RU2178017C2 - Bulke porous electrode material and flow- through electrode on its base - Google Patents
Bulke porous electrode material and flow- through electrode on its base Download PDFInfo
- Publication number
- RU2178017C2 RU2178017C2 RU2000109000/02A RU2000109000A RU2178017C2 RU 2178017 C2 RU2178017 C2 RU 2178017C2 RU 2000109000/02 A RU2000109000/02 A RU 2000109000/02A RU 2000109000 A RU2000109000 A RU 2000109000A RU 2178017 C2 RU2178017 C2 RU 2178017C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- electrode
- porous
- flow
- metallized
- cathode
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к электрохимии, а именно к процессам, основанным на проведении окислительно-восстановительных реакций, и представляет собой объемно-пористый электродный материал и электрод (катод или анод) на его основе, используемые в электролизерах проточного типа. Эффективность работы таких электролизеров тем выше, чем больше удельная поверхность, пористость и рабочая толщина используемых электродных материалов. The invention relates to electrochemistry, and in particular to processes based on the conduct of redox reactions, and is a volume-porous electrode material and an electrode (cathode or anode) based on it, used in flow-type electrolyzers. The efficiency of such electrolytic cells is higher, the greater the specific surface, porosity and working thickness of the used electrode materials.
Известен электродный материал - углеграфитовая ткань, получаемая путем специальной термической обработкой исходного материала. А. с. СССР 1134621 [1] . Основной недостаток такого материала - низкая пористость углеродной ткани, состоящей из плотно переплетенных жгутов волокон, и малая глубина проникновения электрохимического процесса внутрь пористого электрода. В результате это приводит к большому гидродинамическому сопротивлению протоку раствора и низкой скорости проведения окислительно-восстановительных реакций. Кроме этого, из-за сложной технологии получения и высокой стоимости углеграфитовые ткани не нашли широкого применения в качестве проточных пористых электродов. Known electrode material is carbon-graphite fabric obtained by special heat treatment of the source material. A. s. USSR 1134621 [1]. The main disadvantage of this material is the low porosity of the carbon fabric, consisting of tightly interwoven bundles of fibers, and the small depth of penetration of the electrochemical process into the porous electrode. As a result, this leads to a large hydrodynamic resistance to the flow of the solution and a low rate of redox reactions. In addition, due to the complex production technology and high cost, carbon-graphite fabrics have not been widely used as flowing porous electrodes.
Более близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату является пористая электродная матрица на основе углеродного волокнистого материала (УВМ), например серийно выпускаемого углеродного войлока типа КНМ, обладающего большей, чем тканые материалы, пористостью. Химическая энциклопедия, 1998, т. 5, с. 28-29 [2] . Эти материалы состоят из переплетения индивидуальных углеродных волокон, а не из жгутов, и в свободном состоянии имеют очень высокие значения удельной поверхности (см. таблицу). Closer to the proposed invention in terms of technical nature and the achieved result is a porous electrode matrix based on carbon fiber material (UVM), for example, commercially available carbon felt of the KNM type, which has greater porosity than woven materials. Chemical Encyclopedia, 1998, v. 5, p. 28-29 [2]. These materials consist of weaving individual carbon fibers, and not of bundles, and in the free state have very high specific surface values (see table).
Однако из-за низких физико-механических свойств углеродных волокон (малой прочности и высокой хрупкости) такие материалы легко рвутся, ломаются и поэтому не могут быть использованы в качестве проточных электродов в свободном, не сжатом состоянии: их всегда зажимают между перфорированным токоподводом (для обеспечения равномерного контакта с УВМ) и прижимной сеткой. Это приводит к значительному снижению пористости УВМ, а соответственно, и рабочей толщины пористой матрицы, т. е. возвращению к недостаткам [1] . Применительно к углеродному войлоку типа КНМ невозможность его использования без прижимного токоподвода диктуется еще и довольно низкой электропроводностью этого материала (см. таблицу). However, due to the low physical and mechanical properties of carbon fibers (low strength and high brittleness), such materials are easily torn, broken and therefore cannot be used as flow electrodes in a free, uncompressed state: they are always clamped between a perforated current supply (to ensure uniform contact with UVM) and clamping net. This leads to a significant decrease in the porosity of the UVM, and, accordingly, the working thickness of the porous matrix, ie, a return to the disadvantages [1]. As applied to carbon felt of the KNM type, the impossibility of using it without a clamping current supply is also dictated by the rather low electrical conductivity of this material (see table).
