UA89563C2 - Спосіб виготовлення мідного електрода - Google Patents

Abstract

Спосіб виготовлення мідного електрода катодним осадженням на поверхню металевої міді з електроліту, що містить тетрафторборат і пірофосфат міді, борну й пірофосфорну кислоти.

Description

електролізу забезпечують осадження на дротовій заготовці в 5-7 разів більш розвинутої електрохімічно активної структури, міцно зчепленої з основою, а формування електрода із заготовок забезпечує задану форму електрода й збільшення в відповідну кількість разів площі поверхні.

У технічному плані відмітною рисою пропонованого способу є те, що електроліз проводять не при постійній густині струму, і не при інших відомих режимах формування дендритних осадів (постійний потенціал, густина струму, що змінюється лінійно або східчасто), а при чергуванні процесів нанесення шарів міді при густині струму вище граничної для росту дендритів і нижче граничної для їх механічного закріплення на поверхні катода. При цьому кожний новий ступінь дендритоутворювання здійснюється при більшій силі струму. Це забезпечує одержання міцно зчепленої з основою електрохімічно активної розвинутою поверхні.

Відомі способи одержання мідних дендритних осадів на катоді (способи одержання мідних порошків) при постійній силі струму, при постійному потенціалі й при лінійно або східчасто зростаючій силі струму. На катоді при цьому одержують розвинену поверхню, однак або дендрити не мають міцного зчеплення з основою, або на катоді з меншою швидкістю формується менш розвинена сферолітна поверхня. Не відоме чергування процесів дендритоутворювання, що здійснюється при трикратній зміні сили струму на електролізері з осадженням компактних покриттів, що забезпечує одержання на катоді дендритної структури, міцно зчепленої з основою.

Відоме використання стрижнів для одержання мідних порошків і ниток (вуглецевих - в об'ємних вуглеграфітових електродах, з вентильних металів - для нанесення каталітичних покриттів) як вихідний матеріал при формуванні високорозвиненої електродної структури. Однак не відоме використання дроту як матеріал для пропонованої заготовки у вигляді змійовика з вертикальними паралельними ділянками на відстані І-6-Змм і ізольованими дугами, на які осаджують дендритну структуру чергуванням катодного осадження мідного покриття при робочій густині струму Ур з осадженням міді при густині струму 9 вище граничної протягом (-110-130 секунд три рази, щораз збільшуючи дао в 1, 7-1,9 раз, і з яких формують електрод заданої форми. Саме таке сполучення параметрів забезпечує одержання дендритної структури, рівномірно розподіленої по поверхні дроту й можливість формування електрода заданої форми, у тому числі й із заданою відстанню між паралельними ділянками електрода, після нанесення дендритної структури, не порушуючи неї. Сполучення дендритного покриття із заданою відстанню між паралельними ділянками дроту дозволяє при наступному використанні електрода в процесі електроекстракції металів компенсувати зменшення площі поверхні через зарощування макропор її збільшенням за рахунок збільшення габаритного діаметра паралельних ділянок і цим забезпечити сталість продуктивності процесу електроекстракції.

Таким чином, створення електрода заданої конфігурації з електрохімічно активною розвинутою поверхнею, що досягається тільки при виконанні сукупності умов: мідний дріт згинають у вигляді змійовика з вертикальними паралельними ділянками на відстані І-6-Змм, ізолюють дуги, чергують катодне осадження мідного покриття при робочій густині струму др з осадженням міді при густині струму да вище граничної протягом Ї-110-130 секунд три рази, щораз збільшуючи .г в 1,7-1,9 раз, формують електрод заданої форми, встановлено авторами вперше в процесі експериментів (див. приклади).

При збільшенні 92 більш ніж в 1,9 разів на катоді формуються механічно неміцні дендрити, менш чим в 1,7 разів - утвориться недостатньо розвинута поверхня дендритів.

Використання одного циклу осадження міді при робочій густині струму й вище граничної густині струму недостатньо для одержання розвинутої дендритної структури. Більше 3-х циклів - з'являється небезпека формування електрохімічно неактивних ділянок поверхні, закритих для електролізу порожнеч.

При зменшенні відстані | між вертикальними паралельними ділянками змійовика менш бмм осаджуються недостатньо розвинуті дендрити в центральній частині заготовки. Збільшення відстані понад 8Змм недоцільно, тому що вже слабко впливає на дендритоутворення й це збільшення вже приводить до зменшення питомої площі поверхні при формуванні із заготовок електрода заданої форми.

Під час відсутності ізоляції дуг заготовок при електроосадженні міді спостерігається нерівномірний розподіл дендритів по висоті заготовок, а також обмежується можливість формування електрода із заготовок їх вигином у місцях дуг через руйнування дендритів, сформованих на дугах.

Тобто, підтримка виявлених експериментально границь параметрів електролізу й пропонованих операцій є істотно необхідним для реалізації способу.

Таким чином, порівняння технічного рішення, що заявляється, із прототипом і іншими технічними рішеннями дозволяє зробити висновок про відповідність способу, що заявляється, критеріям "новизна" і "Істотні відмінності".

Приклад 1. В електролізер заливають електроліт складу, г/дм3:

СщВЕд)2 170,

СцгРгО; 17,

НзВОз ЗО,

НаРгО; 105.

На мідну пластину площею 1,32см? при катодній густині струму 1200А/м? осаджують компактне мідне покриття. При густині струму 2000А/м2 по периметрі пластини ростуть дендрити, які після сушіння обсипають, при густині струму 4500А/м? - сферолітні утворення на фоні темно-вишневої шорсткуватої поверхні пластини, а по периметрі - дендрити, які обсипаються у процесі електролізу. Електрохімічно активна площа поверхні збільшується в 1,35 разів.

