Катод для электролиза кислых растворов

 

1. КАТОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА . КИСШХ РАСТВОРОВ, содержащий железо, Хром, никель, молибден и медь, о тл и ч а ю щ и и с я тем, что, с 1СЕсл|лщ|.; ЯАГа;гяу., г-кJПliк: йУ йоЛйОШ. целью снижения энергозатрат на проведение электролиза за счет снижения перенапряжения выделения водорода , он дополнительно содержит переходной металл IV или V группы периодической , систбьвл элементов при следующем соотношении компонентов,вес.%; Хром 17-25 Никель 22-29 Молибден 2,5-3,0 Медь 2,5-3,0 Переходный металл IV или V группы 0,3-10 Железо Остальное С S 2. Катод по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что в качестве (Л переходного металла он содержит титан или ниобий.

..80„„1033578 А

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК з

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTFT СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЦТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ.Ф

- -»»:.

Й АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) ЗД03848/23-26 (22) 05.03.81 (46) 07.08,83.. Бюл Р 29 (72) A.Ê.Горбачев, Ф.К.Андрющенко, В.К.Никифоров, A П.Лобковский, В.П.Бочин, Л.В,Опарин и A.Á,Áóëàòîâ (71) Харьковский ордена Ленина по-. литехнический институт им. В. И.Ленйна

-r (53) 621. 3.035.226(088. 8) (56) 1.. Якименко Л.М. Электродные

: материалй в прикладной электрохимии.

М., "Химня", 1977, с. 130-150.

2. Сухотин A.Ì., Зотиков В.С.

Химическое сопротивление материалов.

М., "Химия", 1975, с. 37 (прототип). (54)(57)- 1. КАТОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА

КИСЛЫХ РАСТВОРОВ, содержащий железо,,хром, никель, молибден и медь, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью снижения энергозатрат на проведение электролиза за счет снижения перенапряжения выделения водорода, он дополнительно содержит переходной металл tY или Ч группы периодической, системы элементов при следующем соотношении компонентов,вес.В:

Хром 17-25

Никель 22-29

Молибден .2 5-3,0

Медь 2,5-3,0

Переходный металл П или Ч группы О, 3-10

Железо Остальное

2. Катод по и. 1, о т л и ч а- Е C ю шийся тем, что в качестве переходного металла он содержит титан илн ниобий.

С:

1033578

Изобретение относится к электрохимии, в частности, к материалам для изготовления катодов, используемых при электролизе кислых сред в процессе получения водорода, надсерной кислоты и ее солей.

Выбор катодных материалов, работающих в кислых средах, весьма ограничен вследствие их значительной коррозионной активности.

Известно применение для электролиза растворов серной и соляной кислот графитовых катодов, ° отличающихся высокой коррозионной стойкос,тью C 13, Однако при этом графит является 15 малотехнологичным материалом, а катоды, изготовленные из него, характеризуются высоким перенапряжением выделения водорода.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является катодный материал для электролиза кислых растворов, содержащий железо, хром, никель, молибден и медь, например, сталь марки Х18Н28МЗДЗ (ЭИ530), содержащую, вес.%: углерода менее 0,1, . хрома 17-19, никеля 27-29, молибдена 2,5-3, меди 2,5-, 3, железо — остальное Р 23

Изготовленные из этой стали, обладающей хорошей коррозионной стойкостью в кислых средах, катоды имеют удовлетворительные электрохимические характеристики, однако характеризуются довольно высоким перенапряжением выделения водорода на них.

Так, при электролизе растворов серной кислоты при промышленных плотностях тока 1000-3500 A/м и температуре 25ОC этот показатель .составля- 49 ет 0,45-0,75 В.

Целью изобретения является снижение энергозатрат на проведение электролиза за счет снижения перенапряжения выделения водорода на катодах, 45 изготовленных из коррозионностойких материалов, предназначенных для работы в кислых средах.