Сжатие пористой матрицы и соответствующее уменьшение эффективного диаметра пор делает ее весьма чувствительной к наличию взвешенных частиц в растворе. Эти частицы, практически всегда присутствующие в реальных производственных растворах, отфильтровываются на "зажатой" пористой матрице, блокируют ее рабочую поверхность, забивают поры и приводят к дополнительному ухудшению целевых эксплуатационных характеристик. Compression of the porous matrix and a corresponding decrease in the effective pore diameter make it very sensitive to the presence of suspended particles in the solution. These particles, which are almost always present in real production solutions, are filtered off on a “clamped” porous matrix, block its working surface, clog pores, and lead to an additional deterioration in the target performance characteristics.
И, наконец, еще одним существенным недостатком пористых матриц из углеродных волокон является их высокая стоимость. Это делает требование равномерной работы всей толщины пористой матрицы чрезвычайно важным (в том числе и с экономической точки зрения), но реально трудно достижимым условием. And finally, another significant drawback of porous matrices of carbon fibers is their high cost. This makes the requirement of uniform operation of the entire thickness of the porous matrix extremely important (including from an economic point of view), but it is really difficult to achieve.
Задача, решаемая заявляемым объемно-пористым электродным материалом, заключается в улучшении физико-механических и эксплуатационных свойств электродного материала - пористости, эластичности, прочности, электропроводности и увеличении емкости по отношению к осаждаемому металлу на единицу массы пористой матрицы. The problem solved by the claimed volume-porous electrode material is to improve the physico-mechanical and operational properties of the electrode material - porosity, elasticity, strength, electrical conductivity and increase the capacity with respect to the deposited metal per unit mass of the porous matrix.
Указанная задача решается благодаря тому, что заявляемый объемно-пористый материал с развитой поверхностью на основе нетканых волокон, обладающих электронной проводимостью, в качестве волокон содержит металлизированный синтепон, имеющий удельную проводимость не менее 0,1-10 См/см. То есть, заявляемый материал получают из непроводящего синтепона, подвергнутого поверхностной металлизации известными способами, например химическим способом, до тех пор, пока удельная проводимость данного материала не достигнет требуемой величины, а именно 0,1-10 См/см. Достаточно сложно указать точное количество металла которое следует наносить на синтепон в весовом или процентном соотношении, поскольку это существенно зависит от природы металла и способа металлизации. Но, как правило, это количество не велико и составляет, например, для серебра около 15 граммов металла на 1м2 синтепона (при толщине 1,3 см).This problem is solved due to the fact that the inventive volume-porous material with a developed surface on the basis of non-woven fibers having electronic conductivity, contains fibers as a metallized synthetic winterizer having a specific conductivity of at least 0.1-10 S / cm. That is, the inventive material is obtained from a non-conductive sintepon subjected to surface metallization by known methods, for example, by a chemical method, until the specific conductivity of this material reaches the desired value, namely 0.1-10 S / cm. It is quite difficult to specify the exact amount of metal that should be applied to the sintepon in a weight or percentage ratio, since this substantially depends on the nature of the metal and the metallization method. But, as a rule, this amount is not large and is, for example, for silver about 15 grams of metal per 1 m2 of synthetic winterizer (with a thickness of 1.3 cm).
Прочный и эластичный металлизированный синтепон с удельной проводимостью 0,1-10 См/см хорошо проводит ток. И это его новое свойство позволяет использовать полученный материал в свободном "несжатом" состоянии, благодаря чему устраняются указанные выше недостатки, вызванные частичным экранированием поверхности электродного материала прижимным токоподводом. Durable and flexible metallized synthetic winterizer with a specific conductivity of 0.1-10 S / cm conducts current well. And this new property of him allows the use of the obtained material in a free “uncompressed” state, thereby eliminating the above disadvantages caused by partial screening of the surface of the electrode material by a pressure current lead.
Физико-механические показатели заявляемого металлизированного синтепона и углеродного войлока типа КНМ приведены в таблице. Physico-mechanical properties of the inventive metallized synthetic winterizer and carbon felt type KNM are shown in the table.
Известна электродная камера на основе углеродного волокнистого материала, содержащая рамку П-образной формы из токонепроводящего материала, концы которой соединены токопроводящими планками и на одной из них имеется ввод для подачи раствора и токоподающее устройство. С обеих сторон к токопроводящим планкам прикреплены токопроводящие перфорированные стенки, на которые уложены УВМ, например серийно выпускаемый войлок типа КНМ, покрытые токонепроводящими сетками и поджатые решетчатыми прижимами, выполненными из токонепроводящего материала. А. с. СССР 619551 [3] . Known electrode chamber based on carbon fiber material, containing a U-shaped frame of a non-conductive material, the ends of which are connected by conductive strips and on one of them there is an input for supplying a solution and a conductive device. On both sides, conductive perforated walls are attached to the conductive strips, on which UVMs are laid, for example, commercially available felt like KNM, covered with conductive nets and preloaded by lattice clamps made of conductive material. A. s. USSR 619551 [3].
