeja voidaan valmistaa sintraamalla yttriumoksidi ja vähintään yksi sähköäjohtava aine vahvikkeettomaksi kappaleeksi ja varustamalla ainakin sen pinta ainakin yhdellä elektrokatalyytiliä.It has now been found that highly efficient insoluble electrodes can be made by sintering yttrium oxide and at least one electrically conductive substance into a non-reinforced body and providing at least one surface thereof with at least one electrocatalyst.
Keksinnön mukaiset sintratut yttriumoksidi-elektrodit ovat erityisen hyödyllisiä sähkökemiallisissa talteenottoprosesseissa, joita käytetään valmistettaessa erilaisia metalleja, kuten alumiinia, magnesiumia, natriumia, kaliumia, kalsiumia, litiumia ja muita metalleja sulista suoloista. Yttriumoksidin ja ainakin yhden sähköäjohtavan aineen, kun niitä käytetään anodina sulien suolaelektrolyyttien tasavirta-elektrolyy&issä, on havaittu olevan epätavallisen stabiileja inerttinä, dimensionaalisesti kestävänä anodina, jonka sähkönjohtavuus on riittävä. Kun niiden pinta varustetaan oksidi-elektrokatälyyteillä, kuten seuraavilla: CO^C^, Ni^O^, Mn02, Rh203, Ir02, ^^2' A^20, 3ne·' niillä on korkea elektrokatalyyttinen aktiivisuus, erityisesti kloorin kehityksen suhteen.The sintered yttrium oxide electrodes of the invention are particularly useful in electrochemical recovery processes used in the preparation of various metals such as aluminum, magnesium, sodium, potassium, calcium, lithium and other metals from molten salts. Yttrium oxide and at least one electrically conductive substance, when used as an anode in direct current electrolysis of molten salt electrolytes, have been found to be unusually stable as an inert, dimensionally stable anode with sufficient electrical conductivity. When provided with oxide electrocoaters such as CO 2 Cl 2, Ni 2 O 2, MnO 2, Rh 2 O 3, IrO 2, N 2 O 2, N 2 O 3, 3ne · ', they have a high electrocatalytic activity, especially with respect to chlorine evolution.
Nimityksellä "sintrattu yttriumoksidi” tatkoitetaan vahvikkeetonta, oleellisesti jäykkää kappaletta, joka muodostuu pääasiassa yttrium-oksidista ja vähintään yhdestä sähköäjohtavasta aineesta ja joka on valmistettu millä tahansa tunnetulla, keraamisessa teollisuudessa käytetyllä menetelmällä, kuten kohdistamalla yttriumoksidin ja muiden materiaalien jauhemaiseen seokseen tietty lämpötila ja paine niin, että seos saa halutun koon ja muodon, tai valamalla materiaali muotteihin, suulakepuristamalla tai käyttämällä sideaineita jne. ja sen jälkeen sintraamalla muovattu kappale korkeassa lämpötilassa vahvikkeettomaksi elektrodiksi.The term "sintered yttrium oxide" refers to a non-reinforced, substantially rigid body consisting essentially of yttrium oxide and at least one electrically conductive material, made by any known method used in the ceramic industry, such as subjecting a powder mixture of yttrium oxide and other materials to a certain temperature. that the mixture obtains the desired size and shape, or by casting the material into molds, extruding or using binders, etc., and then sintering the molded body at high temperature into a non-reinforced electrode.
Sintrattujen keraamisten elektrodien sähkönjohtavuutta parannetaan lisäämällä seokseen 0,1 - 20 painoprosenttia vähintään yhtä sähköä-johtavaa ainetta valittuna ryhmästä, johon kuuluvat (A) tehostusoksi-dit, tyypillisesti sellaisten metallien oksidit, joiden valenssi on alhaisterÄjbi tai korkeampi kuin niiden oksidien, jotka muodostavat matriisin, metallien valenssi, esimerkiksi maa-alkalimetallien Ca, Mg, Sr ja Ba oksidit ja metallien, kuten Zn, Cd, In2, Tl2, As2,The electrical conductivity of sintered ceramic electrodes is improved by adding to the mixture 0.1 to 20% by weight of at least one electrically conductive material selected from the group consisting of (A) enhancement oxides, typically oxides of metals having a low valence or higher valence than the oxides forming the matrix. the valence of metals, for example oxides of the alkaline earth metals Ca, Mg, Sr and Ba and metals such as Zn, Cd, In2, Tl2, As2,
Sb2» Bi2 ja Sn oksidit; (B) oksidit, jotka ovat sähköäjohtavia 6 61725 sisäisten Redox-systeemien vuoksi, kuten spinellioksidit, perovskiitti-oksidit jne.; (C) oksidit, jotka ovat sähköäjohtavia metalli-metalli-sidosten ansiosta, kuten CrC^, MnC^, TiO, jne.; venttiilimetal- lien, kuten Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo ja W boridit, silisidit, karbidit ja sulfidit, tai metallit Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pd ja Ag tai niiden lejeeringit tai yhdisteiden (A) ja/tai (B) ja/tai (C) seokset.Sb2 »Bi2 and Sn oxides; (B) oxides that are electrically conductive due to 6,61725 internal Redox systems, such as spinel oxides, perovskite oxides, etc .; (C) oxides that are electrically conductive due to metal-to-metal bonds, such as CrCl 2, MnCl 2, TiO, etc .; borides, silicides, carbides and sulphides of valve metals such as Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo and W, or metals Y, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Pd and Ag or their alloys or mixtures of compounds (A) and / or (B) and / or (C).
Sekoittamalla matriisimateriaalin jauheen kanssa pieni määrä, tyypillisesti 0,5 - noin 30 % sopivan elektrokatalyyttisen aineen jauheita ja sintraamalla seos vahvikkeettomaksi kappaleeksi saadaan kappale, jolla elektrodina käytettäessä on tyydyttävät sähköäjohtavat ja elektrokatalyyttiset ominaisuudet ja joka säilyttää kemiallisen sta-biilisuutensa myös silloin, kun mukaan sekoitettu katalyytti ei sinänsä kestäisi elektrolyytin olosuhteita.By mixing a small amount, typically 0.5 to about 30% of powders of a suitable electrocatalytic material with the powder of the matrix material and sintering the mixture into a non-reinforced body, a body is obtained which has satisfactory electrically conductive and electrocatalytic properties when used as an electrode and retains its chemical stability even when mixed would not in itself withstand electrolyte conditions.
Katalyytti voi olla metalli tai epäorgaaninen oksiyhdiste. Suositeltuja mukaan sekoitettuja katalyyttijauheita ovat jauhemaiset metallit Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Fe, Co, Ni, Cu ja Ag, erityisesti platinaryhmän metallit; metallien Mn, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Ag, As, Sb ja Bi jauhemaiset oksiyhdisteet ja erityisesti platinaryhmän metallien oksiyhdisteet.The catalyst may be a metal or an inorganic oxy compound. Preferred mixed catalyst powders include the powdered metals Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Fe, Co, Ni, Cu and Ag, especially platinum group metals; powdered oxy compounds of the metals Mn, Fe, Co, Ni, Ru, Rh, Pd, Ir, Pt, Ag, As, Sb and Bi, and in particular oxy compounds of platinum group metals.
Erityisesti suositeltuja ovat 0MnO2, Co^O^, Rl^O-j, Ir02, Ru02' A<?20' A<^2°2' a^2°3' As2°3' S^2°37 Bi2°3' CoMn2°4' NiMn20^, CoRh^O^ ja NiCo204 ja mainittujen jauhemaisten metallien ja oksiyhdisteiden seokset .Particularly preferred are 0MnO2, Co ^ O ^, R1 ^ Oj, IrO2, RuO2 'A <? 20' A <^ 2 ° 2 'a ^ 2 ° 3' As2 ° 3 'S ^ 2 ° 37 Bi2 ° 3' CoMn2 ° 4 'NiMn 2 O 2, CoRh 2 O 2 and NiCl 2 O 4 and mixtures of said powdered metals and oxy compounds.