Приклад 2-8. Процес здійснюють у такий спосіб.

Виготовляють заготовку з мідного дроту діаметром 0,Змм, згинаючи її у вигляді змійовика, що має 6 вертикальних паралельних ділянки довжиною по 2 див на відстані 6-3мм (див. табл.) друг від друга, ізолюють з'єднуючі їх дуги. Площа поверхні неізольованих ділянок - 1,32см . В електролізер поміщають електроліт складу, г/дм3:

СщВЕд)2 170,

СцгРгО; 17,

НзВвоз ЗО,

НаРгО; 105.

Завішують заготовку на катодну штангу. Чергують катодне осадження мідного покриття при робочій густині струму др-1200А/м2з осадженням міді при густині струму 9дг вище граничної протягом 110-130 секунд (див. табл.) три рази, починаючи із густині струму 2500А/м2 і щораз збільшуючи її в 1,7-1,9 раз (див. п у табл.) Неізольовані вертикальні ділянки змійовика покриваються дендритною структурою рожевого кольору, міцно зчепленої з основою. Збільшення площі поверхні, тобто коефіцієнт розвитку електрохімічно активної поверхні дроту Ке наведений у табл. Вигин заготовок у місцях дуг змійовика не приводить до порушення дендритної структури.

Таблиця

Технічні характеристики способів виготовлення мідного електрода параметр | 2 | з | 4 | 5 | 6 | 7 | 8в8 їймм 7 ЇЇ 7 | 6 | 8 | 7 | 7 | 7 | 7

Приклад 9. Процес здійснюють як по прикладу 2, тільки не ізолюють дуги змійовика. Осаджується дендритна структура, нерівномірно розподілена по довжині вертикальних ділянок: угорі одиночні дендрити, унизу - більш густо розташовані. При вигині заготовок дендритна структура в місцях вигину обсипається.

Приклад 10. На катодну штангу завішують не заготовку у вигляді змійовика, а 6 вертикальних шматків дроту довжиною по 2см. Потім процес здійснюють як по прикладу 2. Осаджується дендритна структура, нерівномірно розподілена по висоті: угорі одиночні дендрити, унизу - дендрити зі сферолітними утвореннями на вершинах і із закритими порожнинами усередині. З оброблених шматків дроту можна зібрати електрод будь-якої форми, але для фіксації шматків дроту в необхідному положенні необхідно додатковий пристрій.

Приклад 11. Процес здійснюють як по прикладу 2, тільки осадження міді при густині струму вище граничної в три етапи здійснюють без чергування з осадженням покриття при робочій густині струму.

Осаджується дендритна структура, що частково обсипається вже в процесі електролізу й майже повністю - після сушіння.

Приклад 12. Процес здійснюють як по прикладу 2, тільки виготовляють заготовки з 18 вертикальними ділянками. З 3-х заготовок формують об'ємно-гофрований електрод, розташовуючи їх трьома зміщеними друг щодо друга шарами на відстані Змм і згинаючи по ізольованих ділянках дуг під кутом 60" На виготовлений електрод осаджують катодно мідь із розведеного (Зг/дм3 іонів міді) аміакатного електроліту міднення при силі струму на ванні 0,38А. До всіх ділянок сформованого електрода відкритий доступ електроліту без його прокачування або перемішування. Протягом 200 годин електролізу на всіх ділянках електрода в цьому електроліті, що має як верхню (граничний дифузійний струм), так і нижню (сполучена з катодним процесом при низьких густинах струму реакція розчинення міді) границі робочої густині струму, осаджується рожева мідь, без підгару й без ділянок підрозчинення. Електрод з нарощеним шаром міді завантажують на анодну штангу в електролітичну ячейку із сірчанокислим електролітом міднення: проводять електроліз при силі струму 1,6А протягом 38 годин. Повторюють цикли нарощування й розчинення міді. Електрод дозволяє підтримувати як постійну продуктивність електроекстракції у ванні вловлювання, так і струмове навантаження на ньому при анодному розчиненні в електролітах міднення.

Таким чином, зіставлення даних, наведених у прикладах, показує, що пропонований спосіб дозволяє отримати мідний електрод заданої форми з електрохімічно активної розвинутою поверхнею. Можливість зміни форми електрода дозволить при його використанні управляти розподілом струму в електролізері й підвищувати селективність електродного процесу, збільшувати його поверхню в порівнянні із плоским електродом і накопичувати продукти електролізу без зменшення електрохімічно активної площі поверхні.

Джерела інформації: 1. Патент Росії Ме2048610 С25С1/00 Способ получения вьісокопористого губчатого металла / Трясцьін И.П. - опубл. 20.11.95. 2. Патент Росії Мео2150533 С25811/03, С25011/00, С25011/34 Способ формирования обьемно-пористого слоя металла с открьтой пористостью на злектропроводной подложке / Мирзоев Р.А. Стьіров М.И.;

Кузнецов В.П.; Степанова Н.И.; Майоров А.И. - 10.06.2000.

З. Патент Росії Ме1822391 Валок к валковьм машинам для переработки полимерньїх материалов /

А.Н.Александровский, Е.В.Климкин, М.И.Донченко и др. / Б.И. Мо22, 1993Гг. 4. Александровский А.Н., Донченко М.И., Бондаренко Л.И. Особенности катодного осаждения капиллярно- пористьїх покрьїтий из сернокислого злектролита меднения с добавкой ПАВ // Химическое и нефтяное машиностроение, 1990. - Ме12. - С.31-32. 5. Патент України на корисну модель Мо28846 С25С7/00, С2503/38 Спосіб виготовлення мідних анодів, що містять фосфор / Трубнікова Л.В., Байрачний Б.І., Майзеліс А.О. - Опубл. 25.12.2007.