Недостатками известного устройства являются большое количество элементов конструкции, обусловленное невозможностью использования УВМ в свободном состоянии без перфорированной токопроводящей стенки, токонепроводящих сетки и решетчатых прижимов. Элементы конструкции блокируют значительную часть электродной поверхности УВМ, сжимают УВМ и снижают эффективность использования УВМ и всего устройства в целом. The disadvantages of the known device are a large number of structural elements, due to the inability to use the UVM in a free state without a perforated conductive wall, conductive mesh and lattice clamps. The structural elements block a significant part of the electrode surface of the UVM, compress the UVM and reduce the efficiency of using the UVM and the device as a whole.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности является объемно-пористый проточный катод, содержащий фронтальную сетку и несколько слоев УВМ, отделенных друг от друга прокладками, выполненными из проницаемого для электролита материала с электропроводностью, превышающей электропроводность УВМ материала и соединенных с токоподводом. Патент РФ 20004631 [4] . В описании изобретения прямо указывается, что электропроводящая прокладка обеспечивает возможность подвода тока к внутренним слоям объемного катода, что позволяет существенно улучшить распределение потенциала по объему катода, обеспечив высокую интенсивность осаждения металла не только на фронтальных, но и на внутренних поверхностях УВМ. The closest to the proposed invention by technical essence is a volume-porous flow-through cathode containing a frontal grid and several layers of UVM separated by gaskets made of a material permeable to electrolyte with an electrical conductivity exceeding the electrical conductivity of the UVM material and connected to a current lead. RF patent 20004631 [4]. In the description of the invention, it is expressly indicated that the electrically conductive gasket provides the possibility of supplying current to the inner layers of the bulk cathode, which can significantly improve the potential distribution over the volume of the cathode, providing a high intensity of metal deposition not only on the frontal, but also on the internal surfaces of the UVM.
Однако недостатком такого проточного катода "зажатого" типа является большое количество проточных электропроводных прокладок и фронтальная сетка, которые сжимают пористую матрицу, а соответственно, и рабочую толщину пористого катода, блокируют часть электродной поверхности, что отрицательно сказывается на эффективности его работы при электролитическом выделении металлов из растворов. Электропроводные прокладки и сетка со временем срастаются с пористой матрицей, и ее последующее отделение (с целью дальнейшей переработки) превращается в весьма трудоемкую ручную операцию, чреватую потерями выделяемых металлов. Прорастание осадка сквозь отверстия во фронтальной сетке в дальнейшем приводит к снижению протока раствора и росту дендритов, их осыпанию и даже короткому замыканию с анодом. However, the disadvantage of such a clamped flow-through cathode is the large number of flow-through conductive gaskets and the front mesh that compress the porous matrix and, accordingly, the working thickness of the porous cathode, block part of the electrode surface, which negatively affects its efficiency in the electrolytic metal separation from solutions. The electrical conductive gaskets and the mesh grow together with the porous matrix over time, and its subsequent separation (for the purpose of further processing) turns into a very laborious manual operation, fraught with losses of emitted metals. Germination of sediment through openings in the frontal net subsequently leads to a decrease in the flow of the solution and the growth of dendrites, their shedding, and even a short circuit with the anode.
Малая глубина проникновения электродного процесса внутрь "зажатого" проточного катода, несмотря на подвод тока к каждому слою УВМ, приводит к резкому уменьшению катодного потенциала в глубине катода. Поэтому в его глубинных участках потенциал катодной защиты не достигается, и в некоторых случаях при электролизе происходит не осаждение, а химическое растворение металла. The shallow depth of penetration of the electrode process into the “clamped” flow-through cathode, despite the supply of current to each layer of the UVM, leads to a sharp decrease in the cathode potential in the depth of the cathode. Therefore, in its deep sections the potential of cathodic protection is not achieved, and in some cases, during electrolysis, not chemical deposition occurs, but chemical dissolution of the metal.
Задача, решаемая заявляемым устройством, заключается в увеличении его производительности за счет увеличения доступной процессу электролиза поверхности электрода и большей емкости используемой матрицы, а также в упрощении конструкции и в облегчении его обслуживания. The problem solved by the claimed device is to increase its productivity by increasing the available surface electrolysis of the electrode and the larger capacity of the matrix used, as well as to simplify the design and facilitate its maintenance.
Поставленная задача решается благодаря тому, что в проточном объемно-пористом электроде для проведения окислительно-восстановительных реакций, содержащем токоподвод и не менее одного слоя пористой матрицы, обладающей электронной проводимостью, пористая матрица выполнена из металлизированного синтепона, соединена с токоподводом и снабжена одним или несколькими слоями не металлизированного синтепона, имеющими горизонтальные уплотнения. The problem is solved due to the fact that in a flow-through volume-porous electrode for carrying out redox reactions containing a current lead and at least one layer of a porous matrix having electronic conductivity, the porous matrix is made of metallized synthetic winterizer, connected to the current lead and provided with one or more layers not metallized synthetic winterizer with horizontal seals.
