WO2006072169A1 - Ti5 ru and al-based alloys and use thereof for sodium chlorate synthesis - Google Patents

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WO2006072169A1
WO2006072169A1 PCT/CA2006/000003 CA2006000003W WO2006072169A1 WO 2006072169 A1 WO2006072169 A1 WO 2006072169A1 CA 2006000003 W CA2006000003 W CA 2006000003W WO 2006072169 A1 WO2006072169 A1 WO 2006072169A1
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alloys
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sodium chlorate
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Robert Schulz
Marie-Eve Bonneau
Lionel Roue
Daniel Guay
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Hydro-Quebec
Eka Chimie Canada Inc.
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    • Y02E60/36Hydrogen production from non-carbon containing sources, e.g. by water electrolysis

Definitions

  • the present invention relates to new alloys based on Ti, Ru and Al. It also relates to the use of these new alloys for the electrochemical synthesis of sodium chlorate.
  • Sodium chlorate (NaCIO 3 ) is a bleaching agent in the pulp and paper industry.
  • chlorine dioxide CIO 2 "
  • chlorine gas Cl 2
  • Chlorine dioxide is obtained by reduction of sodium chlorate, which has had the effect of significantly increasing the demand for sodium chlorate.
  • the first step in the electrochemical manufacture of sodium chlorate is the anodic discharge of chlorine (Cl " ) at the anode with production of hydrogen (H 2 ) as a complementary reaction to the cathode.
  • Cl chlorine
  • H 2 hydrogen
  • the steel or titanium as the electrode material at the cathode.
  • the cathode overvoltage of steel electrodes is approximately 900 mV at a current density of 250 mA / cm 2. This overvoltage is practically an order larger than the overvoltage at the anode and is therefore the main source of energy loss from the electrochemical process of synthesis of sodium chlorate. Substantial energy savings can therefore be achieved by replacing current steel cathodes with more efficient materials which have a lower cathode overvoltage.
  • cathode materials should ideally meet the following conditions: 1) have a low overvoltage,
  • the alloys of the prior art based on Ti and Ru described in US Pat. No. 5,662,834 contain Fe and one or more metals which can be substituted for iron, including V and Cr.
  • the first object of the invention is therefore a new alloy, characterized in that it corresponds to the following formula:
  • t is a number between -1 and +1, preferably between -0.5 and + 0.5, and more preferably equal to 0;
  • x is a number between -0.95 and +0.95, preferably between +0.5 and +
  • M represents one or more elements chosen from Ag, Pd, Rh, Fe, Cr and V, the element or elements preferably being Ag, Pd or Rh and T represents one or more elements chosen from O, B, S, C, N, Si, P and H, the element or elements preferably being oxygen.
  • nanocrystalline state is meant a microstructure consisting of crystallites whose crystal size is less than 100 nm.
  • a second object of the present invention is also the use of this new alloy for the electrochemical synthesis of sodium chlorate.
  • the new alloy can be in the nanocrystalline state or not. Preferably, it is in a nanocrystalline state to give rise to low cathode overvoltages.
  • Another subject of the present invention is also an electrode comprising a substrate and a coating of an alloy according to what is described and / or illustrated in the present application.
  • the substrate is a conductive metal, a valve metal, or any other suitable metal / material, as evident to a person skilled in the art.
  • the alloys according to the invention can be prepared in different ways. They can first be prepared in powder form by thoroughly grinding a mixture of elements chosen from Ti, Ru, Al and the elements M and T in adequate proportion to obtain the desired composition or a mixture of compounds chosen by combining various elements from Ti, Ru, Al, and the elements M and T.
  • the grinding can be carried out in an inert atmosphere, in air or in a reactive atmosphere by including elements in the reaction medium chosen from the elements T.
  • a reactive medium such as an oxygen (oxidizing) atmosphere, a hydrogen (reducing) atmosphere or even a nitrogen atmosphere.
  • the temperature and pressure of the grinding medium gases can be adjusted as required.
  • the powder thus produced which may be in a nanocrystalline state or not dependent on the grinding conditions (such as for example the duration and intensity of the grinding), is then used to prepare electrodes which will serve as cathode to produce the chlorate sodium.
  • this powder can be modified by various treatments, such as a heat treatment, an agglomeration treatment, etc.
  • We can finally compress the powder or spray it on various substrates to make cathodes.
  • Thermal spraying is particularly well suited for this purpose.
  • techniques such as plasma spraying can be used: APS (atmospheric plasma spray), HVOF (high velocity oxyfuel), VPS (vacuum plasma spray), LPPS (low pressure plasma spray) etc.
  • the substrates on which the powder is deposited may be of different types, but preferably steel, titanium or aluminum plates will be used. It may also be desirable to apply an undercoat at the interface between the substrate and the catalytic coating produced from the powder in order to improve the adhesion of the latter and the lifetime of the electrodes.
  • FIG. 1 represents polarization curves of alloys of the Ti 2 RUi -X Mi + X type for various elements M;
  • FIG. 2a represents an overvoltage curve as a function of the number of cycles of open circuit and of evolution of hydrogen for alloys of the Ti 2 RuM type where M represents various elements;
  • FIG. 2b represents a curve similar to that of FIG. 2a for materials of the Ti2Rui type. x AI 1 + x having various concentrations of aluminum;
  • FIG. 2c represents photographs of alloys of the Ti 2 Rui -x Ali + x type after 50 cycles of open circuit and of evolution of hydrogen;
  • FIG. 2d represents overvoltage curves as a function of the number of cycles for oxygenated and non-oxygenated materials, the photograph at the top right representing the oxygenated alloy after 50 cycles;
  • FIG. 3a represents an X-ray diffraction spectrum of a sample obtained after 40 hours of grinding a mixture of powders of two Ti, an Al and a Ru
  • FIG. 3b represents a series of X-ray diffraction spectra of a sample obtained after different grinding time of a mixture of powders of two TiO, one Al and one Ru;
  • FIG. 3c represents a series of X-ray diffraction spectra of a sample obtained after different grinding time of a mixture of powders of an AI 2 O 3 , three Ti, one TiO and two Ru; and
  • FIG. 3d represents a x-diffraction spectrum of Ti 2 RuAIO 2 obtained after 40 hours of grinding a powder mixture containing TiO (according to a manufacturing procedure corresponding to that of FIG. 3b), in comparison with that of a powder mixture containing AI 2 O 3 prepared according to a procedure corresponding to that of FIG. 3c;
  • FIG. 4 represents the evolution of the X-ray spectra of a mixture of powder of Ti and AI 2 O 3 as a function of the grinding time
  • FIG. 5 represents X-ray spectra of various alloys of the Ti 2 RuFeB x type for different concentration of boron
  • FIG. 6 represents micrographs of alloys of the Ti 2 RuFeB x type for different concentrations of boron
  • FIG. 7 represents curves of evolution of the overvoltage as a function of the number of cycles of open circuit and of evolution of hydrogen for various alloys of the Ti 2 RuFeB x type with different concentrations of boron;
  • FIG. 8 represents curves of evolution of the overvoltage as a function of the electrolysis time for three alloys of the Ti 2 RuFeB x type .
