SU1638209A1 - Электрод дл электрохимических производств - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к электрохимическим производствам, в частности к конструкции анода, примен емого дл  получени  электролитического диоксида марганца (ЭДМ), и позвол ет упростить изготовление, электрода, уменьшить металлоемкость и увеличить объемную плотность тока при получении ЭДМ. Указанна  цель достигаетс  в электроде дл . электрохимических производств , состо щем из двух элементов - основного, выполненного в виде цилиндрической спирали из проволоки заданных размеров, и дополнительного, выполненного из проволоки с диаметром не менее чем в 2 раза превышающим диаметр проволоки основного элемента, в виде двух плотно скрученных проволок , причем основной элемент закреплен на осевом элементе и равномерно размещен вокруг него по спирали, 2 табл., 8 ил. с S (/

Description

Изобретение относитс  к электрохимическим производствам, в частности к конструкции анода, примен емого дл  получени  электролитического диоксида марганца (ЭДМ).

Целью изобретени   вл етс  ум0нь- шение его металлоемкости и увеличение 1 производительности за счет увеличени  объемной плотности тока при получении продуктов электросинтеза, в частности при осаждении ЭДМ. ,.

На фиг.1 изображен основной элемент электрода, представл ющий спираль из титановой проволоки; дл  осуществлени  двустороннего подвода тока к электроду один из концов спирали

проведен через ее внутреннюю сторону; на фиг.2 - дополнительный элемент электрода, представл ющий сложенную вдвое титановую проволоку с диаметром не менее чем в два раза превышающим диаметр проволоки основного элемента; .на фиг.З - основной элемент 1, насаженный на одну ветвь дополнительного элемента 2, который впоследствии подвергаетс  перекручиванию за один конец при фиксации другого; на фиг.4 представлен анод 3 предлагаемой конструкции (фрагмент) вместе с катодом 4, занимающий весь полезный объем электролизера 5; на фиг.5 - аноды предлагаемой конструкции (6) и стержневой (7) , имеющие одинаковые габаритные размеры и помещенные в элек

тролизерах 5 вместе с катодами 4; на фиг.6 представлены два электрода: предлагаемой конструкции и стержне- вой, имеющие одинаковое габаритные размеры и одинаковую рабочую поверхность; на фиг.7 - три электрода (слева направо) : предлагаемой .конструкции и стержневой, имеющие одинаковые габаритные размеры, и Электрод пред- лагаемой конструкции, охватывающий весь полезный объем опытного цилиндрического электролизера; на фиг.8 - два электрода (слева направо) : электрод предлагаемой-конструкции, охватывающий весь полезный объем цилиндрического опытного электролизера, и такой же электрод с осажденным на него ЭДМ,

Указанна  цель достигаетс .тем, что электрод из титана или его сплава состоит из двух элементов - основного , выполненного из проволоки заданных размеров в виде спирали, и дополнительного , выполненного из прово- локи с диаметром не менее чем в 2 раза превышающим диаметр проволоки основного элемента и имеющего U-образ- ную форму. При этом основной элемент, насаженный на одну ветвь дополнитель- ного элемента, подвергающегос  закручиванию , равномерно распределен вокруг него.

Длина и диаметр проволоки основного элемента задаютс  исход  из необходимой величины площади поверхности электрода, а диаметр колец спирали основного элемента и длина дополнительного элемента - из габаритных размеров электрода или электролизера. Если не выдерживаетс  соотношение между диаметрами проволок основного и дополнительного элементов, то при изготовлении электрода (при перекручивании ветвей осевого элемента) не удаетс  осуществить перемещение колец основного элемента вокруг дополнительного .

Величина площади поверхности элек- трода предлагаемой конструкции практически не зависит от диаметров проволок основного и дополнительного элементов . Она определ етс  главным образом диаметром и количество, колец спирали основного элемента, В св зи с этим диаметр проволоки основного элемента выбирают в зависимости от конкретных задач, главным образом дл 

5

0

Q

5 Q

Q

5

обеспечени  жесткости конструкции электрода заданных габаритных размеров.

Реализаци  предлагаемого технического решени  показана на примерах, приведенных в табл.1. Эти примеры включают три электрода предлагаемой конструкции (электроды № 1, 2, 3), отличающиес  один от другого такими характеристиками, как длина, диаметр, масса, рабоча  поверхность, и один стержневой электрод (№ 4) дл  сравнени .

