Opublikowano: 10.IV.1970 59487 KI. 12 h, 1 MKP BOlk 3)w Twórca wynalazku: dr inz. Adam Korczynski Wlasciciel patentu: Politechnika Slaska (Katedra Elektrochemii Tech¬ nicznej), Gliwice (Polska) Urzadzenie do elektrolitycznego otrzymywania substancji w postaci rozdrobnionej Przedmiotem wynalazku jest urzadzenie do otrzymywania w postaci rozdrobnionej substancji wydzielajacych sie na elektrodzie podczas elektro¬ lizy elektrolitów stezonych. Urzadzenie wedlug wynalazku nadaje sie do wytwarzania sproszko¬ wanych metali o najwyzszej czystosci, wymaga¬ nych przez przemysl wytwarzajacy pólprzewodniki.Urzadzenie to moze byc równiez stosowane do otrzymywania w postaci rozdrobnionej substancji, które wydzielaja sie przy elektrolizie na anodzie.Nalezy do nich na przyklad jod, dwutlenek man¬ ganu Mn02, lub olowiu Pb02 i tym podobne. Urza¬ dzenie moze mlec zmieniana biegunowosc w miare potrzeby wytwarzania proszku z substancji wy¬ dzielanych na katodzie lub wydzielanych na ano¬ dzie.Znane urzadzenia do elektrolitycznego otrzymy¬ wania metali w postaci rozdrobnionej, np. wedlug polskiego opisu patentowego nr 49748 przystoso¬ wane sa do prowadzenia elektrolizy w roztworach rozcienczonych z calkowicie lub czesciowo rozupsz- czalnymi anodami. Tak prowadzona elektroliza jak¬ kolwiek charakteryzuje sie dzialaniem rafinuja¬ cym, nie jest w stanie zapewnic dostatecznie wy¬ sokiej czystosci produktu katodowego. Dlatego tez do otrzymywania proszków o wysokiej czystosci stosuje sie roztwory stezone odpowiednio wstep¬ nie oczyszczone i elektrody nierozpuszczalne w warunkach elektrolizy. Azeby w wyniku tak pro¬ wadzonej elektrolizy powstawal metal W postaci rozdrobnionej, musza byc stosowane wysokie kato¬ dowe gestosci pradowe. W przeciwnym razie po¬ wstaje metal zwarty lub gabczasty, który przy rozdrobnieniu mechanicznym narazony jest na za- 5 nieczyszczenia.Znane urzadzenia nie sa przystosowane do pro¬ wadzenia elektrolizy przy wysokich elektrodowych gestosciach pradowych, a postac rozdrobniona otrzymuje sie nie w wyniku zwiekszenia gestosci 10 pradowej, lecz przez obnizania stezenia, pH i tem¬ peratury elektrolitu.Siposób ten posiada wiele wad a w szczególnosci: — rozdrdbnieme odbywa sie na zasadzie równo¬ czesnego czesciowego rozladowania jonów wo- 15 florowych, które wplywa na obnizenie wydaj¬ nosci pradowej i energetycznej procesu, — spirzyja tworzeniu sie narosli dendrytycznych, które w konsekwencji prowadza do zwarc mie¬ dzyelektrodowych ; 20 — osad katodowy ma bardzo zróznicowane uziar- nienie.Znane urzadzenia nadaja sie jedynie do otrzy¬ mywania osadów luzno zwartych o budowie ziar¬ nistej lub blaszkowej, nie nadaja sie do osadów 25 o budowie iglastej.Urzadzenie wedlug wynalazku umozliwia uzys¬ kanie metalu rozdrobnionego o wymaganej ziar¬ nistosci z dowolnie stezonych roztworów. Dzieki temu przy zastosowaniu do elektrolizy soli danego 30 metalu o najwyzszej czystosci oraz przy zastoso- 5948759487 waniu urzadzenia do elektrolizy wedlug wynalaz¬ ku, które zawiera jedynie tworzywa nie zanieczy¬ szczajace produktu, otrzymuje sie metal rozdrob¬ niony o najwyzszej czystosci.Wynalazek l polega na zastosowaniu do elektro¬ lizy elektrody, której powierzchnia czynna sklada sie z oddzielnych fragmentów powierzchni oraz na odrywaniu osadu z powierzchna czynnej elektrody w miare jego osadzania sie, za pomoca wirujacego elektrolitu.Elektroda sklada sie korzystnie z sezregu cien¬ kiej! nieprzewodzacych rurek wypelnionych prze- \ wodnikiem, np. grafitem lub proszkiem metalicz¬ nym stanowiacym produkt danej elektrolizy.Koncówki ttych rurek sa zwezone a ich otwory stanowia fragmenty powierzchni czynnej elektro¬ dy. Koncówki te umieszczone sa w jednej plasz¬ czyznie na okregu i -skierowane ku drugiej elek¬ trodzie. W plaszczyznie równoleglej wiruje wspól- srodkowo z tym okregiem mieszadlo. W dalszej równoleglej plaszczyznie lezy diafragma, a poza nia znajduje sie czynna powierzchnia drugiej elektrody.Dzieki temu, ze powierzchnia katody nie jest ciagla, powstajace na niej czastki metalu nie la¬ cza sie ze soba i stosunkowo niewielka sila wy¬ starcza, aby je oderwac od podstawy czyli od fragmentu powierzchni czynnej katody. Do odry¬ wania osadzonego metalu wystarcza wirowanie elektrolitu pod wplywem miaszadla.Wielkosc ziarna zalezy od wielkosci podstawy czyli od wielkosci fragmentu powierzchni czynnej katody, na którym ziarno to