Использование токопроводящего и токонепроводящего синтепона как пористой матрицы для изготовления проточного объемно-пористого электрода значительно улучшает его физико-механические свойства, исключает необходимость в прижимном проточном токоподводе и прижимной сетке (достаточно иметь локальный контакт с металлизированным слоем синтепона), что сокращает количество элементов конструкции и связанные с ними расходы, а также упрощает обслуживание при установке и удалении электродной основы с осажденным металлом. В результате создаются условия эксплуатации электродного материала в свободном "несжатом" состоянии, благодаря чему, устраняются указанные выше недостатки, вызванные частичным экранированием поверхности электродного материала, а также облегчается распространение целевого процесса на всю толщину проточного объемно-пористого электрода. The use of a conductive and non-conductive synthetic winterizer as a porous matrix for manufacturing a flow-through volume-porous electrode significantly improves its physicomechanical properties, eliminates the need for a pressure-sensitive current-carrying current supply and pressure grid (it is enough to have local contact with a metallized layer of synthetic winterizer), which reduces the number of structural elements and associated costs, and also simplifies maintenance when installing and removing the electrode base with deposited metal. As a result, operating conditions of the electrode material in a free “uncompressed” state are created, which eliminates the above disadvantages caused by partial screening of the surface of the electrode material, and also facilitates the spread of the target process over the entire thickness of the flow-through volume-porous electrode.
Использование второго неэлектропроводящего слоя синтепона (или, возможно, третьего - трехслойный катод, с внутренним металлизированным слоем), обеспечивает фильтрацию раствора и защиту электродной поверхности от взвешенных частиц, способствует увеличению суммарной металлоемкости слоев объемно-пористого катода, который в ходе электролиза заполняется осадком металла, а при частичном осыпании осадок равномерно распределяется, задерживаясь в горизонтальных уплотнениях и не скапливается в нижней части катода. The use of a second non-conductive layer of syntepon (or, possibly, a third — a three-layer cathode, with an internal metallized layer) provides filtering of the solution and protection of the electrode surface from suspended particles, contributes to an increase in the total metal consumption of the layers of the volume-porous cathode, which is filled with metal precipitate during electrolysis and with partial shedding, the precipitate is evenly distributed, lingering in horizontal seals and does not accumulate in the lower part of the cathode.
Проведенный анализ уровня техники, включающий поиск по патентным и научно-техническим источникам информации, позволил установить, что технические решения, характеризующиеся признаками, идентичными всем существенным признакам заявляемым, не обнаружены. Не обнаружено существование идентичного заявляемому объемно-пористого электродного материала на основе металлизированного синтепона с удельной проводимостью 0,1-10 См/см. The analysis of the prior art, including a search by patent and scientific and technical sources of information, made it possible to establish that technical solutions characterized by features identical to all the essential features claimed were not found. The existence of a volume-porous electrode material identical to the claimed was not found on the basis of a metallized syntepon with a specific conductivity of 0.1-10 S / cm.
Заявляемый электрод по отношению к прототипу также обладает совокупностью существенных отличий, а именно:
- пористая матрица выполнена из металлизированного синтепона, соединена с токоподводом;
- пористая матрица снабжена одним или несколькими слоями неметаллизированного синтепона;
- слои не металлизированного синтепона выполнены с горизонтальными уплотнениями.The inventive electrode in relation to the prototype also has a combination of significant differences, namely:
- the porous matrix is made of metallized synthetic winterizer, connected to the current lead;
- the porous matrix is equipped with one or more layers of non-metallized synthetic winterizer;
- layers of non-metallized synthetic winterizer made with horizontal seals.
Следовательно, заявляемые изобретения, соответствуют критерию "новизна" по действующему законодательству. Therefore, the claimed invention meets the criterion of "novelty" under the current law.
Сведений об известности отличительных признаков заявляемых технических решений в совокупностях признаков известных технических решений с достижением тех же результатов, как у заявленных, не имеется. Information about the fame of the distinguishing features of the claimed technical solutions in the totality of the signs of the known technical solutions with the achievement of the same results as those claimed is not available.
На основании этого сделан вывод о соответствии заявляемых технических решений критерию "изобретательский уровень". Based on this, it is concluded that the claimed technical solutions meet the criterion of "inventive step".
При изготовлении заявляемого объемно-пористого электродного материала использовали синтепон, выпускаемый согласно ТУ 075 061 04-66-93. In the manufacture of the inventive volume-porous electrode material used synthetic winterizer, manufactured according to TU 075 061 04-66-93.