  • t is a number between -1 and +1, preferably between -0.5 and + 0.5, and more preferably equal to 0;
  • x is a number between -0.95 and +0.95, preferably between +0.5 and +
  • u is a number between 0 and +1, preferably u less than 0.25;
  • y is a number between 0 and +6, preferably equal to 2
  • M represents one or more elements chosen from Ag, Pd, Rh, Fe, Cr and V, preferably Ag, Pd and Rh and
  • T represents one or more elements chosen from O, B, S, C, N, Si, P and H, preferably oxygen.
  • FIG. 1 shows polarization curves obtained in a 4M NaOH solution at 25 ° C.
  • the anode was a Pt wire and the reference Ag / AgCI.
  • the correction for the ohmic drop was made by the current interruption method. Note that at a current density of 250 mA / cm 2 , the voltage is the lowest for alloys of the Ti 2 Ru 1 AI 1 and Ti 2 RUo J5 AIi 2S SUiVi type alloys of the Ti 2 Ru 0 type . 5 Ah. 5 and finally, the alloys of the Ti 2 RuiPdi and Ti 2 Ru 1 RlIi type have the highest tensions.
  • the electrodes with the best overvoltages, ie the Ah and AI 1 2 5 electrodes (see above), are also the ones which seem to resist cycling best in the long term.
  • the Ti 2 RUc 5 AIi 5 alloy seems to have deteriorated considerably during the 50 OCP / HER cycles.
  • FIG. 3b shows the evolution of the x-diffraction spectra of such a mixture as a function of the grinding time. We see in this figure that it takes about twenty hours under the grinding conditions used for reveal the cubic structure characteristic of the materials of the invention. Furthermore, it is also possible to use starting from aluminum oxide AI 2 Cb which is much cheaper than TiO to manufacture the alloy in question.
  • Figure 3c shows a series of x-diffraction spectra obtained after different grinding times of a mixture of AbO 3 + 3 Ti + 1 TiO + 2 Ru. After approximately 20 hours of grinding, we see the cubic phase appear as in the previous case.
  • the equations corresponding to these two synthesis processes are indicated below
  • Figure 3d shows the superposition of the x-diffraction spectra of the mixtures obtained after 40 hours of grinding in the case of the two synthesis experiments described above. We see in this figure that regardless of the manufacturing method, we get the same final product.
  • FIG. 8 shows that under continuous electrolysis in an industrial chlorate solution, the Ti 2 RuFeB 6 alloy exhibits the best performance.
  • the alloys according to the present invention can therefore include stabilizing elements denoted by T according to the formula described above:
  • T represents one or more elements chosen from O, B, S, C, N, Si, P and H, this element preferably being oxygen and where y is a number between 0 and +6, preferably equal to 2
  • the present invention also relates to the use of these new alloys for the synthesis of sodium chlorate. While being as efficient (ie having a low overvoltage) as the materials of the prior art, the new alloys of the present invention are more stable and less expensive and therefore make it possible to synthesize sodium chlorate at a lower cost. cost. As indicated above, it is preferable that the microstructure of these new materials is nanocrystalline, that is to say that it consists of crystallites whose average size of the crystals is less than 100 nm.
  • the present invention also relates to a process aimed at manufacturing cathodes for the synthesis of sodium chlorate where, firstly, a powder of the alloy in question is manufactured by mechanically and intensely grinding (typically at powers greater than 0.2 kW / liter) a mixture of the constituents for a certain time (typically for durations greater than 20 hours) in a reactive medium or not, then, in a second stage, this powder which has or has not undergone a treatment is applied to a substrate ( typically a steel, titanium or aluminum plate) using one of the multiple thermal spraying techniques such as APS (atmospheric plasma spray), HVOF (high velocity oxyfuel), VPS (vacuum plasma spray) ) and LPPS (low pressure plasma spray).
  • APS atmospheric plasma spray
  • HVOF high velocity oxyfuel
  • VPS vacuum plasma spray
  • LPPS low pressure plasma spray
  • the present invention also relates to an electrode comprising a substrate and a coating of an alloy according to what is described and / or illustrated in the present application.
  • the substrate is a conductive metal, a valve metal, or any other suitable metal / material, as evident to a person skilled in the art. It goes without saying that minor modifications could be made to what has just been described without departing from the scope of the present invention as defined in the appended claims.

Abstract

The invention concerns a alloy of formula: Ti2+t(Ru(1-x)Al(1+x))(1-u/2)MuTy, wherein: t is a number between -1 and +1and preferably between -0.5 and +0.5; x is a number between -0.95 and +0.95 and preferably between +0.5 and +0.9; u is a number between 0 and +1, preferably less than 0.25; y is a number between 0 and +6, preferably equal to 2; M represents one or more elements selected among Ag, Pd, Rh, Fe, Cr and V, the elements being preferably, Ag, Pd or Rh; and T represents one or more elements selected among O, B, S, C, N, Si, P and H, the elements being preferably oxygen. Said alloy is preferably in nanocrystalline form and can be used as cathode for producing sodium chlorate by electrochemical process.

Description

ALLIAGES À BASE DE Ti, Ru ET Al ALLOYS BASED ON Ti, Ru AND Al
ETAND
USAGE DE CEUX-CI POUR LA SYNTHÈSE DU CHLORATE DE SODIUMUSE THEREOF FOR SYNTHESIS OF SODIUM CHLORATE
DOMAINE DE L'INVENTION:FIELD OF THE INVENTION:
La présente invention a pour objet des nouveaux alliages à base de Ti, Ru et Al. Elle a également pour objet l'usage de ces nouveaux alliages pour la synthèse électrochimique du chlorate de sodium.The present invention relates to new alloys based on Ti, Ru and Al. It also relates to the use of these new alloys for the electrochemical synthesis of sodium chlorate.
ARRIÈRE-PLAN TECHNOLOGIQUE:TECHNOLOGICAL BACKGROUND:
Le chlorate de sodium (NaCIO3) est un agent de blanchiment dans l'industrie des pâtes et papier. Pour des raisons environnementales, la tendance aux cours des dernières années, a été d'utiliser le dioxyde de chlore (CIO2 ") plutôt que le chlore gazeux (Cl2) pour blanchir la pâte afin de réduire les rejets de produits organiques chlorés. Le dioxyde de chlore est obtenu par réduction du chlorate de sodium. Cette tendance a eu pour effet d'augmenter significativement la demande pour le chlorate de sodium.Sodium chlorate (NaCIO 3 ) is a bleaching agent in the pulp and paper industry. For environmental reasons, the trend in recent years has been to use chlorine dioxide (CIO 2 " ) rather than chlorine gas (Cl 2 ) to whiten the pulp to reduce releases of chlorinated organic products. Chlorine dioxide is obtained by reduction of sodium chlorate, which has had the effect of significantly increasing the demand for sodium chlorate.