Электрод № 1. Дл  вы влени  преимуществ электрода предлагаемой конструкции по сравнению со стержневым электродом длина проволоки и диаметр спирали основного элемента (фиг.1), а также длина дополнительного элемента (фиг.2) выбраны с таким расчетом, чтобы габаритные размеры этого элект- .рода по длине и диаметру, а также площадь рабочей поверхности были такими же, как у стержневого электрода № 4 (фиг.5, 6). Дл  этого осуществл ли раст жение спирали основного элемента 1 (фиг.З) до заданных размеров перед перекручиванием дополнительного элемента электрода.

Электрод № 2. Дл  этого электрода длина проволоки и диаметр спирали (фиг.1), а также длина дополнительного элемента (фиг.2) выбраны с таким расчетом, чтобы габаритные размеры электрода по длине и диаметру, как и в примере с электродом № 1, были одинаковыми со стержневым электродом № 4. При этом ставилась задача создани  максимально возможной рабочей поверхности при заданных габаритных размерах электрода, что достигалось сжатием спирали основного элемента 1 (фиг.З) до отказа перед перекручиванием ветвей дополнительного элемента 2 электрода.

Электрод № 3. В данном случае размеры электрода 3 (фиг.4) - диаметр и длина спирали основного элемента 1, а также длина дополнительного элемента 2 - выбраны с таким расчетом, чтобы по габаритам он охватывал весь объем опытного цилиндрического электролизера 5, за исключением объема, занимае-- мого катодом 4 и межэлектродным рас- сто нием (фиг.7, 8).

Из табл.1 видно, что при одинаковых размерах и равной площади рабочей поверхности электродов № 1 и Л масса электрода предлагаемой конструкции

№ 1 в 13,7 раз меньше, чем у стержневого электрода № 4. При одинаковых габаритных размерах электродов № 2 и 4 электрод предлагаемой конструкции I № 2 при площади рабочей поверхности в полтора раза больше имеет массу в 9,6 раз меньше, чем стержневой № 4 (в величину массы каждого электрода включаетс  масса как рабочей, так и токоподвод щей его частей).

Расчет, проведенный на основании данных, приведенных в табл.1 , показывает , что металлоемкость электродов предлагаемой конструкции № 1, 2 и 3 в-13,5, 14,1 и 8,9 соответственно раз меньше по сравнению со стержневым электродом № 4. Металлоемкость плоскопараллельно-стержневых электродов, примен емых на производстве ЭДМ, равна 30 кг/м2. Отсюда следует, что металлоемкость электрода предлагаемой конструкции примерно в 10 раз меньше, чем у прототипа.

Электроде. предлагаемой конструкции (№ 1, 2 и 3), а также стержневой электрод (№ 4) были испытаны в качестве анодов в непрерывном процессе электролиза с целью получени  ЭДМ при нормальных услови х ( состав раст- вора, г/л: nSC4 100, Нг504 20) и температуре 91-93°С. Режим электролиза по плотности тока (100 А/м2) был жестким относительно прин той на производстве оптимальной величины этого параметра (70 А/м2). В опытах отношение величины поверхностей электродов № 1 , 2 и 4 к объему подвергаемого электролизу раствора электролита было близко

к такой характеристике производственного анода и составл ло примерно 7м а дл  электрода № 3 это соотношение было больше и равн лось 32,5 . Во всех опытах в качестве катодного материала служил свинец в виде ленты.

Учитыва , что основным показателем качества работы анодов  вл етс  величина его потенциала, главным образом от стабильности которого зависит изменение напр жени  на электролизере, в каждом из опытов фиксировались начальное (Uh(jq), конечное (U кои) напр жени  и рассчитывалось среднее (Uq) напр жение на электролизере. Определ лась скорость пассивации электродов I характеризующа  длительность работы анодов в активном состо нии.

Результаты испытаний, приведенные в табл.2, показали, что электроды

5 о

предлагаемой конструкции (№ I , 2 и 3) по начальному, конечному и среднему напр жени м и по величине скорости пассивации имеют более высокие показатели , чем стержневой электрод If 4. Сравнение результатов электролиза, а именно значений удельной электроэнергии , полученных на электродах №1,2 и 4, имеющих одинаковые габаритные размеры по длине и диаметру и работающих в одинаковых услови х, показало, что электроэнерги  на электродах предлагаемой конструкции расходуетс  бо- 5 лее эффективно. Уменьшение удельной электроэнергии выработки ЭДМ на трех электродах N° 1 , 2 и 3 по сравнению со стержневым № 4 составило в среднем 22%, увеличение выхода по току - в среднем 4% (вследствие того, что осадок при получении ЭДМ содержит влагу и разные примеси, величина выхода осадка по току превышает 100% и имеет условный характер).

Из табл.2 видно, что скорость пассивации электродов предлагаемой конструкции У , 2 и 3 в 3-6 раз меньше скорости пассивации стержневого электрода N° 4.