Использование синтепона как пористой основы для изготовления объемно-пористого электродного материала и придание ей высокой поверхностной и объемной проводимости создает условия для эксплуатации такого электрода в свободном, "несжатом" состоянии, что обуславливает его большую электродную поверхность и высокую емкость по металлу. Кроме того, заявляемый электродный материал дает широкие возможности для изготовления и эксплуатации электродов любых размеров и необходимой формы. При этом электрод может представлять собой законченную конструкцию, устанавливаемую в электролизер, т. е. иметь локальный токоподвод (фиг. 1) и ввод для подачи раствора (фиг. 2) или же для подвода тока к пористой матрице и обеспечения протока раствора могут использоваться элементы конструкции электролизера (фиг. 3). The use of syntepon as a porous base for the manufacture of a volume-porous electrode material and giving it high surface and volume conductivity creates the conditions for the operation of such an electrode in a free, “uncompressed” state, which causes its large electrode surface and high metal capacity. In addition, the inventive electrode material provides ample opportunities for the manufacture and operation of electrodes of any size and shape. In this case, the electrode can be a complete structure installed in the electrolyzer, i.e., have a local current supply (Fig. 1) and an input for supplying the solution (Fig. 2), or elements can be used to supply current to the porous matrix and ensure the flow of the solution electrolyzer design (Fig. 3).
На фиг. 1 представлен общий вид трехслойного электрода на основе синтепона (частный случай), где 1 - металлизированный слой синтепона, 2 токонепроводящие слои синтепона, имеющие горизонтальные уплотнения 3, 4 - корпус электрода, 5 - точечный токоподвод, 6 - токоподводящее устройство. In FIG. 1 shows a general view of a three-layer electrode based on synthetic winterizer (special case), where 1 is a metallized synthetic winterizer layer, 2 current-conducting synthetic winterizer layers having
На фиг. 2 представлен общий вид двухслойного (в форме мешка) электрода на основе синтепона (частный случай), где 1 металлизированный слой синтепона, 2 - токонепроводящий слой синтепона, имеющий горизонтальные уплотнения 3, 4 - токонепроводящий корпус, на котором расположены точечный токоподвод 5, а также ввод для подачи исходного раствора 6, и шина 7. In FIG. 2 shows a general view of a two-layer (bag-shaped) pad based on synthetic winterizer (special case), where 1 is a metallized synthetic winterizer layer, 2 is a non-conductive synthetic winterizer layer having
На фиг. 3 представлен общий вид двухслойного электрода (в форме цилиндра) на основе синтепона, где 1 - металлизированный слой синтепона, 2 - токонепроводящий слой синтепона, имеющий горизонтальные уплотнения 3, 4 - каркас электролизера на котором расположены дренажная трубка 5, кольцевой токоподвод 6 и узел подачи раствора 7. In FIG. 3 shows a general view of a two-layer electrode (in the form of a cylinder) based on synthetic winterizer, where 1 is a metallized synthetic winterizer layer, 2 is a non-conductive synthetic winterizer layer having
При работе электрод в сборе (см. фиг. 1 и фиг. 2) помещают в электролизер таким образом, что токонепроводящий слой синтепона обращен в сторону противоэлектрода (см. фиг. 3). Электроды соединяют с источником тока, а обрабатываемый раствор (электролит) последовательно пропускают через слой электрода. During operation, the electrode assembly (see Fig. 1 and Fig. 2) is placed in the electrolyzer in such a way that the non-conductive layer of synthetic winterizer faces the counter electrode (see Fig. 3). The electrodes are connected to a current source, and the processed solution (electrolyte) is sequentially passed through the electrode layer.
Примеры конкретного выполнения. Examples of specific performance.