La réaction chimique globale mise en œuvre dans les cellules électrochimiques de synthèse du chlorate de sodium est la suivante:The overall chemical reaction implemented in electrochemical cells for the synthesis of sodium chlorate is as follows:
NaCI + 3 H2O -> NaCIO3 + 3 H2 NaCI + 3 H 2 O -> NaCIO 3 + 3 H 2
La première étape dans la fabrication électrochimique du chlorate de sodium est la décharge anodique du chlore (Cl") à l'anode avec production d'hydrogène (H2) comme réaction complémentaire à la cathode. De nos jours, on utilise fréquemment l'acier ou le titane comme matériau d'électrode à la cathode. La surtension cathodique des électrodes d'acier est d'environ 900 mV à une densité de courant de 250 mA/cm2. Cette surtension est pratiquement un ordre de grandeur plus élevée que la surtension à l'anode et constitue par le fait même la principale source de perte d'énergie du processus électrochimique de synthèse du chlorate de sodium. Des économies d'énergie substantielles peuvent donc être réalisées en remplaçant les cathodes d'acier actuelles par des matériaux plus performants qui présentent une plus faible surtension cathodique.The first step in the electrochemical manufacture of sodium chlorate is the anodic discharge of chlorine (Cl " ) at the anode with production of hydrogen (H 2 ) as a complementary reaction to the cathode. Nowadays, the steel or titanium as the electrode material at the cathode. The cathode overvoltage of steel electrodes is approximately 900 mV at a current density of 250 mA / cm 2. This overvoltage is practically an order larger than the overvoltage at the anode and is therefore the main source of energy loss from the electrochemical process of synthesis of sodium chlorate. Substantial energy savings can therefore be achieved by replacing current steel cathodes with more efficient materials which have a lower cathode overvoltage.
Le brevet US 5,662,834 et la demande canadienne correspondante no. 2,154,428 au nom d'HYDRO-QUÉBEC s'attaque à cette problématique en proposant un nouvel alliage à base de Ti, Ru, Fe et O qui permet de réduire d'environ 300 mV la surtension à la cathode. Ce gain correspond à une amélioration d'environ 10% de l'efficacité énergétique globale du procédé. On mentionne cependant dans ce brevet que: « Quel que soit le cas, l'alliage doit contenir du ruthénium. Toutefois, la quantité de ruthénium ne doit pas être trop élevée à cause, d'une part, du prix élevé de ce métal, et d'autre part et surtout, de son manque de stabilité lorsqu'il est utilisé dans une solution électrolyte. ». Il serait donc souhaitable de trouver un élément qui puisse remplacer en partie le Ru pour réduire le coût de ces nouvelles électrodes et améliorer leur stabilité tout en conservant leurs bonnes propriétés électrocatalytiques à savoir une faible surtension cathodique de l'ordre de 600 mV à une densité de courant de 250 mA/cm2.US patent 5,662,834 and the corresponding Canadian application no. 2,154,428 on behalf of HYDRO-QUÉBEC tackles this problem by proposing a new alloy based on Ti, Ru, Fe and O which reduces the overvoltage at the cathode by around 300 mV. This gain corresponds to an improvement of around 10% in the overall energy efficiency of the process. However, it is mentioned in this patent that: "Whatever the case, the alloy must contain ruthenium. However, the amount of ruthenium should not be too high because, on the one hand, of the high price of this metal, and on the other hand and above all, of its lack of stability when it is used in an electrolyte solution. " It would therefore be desirable to find an element which can partially replace the Ru to reduce the cost of these new electrodes and improve their stability while retaining their good electrocatalytic properties, namely a low cathode overvoltage of the order of 600 mV at a density. current of 250 mA / cm 2 .
SOMMAIRE DE L'INVENTIONSUMMARY OF THE INVENTION
II a été découvert dans le cadre de la présente invention que l'aluminium qui est un élément très peu coûteux, peut justement remplacer le Ru dans des matériaux semblables à ceux du brevet US 5,662,834 et ce, en quantité significative sans perdre pour autant les propriétés avantageuses de ces nouveaux matériaux de cathodes.It has been discovered in the context of the present invention that aluminum, which is a very inexpensive element, can precisely replace Ru in materials similar to those of US Pat. No. 5,662,834 and this, in significant quantity without losing the properties advantageous of these new cathode materials.
Pour rencontrer les exigences des manufacturiers de chlorate de sodium, les matériaux de cathode doivent idéalement remplir les conditions suivantes: 1) avoir une faible surtension,To meet the requirements of manufacturers of sodium chlorate, cathode materials should ideally meet the following conditions: 1) have a low overvoltage,
2) être inactif face à la décomposition de l'hypochlorite,2) be inactive in the face of the decomposition of hypochlorite,
3) réduire faiblement l'hypochlorite et le chlorate à la cathode, 4) ne pas interférer avec la couche d'hydroxyde de chrome en surface,3) slightly reduce the hypochlorite and chlorate at the cathode, 4) do not interfere with the chromium hydroxide layer on the surface,
5) être stable en condition de circuit ouvert aux températures d'opération,5) be stable in open circuit condition at operating temperatures,
6) être résistant à la fragilisation par l'hydrogène,6) be resistant to embrittlement by hydrogen,
7) avoir une durée de vie de plusieurs années,7) have a lifespan of several years,
8) pouvoir tolérer des nettoyages périodiques à l'acide nitrique, et finalement, 9) être peu coûteux.8) be able to tolerate periodic cleaning with nitric acid, and finally, 9) be inexpensive.
Les alliages de l'art antérieur à base de Ti et de Ru décrits dans le brevet US 5,662,834 contiennent du Fe et un ou plusieurs métaux qui peuvent être substitués au fer dont le V et le Cr. Dans le cadre de la présente invention, il a été découvert que l'Ai pouvait non seulement remplacer avantageusement une bonne partie du Ru mais également, lorsque l'Ai se trouve en présence du Ti et du Ru dans des alliages du type TiaRuM où M=AI, les matériaux ont moins tendance à absorber l'hydrogène lors des réactions d'évolution de l'hydrogène que les alliages correspondant où M=Fe, V, et Cr. Les matériaux à base d'aluminium de la présente invention sont donc plus résistants à la fragilisation par l'hydrogène et donc plus stable que les matériaux de l'art antérieur. De façon plus générale il a été découvert que les alliages du type ci-haut mentionné où M= Al, Ag, Pd, Rh ont moins tendance a absorber l'hydrogène que les alliages où M= Fe, Cr, V.The alloys of the prior art based on Ti and Ru described in US Pat. No. 5,662,834 contain Fe and one or more metals which can be substituted for iron, including V and Cr. In the context of the present invention, it has been discovered that Al can not only advantageously replace a good part of the Ru but also, when the Al is found in the presence of Ti and Ru in alloys of the TiaRuM type where M = AI, materials are less likely to absorb hydrogen during hydrogen evolution reactions than the corresponding alloys where M = Fe, V, and Cr. The aluminum-based materials of the present invention are therefore more resistant to embrittlement by hydrogen and therefore more stable than the materials of the prior art. More generally, it has been discovered that the alloys of the above-mentioned type where M = Al, Ag, Pd, Rh are less likely to absorb hydrogen than the alloys where M = Fe, Cr, V.