Yttriumoksidiin on havaittu olevan erityisen edullista lisätä sellaista ainetta kuin stanno-oksidia, zirkoniumoksidia ja vastaavaa. Edelleen on havaittu, että lisäämällä pieni määrä vähintään yhtä metallia ryhmästä, johon kuuluvat yttrium, kromi, molybdeeni, zirkonium, tantaali, volframi, koboltti, nikkeli, palladium ja hopea, sintrattujen yttrium-oksidielektrodien sekä mekaaniset että sähkönjohto-ominaisuudet paranevat pienentämättä huomattavasti niiden kemiallista ja sähkökemiallista korroosionkestävyyttä.It has been found to be particularly advantageous to add a substance such as stannous oxide, zirconia and the like to yttrium oxide. It has further been found that the addition of a small amount of at least one metal from the group consisting of yttrium, chromium, molybdenum, zirconium, tantalum, tungsten, cobalt, nickel, palladium and silver improves both mechanical and electrical properties of sintered yttrium oxide electrodes without significantly reducing their chemical and electrochemical corrosion resistance.
y Nämä lisäaineet lisätään jauhemuodossa ja sekoitetaan jauhemaisen yttriumoksidin kanssa prosenttimäärä, joka voi vaihdella 40 - 1 % laskettuna metallipitoisuuden painosta. Vaihtoehtoisesti jauheseokseen 61725 voidaan lisätä vielä joitakin muita orgaanisia ja/tai epäorgaanisia yhdisteitä hiukkasten sitoutumisen parantamiseksi sekä valu- että sintrausprosessien aikana.y These additives are added in powder form and mixed with powdered yttrium oxide in a percentage which may vary from 40 to 1% by weight of the metal content. Alternatively, some other organic and / or inorganic compounds may be added to the powder mixture 61725 to improve particle binding during both casting and sintering processes.
Anodien, jotka sisältävät pääkomponenttina Y203, sularoispist6 on korkea, paljon yli käytettyjen sulien suolaelektrolyyttien lämpötilan, ja niissä ei tapahdu faasimuutöksia elektrolyysin käyttöolosuhteissa. Lisäksi lämpöpitenemiskerroin ei eroa paljon sulissa suolahauteissä käytettyjen halogenidisuolojen kertoimista, mikä auttaa säilyttämään oikean elektrodivälin anodin ja katodin välillä ja estää laajenemiset ja supistumiset, jotka saattaisivat murtaa sulan suolaelektrolyysin päällä olevan suolakuoren normaalissa alumiinin sähkökemiallisessa talteenottoprosessissa.Anodes containing Y 2 O 3 as the main component have a high melting point, well above the temperature of the molten salt electrolytes used, and do not undergo phase changes under the operating conditions of the electrolysis. In addition, the coefficient of thermal elongation does not differ much from the coefficients of halide salts used in molten salt baths, which helps maintain the correct electrode gap between anode and cathode and prevents expansions and contractions that could break the molten salt electrolytic salt shell in normal aluminum electrochemical chemistry.
Keksinnön mukaisten sintrattujen yttriumoksidi-elektrodien johtavuus on verrattavissa grafiitin johtavuuteen. Matriisin työstettävyys on riittävä muovaus- ja sintraustoimenpiteissä, ja matriisi muodostaa käytössä pinnalleen ohuen kerroksen oksihalogenideista anodisissa olosuhteissa. Yttriumoksidin vapaa muodostumisenergia on paljon negatiivisempi kuin vastaavan sulan halogenidifaasisen suolaelektrolyytin oksidin vapaa muodostumisenergia, joten tällaiset sintratut yttrium-oksidi-anodit ovat kemiallisesti hyvin stabiileja.The conductivity of the sintered yttrium oxide electrodes according to the invention is comparable to that of graphite. The machinability of the matrix is sufficient in molding and sintering operations, and in use the matrix forms a thin layer of oxyhalides on its surface under anodic conditions. The free formation energy of yttrium oxide is much more negative than the free formation energy of the corresponding molten halide-phase salt electrolyte, so that such sintered yttrium oxide anodes are chemically very stable.
Keksinnön mukaisia sintrattuja yttriumoksidi-elektrodeja voidaan käyttää myös bipolaarisina elektrodeina. Tämän jälkimmäisen suoritusmuodon mukaisesti sintrattuja yttriumoksidi-elektrodeja voidaan valmistaa helposti laattana tai levynä, jolloin toinen elektrodin pääpinnoista on varustettu kerroksella, joka sisältää anodisen elektrokatalyytin, kuten oksideja CO-jO^, Νΐ-^Ο^, Mn02, Rh2°3' Ir02, Ru02' A920 jne·» ja toinen pääpinta on varustettu kerroksella, joka sisältää sopivia katodisia aineita, kuten Metallien, erityisesti venttiilimetallien ja kaikkein parhaiten yttriumin, titaanin ja zirkoniumin karbideja, borideja, nitridejä, sulfideja, karbonitridejä jne.The sintered yttrium oxide electrodes according to the invention can also be used as bipolar electrodes. According to the latter embodiment, the sintered yttrium oxide electrodes can be easily manufactured as a plate or sheet, one of the main surfaces of the electrode being provided with a layer containing an anodic electrocatalyst such as oxides CO-JO 2, Νΐ- ^ Ο ^, MnO 2, Rh 2 ° 3 'IrO 2, RuO 2. 'A920, etc., and the second main surface is provided with a layer containing suitable cathodic substances, such as carbides, borides, nitrides, sulfides, carbonitrides, etc. of metals, especially valve metals and most preferably yttrium, titanium and zirconium.
Vahvikkeeton sintrattu kappale, joka muodostuu yttriumoksidin pääosasta, voidaan valmistaa jauhamalla materiaalit yhdessä tai erikseen, parhaiten raekokoon välillä 50 - 500 mikronia niin, että saadaan jauheseos,. joka sisältää eri kokoisia rakeita varman tiivistymisen aikaansaamiseksi. Erään suositellun menetelmän mukaisesti jauheiden seos sekoitetaan veden tai orgaanisen sideaineen kanssa niin, että 61725 8 saadaan plastinen massa, jonka virtausominaisuudet sopivat kyseiseen käytettyyn muovausprosessiin. Materiaali voidaan valaa tunnetulla tavalla joko sullomalla tai puristamalla seos muottiin tai valamalla kipsimuottiin tai materiaali voidaan suulakepuristaa suuttimen läpi eri muotoihin.An unreinforced sintered body consisting of a major portion of yttrium oxide can be prepared by grinding the materials together or separately, preferably to a grain size of between 50 and 500 microns to give a powder mixture. containing granules of different sizes to provide secure compaction. According to a preferred method, the mixture of powders is mixed with water or an organic binder so as to obtain a plastic mass 61725 8 with flow properties suitable for the molding process used. The material can be cast in a known manner either by compressing or pressing the mixture into a mold or by casting into a gypsum mold, or the material can be extruded through a nozzle into various shapes.
Tämän jälkeen valetut elektrodit kuivataan ja niitä kuumennetaan lämpötilassa, jossa haluttu sitoutuminen voi tapahtua, tavallisesti välillä 800 - 1800°C 1-30 tuntia, minkä jälkeen tavallisesti jäähdytetään hitaasti huoneen lämpötilaan. Lämpökäsittely suoritetaan parhaiten inertissä kaasukehässä tai hieman pelkistävässä kaasukehässä, esimerkiksi H2 + N2 (80 %) kaasukehässä, kun jauhemainen seos koostuu oleellisesti yttriumoksidistä ja sisältää pienehkön osan muita metallioksi-deja tai metalleja.The cast electrodes are then dried and heated to a temperature at which the desired binding can occur, usually between 800 and 1800 ° C for 1 to 30 hours, followed by slow cooling to room temperature. The heat treatment is best performed in an inert atmosphere or a slightly reducing atmosphere, for example H 2 + N 2 (80%), when the powder mixture consists essentially of yttrium oxide and contains a minor proportion of other metal oxides or metals.
Kun jauhemainen seos sisältää myös metallijauheita, lämpökäsittely suoritetaan parhaiten hapettavassa kaasukehässä, ainakin lämpökäsittely jakson yhdeltä osalta, jotta metallihiukkaset hapettuisivat paremmin elektrodien ulkokerroksissa. Sintratun materiaalikappaleen sisälle jäävät metallihiukkaset parantavat elektrodin sähkönjohto-ominaisuuksia.When the powder mixture also contains metal powders, the heat treatment is best performed in an oxidizing atmosphere, at least in one part of the heat treatment cycle, in order to better oxidize the metal particles in the outer layers of the electrodes. The metal particles inside the sintered piece of material improve the electrical conductivity of the electrode.