Поставленная цель достигается тем, что катод для электролиза кис-5О лых растворов, содержащий железо, хром, никель, молибден и медь, содержит переходной металл 1Ч или Ч группы периодической системы элементов, а компоненты взяты в соотношении, 55 вес.%:

Хром 17-25

Никель о 22 29

Молибден 2,5-3,0

Медь 2,5-3,0 60

Переходный металл 1 или V группы О, 3-10

Железо Остальное

При этом в качестве переходного металла катод содержит мЕталл )Ч гру1 пы — титан или металл Y группы— ниобий, Введение в материал для изготовления катода переходных металлов или V группы периодической системы элементов способствует облегчению протекания процесса разряда и рекомбинации водорода вследствие способности указанных металлов адсорбировать водород вплоть до образования гидридов.

Из приведенных групп металлов наилучшие результаты достигнуты при введении титана или ниобия. Оптимальная добавка этих металлов составляет 1 вес.% и при.дальнейшем увеличении ее количества до 10% величина перенапряжения выделения водорода снижается незначительно.

Введение добавки свыше 10% не оказывает сколько-нибудь заметного влияния на величину перенапряжения выделения водорода.

Пример ы 1-4. Готовят 4 смеси с минимальным и оптимальным качествами переходных металлов, каждая из которых содержит, вес.%: хрома 21, никеля 25,5, молибдена 3, меди 3, причем две из смесей дополнительно содержат титан, а другие двениобий в количестве по 0,3 и 1,0 вес.% каждого. Остальную часть до 100% во всех четырех смесях составляет железо.

Каждая смесь сплавляется отдельно в тиглях в дуговых электропечах.

Из полученных сплавов изготавливают катоды.

Пример ы 5 и б. Для полуЧения катодного материала с максимальным содержанием переходных металлоз на рабочих поверхностях катодов, содержащих по 1 вес.% титана и ниобия и полученных согласно вышеописанным примерам, термодиффузионным методом доводят их содержание до

10 вес.%.

Для этого, в случае титана, насыщение рабочей поверхности катода осуществляют, помещая образец катодного материала в ампулу, содержащую порошкообразные, вес.% титан марки ПТОМ 75, окись алюминия 24 и хлористый аммоний 1.

Далее ампулу помещают в печь и осуществляют термическую обработку в атмосфере водорода при 1100 С в течение 3 ч.

Для насыщения рабочей поверхности катода ниобием используют смесь, содержащую порошкообразные,вес.%: ниобий 50, окись алюминия 49, хлористый аммоний 1. Насыцение поверхности осуществляют, как описано выше, но в течение 4 ч, 1033578

3 2.

Перенапряжение (В f при плотностях тока, A/ì

) Добавки, вес.В

2000. 3500

1500

1000

Титана

0,3

0,40

0,35

0,3

0,33

0,18

0,22

1,0

0,24

0,26

0,33

0,36.0,3

0,25

Ниобия

0 32

0,3

0 35

0,27

0,3

0,15

0,22

0,26

0,18

1,0

0,28

0,23

0,3

0,25

Составитель Т.Барабаш

Техред М.Тепвр Корректор A.Òÿñêî

Редактор Т.Кугрышева

Заказ 5567/29 Тираж 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж«35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðîä, ул.Проектная, 4

Катоды, полученные согласно примерам 1-6, испытывают в 1 и 5 моляр.ных растворах серной кислоты при плотностях тока 1000-3500 А/м и температуре электролита 20 С.

Ф

Как В@дно из таб щы, в ичина 35 перенапряжения выделения водорода составляет 0,15-0,40 В, что на 0,30-.0,35 В ниже .той же величины у прототипа (0,45О 75 Ц).

Оптимальная добавка титана и нио-: бия составляет 1 вес.В, поскольку обеспечивает минимальное перенапря-. жение выделения водорода на- катодис, изготовленных из предлагаемого катод-45

Мого материала.

Спустя 15 ч работы на каждом из катодов измеряют величину перенапряжения выделения водорода. Данные испытаний приведены в таблн» це.

Применение предлагаемого катодного материала в прикладной электрохимии обеспечивает малую изнашиваемость таких катодов при лучшей их обрабатываемости в процессе изготовления эа счет замены хрупкого, быстроизнащиваемого,и малотехнологичного графита на металл, а также снижение расхода электроэнергии на 1000-

1300 квтч на 1 т 10ОВ-ной перекиси водорода, полученной через надсерную кислоту, или на 1200 квтч прн получении 1000 мз водорода.