L'invention a donc pour premier objet un nouvel alliage caractérisé en ce qu'il répond à la formule suivante:The first object of the invention is therefore a new alloy, characterized in that it corresponds to the following formula:
Ti2+t(RU(i-X)AI(i+X))(i-u/2)MuTy Ti2 + t (RU (i -X ) AI (i + X )) (i -u / 2) M u T y
dans laquelle: t est un nombre compris entre -1 et +1 , de préférence entre -0.5 et + 0.5, et plus préférentiellement égal à 0; x est un nombre compris entre -0.95 et +0.95, de préférence entre +0.5 et +in which: t is a number between -1 and +1, preferably between -0.5 and + 0.5, and more preferably equal to 0; x is a number between -0.95 and +0.95, preferably between +0.5 and +
0.95, et plus préférentiellement égal à 0.75; u est un nombre compris entre 0 et +1 , de préférence inférieur à 0.25; y est un nombre compris entre 0 et +6, de préférence égal à 2 M représente un ou plusieurs éléments choisis parmi Ag, Pd, Rh, Fe, Cr et V, le ou les éléments étant de préférence Ag, Pd ou Rh et T représente un ou plusieurs éléments choisis parmi O, B, S, C, N, Si, P et H, le ou les éléments étant de préférence de l'oxygène.0.95, and more preferably equal to 0.75; u is a number between 0 and +1, preferably less than 0.25; y is a number between 0 and +6, preferably equal to 2 M represents one or more elements chosen from Ag, Pd, Rh, Fe, Cr and V, the element or elements preferably being Ag, Pd or Rh and T represents one or more elements chosen from O, B, S, C, N, Si, P and H, the element or elements preferably being oxygen.
Ce nouvel alliage est de préférence à l'état nanocristallin et peut être utilisé avantageusement comme cathode pour produire par voie électrochimique le chlorate de sodium. Par « état nanocristallin », on entend une microstructure constituée de cristallites dont la taille des cristaux est inférieure à 100nm.This new alloy is preferably in the nanocrystalline state and can be advantageously used as a cathode to produce electrochemically sodium chlorate. By "nanocrystalline state" is meant a microstructure consisting of crystallites whose crystal size is less than 100 nm.
La présente invention a également pour deuxième objet l'usage de ce nouvel alliage pour la synthèse électrochimique du chlorate de sodium. Pour cette fin, le nouvel alliage peut être à l'état nanocristallin ou non. De préférence, il est dans un état nanocristallin pour donner lieu à de faibles surtensions cathodiques.A second object of the present invention is also the use of this new alloy for the electrochemical synthesis of sodium chlorate. For this purpose, the new alloy can be in the nanocrystalline state or not. Preferably, it is in a nanocrystalline state to give rise to low cathode overvoltages.
La présente invention a également pour autre objet une électrode comprenant un substrat et un revêtement d'un alliage selon ce qui est décrit et/ou illustré dans la présente demande. De préférence, le substrat est un métal conducteur, un métal de valve, ou tout autre métal/matériau approprié, tel qu'évident pour une personne versée dans le domaine.Another subject of the present invention is also an electrode comprising a substrate and a coating of an alloy according to what is described and / or illustrated in the present application. Preferably, the substrate is a conductive metal, a valve metal, or any other suitable metal / material, as evident to a person skilled in the art.
Les alliages selon l'invention peuvent être préparés de différentes manières. On peut d'abord les préparer sous forme de poudre en broyant intensément un mélange d'éléments choisis parmi le Ti, Ru, Al et les éléments M et T en proportion adéquate pour obtenir la composition voulue ou un mélange de composés choisis en combinant divers éléments parmi le Ti, Ru, Al, et les éléments M et T. Le broyage peut s'effectuer dans une atmosphère inerte, dans l'air ou dans une atmosphère réactive en incluant dans le milieu de réaction des éléments choisis parmi les éléments T. Par exemple on peut broyer dans un milieu réactif, tel qu'une atmosphère d'oxygène (oxydante), une atmosphère d'hydrogène (réductrice) ou même une atmosphère d'azote. La température et la pression des gaz du milieu de broyage peuvent être ajustées au besoin. La poudre ainsi fabriquée, qui peut être dans un état nanocristallin ou non dépendant des conditions de broyage (comme par exemple la durée et l'intensité du broyage), est par la suite utilisée pour préparer des électrodes qui serviront de cathode pour produire le chlorate de sodium. Préalablement, cette poudre peut être modifiée par divers traitements, comme un traitement thermique, un traitement d'agglomération, etc.. On peut finalement compresser la poudre ou la projeter sur divers substrats pour en faire des cathodes. La projection thermique est particulièrement bien adaptée à cette fin. On peut utiliser par exemple des techniques telles que la projection plasma: APS (atmosphérique plasma spray), HVOF (high velocity oxyfuel), VPS (vacuum plasma spray), LPPS (low pressure plasma spray) etc.The alloys according to the invention can be prepared in different ways. They can first be prepared in powder form by thoroughly grinding a mixture of elements chosen from Ti, Ru, Al and the elements M and T in adequate proportion to obtain the desired composition or a mixture of compounds chosen by combining various elements from Ti, Ru, Al, and the elements M and T. The grinding can be carried out in an inert atmosphere, in air or in a reactive atmosphere by including elements in the reaction medium chosen from the elements T. For example, it is possible to grind in a reactive medium, such as an oxygen (oxidizing) atmosphere, a hydrogen (reducing) atmosphere or even a nitrogen atmosphere. The temperature and pressure of the grinding medium gases can be adjusted as required. The powder thus produced, which may be in a nanocrystalline state or not dependent on the grinding conditions (such as for example the duration and intensity of the grinding), is then used to prepare electrodes which will serve as cathode to produce the chlorate sodium. Beforehand, this powder can be modified by various treatments, such as a heat treatment, an agglomeration treatment, etc. We can finally compress the powder or spray it on various substrates to make cathodes. Thermal spraying is particularly well suited for this purpose. For example, techniques such as plasma spraying can be used: APS (atmospheric plasma spray), HVOF (high velocity oxyfuel), VPS (vacuum plasma spray), LPPS (low pressure plasma spray) etc.
Les substrats sur lesquels la poudre est déposée peuvent être de différente nature mais de préférence, on utilisera des plaques d'acier, de titane ou d'aluminium. Il peut également être souhaitable d'appliquer une sous-couche à l'interface entre le substrat et le revêtement catalytique fabriqué à partir de la poudre dans le but d'améliorer l'adhérence de celui-ci et le temps de vie des électrodes.The substrates on which the powder is deposited may be of different types, but preferably steel, titanium or aluminum plates will be used. It may also be desirable to apply an undercoat at the interface between the substrate and the catalytic coating produced from the powder in order to improve the adhesion of the latter and the lifetime of the electrodes.
Les alliages de l'art antérieur décrits dans le brevet US 5,662,834 contiennent de l'oxygène. Bien que la teneur en oxygène avait peu d'effet sur l'activité électrochimique et par conséquent, sur la valeur de la surtension, sa présence dans l'alliage est bénéfique sur la stabilité à long terme des électrodes. Dans le cadre de la présente invention, il a été découvert que cet avantage n'était pas uniquement associé à l'oxygène mais que plusieurs autres éléments parmi les éléments T décrits ci-dessus pouvaient procurer une meilleur stabilité à long terme des matériaux d'électrode à base de Ti, Ru et Al.The alloys of the prior art described in US Patent 5,662,834 contain oxygen. Although the oxygen content had little effect on the electrochemical activity and therefore on the value of the overvoltage, its presence in the alloy is beneficial on the long term stability of the electrodes. In the context of the present invention, it has been discovered that this advantage was not only associated with oxygen but that several other elements among the T elements described above could provide better long term stability of Ti, Ru and Al based electrode materials.
L'invention ainsi que ses avantages seront mieux compris à la lecture de la description plus détaillée mais non limitative qui va suivre, faite en se référant aux dessins annexés.The invention and its advantages will be better understood on reading the more detailed but nonlimiting description which follows, made with reference to the accompanying drawings.