Muovausprosessia voi seurata sintrausprosessi korkeassa:lämpötilassa, kuten edellä mainittiin tai muovausprosessi ja sintrausprosessi voivat olla samanaikaisia, so. jauheseokseen voidaan kohdistaa samanaikaisesti tietty lämpötila ja paine, esimerkiksi sähköisesti kuumennettujen muottien avulla. Lyijyliittimet voidaan sulattaa keraamisiin elektrodeihin valamisen ja sintrauksen aikana tai ne voidaan kiinnittää elektrodeihin sintrauksen tai valun jälkeen. Yttriumoksidi-jauheseoksen muovaamiseksi, puristamiseksi ja sintraamiseksi voidaan luonnollisesti käyttää myös muita menetelmiä.The molding process may be followed by a sintering process at a high temperature, as mentioned above, or the molding process and the sintering process may be simultaneous, i. a certain temperature and pressure can be applied to the powder mixture at the same time, for example by means of electrically heated molds. Lead connectors can be fused to ceramic electrodes during casting and sintering, or they can be attached to electrodes after sintering or casting. Of course, other methods can be used to form, compress and sinter the yttrium oxide powder mixture.
Elektrokatalyytiliä, joka tavallisesti kustannussyistä laitetaan elektrodin pinnalle, tulisi olla hyvä stabiilisuus, halutun anodi-reaktion suhteen alhainen anodinen ylipotentiaali ja korkea anodinen ylipotentiaali ei-haluttujen reaktioiden suhteen. Kun on kysymys,, kloorin kehittämisestä, voidaan käyttää koboltin, nikkelin, iridiumin, rhodiumin, ruteniumin öksidia tai niiden sekaoksideja, kuten RuC^ -TiC>2 jne. Kun on kysymys fluoridia sisältävistä elektrolyyteistä, joissa hapen kehittyminen on haluttu anodireaktio, suositeltavia ovat 61725 hopean ja mangaanin oksidit. Myös platinan, palladiumin ja lyijyn oksideja voidaan käyttää elektrokatalyytteinä.The electrocatalyst account, which is usually placed on the surface of the electrode for cost reasons, should have good stability, a low anodic overpotential for the desired anode reaction, and a high anodic overpotential for undesired reactions. In the case of chlorine evolution, cobalt, nickel, iridium, rhodium, ruthenium oxide or mixed oxides thereof such as RuCl 2 -TiO 2, etc. can be used. oxides of silver and manganese. Oxides of platinum, palladium and lead can also be used as electrocatalysts.
Myrkkyjä, joilla tukahdutetaan ei-haluttu anodireaktio, voidaan käyttää, esimerkiksi tukahduttamaan hapen kehittymistä kloridielektro-lyyteistä. Tällöin tulisi käyttää sellaisia myrkkyjä, joilla on korkea hapen ylipotentiaali, sopivia materiaaleja ovat arseenin, antimonin ja vismutin oksidit. Näitä oksideja, joita käytetään pieninä prosenttimäärinä, voidaan laittaa elektrokatalyyttioksideihin 1 - 10 % elektro-katalyytistä laskettuna vastaavien metallien painosta.Toxins that suppress an undesired anode reaction can be used, for example, to suppress the evolution of oxygen from chloride electrolytes. In this case, toxins with high oxygen excess potential should be used, suitable materials are oxides of arsenic, antimony and bismuth. These oxides, which are used in small percentages, can be introduced into the electrocatalyst oxides from 1 to 10% of the electrocatalyst, based on the weight of the corresponding metals.
Elektrokatalyytin ja mahdollisesti myrkyttävän aineen lähettäminen voidaan suorittaa millä tahansa tunnetulla päällystysmenetelmällä. Elektrokatalyytti ja mahdollinen myrkyttävä aine levitetään parhaiten sintratuille yttriumoksidi-elektrodeille metallien hajoavien suolojen liuoksena. Sintrattu yttriumoksidi-kappäle kyllästetään liuoksella, joka sisältää kyseisiä metallisuoloja, ja kuivataan. Tämän jälkeen elektrodia kuumennetaan ilmassa tai muussa happea sisältävässä kaasukehässä suolojen muuntamiseksi halutuiksi oksideiksi.The delivery of the electrocatalyst and possibly the toxicant can be performed by any known coating method. The electrocatalyst and any toxicant are best applied to the sintered yttrium oxide electrodes as a solution of decomposing salts of metals. The sintered yttrium oxide block is saturated with a solution containing the metal salts in question and dried. The electrode is then heated in air or other oxygen-containing atmosphere to convert the salts to the desired oxides.
Tavallisesti sintratun yttriumoksidi-kappaleen huokoisuuden ja menetelmän, jolla sintratun kappaleen pintakerrokset kyllästetään metalli-suoloilla, tulisi olla sellaiset, että liuos tunkeutuu vähintään 1-5 mm, parhaiten 3 mm syvyydelle elektrodin pinnasta sisäänpäin niin, että lämpökäsittelyn jälkeen elektrokatalyyttejä on sintratun yttriumoksidi-kappaleen huokosissa tiettyyn syvyyteen asti elektrodien pinnasta sisäänpäin.Generally, the porosity of the sintered yttria body and the method by which the surface layers of the sintered body are impregnated with metal salts should be such that the solution penetrates to a depth of at least 1-5 mm, preferably 3 mm inwardly from the electrode surface. up to a certain depth from the surface of the electrodes inwards.
Sopivalla jauhesekoitustekniikalla voidaan vaihtoehtoisesti jauhaa esimuovatut elektrokatalyyttioksidit ja mahdolliset esimuovatut myrkyttävät oksidit jauhemuotoon ja lisätä jauheseokseen elektrodien valamisen aikana sellaisella tavalla, että valettujen elektrodien ulkokerrokset rikastuvat elektrokatalyyttioksidien ja mahdollisten myrkyttävien oksidien jauheiden suhteen muovausprosessin aikana, jolloin elektrokatalyytti on jo elektrodien pinnalla sintrauksen jälkeen.Alternatively, the preformed electrocatalyst oxides and any preformed toxic oxides can be ground to a powder form by a suitable powder mixing technique and added to the powder mixture during electrode casting so that the outer layers of the cast electrodes are enriched with electrocatalyst oxides
Keksinnön^'mukaisia sintrattuja yttriumoksidi-elektrodeja voidaan käyttää bipolaarisina elektrodeina. Keksinnön tämän suoritusmuodon mukaisesti yttriumoksidi-elektrodien toinen pinta voidaan varustaa anodisella elektrokatalyytiliä ja mahdollisesti ei-halutun anodi- 10 61 725 reaktion myrkyllä jollakin edellä esitetyllä menetelmällä, kun taas toinen pinta voidaan varustaa sopivasta katodimateriaalista olevalla päällysteellä. Esimerkiksi bipolaarisen elektrodin pinta, jöka toimii elektrolyysiprosessin aikana katodina, voi olla varustettu yttriumin, tantaalin, titaanin, zirkoniumin jne. metallikarbideilla, -borideilla, -nitrideillä, -sulfideilla ja/tai -karbonitrideillä.The sintered yttrium oxide electrodes of the invention can be used as bipolar electrodes. According to this embodiment of the invention, one surface of the yttrium oxide electrodes may be provided with an anodic electrocatalyst and possibly an undesired anode reaction poison by any of the methods described above, while the other surface may be provided with a coating of a suitable cathode material. For example, the surface of the bipolar electrode acting as a cathode during the electrolysis process may be provided with metal carbides, borides, nitrides, sulfides and / or carbonitrides of yttrium, tantalum, titanium, zirconium, etc.
Eräs suositeltu kerroksen asettamismenetelmä on plasmasuihkutekniikka, jossa valittujen materiaalien jauheet suihkutetaan ja kiinnitetään sintratun yttriumoksidi-kappaleen pinnalle liekin avulla säädetyssä kaasukehässä. Valittu jauhemainen materiaali voidaan vaihtoehtoisesti lisätä muovausprosessin aikana yttriumoksidi-jauheseokseen ja näin sintrata yhdessä, jolloin bipolaarisen elektrodin katodipinta tulee varustetuksi valitun katodimateriaalin kerroksella.One preferred method of depositing the layer is the plasma spray technique, in which powders of selected materials are sprayed and fixed to the surface of a sintered yttrium oxide body in a flame-controlled atmosphere. Alternatively, the selected powdered material may be added to the yttrium oxide-powder mixture during the molding process and thus sintered together, whereby the cathode surface of the bipolar electrode becomes provided with a layer of the selected cathode material.