Пример 1. На лабораторном проточном электролизере проведены сравнительные испытания предлагаемого электродного материала, имеющего размеры: видимая поверхность 0,4 дм2; толщина слоя 1,3 см, (один слой синтепона ТУ 075 061 04-66-93 металлизированного серебром, вес слоя - 0,52 г), удельная проводимость 1,1 См/см, токоподвод в верхней части катода, площадь контакта - 0,015 дм2, в сравнении с прототипом, имеющим размеры видимой поверхности 0,4 дм2; толщина 0,41 см (один слой углеродного войлока типа КНМ), вес - 1,1 г, удельная проводимость 0,1 См/см, тыльный проточный токоподвод, площадь контакта - 0,04 дм2. При проведении сравнительных испытаний, с целью определения скорости извлечения металла, использовали отработанный фиксажно-отбеливающий раствор, с исходным содержанием серебра 2,42 г/л. Электролиз вели в гальваностатическом режиме без разделения электродных пространств при плотности тока 1 А/дм2; объем порции циркулирующего раствора 1 л, скорость протока 0,4-0,6 л/мин. В ходе экспериментов для предотвращения возможного разложения раствора контролировали катодный потенциал в наиболее нагруженной точке. При достижении значения потенциала - 0,6 В, измеренного относительно насыщенного каломельного электрода, опыт прекращали (остаточная концентрация серебра составляла, в среднем 10-20 мг/л). В процессе электролиза отбирали пробы раствора через каждый час. Содержание серебра в пробах контролировалось атомно-адсорбционным методом.Example 1. On a laboratory flow-through electrolyzer, comparative tests of the proposed electrode material, having dimensions: the apparent surface of 0.4 dm 2 ; layer thickness 1.3 cm, (one layer of syntepon TU 075 061 04-66-93 silver metallized, layer weight 0.52 g), specific conductivity 1.1 cm / cm, current lead in the upper part of the cathode, contact area - 0.015 dm 2 in comparison with the prototype having a visible surface size of 0.4 dm 2 ; thickness 0.41 cm (one layer of KNM type carbon felt), weight 1.1 g, specific conductivity 0.1 cm / cm, back flow current lead, contact area 0.04 dm 2 . When conducting comparative tests, in order to determine the metal extraction rate, a spent fixer-bleaching solution was used, with an initial silver content of 2.42 g / l. The electrolysis was carried out in galvanostatic mode without separation of the electrode spaces at a current density of 1 A / DM 2 ; the volume of a portion of the circulating solution is 1 l, the flow rate is 0.4-0.6 l / min. During the experiments, to prevent possible decomposition of the solution, the cathodic potential was monitored at the most loaded point. Upon reaching a potential value of 0.6 V, measured relative to a saturated calomel electrode, the experiment was terminated (the residual silver concentration was, on average, 10–20 mg / L). During electrolysis, samples were taken of the solution every hour. The silver content in the samples was controlled by the atomic adsorption method.
На фиг. 4 представлены зависимости изменения концентрации серебра в фиксажно-отбеливающем растворе, полученные в ходе опытов, при проведении сравнительных испытаний УВМ (прототип) и предлагаемого электродного материала. In FIG. 4 presents the dependence of changes in the concentration of silver in the fixative-bleaching solution obtained during the experiments, when conducting comparative tests of the UVM (prototype) and the proposed electrode material.
Из опыта 1 (прототип) следует, что на начальном этапе электролиза (≈3 часа) серебро не извлекается. Это связано с тем, что в таких растворах вначале, в основном, протекает побочный процесс восстановления ионов Fe3+-->Fe2+и только после третьего часа электролиза наблюдается снижение концентрации серебра. Опыт 2 показал, что в течение первого часа электролиза концентрация Ag в растворе не только не снижается, а, наоборот, растет, т. е. наблюдается не извлечение Ag, а его растворение с катода. Это вызвано тем, что из-за плотности сжатого КНМ и малого эффективного диаметра пор происходит резкое затухание катодного потенциала вглубь УВМ. Поэтому в его глубинных участках потенциал катодной защиты Ag не достигается и оно химически растворяется в отбеливающем растворе. В результате скорость извлечения Ag существенно уменьшается, а растворившееся из глубинных слоев УВМ серебро концентрируется на его фронтальном конце, что усиливает дентрито-образование и осыпание серебра. Характерная картина изменения концентрации наблюдалась до опыта 10. Заметное снижение скорости извлечения серебра и снижение протока раствора через катод наблюдалось в опыте 11, что связано с забивкой пор металлом и прекращение его работы как проточного пористого катода. Масса заполненного металлом УВМ-прототипа составила 20,3 г.From experience 1 (prototype) it follows that at the initial stage of electrolysis (≈3 hours) silver is not extracted. This is due to the fact that in such solutions, primarily, a side process of reduction of Fe 3+ -> Fe 2+ ions occurs, and only after the third hour of electrolysis is a decrease in silver concentration observed.
По изменению зависимости концентрации серебра в опытах с заявляемым электродным материалом (фиг. 4) видно, что извлечение серебра начинается с первого часа электролиза одновременно с восстановлением железа. Это свидетельствует о том, что целевой электродный процесс имеет место по всей толщине пористой матрицы, т. е. зоны растворения Ag отсутствуют, и проявляется в увеличении скорости осаждения - время переработки того же объема раствора сокращается с 9 до 6 часов. Средняя скорость извлечения серебра с использованием заявляемого электродного материала в одиннадцати опытах сохранялась без изменений. The change in the concentration of silver in experiments with the inventive electrode material (Fig. 4) shows that the extraction of silver begins from the first hour of electrolysis simultaneously with the reduction of iron. This indicates that the target electrode process takes place over the entire thickness of the porous matrix, i.e., there are no dissolution zones of Ag, and is manifested in an increase in the deposition rate - the processing time of the same volume of the solution is reduced from 9 to 6 hours. The average silver recovery rate using the inventive electrode material in eleven experiments remained unchanged.