BRÈVE PRÉSENTATION DES DESSINS:BRIEF PRESENTATION OF THE DRAWINGS:
la figure 1 représente des courbes de polarisation d'alliages du type Ti2RUi-XMi+X pour divers éléments M;FIG. 1 represents polarization curves of alloys of the Ti 2 RUi -X Mi + X type for various elements M;
la figure 2a représente une courbe de surtension en fonction du nombre de cycles de circuit ouvert et de dégagement d'hydrogène pour des alliages du type Ti2RuM où M représente divers éléments;FIG. 2a represents an overvoltage curve as a function of the number of cycles of open circuit and of evolution of hydrogen for alloys of the Ti 2 RuM type where M represents various elements;
la figure 2b représente une courbe analogue à celle de la figure 2a pour des matériaux du type Ti2Rui.xAI1+x ayant diverses concentration d'aluminium;FIG. 2b represents a curve similar to that of FIG. 2a for materials of the Ti2Rui type. x AI 1 + x having various concentrations of aluminum;
la figure 2c représente des photographies d'alliages du type Ti2Rui-xAli+x après 50 cycles de circuit ouvert et de dégagement d'hydrogène;FIG. 2c represents photographs of alloys of the Ti 2 Rui -x Ali + x type after 50 cycles of open circuit and of evolution of hydrogen;
la figure 2d représente des courbes de surtension en fonction du nombre de cycles pour des matériaux oxygénés et non oxygénés, la photographie en haut à droite représentant l'alliage oxygéné après 50 cycles;FIG. 2d represents overvoltage curves as a function of the number of cycles for oxygenated and non-oxygenated materials, the photograph at the top right representing the oxygenated alloy after 50 cycles;
la figure 3a représente un spectre de diffraction des rayons-X d'un échantillon obtenu après 4Oh de broyage d'un mélange de poudres de deux Ti, un Al et un Ru; la figure 3b représente une série de spectres de diffraction des rayons-X d'un échantillon obtenu après différent temps de broyage d'un mélange de poudres de deux TiO, un Al et un Ru;FIG. 3a represents an X-ray diffraction spectrum of a sample obtained after 40 hours of grinding a mixture of powders of two Ti, an Al and a Ru; FIG. 3b represents a series of X-ray diffraction spectra of a sample obtained after different grinding time of a mixture of powders of two TiO, one Al and one Ru;
la figure 3c représente une série de spectres de diffraction des rayons-X d'un échantillon obtenu après différent temps de broyage d'un mélange de poudres de un AI2O3, trois Ti, un TiO et deux Ru; etFIG. 3c represents a series of X-ray diffraction spectra of a sample obtained after different grinding time of a mixture of powders of an AI 2 O 3 , three Ti, one TiO and two Ru; and
la figure 3d représente un spectre de diffraction-x du Ti2RuAIO2 obtenu après 4Oh de broyage d'un mélange de poudre contenant du TiO (selon une procédure de fabrication correspondant à celle de la figure 3b), en comparaison à celui d'un mélange de poudre contenant du AI2O3 préparé selon une procédure correspondant à celle de la figure 3c;FIG. 3d represents a x-diffraction spectrum of Ti 2 RuAIO 2 obtained after 40 hours of grinding a powder mixture containing TiO (according to a manufacturing procedure corresponding to that of FIG. 3b), in comparison with that of a powder mixture containing AI 2 O 3 prepared according to a procedure corresponding to that of FIG. 3c;
la figure 4 représente l'évolution des spectres de rayons-X d'un mélange de poudre de Ti et AI2O3 en fonction du temps de broyage;FIG. 4 represents the evolution of the X-ray spectra of a mixture of powder of Ti and AI 2 O 3 as a function of the grinding time;
la figure 5 représente des spectres de rayons-X de divers alliages du type Ti2RuFeBx pour différente concentration de bore;FIG. 5 represents X-ray spectra of various alloys of the Ti 2 RuFeB x type for different concentration of boron;
la figure 6 représente des micrographies d'alliages du type Ti2RuFeBx pour différentes concentrations de bore;FIG. 6 represents micrographs of alloys of the Ti 2 RuFeB x type for different concentrations of boron;
la figure 7 représente des courbes d'évolution de la surtension en fonction du nombre de cycles de circuit ouvert et de dégagement d'hydrogène pour divers alliages du type Ti2RuFeBx avec différentes concentrations de bore; etFIG. 7 represents curves of evolution of the overvoltage as a function of the number of cycles of open circuit and of evolution of hydrogen for various alloys of the Ti 2 RuFeB x type with different concentrations of boron; and
la figure 8 représente des courbes d'évolution de la surtension en fonction du temps d'électrolyse pour trois alliages du type Ti2RuFeBx.FIG. 8 represents curves of evolution of the overvoltage as a function of the electrolysis time for three alloys of the Ti 2 RuFeB x type .
DESCRIPTION DÉTAILLÉE DE L'INVENTION: Tel que précédemment indiqué, l'alliage selon l'invention répond à Ia formule chimique suivante:DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION: As previously indicated, the alloy according to the invention corresponds to the following chemical formula:
Ti2+t(RU(i-X)AI(i+χ))(i-u/2)MuTyTi2 + t (RU (i- X ) AI (i + χ)) (iu / 2) M u Ty
dans laquelle:in which:
t est un nombre entre -1 et +1 , de préférence entre -0.5 et + 0.5, et plus préférentiellement égal à 0;t is a number between -1 and +1, preferably between -0.5 and + 0.5, and more preferably equal to 0;
x est un nombre compris entre -0.95 et +0.95, de préférence entre +0.5 et +x is a number between -0.95 and +0.95, preferably between +0.5 and +
0.95, et plus préférentiellement égal à 0.75;0.95, and more preferably equal to 0.75;
u est un nombre compris entre 0 et +1 , de préférence u inférieur à 0.25;u is a number between 0 and +1, preferably u less than 0.25;
y est un nombre compris entre 0 et +6, de préférence égal à 2y is a number between 0 and +6, preferably equal to 2
M représente un ou plusieurs éléments choisis parmi Ag, Pd, Rh, Fe, Cr et V, de préférence Ag, Pd et Rh etM represents one or more elements chosen from Ag, Pd, Rh, Fe, Cr and V, preferably Ag, Pd and Rh and
T représente un ou plusieurs éléments choisis parmi O, B, S, C, N, Si, P et H, de préférence l'oxygène.T represents one or more elements chosen from O, B, S, C, N, Si, P and H, preferably oxygen.
Un cas particulier est celui où y = 0, u = 0 et t = 0 c'est à dire Ti2Rui-xAI1+x. Pour ce cas particulier la figure 1 montre des courbes de polarisation obtenues dans une solution NaOH 4M à 250C. L'échantillon de cathode utilisé pour cet essai était une pastille de poudre pressée de TÏ2Ru-ι-xMi+x (ou M= Al, Pd et Rh) fabriquée en broyant intensément un mélange de Ti, de Ru et de l'élément M.A special case is that where y = 0, u = 0 and t = 0 ie Ti 2 Rui -x AI 1 + x . For this particular case, FIG. 1 shows polarization curves obtained in a 4M NaOH solution at 25 ° C. The cathode sample used for this test was a tablet of pressed powder of T 2 Ru-ι -x Mi + x (or M = Al, Pd and Rh) produced by intensive grinding of a mixture of Ti, Ru and the element M.