Sopivalla elektrokatalyytillä aktivoitua sintrattua yttriumoksidia voidaan käyttää kulumattomana elektrodina sulien suolojen elektrolyysissä ja muissa prosesseissa, joissa johdetaan sähkövirta elektrolyytin läpi elektrolyytin hajottamiseksi, orgaanisten ja epäorgaanisten yhdisteiden hapettamiseksi tai pelkistämiseksi tai katodipötentiaalin syöttämiseksi metallirakenteeseen, joka on tarkoitus suojata korroosiolta, sekä primäärisinä että sekundäärisinä paristoina, jotka sisältävät sulia suoloja, kuten alumiinihalogenideja - alkalimetallihalo-genideja. Keksinnön mukaiset elektrodit voidaan polarisoida anodeina tai katodeina tai niitä voidaan käyttää bipolaarisina elektrodeina, jolloin elektrodin toinen pinta tai pää toimii anodina ja elektrodin vastakkainen pinta tai pää toimii katodina elektrolyytin suhteen, joka on vastaavasti kosketuksessa elektrodin kummankin pinnan päässä, elektrolyysialalla tunnetulla tavalla.Sintered yttrium oxide activated with a suitable electrocatalyst can be used as a non-wearing electrode in molten salt electrolysis and other processes in which an electric current is passed through the electrolyte to decompose the electrolyte, oxidize or reduce organic and inorganic compounds. molten salts such as aluminum halides - alkali metal halides. The electrodes of the invention may be polarized as anodes or cathodes, or may be used as bipolar electrodes, with one surface or end of the electrode acting as an anode and the opposite surface or end of the electrode acting as a cathode with respect to an electrolyte in contact with each end of the electrode.
Keksinnön mukainen elektrolyysikenno on kenno, joka on varustettu vähintään yhdellä erillään olevan anodin ja katodin ryhmällä ja laitteilla, joilla elektrolyysivirta syötetään kennoon, jolloin anodi on edellisen tarkastelun mukainen dimensionaalisesti kestävä, kolmikomponenttinen elektrodi. Kennoa käytetään parhaiten sulien metallisuolojen, kuten alumiinikloridin, elektrolyysiin.The electrolysis cell according to the invention is a cell provided with at least one separate anode and cathode array and devices for supplying the electrolysis current to the cell, the anode being a dimensionally durable, three-component electrode according to the previous discussion. The cell is best used for the electrolysis of molten metal salts such as aluminum chloride.
Seuraavissa esimerkeissä on kuvattu useita suositeltuja suoritusmuotoja keksinnön havainnollistamiseksi. Keksinnön ei ole kuitenkaan tarkoitus rajoittua tiettyihin suoritusmuotoihin. Elektrodikomponent- 11 61 725 tien prosenttiluvut on laskettu painoprosentteina vapaana metallina seoksen koko metallipitoisuudesta.The following examples illustrate several preferred embodiments to illustrate the invention. However, the invention is not intended to be limited to certain embodiments. The percentages of the electrode component paths are calculated as weight percent free metal of the total metal content of the alloy.
Esimerkki 1Example 1
Noin 250 g seosta, joka sisälsi taulukossa I esitettyjä matriisima- teriaalia ja lisäaineita, jauhettiin 20 minuuttia sekoittimessa ja jauheseokset kaadettiin sylinterimäisiin muovimuotteihin ja esipuris- tettiin käsin teräksisellä sylinteripuristimella. Jokainen muotti asetettiin isostaattiseen painekammioon ja paine nostettiin 5 minuu- 2 tissa noin 1500 kg/cm 3a laskettiin sen jälkeen nollaan muutamassa sekunnissa. Näytteet poistettiin sen jälkeen muovimuoteista ja kiilloitettiin. Puristetut näytteet asetettiin sähköisesti kuumennettuun uuniin ja ne kuumennettiin 24 tunnin aikana huoneen lämpötilasta 1200°C:een typpikaasukehän alaisena. Maksimilämpötila pidettiin 2-5 tuntia, minkä jälkeen jäähdytys 300°C:een tapahtui seuraavan 24 tunnin aikana. Sintratut näytteet poistettiin sen jälkeen uunista ja huoneen lämpötilaan jäähtymisen jälkeen ne punnittiin ja mitattiin niiden näennäistiheys ja sähkönjohtavuus 25°C:ssa ja l000°C:ssa. Tulokset on ilmoitettu taulukossa I.About 250 g of the mixture containing the matrix material and additives shown in Table I was ground in a mixer for 20 minutes and the powder mixtures were poured into cylindrical plastic molds and pre-compressed by hand with a steel cylinder press. Each mold was placed in an isostatic pressure chamber and the pressure was raised in 5 minutes to about 1500 kg / cm 3a and then lowered to zero in a few seconds. The samples were then removed from the plastic molds and polished. The compressed samples were placed in an electrically heated oven and heated for 24 hours from room temperature to 1200 ° C under a nitrogen atmosphere. The maximum temperature was maintained for 2-5 hours, after which cooling to 300 ° C took place over the next 24 hours. The sintered samples were then removed from the furnace and, after cooling to room temperature, weighed and measured for apparent density and electrical conductivity at 25 ° C and 1000 ° C. The results are reported in Table I.
« I.«I.
12 6172512 61725
Taulukko ITable I
Näyte Koostumus Sintrausai- Näenn. Sähkönjohtavuus __ n:o paino-% ka maksiläm- tiheys, 1000°c:ssa 250°C:ssa pötilassa, h g/cm3 Ω“1 cm”1 Ω-1 cm-1 A Y203 75 5 5,2Sample Composition Sintering Appearance Electrical conductivity __ No.% by weight and max. Thermal density, at 1000 ° C at 250 ° C at a temperature, h g / cm3 Ω “1 cm” 1 Ω-1 cm-1 A Y203 75 5 5.2
Ti_0, 25 0,001 j ——-_-----—--— -'-------- Y203 65 1 Ti2°3 15 5 5,2 0,2Ti_0, 25 0.001 j ——-_-----—--— -'-------- Y203 65 1 Ti2 ° 3 15 5 5.2 0.2
Rh203 20 1 — - . , I . - - I - . -| « - — " -----------Rh203 20 1 - -. , I. - - I -. - | «- -" -----------
Zr02 30 ! Y2°3 30 2 W0 10 5 5,5 0,4Zr02 30! Y2 ° 3 30 2 WO 10 5 5.5 0.4
Ag20 10Ag20 10
Ru02 10Ru02 10
ZnO 10 , ! Y2°3 50 YOF 15 ; 3 Y 15 2 5,9 11 2,5ZnO 10,! Y2 ° 3 50 YOF 15; 3 Y 15 2 5.9 11 2.5
Ir02 10Ir02 10
Ag20 10 Y2°3 60Ag 2 O 10 Y 2 ° 3 60
Ni00204 20 4 CdO 5 2 5,7 7 ; 0,2Ni00204 20 4 CdO 5 2 5.7 7; 0.2
CaO 1 j jCaO 1 j j
Rh203 19 ‘ 61725 13Rh203 19 ’61725 13
Taulukon I arvot osoittavat, että sintrattujen keraamisten elektrodien sähkönjohtavuus lOOO°C lämpötiloissa on 5 - 10 kertaa korkeampi kuin sähkönjohtavuus 25°C:ssa. Oksidien, joiden johtavuus vastaa metalleja, lisääminen oleellisesti matriisin sähköäjohtamattomiin keraamisiin 2 oksideihin lisää elektrodien johtavuutta tekijällä 10 , kuten havaitaan elektrodien A ja n:o 1 tapauksessa. Kun sulia suoloja kestävää metallia, kuten yttriumia tai molybdeenia jne. lisätään keksinnön mukaisiin keraamisiin elektrodeihin, elektrodien sähkönjohtavuus kasvaa 2-5-kertaiseksi.The values in Table I show that the electrical conductivity of sintered ceramic electrodes at 100 ° C temperatures is 5 to 10 times higher than the electrical conductivity at 25 ° C. The addition of oxides having a conductivity similar to that of the electrically non-conductive ceramic 2 oxides of the matrix increases the conductivity of the electrodes by a factor of 10, as is observed in the case of electrodes A and No. 1. When molten salt-resistant metal such as yttrium or molybdenum, etc. is added to the ceramic electrodes of the invention, the electrical conductivity of the electrodes increases 2-5 times.