Сравнительные испытания показали, что предлагаемый электродный материал по сравнению с прототипом обладает в 1,5 раза более высокой скоростью извлечения металла. Comparative tests showed that the proposed electrode material in comparison with the prototype has a 1.5 times higher metal extraction rate.
Пример 2. С целью определения максимального количества металла осаждаемого на единицу массы пористой матрицы заявляемого электродного материала и УВМ типа КНМ - прототип использовали отработанный фиксажный раствор с концентрацией серебра 13,1 г/г. Параметры испытуемых электродных материалов и условие проведение опытов такие же, как в примере 1. Начиная с первого часа электролиза, средняя скорость извлечение серебра из фиксажного раствора в обоих случаях сохранялась примерно равной. Заметное снижение скорости извлечение серебра и снижение протока раствора через электродный материал прототипа наблюдалось в третьем опыте. Максимальная металлоемкость УВМ-прототипа составила 30 г/г. Стабильная работа заявляемого электродного материала продолжалось в течение девяти опытов и лишь в опыте 10 произошли забивка пор металлом и прекращение работы как проточного пористого катода. Максимальная металлоемкость у заявляемого электродного материала составила 212 г/г. Example 2. In order to determine the maximum amount of metal deposited per unit mass of the porous matrix of the inventive electrode material and HCM type KNM - the prototype used spent fixative solution with a silver concentration of 13.1 g / g The parameters of the test electrode materials and the conditions for conducting the experiments are the same as in Example 1. Starting from the first hour of electrolysis, the average rate of silver extraction from the fixative solution in both cases remained approximately equal. A noticeable decrease in the silver extraction rate and a decrease in the solution flow through the electrode material of the prototype were observed in the third experiment. The maximum metal consumption of the UVM prototype was 30 g / g. The stable operation of the inventive electrode material lasted for nine experiments, and only in
Таким образом, сравнительные испытания показали, что предлагаемый электродный материал по сравнению с прототипом имеет в 7 раз большую емкость по осадку металла. Thus, comparative tests showed that the proposed electrode material in comparison with the prototype has 7 times greater capacity for metal upsetting.
Пример 3. На электролизном участке издательско-полиграфического предприятия "Советская Сибирь" были проведены сравнительные испытания предлагаемого электрода-катода (см. фиг. 3) и катода-прототипа в процессе извлечения Ag из отработанных фоторастворов. Испытания проводились на базе действующего погружного электрохимического модуля ПM-1. Маслий А. И. и др. Гальванотехника и обрабока поверхности, 1999, т. 7, 1, с. 47-50 [5] с геометрической поверхностью проточного катода 0,2 м2. Катод-прототип представляет 1 слой углеродного войлока КНМ (исходный вес - 55 г), заявляемый катод - 2 слоя синтепона (один металлизирован серебром), исходный вес - 50 г. Осаждение серебра из новых порций фоторастворов вели до момента появления раствора из дренажного отверстия в электролизере, что свидетельствовало о прекращения протока раствора через объемно-пористый катод (заполнение катода металлом). После разборки и сушки катодов суммарный вес катода-прототипа составил 1376 г, а вес предлагаемого электрода - 8743 г.Example 3. On the electrolysis section of the publishing and printing company "Soviet Siberia", comparative tests of the proposed cathode electrode (see Fig. 3) and the prototype cathode were carried out in the process of extracting Ag from spent photographic solutions. The tests were carried out on the basis of the operating submersible electrochemical module PM-1. Masliy A.I. et al. Electroplating and surface treatment, 1999, v. 7, 1, p. 47-50 [5] with a geometric surface of the flow cathode 0.2 m 2 . The prototype cathode represents 1 layer of KNM carbon felt (initial weight - 55 g), the inventive cathode - 2 layers of syntepon (one is silver metallized), the initial weight is 50 g. Silver was deposited from new portions of the photographic solutions until the solution appeared from the drainage hole in electrolyzer, which indicated the cessation of the flow of the solution through the space-porous cathode (filling the cathode with metal). After disassembling and drying the cathodes, the total weight of the prototype cathode was 1376 g, and the weight of the proposed electrode was 8743 g.