L'anode était un fil de Pt et la référence Ag/AgCI. La correction pour la chute ohmique a été faite par la méthode d'interruption de courant. On remarque qu'à une densité de courant de 250 mA/cm2, la tension est la plus faible pour les alliages du type Ti2Ru1AI1 et Ti2RUoJ5AIi2SSUiVi des alliages du type Ti2Ru0.5Ah.5 et enfin, les alliages du type Ti2RuiPdi et Ti2Ru1RlIi possèdent les tensions les plus élevées.The anode was a Pt wire and the reference Ag / AgCI. The correction for the ohmic drop was made by the current interruption method. Note that at a current density of 250 mA / cm 2 , the voltage is the lowest for alloys of the Ti 2 Ru 1 AI 1 and Ti 2 RUo J5 AIi 2S SUiVi type alloys of the Ti 2 Ru 0 type . 5 Ah. 5 and finally, the alloys of the Ti 2 RuiPdi and Ti 2 Ru 1 RlIi type have the highest tensions.
Le tableau I ci-dessous résume les valeurs de surtension correspondantes:Table I below summarizes the corresponding overvoltage values:
TABLEAU 1TABLE 1
Valeurs de surtension d'échantillons du type Ti2RUi-XAh+X Ti 2 RUi -X Ah + X sample overvoltage values
Figure imgf000010_0001
Figure imgf000010_0001
Cet exemple particulier montre que les alliages à base de Ti, Ru et Al possèdent de faibles surtensions et sont par conséquent très efficace comme matériaux de cathode si la concentration en Al est choisie adéquatement. Les meilleures valeurs étant obtenues pour Al1 et AIi25.This particular example shows that the alloys based on Ti, Ru and Al have low overvoltages and are therefore very effective as cathode materials if the Al concentration is chosen appropriately. The best values being obtained for Al 1 and AIi 25 .
Des tests de stabilité ont également été réalisés sur ces électrodes en effectuant en alternance des cycles de dégagement d'hydrogène HER (polarisation pendant 10 minutes) suivis d'une période en circuit ouvert OCP (pendant 10 minutes). Ces tests ont été réalisés avec une solution chlorate industrielle typique à 7O0C et à un pH de 6.5. Les résultats sont présentés à la figure 2a. On peut voir sur cette figure que les valeurs de surtension à 250 mA/cm2 demeurent stables, basses et comprises entre -0.55 et -0.65 durant une période de plus de 50 cycles pour tous les alliages du type Ti2RuM ou M = Al, Ag, Rh et Pd. Par contre, pour l'alliage du type Ti2RuFe correspondant à l'art antérieur, la surtension commence à augmenter de façon significative après 22 cycles pour se dégrader considérablement aux environs d'une trentaine de cycles. La figure 2b montre des courbes similaires pour des alliages du type Ti2RUi- xAh+χ ou x = 0, 0.25 et 0.50 respectivement et la figure 2c montre l'apparence de ces dernières électrodes après avoir subi les 50 cycles OCP/HER. Les électrodes qui présentent les meilleures surtensions, c'est à dire les électrodes Ah et AI1 25 (voir ci-dessus), sont également celles qui semblent le mieux résister au cyclage à long terme. En effet, comme le montre la figure 2c, l'alliage Ti2RUc5AIi5 semble s'être détérioré passablement durant les 50 cycles OCP/HER.Stability tests were also carried out on these electrodes by alternately performing cycles of evolution of hydrogen HER (polarization for 10 minutes) followed by a period in open circuit OCP (for 10 minutes). These tests were carried out with a typical industrial chlorate solution at 70 ° C. and at a pH of 6.5. The results are shown in Figure 2a. We can see in this figure that the overvoltage values at 250 mA / cm 2 remain stable, low and between -0.55 and -0.65 during a period of more than 50 cycles for all alloys of the Ti 2 RuM or M = Al type. , Ag, Rh and Pd. On the other hand, for the Ti 2 RuFe type alloy corresponding to the prior art, the overvoltage begins to increase significantly after 22 cycles to deteriorate considerably around thirty cycles. Figure 2b shows similar curves for alloys of the Ti 2 RUi- x Ah + χ or x = 0, 0.25 and 0.50 respectively and Figure 2c shows the appearance of these latter electrodes after having undergone the 50 OCP / HER cycles. . The electrodes with the best overvoltages, ie the Ah and AI 1 2 5 electrodes (see above), are also the ones which seem to resist cycling best in the long term. In fact, as shown in FIG. 2c, the Ti 2 RUc 5 AIi 5 alloy seems to have deteriorated considerably during the 50 OCP / HER cycles.
Tout comme ce fut le cas pour les alliages de l'art antérieur à base de Ti, Ru et de Fe, l'ajout d'oxygène a un effet bénéfique sur la stabilité à long terme des électrodes à base de Ti, Ru et Al. En effet, la figure 2d montre que l'ajout d'oxygène à des alliages à haute teneur en aluminium (Ti2Ruo.25AI1.75O2), qui comme nous l'avons vu précédemment ont tendance à se détériorer au cyclage, permet de stabiliser ceux-ci. L'image de l'électrode Ti2Ruo.25AI1.75O2 après 50 cycles, que l'on peut voir à la figure 2d, montre qu'elle résiste très bien à ce traitement si elle contient de l'oxygène.As was the case for the prior art alloys based on Ti, Ru and Fe, the addition of oxygen has a beneficial effect on the long-term stability of the electrodes based on Ti, Ru and Al Indeed, Figure 2d shows that the addition of oxygen to alloys with high aluminum content (Ti 2 Ruo. 25 AI1.7 5 O 2 ), which as we have seen previously tend to deteriorate when cycling, stabilizes them. The image of the Ti 2 Ruo electrode. 25 AI 1 . 75 O 2 after 50 cycles, which can be seen in FIG. 2d, shows that it resists this treatment very well if it contains oxygen.
II a été découvert également que la structure cristallographique du Ti2RuAI est la même que celle de l'alliage Ti2RuFe de l'art antérieur. En effet, la figure 3a montre le spectre de diffraction-x d'un alliage Ti2RuAI obtenu en broyant intensément pendant 40 heures un mélange de poudre de Ti, Ru et Al dans les proportions voulues. Cette figure révèle que la structure est cubique simple.It has also been discovered that the crystallographic structure of Ti 2 RuAI is the same as that of the Ti 2 RuFe alloy of the prior art. Indeed, Figure 3a shows the x-diffraction spectrum of a Ti 2 RuAI alloy obtained by grinding intensively for 40 hours a mixture of powder of Ti, Ru and Al in the desired proportions. This figure reveals that the structure is simple cubic.