Esimerkki 2Example 2
Laboratoriomittaisessa koekennossa jäljiteltiin elektrolyysikennon, jolla valmistetaan alumiinimetallia sulasta kryoliittihauteesta, toimintaolosuhteita. Kuumennetun grafiittiupokkaan pohjalle asetettiin kerros nestemäistä alumiinia ja tämän päälle kaadettiin sula, joka sisälsi kryoliittia (80 - 85 %), alumiinioksidia (5 - 10 %) ja AlF_In a laboratory-scale test cell, the operating conditions of an electrolysis cell used to make aluminum metal from a molten cryolite bath were mimicked. A layer of liquid aluminum was placed on the bottom of the heated graphite crucible and a melt containing cryolite (80-85%), alumina (5-10%) and AlF_ was poured on top of it.
2 J2 J
(1 - 5 %). Näyte-elektrodit, joiden toimintapihta-ala oli 3 cm ja jotka oli valmistettu esimerkissä 1 kuvatulla menettelyllä ja joihin oli kiinnitetty Pt-lanka yksinkertaisena sähköliitäntänä, upotettiin suolasulatteeseen ja pidettiin noin 1 cm etäisyydellä nestemäisestä alumiinikerroksesta. Upokas pidettiin lämpötilavälillä 950 - 1050°C.(1 - 5%). Sample electrodes with an operating clamp area of 3 cm, prepared by the procedure described in Example 1 and to which a Pt wire was attached as a simple electrical connection, were immersed in a salt melt and kept at a distance of about 1 cm from the liquid aluminum layer. The crucible was maintained at a temperature between 950 and 1050 ° C.
2 \iirrantiheys oli 0,5 A/cm , ja kennoa käytettiin 2000 tuntia. Saadut koetulokset on esitetty taulukossa II. Näytteen numero tarkoittaa sitä, että testattu elektrodi vastaa taulukossa I samalla numerolla merkittyä näytettä.The irradiation density was 0.5 A / cm, and the cell was used for 2000 hours. The experimental results obtained are shown in Table II. The sample number means that the electrode tested corresponds to the sample marked with the same number in Table I.
Taulukko IITable II
Näyte Muodostunut Anodien paino- n:o alumiini häviö ___(g/h)__(g/cm2)__ 1 0,48 0,1 2 0,50 0,02Sample Formed Anode weight no. Aluminum loss ___ (g / h) __ (g / cm2) __ 1 0.48 0.1 2 0.50 0.02
Testatut näyte-elektrodit toimivat hyvin anodeina kryoliittisulassa, ja havaä-tut kulumis nopeudet näyttävät olevan täysin hyväksyttävissä valmistettaessa elektrolyyttisesti alumiinia sulasta kryoliitista. Kummankin testatun elektrodin kulumisnopeus oli alhainen 2000 käyttö- 14 61 725 tunnin aikana. Elektrodeihin, jotka sisältävät termisiä stabilointiaineita, kuten jaksollisen järjestelmän III ryhmän metallien oksi-yhdisteitä, kulumisnopeus on yleensä noin 10 kertaa pienempi kuin elektrodien, jotka eivät sisällä termisiä stabilointiaineita.The sample electrodes tested performed well as anodes in the cryolite melt, and the observed wear rates appear to be perfectly acceptable for the electrolytic production of aluminum from the molten cryolite. The wear rate of both electrodes tested was low during 2000 operating hours. For electrodes containing thermal stabilizers, such as oxy compounds of metals of Group III of the Periodic Table, the wear rate is generally about 10 times lower than for electrodes without thermal stabilizers.
Esimerkki 3Example 3
Taulukossa I kuvattua elektrodia n;o 2 käytettiin anodina elektrolysoi-taessa sulaa alumiinikloridielektrolyyttiä esimerkissä 2 kuvatussa koekennossa. Elektrolyysin olosuhteet olivat seuraavat:Electrode No. 2 described in Table I was used as an anode in the electrolysis of molten aluminum chloride electrolyte in the test cell described in Example 2. The electrolysis conditions were as follows:
Elektrolyytti : AlCl^ 31 - 35 painoprosenttiaElectrolyte: AlCl 2 31-35% by weight
NaCl 31 - 35 painoprosenttiaNaCl 31 to 35% by weight
BaCO^ 31 - 35 painoprosenttiaBaCO ^ 31 to 35% by weight
Elektrolyytin lämpötila : 690 - 720°CElectrolyte temperature: 690 - 720 ° C
22
Anodivirran tiheys : 2000 Amp/mAnode current density: 2000 Amp / m
Katodi : Sula alumiiniCathode: Molten aluminum
Elektrodien väli : 1 canElectrode spacing: 1 can
Testattu elektrodi toimi hyvin, ja painohäviö 2000 käyttötunnin jälkeen oli mitätön.The electrode tested worked well and the weight loss after 2000 hours of operation was negligible.
Esimerkki 4Example 4
Sintratut anodit, jotka sisälsivät 70 painoprosenttia Y->0 ja 30 paino- prosenttia Zr02 ja joiden koko oli 10 x 10 x 10 mm, kyllästettiin taulukon III metallien kloridisuolan vesiliuoksella, minkä jälkeen niitä kuumennettiin ilmassa 300 - 65Ö°C:ssa. Tämä toistettiin, kunnes 2 katalyytin määrä oli 10 g/m metallina laskettuna. Elektrodit käytettiin sen jälkeen anodeina elektrolysoitäessä AlCl^-NaCl:n 5:1 seosta virta- <y _ ^ tiheydellä lOOO K/vcT 750 C:ssa. Anodipotentiaali alussa ja potentiaali sekä kulumisnopeus 100 tunnin kiiluttua määritettiin. Tulokset on ilmoitettu taulukossa III.The sintered anodes, which contained 70% by weight of Y-> 0 and 30% by weight of ZrO 2 and had a size of 10 x 10 x 10 mm, were saturated with an aqueous solution of the chloride salt of the metals of Table III and then heated in air at 300-65 ° C. This was repeated until the amount of catalyst 2 was 10 g / m calculated as metal. The electrodes were then used as anodes in the electrolysis of a 5: 1 mixture of AlCl 2 -NaCl at a current density of 100 K / vcT at 750 ° C. The anode potential at the beginning and the potential as well as the wear rate after 100 hours of wedging were determined. The results are reported in Table III.
Taulukko IIITable III
15 61 72515 61 725
Elektrokatalyytti Anodipotentiaali Kulumisnopeus 100 h __V (RCGE) jälkeen, g/m^ alussa 100 h jälkeenElectrocatalyst Anode potential Wear rate after 100 h __V (RCGE), g / m ^ after initial 100 h
Rh2°3 0,2 0,2 ei havaittavaRh2 ° 3 0.2 0.2 not detectable
Ir02 0,0 0,0 co3o4 0,0 0,0IrO2 0.0 0.0 co3o4 0.0 0.0
Elektrodien ominaisuudet olivat erinomaiset sulaa alumiinikloridia elektrolysoitäessä.The properties of the electrodes were excellent when electrolysing molten aluminum chloride.
Esimerkki 5Example 5
Sintratut anodilevyt, joiden koko dii 10 x 10 x 10 mm ja jotka sisälsivät 70 painoprosenttia Y20^ 7a ^0 painoprosenttia Zr02, kyllästettiin esimerkin IV menetelmällä taulukossa IV esitetyillä metalleilla. Anodeilla elektrolysoitiin sulaa metallikarbonaatti-fluoridisuolaa ja kulumisnopeudet ja anodipotentiaalit määritettiin kuten esimerkissä 4. Tulokset on esitetty taulukossa IV.Sintered anode plates having a size dii of 10 x 10 x 10 mm and containing 70% by weight of Y 2 O 7 7a ^ 0% by weight of ZrO 2 were impregnated by the method of Example IV with the metals shown in Table IV. The anodes were electrolysed with molten metal carbonate fluoride salt and the wear rates and anode potentials were determined as in Example 4. The results are shown in Table IV.
