RU2483143C1

RU2483143C1 - Electrolytic cell cathode for making metal powders

Info

Publication number: RU2483143C1
Application number: RU2011149717/02A
Authority: RU
Inventors: Владимир Иосифович Бусько
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2013-05-27

Abstract

FIELD: metallurgy.

SUBSTANCE: cathode comprises current lead and working surface composed of the surface of sharpened elements isolated by dielectric. Said dielectric is a bulky figure with sharpened element ends located on its surface. Note here that the area of said elements is minimum.

EFFECT: faster process.

1 dwg, 2 ex

Description

Изобретение относится к порошковой металлургии, к устройствам для получения металлических порошков электролизом.The invention relates to powder metallurgy, to devices for producing metal powders by electrolysis.

Известен вращающийся катод [Патент России N2023059, кл. С25С 5/02, 1994] в виде цилиндрической спирали, жестко сочлененной с приводом.A rotating cathode is known [Russian Patent N2023059, cl. C25C 5/02, 1994] in the form of a cylindrical spiral rigidly articulated with a drive.

Недостатками устройства являются наличие механизма вращения пружины и устройства контактирования вращающегося катода с токоподводом, а для съема с него порошка требуется дополнительный слой поверх электролита электролизера. Катодная плотность тока при получении порошка металла на таком катоде недостаточно высока и недостаточно постоянна во времени.The disadvantages of the device are the presence of the mechanism of rotation of the spring and the contacting device of the rotating cathode with the current supply, and to remove the powder from it requires an additional layer on top of the electrolyte of the electrolyzer. The cathode current density when receiving a metal powder at such a cathode is not high enough and not constant enough in time.

Известен колеблющийся пластинчатый катод [Патент России №2180694, кл. С25С 5/02, 2002], состоящий из токоподвода, соединенного с рабочими элементами в виде металлических пластин.Known oscillating plate cathode [Russian Patent No. 2180694, cl. C25C 5/02, 2002], consisting of a current lead connected to the working elements in the form of metal plates.

Недостатками устройства являются необходимость вибрации для съема порошка и недостаточно высокая и недостаточно постоянная во времени катодная плотность тока. Необходимость поддержания максимально возможной плотности тока обусловлена тем, что скорость электрохимической реакции пропорциональна плотности тока. Поддержание постоянства плотности тока обеспечивает постоянную дисперсность порошка.The disadvantages of the device are the need for vibration to remove the powder and not high enough and not constant enough in time cathodic current density. The need to maintain the maximum possible current density is due to the fact that the rate of the electrochemical reaction is proportional to the current density. Maintaining a constant current density ensures constant dispersion of the powder.

Технической задачей в предлагаемом устройстве катода является повышение скорости получения порошка металла.The technical problem in the proposed cathode device is to increase the speed of obtaining metal powder.

Техническая задача достигается тем, что рабочая поверхность катода представляет собой заостренные элементы, изолированные диэлектриком, выполненным в виде объемной фигуры, причем окончания заостренных элементов, площадь которых минимальна, располагают на поверхности объемной фигуры. Фигуры выполняют в виде полусферы, сферы, конуса, цилиндра, параллелепипеда, пирамиды или в виде пучка удлиненных фигур преимущественно цилиндрической формы или других фигур.The technical problem is achieved in that the working surface of the cathode is a pointed element, insulated by a dielectric made in the form of a three-dimensional figure, with the end of the pointed elements, the area of which is minimal, located on the surface of the three-dimensional figure. The figures are made in the form of a hemisphere, sphere, cone, cylinder, parallelepiped, pyramid, or in the form of a beam of elongated figures, mainly of cylindrical shape or other figures.

Пример 1. На липкую ленту на полихлорвиниловой основе укладывают в ряд на расстоянии 3 мм друг от друга заостренные стальные стержни в количестве 40 штук диаметром 0,5 мм и длиной 40 мм, острия стержней совмещают с краем ленты. На хвостовики стержней укладывают токоподводящие шины из мягкого многожильного провода и сверху накрывают второй лентой липким слоем вниз. Полученную многослойную ленту скручивают в цилиндр (фиг.1а). Нижнее основание с остриями опускают в электролит, содержащий сернокислое железо (50 г/л) и серную кислоту (10 г/л), а выступающий из верхнего основания цилиндра провод токоподводящей шины соединяют с отрицательным полюсом источника постоянного тока. При пропускании тока 2 А порошок железа, образующийся на остриях катода, опускается на дно электролизера. Насыпная плотность порошка составляет 1,3 г/см³, весь порошок проходит сквозь сито с ячейкой 50 мкм.Example 1. On an adhesive tape on a polyvinyl chloride basis, pointed steel rods are laid in a row at a distance of 3 mm from each other in an amount of 40 pieces with a diameter of 0.5 mm and a length of 40 mm, the tips of the rods are aligned with the edge of the tape. On the shanks of the rods, the busbars are laid from a soft stranded wire and from above they are covered with a second tape with an adhesive layer down. The resulting multilayer tape is twisted into a cylinder (figa). The lower base with the tips is lowered into the electrolyte containing iron sulfate (50 g / l) and sulfuric acid (10 g / l), and the lead wire from the upper base of the cylinder is connected to the negative pole of the DC source. When passing a current of 2 A, the iron powder formed on the tips of the cathode is lowered to the bottom of the cell. The bulk density of the powder is 1.3 g / cm ³ , all the powder passes through a sieve with a cell of 50 μm.