powstalo i od skla¬ dowej predkosci elektrolitu stycznej do tej po¬ wierzchni. Im mniejsza jest podsitawa i im czybsze sa obroty mieszadla wzglednie im blizej powierzch¬ ni katody znajduje sie mieszadlo, tym mniejsze ziarno metalu zostaje oderwane, gdyz nie moze sie ono utrzymac na katodzie. Przeciwnie, przy mniejszej predkosci wirowania lub przy wiekszej podstawie powstajace ziarno metalu odrywa sie dopiero wówczas, gdy osiagnie wieksze wymiary i przez to stawia wiekszy opór wirujacej cieczy.Wielkosci pojedynczego fragmentu czynnej po¬ wierzchni elektrody nie mozna z góry okreslic, gdyz istnieje wspólzaleznosc parametrów: wielkosc powierzchni fragmentu elektrody, sila scinajaca wywierana przez przeplyw elektrolitu, gestosc pra¬ dowa. Mozna ja ustalic jedynie doswiadczalnie zakladajac praktyczne wartosci pozostalych para¬ metrów. Na przyklad przy elektrolizie stezonych roztworów soli cynku przy natezeniu pradu 10 A na pojedynczy fragment powierzchni czynnej ka¬ tody oraz przy zastosowaniu w bliskosci katody szklanego mieszadla laboratoryjnego obracajacego sie z predkoscia 5O0 dbr/min okazalo sie korzystne stosowanie powierzchni fragmentu katody okolo 1 mm2.Korzystne jest zapewnienie jednakowych warun¬ ków osadzania oraz odrywania ziarn na wszyst¬ kich fragmentach powierzchni czynnej katody, gdyz ta droga osiaga sie bardzo równomierne rozdrobnienia metalu. W tym celu wszystkie od¬ rebne fragmenty powierzchni czynnej katody win¬ ny byc tej samej wielkosci. Rozmieszcza sie je w jednej plaszczyznie na okregu wspólsrodkowym wzgledem mieszadla. Ponadto tak umieszcza -sie anode, aby odleglosci miedzy kazdym fragmentem powierzchni czynnej katody a anoda byly równe.W przypadkach, w których elektrolit ma sklon¬ nosc wtórnego rozpuszczania wyprodukowanego rozdrobnionego metalu zastosowano wedlug wy¬ nalazku ciecz ochronna ponizej warstwy elektro¬ litu.Jako ciecz ochronna moze sluzyc dowolny roz¬ puszczalnik nie mieszajacy sie z woda, który cie¬ zarem wlasciwym przewyzsza elektrolit. Szczegól¬ nie do tego celu nadaja sie rozpuszczalniki chlo- roorganiczne. Rozdrobniony metal oderwany przez v wirujacy elektrolit z powierzchni katody zostaje odrzucony sila odsrodkowa na scianki naczynia, po których opada przechodzac poprzez plaszczyzne rozdzialu nie mieszajacych sie cieczy i zbiera sie w rozpuszczalniku organicznym.Urzadzenie wedlug wynalazku bedace elektroli- zerem do otrzymywania metali w postaci rozdrob¬ nionej przedstawione jest schematycznie na ry¬ sunku w przekroju osiowym. 20 yj szklanym naczyniu 1 znajduje sie katoda zlozona z szeregu rurek szklanych 2, których za¬ giete koncówki o zwezonych otworach umiesz¬ czone sa na okregu w jednej plaszczyznie i sta¬ nowia powierzchnie czynna katody zlozona z od- 25 dzielnych fragmentów mozliwie jednakowej wiel¬ kosci. Anoda 3 przedstawiona przykladowo na ry¬ sunku sklada sie z paleczek weglowych polaczo¬ nych ze soba plyta 4 doprowadzajaca prad, wy¬ konana z wegla. W zaleznosci od procesu ano- 30 dowego, zamiast tego rodzaju anody moze byc za¬ stosowana anoda z blachy platynowej. Doprowa¬ dzenie pradu do anody i do poszczególnych rurek katodowych wykonane jest z drutu platynowego.Diafragma 5 ze spieku szklanego jest fragmen- 35 tern saczka laboratoryjnego. W jej srodku prze¬ wiercony jest otwór, w którym zamocowana jest rura szlkana 6 obejmujaca wal mieszadla 7, a za¬ razem sluzaca do odpowietrzania przestrzeni ka¬ todowej. Do chlodzenia elektrolitu sluza szklane 40 chlodnice 8 umieszczone zarówno w przestrzeni anodowej jak i katodowej. Naczynie 1 przechodzi w dole w naczynie 9 wypelnione ciezkim roz¬ puszczalnikiem ochronnym, w którym zbiera sie otrzymany rozdrobniony metal. Dalsze elementy przedstawione na rysunku stanowia jedynie po- 45 laczenie wzglednie podpróki wymienionych ele¬ mentów, np. pierscien szklany 10 sluzy do pod¬ trzymywania odcinka saczka ze spieku szklanego, który jest diafragma 5. Pierscien ten jest zawie¬ szony na nieuwiidocznionych paleczkach szklanych i utrzymuje ponadto uchwyty szklane 11, podtrzy¬ mujace katody 2.Jezeli urzadzenie wedlug wynalazku ma sluzyc nie do otrzymywania metali, lecz substancji wy¬ dzielajacych sie na anodzie, jak to juz na wste- m pie zaznaczono wymaga to zmiany biegunowosci przy zalaczeniu elektrolizera do zródla pradu sta¬ lego. Wówczas wszystko, co opisano powyzej na temat katody, dotyczy anody i przeciwnie. «o PL