Taulukko IVTable IV
Elektrokatalyytti Anodipotentiaali Kulumisnopeus _V (RCGE)_ 100 h jälkeen ____ alussa 100 h jälkeen g/cm^__Electrocatalyst Anode potential Wear rate _V (RCGE) _ after 100 h ____ at the beginning after 100 h g / cm ^ __
Ag~0 A 1 0,0 0,0 ei mitäänAg ~ 0 A 1 0.0 0.0 none
Ir02 0,1 0,2IrO 2 0.1 0.2
Mn02 0,2 0,2 "MnO2 0.2 0.2 "
Anodit toimivat hyvin elektrolysoitaessa sulia karbonaatti-fluoridi-suolia, jolloin anodilla kehittyi happea.The anodes performed well in the electrolysis of molten carbonate-fluoride salts, resulting in the evolution of oxygen at the anode.
Esimerkki 6Example 6
Esimerkin 1 elektrodinäytettä n:o 4 käytettiin vuorotellen anodina ja katodina synteettisen meriveden elektrolyysissä koekennossa, johon elektrolyytti pumpattiin 3 mm elektrodivälin yli nopeudella 2 16 61725 3 cm/sekunti. Virrantiheys pidettiin 1500 A/ra :ssä, ja jäte-elektro-lyytti sisälsi 0,8 - 2,4 % natriumhypokloraattia faradi-tehokkuuden ollessa yli 88 %. Elektrodin painohäviö 200 käyttötunnin jälkeen oli mitätön.Electrode Sample No. 4 of Example 1 was used alternately as an anode and cathode in the electrolysis of synthetic seawater in a test cell into which the electrolyte was pumped over a 3 mm electrode gap at a rate of 2 16 61725 3 cm / second. The current density was maintained at 1500 A / ra, and the waste electrolyte contained 0.8 to 2.4% sodium hypochlorate with a faradi efficiency of more than 88%. The weight loss of the electrode after 200 hours of operation was negligible.
Esimerkki 7Example 7
Esimerkin 1 elektrodinäytettä n:o 3 käytettiin anodina elektrolysoi-taessa vesipitoista hapanta kupari(II)sulfaattiliuosta kennossa, jossa oli titaanikatodi. Elektrolyytti sisälsi 150 - 200 g/1 rikkihappoa ja 40 g/1 kupari(II)sulfaattia metallisena kuparina. Anodin virta-Electrode Sample No. 3 of Example 1 was used as an anode in the electrolysis of an aqueous acidic copper (II) sulfate solution in a cell having a titanium cathode. The electrolyte contained 150-200 g / l sulfuric acid and 40 g / l copper (II) sulfate as metallic copper. Anode current
AA
tiheys oli 300 A/cm. Elektrolyytin lämpötila oli 60 - 80°C. Litteän katodin päälle saostui keskimäärin 6 mm kuparia faradi-tehokkuudella 92 - 98 %. Metallikerrostuman laatu oli hyvä eikä se sisältänyt dendriittejä. Anodin ylijännite oli hyvin alhainen, 1,81 - 1,95 V(NHE) .the density was 300 A / cm. The electrolyte temperature was 60-80 ° C. An average of 6 mm of copper was deposited on the flat cathode with a faradi efficiency of 92-98%. The quality of the metal layer was good and it did not contain dendrites. The anode overvoltage was very low, 1.81 to 1.95 V (NHE).
Esimerkki 8Example 8
Kappale sintrattua ^203: Sn02: Y metallia, jossa vapaiden metallien painosuhde oli 7:2:1; kappale sintrattua Υ20^:Ζγ02:Ζγ metallia, jossa vapaiden metallien painosuhde oli 6:3:1; ja kappale sintrattua Y203:Pd metallia, jossa vapaiden metallien painosuhde oli 9:1, aktivoitiin kyllästämällä sintratut näytteet CoCl^-vesiliuoksella, minkä jälkeen kuivattiin ja kuumennettiin ilmassa 300 - 650°C:ssa kloridin muuntamiseksi Co^O^iksi. Jakso toistettiin niin, että elektrodit sisälsivät lopullisena päällysteenä 15 g/m^ Co^O^ anodipinnalla. Aktivoituja anodeja käytettiin sulan AlCl^ + NaCl-elektrolyytin elektrolysoinnissa. Anodipotentiaalit ja kulumisnopeudet on ilmoitettu taulukossa V.A piece of sintered ^ 203: SnO 2: Y metal with a weight ratio of free metals of 7: 2: 1; a piece of sintered Υ20 ^: Ζγ02: Ζγ metal with a weight ratio of free metals of 6: 3: 1; and a piece of sintered Y 2 O 3: Pd metal with a free metal weight ratio of 9: 1 was activated by impregnating the sintered samples with aqueous CoCl 2, then dried and heated in air at 300-650 ° C to convert the chloride to Co 2 O 2. The cycle was repeated so that the electrodes contained a final coating of 15 g / m 2 Co 2 O 2 on the anode surface. Activated anodes were used in the electrolysis of molten AlCl 2 + NaCl electrolyte. Anode potentials and wear rates are given in Table V.
Taulukko VTable V
17 61 72 5 Näyte Anodipotentiaali Kulumisnopeudet _V (S.C.G.E.)_ 100 h jälkeen ^__alussa _100 h jälkeen_______^m _____ Y202~Sn02~Y 0,1 0,1 ei mitään Y203-Zr02-Zr 0,1 0,1 Y203-Pd 0,0 0,0 0,517 61 72 5 Sample Anode potential Wear rates _V (SCGE) _ after 100 h ^ __ at the beginning _100 h after _______ ^ m _____ Y202 ~ Sn02 ~ Y 0.1 0.1 none Y203-Zr02-Zr 0.1 0.1 Y203-Pd 0.0 0.0 0.5
Esimerkki 9Example 9
Kappale sintrattua Y203:Zr02:Pd metallia, joka sisälsi vapaita metalleja painosuhteessa 7:2,5:0,5, kyllästettiin toiselta suuremmalta pinnaltaan esimerkin 8 mukaisella menetelmällä 15 g:11a Co30^ pinnan neliömetriä kohti. Vastakkainen suuri pinta päällystettiin 1 mm paksuisella kerroksella zirkoniumdi-boridia liekkisuihkutusmenetelmäl-lä typpikaasukehässä.A piece of sintered Y 2 O 3: ZrO 2: Pd metal containing free metals in a weight ratio of 7: 2.5: 0.5 was impregnated on another larger surface area by the method of Example 8 with 15 g of Co 3 O 3 per square meter of surface. The opposite large surface was coated with a 1 mm thick layer of zirconium diboride by a flame spray method in a nitrogen atmosphere.
Asetettiin sähköäjohtavalla tavalla kahden vastakkaisen grafiitti-elektrodin väliin niistä erilleen. Elektrodien välit täytettiin A1C13 + NaCl-sulalla ja grafiittinen vastaelektrödi, joka oli kohti sintratuu bipolaarisen elektrodin zirkoniumdi-boridilla päällystettyä pintaa, yhdistettiin tasavirtalähteen positiiviseen napaan. Grafiittinen vastaelektrödi, joka oli kohti sintratun bipolaarisen elektrodin Co30^-aktivoitua pintaa, yhdistettiin tasavirtalähteen negatiiviseen napaan. Sintrattu elektrodi toimi bipolaarisena elektrodina, ja sula alumiinimetalli virtasi alas zirkoniumdi-boridilla päällystettyä pintaa, ja otettiin tämän pohjalla talteen. Samalla kehittyi elektrodin Co30^-aktivoidulla pinnalla klooria. Elektrolyysiprosessi toimi hyvin 28 tuntia minkä jälkeen pääasiassa grafiitilla päällystetty koekenno petti. Bipolaarisessa elektrodissa ei näkynyt tämän toimintajakson jälkeen merkkejä huononemisesta eikä kulumisesta.Electrically conductive was placed between two opposite graphite electrodes separately from them. The electrode gaps were filled with AlCl 3 + NaCl melt and a graphite counter electrode facing the zirconium diboride coated surface of the sintered bipolar electrode was connected to the positive terminal of the DC source. A graphite counter electrode facing the Co 3 O 2 -activated surface of the sintered bipolar electrode was connected to the negative terminal of the DC source. The sintered electrode acted as a bipolar electrode, and molten aluminum metal flowed down the zirconium dichloride coated surface, and was recovered at the bottom. At the same time, chlorine evolved on the Co 3 O 2 -activated surface of the electrode. The electrolysis process worked well for 28 hours after which the test cell, which was mainly coated with graphite, failed. After this period of operation, the bipolar electrode showed no signs of deterioration or wear.