Таким образом, проведенные испытания подтвердили преимущества предлагаемого электрода на основе синтепона. Обслуживающий персонал высоко оценил его физико-механические свойства, которые особенно проявились при установке и демонтаже предлагаемого электрода. Внедрение в промышленность предлагаемого электрода по сравнению с прототипом обеспечивает рост количества металлического осадка на единицу массы катода, увеличение скорости извлечения металла, а также большую периодичность замены электрода и значительное упрощение в его обслуживании. Thus, the tests confirmed the advantages of the proposed electrode based on synthetic winterizer. The attendants praised its physical and mechanical properties, which were especially manifested during the installation and dismantling of the proposed electrode. The introduction of the proposed electrode into the industry in comparison with the prototype provides an increase in the amount of metal deposit per unit mass of the cathode, an increase in the rate of metal extraction, as well as a greater frequency of electrode replacement and a significant simplification in its maintenance.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000109000/02A RU2178017C2 (en) | 2000-04-10 | 2000-04-10 | Bulke porous electrode material and flow- through electrode on its base |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2000109000/02A RU2178017C2 (en) | 2000-04-10 | 2000-04-10 | Bulke porous electrode material and flow- through electrode on its base |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2000109000A RU2000109000A (en) | 2001-12-10 |
| RU2178017C2 true RU2178017C2 (en) | 2002-01-10 |
Family
ID=20233161
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2000109000/02A RU2178017C2 (en) | 2000-04-10 | 2000-04-10 | Bulke porous electrode material and flow- through electrode on its base |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2178017C2 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2550398C1 (en) * | 2013-11-12 | 2015-05-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химиии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХТТМ СО РАН) | Antimicrobial filter material and method for producing it |
| RU216406U1 (en) * | 2022-10-31 | 2023-02-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Carbon-porous flow electrode for the extraction of chromium from aggressive solutions |
-
2000
- 2000-04-10 RU RU2000109000/02A patent/RU2178017C2/en not_active IP Right Cessation
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Химическая энциклопедия/Под ред. Н.С.Зефирова. - М.: Большая энциклопедия, 1998, т.5, с.28-29. * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2550398C1 (en) * | 2013-11-12 | 2015-05-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт химиии твердого тела и механохимии Сибирского отделения Российской академии наук (ИХТТМ СО РАН) | Antimicrobial filter material and method for producing it |
| RU216406U1 (en) * | 2022-10-31 | 2023-02-01 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Иркутский национальный исследовательский технический университет" (ФГБОУ ВО "ИРНИТУ") | Carbon-porous flow electrode for the extraction of chromium from aggressive solutions |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US3919062A (en) | Electrochemical system graduated porous bed sections | |
| CA1159008A (en) | Reactor with working and secondary electrodes and polarity reversal means for treating waste water | |
| EP0039022B1 (en) | Reticulate electrode for electrolytic cells and a method for producing it | |
| US4367127A (en) | Metals recovery cell and electrode assembly for same | |
| US4515672A (en) | Reticulate electrode and cell for recovery of metal ions | |
| CA1315733C (en) | Electrode assembly for electrochemical cell | |
| US883170A (en) | Electrode for the recovery of metals from solutions by electrolysis. | |
| US4167607A (en) | Halogen electrodes and storage batteries | |
| US4435252A (en) | Method for producing a reticulate electrode for electrolytic cells | |
| JPS5929676B2 (en) | electrolytic cell | |
| US3282808A (en) | Nickel impregnated porous cathode and method of making same | |
| RU2178017C2 (en) | Bulke porous electrode material and flow- through electrode on its base | |
| CN103827357B (en) | Electrochemical cell used in the process of copper chlorine thermochemical cycle for hydrogen production | |
| CA1273604A (en) | Electrodes, electro-chemical cells containing said electrodes, and process for forming and utilizing such electrodes | |
| EP0049172B1 (en) | Gold recovery process | |
| CA1093148A (en) | Process for assembling a porous membrane on a support and assembly produced in this manner | |
| RU2404927C2 (en) | Method of extracting noble metals from aqueous solutions and device for realising said method | |
| RU2004633C1 (en) | Cathode for electrochemical cell | |
| RU2172796C1 (en) | Self-contained electrochemical module | |
| JPH0633288A (en) | Electrolytic metal collecting method | |
| GB2127001A (en) | Recovery of precious metal(s) | |
| US1052256A (en) | Electrolysis of metal-salt solutions. | |
| US6165333A (en) | Cathode assembly and method of reactivation | |
| CN113603082B (en) | Electrode structure for preparing graphene by graphite powder electrochemical method | |
| RU2109088C1 (en) | Multiunit flow-through electrolyzer for recovery of metals from solutions of their salts |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20070514 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Effective date: 20080123 |
|
| QZ4A | Changes in the licence of a patent |
Effective date: 20070514 |
|
| QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20111116 |
|
| QC41 | Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20111116 Effective date: 20140130 |
|
| QC41 | Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20070514 Effective date: 20090415 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20150411 |