Pour ce qui a trait à l'alliage oxygéné correspondant c'est à dire le Ti2RuAIO2, plusieurs avenues de fabrication s'offrent à nous. On peut en effet utiliser au point de départ un mélange de poudre de Ru, Al et de TiO dans les proportions 2 TiO + 1 Ru + 1 Al et broyer intensément le mélange pendant plusieurs heures. La figure 3b montre l'évolution des spectres de diffraction-x d'un tel mélange en fonction du temps de broyage. On voit sur cette figure qu'il faut environ une vingtaine d'heures dans les conditions de broyage utilisées pour faire apparaître la structure cubique caractéristique des matériaux de l'invention. Par ailleurs, il est également possible d'utiliser au départ de l'oxyde d'aluminium AI2Cb qui est beaucoup moins cher que le TiO pour fabriquer l'alliage en question. La figure 3c montre une série de spectres de diffraction-x obtenus après différents temps de broyage d'un mélange de AbO3 + 3 Ti + 1 TiO + 2 Ru. Après environ 20 heures de broyage, on voit apparaître la phase cubique comme dans le cas précédent. Les équations correspondantes à ces deux processus de synthèse sont indiquées ci-dessousWith regard to the corresponding oxygenated alloy, that is to say Ti 2 RuAIO 2 , several manufacturing avenues are open to us. It is in fact possible to use at the starting point a mixture of powder of Ru, Al and of TiO in the proportions 2 TiO + 1 Ru + 1 Al and to intensely grind the mixture for several hours. FIG. 3b shows the evolution of the x-diffraction spectra of such a mixture as a function of the grinding time. We see in this figure that it takes about twenty hours under the grinding conditions used for reveal the cubic structure characteristic of the materials of the invention. Furthermore, it is also possible to use starting from aluminum oxide AI 2 Cb which is much cheaper than TiO to manufacture the alloy in question. Figure 3c shows a series of x-diffraction spectra obtained after different grinding times of a mixture of AbO 3 + 3 Ti + 1 TiO + 2 Ru. After approximately 20 hours of grinding, we see the cubic phase appear as in the previous case. The equations corresponding to these two synthesis processes are indicated below
2 TiO + 1 Ru + 1 Al → Ti2RuAIO2 (1)2 TiO + 1 Ru + 1 Al → Ti 2 RuAIO 2 (1)
AI2O3 + 3 Ti + 1 TiO + 2 Ru → 2 Ti2RuAIO2 (2)AI 2 O 3 + 3 Ti + 1 TiO + 2 Ru → 2 Ti 2 RuAIO 2 (2)
II a été très surprenant de réaliser que l'oxyde d'aluminium pouvait être réduit par réaction avec le Ti lors du broyage intense. Cette découverte fait en sorte qu'il est possible de fabriquer à bas coûts les matériaux de la présente invention. La figure 3d montre la superposition des spectres de diffraction-x des mélanges obtenus après 40 heures de broyage dans le cas des deux expériences de synthèse décrite précédemment. On voit sur cette figure que peu importe la méthode de fabrication, on obtient le même produit final.It was very surprising to realize that aluminum oxide could be reduced by reaction with Ti during intense grinding. This discovery makes it possible to manufacture the materials of the present invention at low cost. Figure 3d shows the superposition of the x-diffraction spectra of the mixtures obtained after 40 hours of grinding in the case of the two synthesis experiments described above. We see in this figure that regardless of the manufacturing method, we get the same final product.
La capacité qu'a le Ti à réduire l'alumine c'est à dire l'oxyde d'aluminium est démontrée de façon exemplaire à la figure 4 où on présente l'évolution des spectres de rayons-X d'un mélange de Ti et AI2O3 en fonction du temps de broyage. Au fur et à mesure que s'opère le broyage on voit disparaître les pics caractéristiques du titane et de l'alumine et voit apparaître les pics de l'oxyde de titane.The ability of Ti to reduce alumina, that is to say aluminum oxide, is demonstrated in an exemplary manner in FIG. 4 where the evolution of the X-ray spectra of a mixture of Ti is presented. and AI 2 O 3 as a function of the grinding time. As the grinding takes place, the characteristic peaks of titanium and alumina disappear and the peaks of titanium oxide appear.
Il est évident que bien d'autres méthodes de fabrication (autre que le broyage mécanique intense) peuvent être envisagées pour fabriquer les matériaux de la présente invention comme par exemple la fusion et la trempe rapide, le frittage etc. La description précédente concernant les méthodes de synthèse ne doit donc pas être considérée comme limitative.It is obvious that many other manufacturing methods (other than intense mechanical grinding) can be envisaged for manufacturing the materials of the present invention such as for example melting and rapid quenching, sintering etc. The above description concerning the methods of synthesis should therefore not be considered as limiting.
Le brevet US 5,662,834 antérieur décrit que l'ajout d'oxygène permettait de stabiliser les alliages du type Ti2RuFe dans le cadre de leur utilisation pour la synthèse du chlorate de sodium. Il a maintenant été découvert dans le cadre de la présente invention que cet avantage n'était pas unique à l'oxygène mais que d'autres éléments permettaient également de stabiliser non seulement les alliages du type Ti2RuFe mais également les alliages du type Ti2RuAI. Ces éléments sont B, S, C, N, Si, P et H en plus de l'oxygène.The prior US patent 5,662,834 describes that the addition of oxygen made it possible to stabilize the alloys of the Ti 2 RuFe type within the framework of their use for the synthesis of sodium chlorate. It has now been discovered in the context of the present invention that this advantage was not unique to oxygen but that other elements also made it possible to stabilize not only the alloys of the Ti 2 RuFe type but also the alloys of the Ti type. 2 RuAI. These elements are B, S, C, N, Si, P and H in addition to oxygen.
La figure 5 montre des spectres de diffraction-x d'une série d'alliages du type Ti2RuFeBx pour différentes concentrations en bore (x = 0, 0.1 , 1 , 2, 4, 6, 12) et la figure 6 montre des micrographies de poudres d'alliages correspondants. On peut voir à la figure 7a que sans ajout de bore, la surtension de l'alliage Ti2RuFe augmente considérablement après 20 cycles de OCP/HER alors qu'elle demeure plutôt stable et basse dans les cas des alliages Ti2RuFeBx où x = 1 , 4 et 6 (voir figures 7c, 7d et 7e). Lorsque la teneur en bore est trop grande les propriétés se détériorent à nouveau (figure 7f). La figure 8 montre qu'en condition d'électrolyse continue dans une solution chlorate industrielle, l'alliage Ti2RuFeB6 présente les meilleures performances.Figure 5 shows x-diffraction spectra of a series of Ti 2 RuFeB x type alloys for different boron concentrations (x = 0, 0.1, 1, 2, 4, 6, 12) and Figure 6 shows micrographs of corresponding alloy powders. It can be seen in FIG. 7a that without adding boron, the overvoltage of the Ti 2 RuFe alloy increases considerably after 20 cycles of OCP / HER whereas it remains rather stable and low in the case of Ti 2 RuFeB x alloys where x = 1, 4 and 6 (see figures 7c, 7d and 7e). When the boron content is too high, the properties deteriorate again (Figure 7f). FIG. 8 shows that under continuous electrolysis in an industrial chlorate solution, the Ti 2 RuFeB 6 alloy exhibits the best performance.