Пример 2. Швейные иглы диаметром 0,76 мм и длиной 35 мм в количестве 30 штук с накрученными на них токоподводящими проводами устанавливают вертикально остриями вниз в стеклянный стакан, заполненный кремнийорганическим компаундом. После его полимеризации полученный катод извлекают из стакана (фиг.1а). Выступающие из верхнего основания токоподводящие провода соединяют в жгут, который подсоединяют к отрицательному полюсу источника постоянного тока. Нижнее основание катода с остриями погружают в электролит, содержащий 20 г/л сернокислого никеля и 40 г/л хлористого аммония. При пропускании тока 4 А образующийся на остриях катода никелевый порошок отрывается от катода и опускается на дно электролизера. Насыпная плотность полученного порошка составляет 1,1 г/см³, весь порошок проходит сквозь сито с ячейками 50 мкм.Example 2. Sewing needles with a diameter of 0.76 mm and a length of 35 mm in the amount of 30 pieces with current-conducting wires screwed on them are installed vertically with their tips down in a glass cup filled with an organosilicon compound. After polymerization, the resulting cathode is removed from the glass (figa). The current-carrying wires protruding from the upper base are connected to a bundle, which is connected to the negative pole of the direct current source. The lower base of the cathode with tips is immersed in an electrolyte containing 20 g / l of nickel sulfate and 40 g / l of ammonium chloride. When passing a current of 4 A, the nickel powder formed on the tips of the cathode breaks away from the cathode and sinks to the bottom of the cell. The bulk density of the obtained powder is 1.1 g / cm ³ , all the powder passes through a sieve with cells of 50 μm.

Пример 3. Пучок из 40 проводов диаметром 30 мкм во фторопластовой изоляции длиной 50 мм освобождают от изоляции на 10 мм с одного края, к проводам припаивают токоподвод (фиг.1б), который соединяют с отрицательным полюсом источника постоянного тока. С другой стороны пучка провода раздвигают и опускают в электролит, содержащий 50 г/л медного купороса, 20 г/л серной кислоты и 10 г/л этилового спирта. При пропускании тока 4 А образующийся на торцевой неизолированной поверхности проводов медный порошок отрывается от катода и опускается на дно электролизера. Насыпная плотность полученного порошка составляет 0,9 г/см³, весь порошок проходит сквозь сито с ячейками 50 мкм.Example 3. A bundle of 40 wires with a diameter of 30 μm in a fluoroplastic insulation 50 mm long is freed from insulation by 10 mm from one edge, a current lead is soldered to the wires (Fig. 1b), which is connected to the negative pole of the DC source. On the other hand, the wires are pushed apart and lowered into an electrolyte containing 50 g / l of copper sulfate, 20 g / l of sulfuric acid and 10 g / l of ethyl alcohol. When passing a current of 4 A, the copper powder formed on the non-insulated end surface of the wires detaches from the cathode and sinks to the bottom of the cell. The bulk density of the obtained powder is 0.9 g / cm ³ , all the powder passes through a sieve with cells of 50 μm.

Как видно из примеров, порошок самопроизвольно отделяется от рабочей поверхности катода, размер порошка не превышает 50 мкм, рабочий ток на один заостренный элемент составляет 0,05-0,1 А, плотность катодного тока в примере 3 составляет 100000 А/дм², а в примерах 1 и 2 она еще больше.As can be seen from the examples, the powder spontaneously separates from the working surface of the cathode, the powder size does not exceed 50 μm, the working current per pointed element is 0.05-0.1 A, the cathode current density in example 3 is 100,000 A / dm ² , and in examples 1 and 2 it is even larger.

Особенностью получения порошка металла путем электролиза является необходимость поддержания высокой и постоянной катодной плотности тока во времени на рабочей поверхности катода. Изменение катодной плотности тока приводит к изменению дисперсности порошка. Повышение скорости получения порошка металла обусловлено значительным увеличением катодной плотности тока на остриях заостренных элементов катода, имеющих в 1000 и более раз меньшую площадь поверхности. При этом катодная плотность тока на остриях катода значительно возрастает, что приводит к увеличению скорости процесса. Слабое сцепление порошка, выделяющегося на остриях катода, и самопроизвольное его отделение от катода обеспечивает постоянство величины плотности тока, а следовательно, постоянство дисперсности порошка металла. Производительность электролизеров с катодами предлагаемой конструкции пропорциональна количеству заостренных элементов. Применение таких катодов позволяет не только повысить скорость процесса, но и расширяет возможности дальнейшего совершенствования конструкций электролизеров в направлении повышения их технико-экономических параметров.A feature of obtaining metal powder by electrolysis is the need to maintain a high and constant cathodic current density in time on the working surface of the cathode. A change in the cathode current density leads to a change in the dispersion of the powder. The increase in the rate of production of metal powder is due to a significant increase in the cathodic current density at the points of the pointed elements of the cathode having 1000 or more times smaller surface area. In this case, the cathode current density at the tips of the cathode increases significantly, which leads to an increase in the process speed. Weak adhesion of the powder released at the tips of the cathode, and its spontaneous separation from the cathode provides a constant current density, and therefore, a constant dispersion of the metal powder. The performance of electrolytic cells with cathodes of the proposed design is proportional to the number of pointed elements. The use of such cathodes allows not only to increase the speed of the process, but also expands the possibilities of further improving the designs of electrolyzers in the direction of increasing their technical and economic parameters.

Claims

The cathode of an electrolyzer for producing metal powders, containing a current lead and a working surface, characterized in that the working surface of the cathode is the surface of pointed elements insulated by a dielectric made in the form of a three-dimensional figure, on the surface of which the ends of the pointed elements are located, the area of which is minimal.