Muita elektrokatalyyttejä, joita voidaan käyttää sulien halogenidi-suolojen elektrolyysissä halogenidi-ionin purkamiseen, on RuC^. As203:n,' Sn203:n ja Bi2C>3:n tapaisia oksideja voidaan lisätä aina 10 painoprosenttiin asti vapaana metallina laskettuna kokonaismetalli-pitoisuudesta hapen ylipotentiaalin nostamiseksi vaikuttamatta halogenidi-ionin purkautumispotentiaaliin.Other electrocatalysts that can be used in the electrolysis of molten halide salts to decompose the halide ion are RuCl 2. Oxides such as As 2 O 3, Sn 2 O 3 and Bi 2 O 3 can be added up to 10% by weight as free metal based on the total metal content to increase the excess oxygen potential without affecting the halide ion discharge potential.
61 725 1861 725 18
Anodeissa, joita käytetään sulissa fluoridielektrolyyteissä, joissa kehittyy happea, katalyytti voi olla sama kuin mitä on lueteltu esimerkissä 5, tai Ri^O^, PbO^ tai IrC^.TiC^·In the anodes used in molten fluoride electrolytes which evolve oxygen, the catalyst may be the same as that listed in Example 5, or R 1 O 2, PbO 2 or IrCl 2 .TiCl 2 ·
Esimerkeissä annettujen anodien komponentit on laskettu painoprosentteina vapaata metallia anodiseoksen koko metallipitoisuudessa.The components of the anodes given in the examples are calculated as the percentage by weight of free metal in the total metal content of the anode mixture.
Elektrolyytti voi sisältää muita suoloja kuin niitä, joita on käytetty esimerkeissä, taiten alkalimetallikloridia tai -fluoridia sekä elektro-lysoitavan metallin suolaa. Metallihalogenidit pienentävät tehokkaasti elektrolysoituvan suolan sulamispistettä, jolloin on mahdollista käyttää alhaisempia läitpötiloja ja samalla pitää suolahaude sulassa tilassa.The electrolyte may contain salts other than those used in the examples, such as alkali metal chloride or fluoride, and a salt of the metal to be electrolysed. Metal halides effectively reduce the melting point of the electrolyzable salt, making it possible to use lower boiling points while keeping the salt bath in the molten state.
Edellä olevissa esimerkeissä on käsitelty sulatetun tai sulan metalli-suolan elektrolyysiä, pääasiassa sulan alumiinikloridin tai fluoridi-suolojen elektrolyysiä. Selmalla tavoin voidaan elektrolysoida muiden metallien, kuten alkalimetallien tai maa-alkalimetallien sulia klorideja käyttämällä kehitettyjä anodeja muutoin normaalin käytännön mukaisesti. Samalla tavoin voidaan lisäksi elektrolysoida muita sulia suoloja, kuten sulia nitraatteja. Sulaa alumiinioksidi-kryoliitti-elektrolyyttiä tai vastaavaa alkalimetalli-alumiinifluoridia voidaan elektrolysoida sulan alumiinin valmistamiseksi.The above examples have dealt with the electrolysis of molten or molten metal salts, mainly the electrolysis of molten aluminum chloride or fluoride salts. In this way, molten chlorides of other metals, such as alkali metals or alkaline earth metals, can be electrolyzed using otherwise developed anodes in accordance with otherwise normal practice. In the same way, other molten salts, such as molten nitrates, can be further electrolysed. The molten alumina-cryolite electrolyte or similar alkali metal aluminum fluoride can be electrolyzed to produce molten aluminum.
Näitä elektrodeja voidaan käyttää grafiittianodien asemesta alumiinin sähköisen talteenoton standardikennoissa, joissa joko syötetään alu-miinimalmia kryoliittihauteeseen tai alumiinikloridia syötetään pääasiassa alumiinikloridia sisältävään hauteeseen.These electrodes can be used instead of graphite anodes in standard aluminum electron recovery cells, where either aluminum ore is fed to a cryolite bath or aluminum chloride is fed to a bath containing mainly aluminum chloride.
Näiden sintrattujen yttriumoksidi-anodien käyttö otettaessa talteen haluttuja metalleja talteenotettavien metallien sulatetuista suoloista pienentää tehonkulutusta tuotetun metallin painoyksikköä kohti ja tuottaa puhtaampia talteensaatuja metalleja. Elektrodit ovat dimensio-naalisesti kestäviä käytössä, eikä niitä täydy sen vuoksi asettaa uudelleen paikalleen optimietäisyyden palauttamiseksi katodipinnasta, kuten on välttämätöntä käytettäessä aikaisemmanlaatuisia kuluvia anodeja.The use of these sintered yttrium oxide anodes in the recovery of the desired metals from the molten salts of the metals to be recovered reduces the power consumption per unit weight of the metal produced and produces cleaner recovered metals. The electrodes are dimensionally durable in use and therefore do not need to be repositioned to restore the optimum distance from the cathode surface, as is necessary when using prior art wear anodes.
I Γ . 'I Γ. '
Keksinnön mukaisia sintrattuja yttriumoksidi-anodeja voidaan käyttää myös elektrolyyttien vesipitoisissa tai ei-vesipitoisissa liuoksissaThe sintered yttrium oxide anodes according to the invention can also be used in aqueous or non-aqueous solutions of electrolytes.
Claims (6)
Applications Claiming Priority (8)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
US67227976A | 1976-03-31 | 1976-03-31 | |
US67227976 | 1976-03-31 | ||
US67346076A | 1976-04-05 | 1976-04-05 | |
US67346076 | 1976-04-05 | ||
US68127976A | 1976-04-28 | 1976-04-28 | |
US68127976 | 1976-04-28 | ||
US68694376A | 1976-05-17 | 1976-05-17 | |
US68694376 | 1976-05-17 |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
FI770938A FI770938A (en) | 1977-10-01 |
FI61725B true FI61725B (en) | 1982-05-31 |
FI61725C FI61725C (en) | 1982-09-10 |
Family
ID=27505346
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI770937A FI64815C (en) | 1976-03-31 | 1977-03-24 | MED ELEKTROKATALYTISKT OEVERDRAG FOERSEDDA CINTRADE ELEKTRODER |
FI770938A FI61725C (en) | 1976-03-31 | 1977-03-24 | NYA YTTRIUMOXIDELEKTRODER OCH DERAS ANVAENDNINGSSAETT |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
FI770937A FI64815C (en) | 1976-03-31 | 1977-03-24 | MED ELEKTROKATALYTISKT OEVERDRAG FOERSEDDA CINTRADE ELEKTRODER |
Country Status (10)
Country | Link |
---|---|
JP (2) | JPS6025511B2 (en) |
DD (1) | DD137365A5 (en) |
DE (2) | DE2714487C3 (en) |
DK (2) | DK155531C (en) |
FI (2) | FI64815C (en) |
FR (2) | FR2366380A1 (en) |
IN (1) | IN144973B (en) |
MX (2) | MX144777A (en) |
NO (2) | NO146543C (en) |
SE (4) | SE430346B (en) |
Families Citing this family (21)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DD137365A5 (en) * | 1976-03-31 | 1979-08-29 | Diamond Shamrock Techn | ELECTRODE |
US4075070A (en) * | 1976-06-09 | 1978-02-21 | Ppg Industries, Inc. | Electrode material |
US4214970A (en) * | 1979-01-15 | 1980-07-29 | Diamond Shamrock Technologies, S.A. | Novel electrocatalytic electrodes |
US4329219A (en) * | 1979-10-29 | 1982-05-11 | Druzhinin Ernest A | Electrode for electrochemical processes |
DE2944814A1 (en) * | 1979-11-06 | 1981-05-14 | Vladimir Borisovič Busse-Mačukas | Electrode for electrochemical process - with metal support pasted with mixt. of same metal oxide, silica and platinum gp. metal oxide |