Наиболее близким техническим решением , выбранным в качестве прототипа,

 вл етс  анод дл  производства ЭДМ, состо щий из стержней круглого сечени  из титана, расположенных параллельно один другому, которые креп тс  к опорным стержн м и к подвеске из титана. Последн   предназначена дл  закреплени  анода на электролизере и подвода электрической энергии,

Недостатками конструкции стержневых электродов  вл ютс : сложность изготовлени , св занна  со скреплением отдельных частей одна с другой (технологи  изготовлени  одного производственного анода предусматривает изготовление 47 титановых прутков путем их нарезани  и последующего соединени  аргонной сваркой в 92 .точках); больша  металлоемкость ( дл  получени 

одного квадратного метра рабочей поверхности анода на производстве расходуетс  примерно 30 кг титанового сплава); низкое отношение площади рабочей поверхности анодов к объему, подвергаемому электролизу раствора

(на производстве он равн етс  примерно 7 ), что обуславливает низкую объемную плотность тока и, следовательно , большие размеры электролизеров . К недостаткам анодов, примен емых на производстве, относ тс  также относительно большой расход электроэнергии и малый срок службы.

Электрод предлагаемой конструкции в услови х анодного процесса получени  ЭДМ работает при более низком напр жении и может более длительное врем  использоватьс  в активном сое- то нии с меньшими затратами электроэнергии . Полученный продукт соответствовал существующему ГОСТ 25823-83

на эда.

В опыте с электродом № 3 было pea- лизовано еще одно преимущество электрода предлагаемой конструкции по сравнению с плоскопараллельно-стерж- невым, а именно: весь полезный объем цилиндрического электролизера занимал только один анод. Благодар  большой величине отношени  поверхности этого электрода к объему подвергаемого электролизу раствора (32,5 м- ) по сравнению с такой характеристикой дл  ано дов действующего производства (7 м ) применение анода предлагаемой конструкции позволило достигнуть большей рбъемной плотности тока (3250 А/м ) , в раз превышающей этот показатель дл  анодов плоскопараллельно-стержневой конструкции (примерно 470 А/м , а при увеличении поверхностной плотности тока до 100 А/м, как в наших опытах, можно достичь объемной плот- ности тока примерно 700 А/мЭ). Такое резкое увеличение объемной плотности тока дает возможность значительно увеличить удельную производительность электролизера, тем самым уменьшить его размеры и, соответственно, производственную площадь, занимаемую им.

Изготовление электрода предлагаемой конструкции осуществл етс  по упрощенной технологии, не требующей скреплени  отдельных его частей сваркой или другим видом соединени . Конструкци  электрода обеспечивает жесткое и прочное скрепление его основного и дополнительного элементов друг с

другом. Процесс изготовлени  электрода механизирован, длительность изготовлени  сокращаетс . При этом не требуетс  использовани  дефицитных и дорогосто щих материалов. Электрод дл  лабораторных и крупнолабораторных исследований изготавливаетс  на токарном станке за 20-30 мин.

Предлагаема  конструкци  электрода дает возможность легко создать двусторонний вариант подвода тока к нему , дл  чего при изготовлении основного элемента один из концов спирали провод т через ее внутреннюю сторону.

Таким образом, эффективность применени  электрода предлагаемой конструкции в качестве анода при получении Эда по сравнению с плоскопараллельно- стержневым электродом заключаетс  в следующем: упрощаетс  изготовление, уменьшаетс  металлоемкость, увеличиваетс  объемна  плотность тока и, соответственно , производительность электролизера; сокращаютс  удельные электрозатраты и, следовательно, удешевл етс  конечный продукт, уменьшаетс  скорость пассивации и, соответственно , увеличиваетс  срок службы электрода .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Электрод дл  электрохимических производств, включающий основной и дополнительный элементы, выполненные из титана или его сплавов, соединенные между собой, отличающий- с   тем, что, с целью уменьшени  металлоемкости и увеличени  производительности за счет увеличени  объемной плотности тока, основной элемент выполнен из проволоки в виде цилиндриг ческой спирали, а дополнительный - в виде сложенной вдвое и скрученной проволоки , диаметр которой не менее чем в два раза больше диаметра проволоки основного элемента, и основной элемент размещен вокруг дополнительного по спирали.

   Таблица 1

   Предлагаемой

   Примечание. За начальное прин то значение напр жени , устанавлнваювеес  через час после включени  тока.

   Фиг.1

   Фиг. 2

   Фиг.З

   Фиг А

   + /б

   4 5И

   н

   II

   а

   fe.5

   Й

   Фиг. б

   Фиг. 7

   Фиг.8