Les alliages selon la présente invention peuvent donc inclure des éléments stabilisateurs dénotés par T selon la formule décrite précédemment:The alloys according to the present invention can therefore include stabilizing elements denoted by T according to the formula described above:
Ti2+t(RU(1-X)AI(i+X))(i-u/2)MuTy Ti 2+ t (RU ( 1-X ) AI (i + X )) (i -u / 2 ) M u T y
ouor
T représente un ou plusieurs éléments choisis parmi O, B, S, C, N, Si, P et H, cet élément étant de préférence l'oxygène et où y est un nombre compris entre 0 et +6, de préférence égal à 2T represents one or more elements chosen from O, B, S, C, N, Si, P and H, this element preferably being oxygen and where y is a number between 0 and +6, preferably equal to 2
Tel que mentionné précédemment, la présente invention a aussi pour objet l'usage de ces nouveaux alliages pour la synthèse du chlorate de sodium. Tout en étant aussi performant (c'est à dire possédant une faible surtension) que les matériaux de l'art antérieur, les nouveaux alliages de la présente invention sont plus stables et moins chers et par conséquent permettent de synthétiser le chlorate de sodium à moindre coût. Tel qu'indiqué précédemment, il est préférable que la microstructure de ces nouveaux matériaux soit nanocristalline c'est-à-dire qu'elle soit constituée de cristallites dont la taille moyenne des cristaux est inférieure à 100nm.As mentioned previously, the present invention also relates to the use of these new alloys for the synthesis of sodium chlorate. While being as efficient (ie having a low overvoltage) as the materials of the prior art, the new alloys of the present invention are more stable and less expensive and therefore make it possible to synthesize sodium chlorate at a lower cost. cost. As indicated above, it is preferable that the microstructure of these new materials is nanocrystalline, that is to say that it consists of crystallites whose average size of the crystals is less than 100 nm.
La présente invention a également pour objet un procédé visant à fabriquer des cathodes pour la synthèse du chlorate de sodium où dans un premier temps, on fabrique une poudre de l'alliage en question en broyant mécaniquement et intensément (typiquement à des puissances supérieures à 0.2 kW/litre) un mélange des constituants pendant un certain temps (typiquement pour des durées supérieures à 20 heures) dans un milieu réactif ou non puis, dans un deuxième temps, on projette cette poudre qui a subi ou non un traitement sur un substrat (typiquement une plaque d'acier, de titane ou d'aluminium) à l'aide d'une des multiples techniques de projection thermique telles que les techniques APS (atmospheric plasma spray), HVOF (high velocity oxyfuel), VPS (vacuum plasma spray) et LPPS (low pressure plasma spray).The present invention also relates to a process aimed at manufacturing cathodes for the synthesis of sodium chlorate where, firstly, a powder of the alloy in question is manufactured by mechanically and intensely grinding (typically at powers greater than 0.2 kW / liter) a mixture of the constituents for a certain time (typically for durations greater than 20 hours) in a reactive medium or not, then, in a second stage, this powder which has or has not undergone a treatment is applied to a substrate ( typically a steel, titanium or aluminum plate) using one of the multiple thermal spraying techniques such as APS (atmospheric plasma spray), HVOF (high velocity oxyfuel), VPS (vacuum plasma spray) ) and LPPS (low pressure plasma spray).
La présente invention a également pour objet une électrode comprenant un substrat et un revêtement d'un alliage selon ce qui est décrit et/ou illustré dans la présente demande. De préférence, le substrat est un métal conducteur, un métal de valve, ou tout autre métal/matériau approprié, tel qu'évident pour une personne versée dans le domaine. II va de soi que des modifications mineures pourraient être apportées à ce qui vient d'être décrit sans pour autant sortir du cadre de la présente invention telle que définie dans les revendications annexées. The present invention also relates to an electrode comprising a substrate and a coating of an alloy according to what is described and / or illustrated in the present application. Preferably, the substrate is a conductive metal, a valve metal, or any other suitable metal / material, as evident to a person skilled in the art. It goes without saying that minor modifications could be made to what has just been described without departing from the scope of the present invention as defined in the appended claims.

Claims

REVENDICATIONS
1. Un alliage de formule:1. An alloy of formula:
Ti2+t(RU(i-X)AI(-i+X))(i-u/2)MuTyTi2 + t (RU (i -X ) AI (-i + X )) (i -u / 2) MuTy
dans laquelle:in which:
M représente un ou plusieurs éléments choisis parmi Ag, Pd, Rh, Fe, Cr et V;M represents one or more elements chosen from Ag, Pd, Rh, Fe, Cr and V;
T représente un ou plusieurs éléments choisis parmi O, B, S, C, N, Si, P et H;T represents one or more elements chosen from O, B, S, C, N, Si, P and H;
t est un nombre entre -1 et +1 ;t is a number between -1 and +1;
x est un nombre compris entre -0.95 et +0.95;x is a number between -0.95 and +0.95;
u est un nombre compris entre 0 et +1 ; etu is a number between 0 and +1; and
y est un nombre compris entre 0 et +6.y is a number between 0 and +6.
2. L'alliage selon la revendication 1 , dans lequel M est choisi parmi Ag, Pd et Rh.2. The alloy according to claim 1, in which M is chosen from Ag, Pd and Rh.
3. L'alliage selon la revendication 1 ou 2, dans lequel T est O.3. The alloy according to claim 1 or 2, wherein T is O.
4. L'alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel t est compris entre -0.5 et +0.5.4. The alloy according to any one of claims 1 to 3, in which t is between -0.5 and +0.5.
5. L'alliage selon la revendication 4, dans lequel t est égal à 0. 5. The alloy according to claim 4, in which t is equal to 0.
6. L'alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel x est compris entre +0.5 et +0.95.6. The alloy according to any one of claims 1 to 5, in which x is between +0.5 and +0.95.
7. L'alliage selon la revendication 6, dans lequel x est égal à 0.75.7. The alloy according to claim 6, in which x is equal to 0.75.
8. L'alliage selon l'une quelconque des revendication s 1 à 7, dans lequel u est inférieur à 0.25.8. The alloy according to any one of claims s 1 to 7, in which u is less than 0.25.
9. L'alliage selon l'une quelconque des revendication s 1 à 8, dans lequel y est égal à 2.9. The alloy according to any one of claims 1 to 8, in which y is equal to 2.
10. Un procédé de fabrication d'une cathode pour la synthèse du chlorate de sodium, dans lequel:10. A process for manufacturing a cathode for the synthesis of sodium chlorate, in which:
- dans un premier temps, on fabrique une poudre d'un alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, en broyant intensément un mélange des constituants pendant un certain temps dans un milieu réactif ou non et en lui faisant optionnellement subir un traitement supplémentaire; et- Firstly, an alloy powder is made according to any one of Claims 1 to 9, by thoroughly grinding a mixture of the constituents for a certain time in a reactive medium or not and by optionally subjecting it to a treatment additional; and
- dans un deuxième temps, on projette la poudre ainsi fabriquée sur un substrat à l'aide d'une technique de projection thermique.- Secondly, the powder thus produced is projected onto a substrate using a thermal spraying technique.
11. Usage d'une cathode fabriquée à partir d'un alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 pour la synthèse du chlorate de sodium.11. Use of a cathode made from an alloy according to any one of claims 1 to 9 for the synthesis of sodium chlorate.
12. Une électrode comprenant un substrat et un revêtement d'un alliage selon l'une quelconque des revendications 1 à 9.12. An electrode comprising a substrate and a coating of an alloy according to any one of claims 1 to 9.
13. Électrode selon la revendication 12, dans laquelle le substrat est un métal conducteur. 13. An electrode according to claim 12, in which the substrate is a conductive metal.
14. Électrode selon la revendication 12, dans laquelle le substrat est un métal de valve. 14. The electrode of claim 12, wherein the substrate is a valve metal.
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