ZA807586B (en) * | 1979-12-06 | 1981-11-25 | Diamond Shamrock Corp | Ceramic oxide electrodes for molten salt electrolysis |
CA1181616A (en) * | 1980-11-10 | 1985-01-29 | Aluminum Company Of America | Inert electrode compositions |
CA1208601A (en) * | 1982-02-18 | 1986-07-29 | Diamond Chemicals Company | Electrode with lead base and method of making same |
GB8301001D0 (en) * | 1983-01-14 | 1983-02-16 | Eltech Syst Ltd | Molten salt electrowinning method |
FR2541691B1 (en) * | 1983-02-25 | 1989-09-15 | Europ Composants Electron | ELECTRODE FOR ELECTROLYTIC BATH |
EP0174413A1 (en) * | 1984-09-17 | 1986-03-19 | Eltech Systems Corporation | Composite catalytic material particularly for electrolysis electrodes and method of manufacture |
JPH046964Y2 (en) * | 1985-04-25 | 1992-02-25 | ||
DE3613997A1 (en) * | 1986-04-25 | 1987-10-29 | Sigri Gmbh | ANODE FOR ELECTROLYTIC PROCESSES |
JPS63199842A (en) * | 1987-02-14 | 1988-08-18 | Toho Kinzoku Kk | Electrode material |
JPH0194117U (en) * | 1987-12-15 | 1989-06-21 | ||
CA2061391C (en) * | 1991-02-26 | 2002-10-29 | Oronzio De Nora | Ceramic anode for oxygen evolution, method of production and use of the same |
JP2006077319A (en) * | 2004-09-13 | 2006-03-23 | Koji Hashimoto | Oxygen generation type electrode and its production method |
GB0714021D0 (en) * | 2007-07-18 | 2007-08-29 | Green Metals Ltd | Improvements in anode materials |
WO2011135783A1 (en) | 2010-04-26 | 2011-11-03 | パナソニック株式会社 | Method of reducing carbon dioxide |
JP2017057426A (en) * | 2015-09-14 | 2017-03-23 | Tdk株式会社 | Method for producing electrode for electrolysis |
DE102020005130B3 (en) * | 2020-08-21 | 2022-02-10 | Technische Universität Bergakademie Freiberg, Körperschaft des öffentlichen Rechts | Process for the production of low-carbon and carbon-free electrode-honeycomb material composites for use in metallurgy |
Family Cites Families (20)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR670245A (en) * | 1928-03-01 | 1929-11-26 | Ig Farbenindustrie Ag | Process for the production of compact masses using powdered metal oxides |
NL266639A (en) * | 1960-07-05 | |||
FR1284748A (en) * | 1961-02-21 | 1962-02-16 | Poudres Metalliques Alliages Speciaux Ugine Carbone | High temperature corrosion resistant materials |
BE759874A (en) * | 1969-12-05 | 1971-05-17 | Alusuisse | ANODE FOR ELECTROLYSIS IGNEATED WITH METAL OXIDES |
JPS5135396B2 (en) * | 1972-10-02 | 1976-10-01 | ||
JPS5135190B2 (en) * | 1972-04-29 | 1976-09-30 | ||
JPS5135395B2 (en) * | 1972-09-25 | 1976-10-01 | ||
JPS5135394B2 (en) * | 1972-09-01 | 1976-10-01 | ||
IT978528B (en) * | 1973-01-26 | 1974-09-20 | Oronzio De Nora Impianti | METALLIC ELECTRODES AND PROCEDURE FOR THEIR ACTIVATION |
JPS49123481A (en) * | 1973-03-31 | 1974-11-26 | ||
JPS5215274B2 (en) * | 1973-04-04 | 1977-04-27 | ||
JPS5215273B2 (en) * | 1973-04-04 | 1977-04-27 | ||
CH575014A5 (en) * | 1973-05-25 | 1976-04-30 | Alusuisse | |
JPS5230151B2 (en) * | 1973-06-30 | 1977-08-05 | ||
CH587929A5 (en) * | 1973-08-13 | 1977-05-13 | Alusuisse | |
JPS5536074B2 (en) * | 1973-10-05 | 1980-09-18 | ||
NO141419C (en) * | 1974-02-02 | 1980-03-05 | Sigri Elektrographit Gmbh | ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL PROCESSES |
FR2312573A1 (en) * | 1975-05-30 | 1976-12-24 | Rhone Poulenc Ind | NEW ELECTRODE FOR ELECTROLYSIS CELL |
JPS5234082A (en) * | 1975-09-12 | 1977-03-15 | Koei Chemical Co | Dyeing method of keratinic structured substance |
DD137365A5 (en) * | 1976-03-31 | 1979-08-29 | Diamond Shamrock Techn | ELECTRODE |
-
1977
- 1977-03-21 DD DD77197949A patent/DD137365A5/en unknown
- 1977-03-23 DK DK129077A patent/DK155531C/en not_active IP Right Cessation
- 1977-03-23 DK DK128877A patent/DK155529C/en not_active IP Right Cessation
- 1977-03-24 FI FI770937A patent/FI64815C/en not_active IP Right Cessation
- 1977-03-24 FI FI770938A patent/FI61725C/en not_active IP Right Cessation
- 1977-03-25 IN IN448/CAL/77A patent/IN144973B/en unknown
- 1977-03-29 JP JP52034082A patent/JPS6025511B2/en not_active Expired
- 1977-03-29 JP JP52034083A patent/JPS6025512B2/en not_active Expired
- 1977-03-30 FR FR7709598A patent/FR2366380A1/en active Granted
- 1977-03-30 NO NO771130A patent/NO146543C/en unknown
- 1977-03-30 NO NO771131A patent/NO147490C/en unknown
- 1977-03-30 FR FR7709599A patent/FR2346468A1/en active Granted
- 1977-03-31 MX MX168597A patent/MX144777A/en unknown
- 1977-03-31 DE DE2714487A patent/DE2714487C3/en not_active Expired
- 1977-03-31 SE SE7703731A patent/SE430346B/en unknown
- 1977-03-31 DE DE19772714488 patent/DE2714488A1/en active Granted
- 1977-03-31 SE SE7703732A patent/SE435736B/en not_active IP Right Cessation
- 1977-03-31 MX MX168598A patent/MX146992A/en unknown
-
1980
- 1980-07-10 SE SE8005076A patent/SE437679B/en not_active IP Right Cessation
- 1980-07-10 SE SE8005075A patent/SE438165B/en not_active IP Right Cessation
Also Published As
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4098669A (en) | Novel yttrium oxide electrodes and their uses | |
FI61725B (en) | NYA YTTRIUMOXIDELEKTRODER OCH DERAS ANVAENDNINGSSAETT | |
US4187155A (en) | Molten salt electrolysis | |
US4029566A (en) | Electrode for electrochemical processes and method of producing the same | |
EP0047595B1 (en) | Electrochemical cell | |
US4302321A (en) | Novel sintered electrodes | |
Duby | The history of progress in dimensionally stable anodes | |
JP4673628B2 (en) | Cathode for hydrogen generation | |
EP0031660A1 (en) | Electrolysis apparatus using a diaphragm of a solid polymer electrolyte, and a method for the production of the same | |
EP2757179A1 (en) | Chlorine-generating positive electrode | |
US3915837A (en) | Anode and method of production thereof | |
CA1040137A (en) | Electrode for electrochemical processes and method of producing the same | |
US5076898A (en) | Novel electrodes and methods of preparing and using same | |
EP0090381B1 (en) | Electrode and method of electrolysis | |
EP0129734B1 (en) | Preparation and use of electrodes | |
US4111765A (en) | Silicon carbide-valve metal borides-carbon electrodes | |
US3282808A (en) | Nickel impregnated porous cathode and method of making same | |
FI61726C (en) | SINTRAD SMALL BOXES-VALVE-METALBORIDES-KOLANOD FOER ELECTROCHEMICAL PROCESSER | |
US4572770A (en) | Preparation and use of electrodes in the electrolysis of alkali halides | |
US4078988A (en) | Electrode for electrochemical processes and method of producing the same | |
US4098671A (en) | Cathode for electrolytic process involving hydrogen generation | |
CA1124210A (en) | Sintered electrodes with electrocatalytic coating | |
CA1080154A (en) | Yttrium oxide electrodes and their uses | |
US3963593A (en) | Electrodes having silicide surface | |
EP1049816A1 (en) | Electrocatalytically active non-carbon metal-based anodes for aluminium production cells |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM | Patent lapsed | ||
MM | Patent lapsed |
Owner name: PERMASCAND AB |