Анод электролизера для получения порошков сплавов металлов

Изобретение относится к нерастворимому аноду электролизеров для получения сплавов металлов в порошкообразном виде. Рабочая часть анода состоит из диэлектрической подложки с активным слоем, содержащим спеченную смесь оксида рутения и оксидного стекла в объемном соотношении от 4/1 до 2/1. Обеспечивается надежность анода за счет исключения из рабочей части анода токоподвода из металла, при этом токоподвод осуществляется самим активным слоем, а необходимый потенциал анода подается на активный слой прижимным контактом за пределами рабочей части анода выше уровня электролита.

 

Настоящее изобретение относится к нерастворимому аноду электролизеров для получения сплавов металлов в порошкообразном виде. Такой анод может быть использован в электролизерах для извлечения металлов из водных растворов, а также для получения кислорода.

Известен анод для электроэкстракции металлов из водных растворов (Патент РФ №2266982 опубл. 27.12.2005), имеющий рабочую часть, выполненную в виде элемента из титана с покрытием из оксидов платиновых металлов.

Недостатком данного анода является его ненадежность вследствие возможного выхода его из строя в процессе эксплуатации. Выход из строя происходит при нарушении целостности покрытия по той или иной причине. Например: царапины, отслоение, растравливание. При этом появляется возможность доступа электролита к поверхности металла, где развивается нежелательная электрохимическая реакция.

Известен анод для выделения кислорода (Патент РФ №2304640 опубл. 20.08.2007), имеющий подложку из металла и защитное покрытие, поверх которого нанесен слой благородного металла или смесь благородных металлов в чистом виде или в виде оксидов.

Надежность такого анода выше, чем у предыдущего, однако она недостаточна вследствие наличия металлической подложки.

Известен также анод (Патент РФ №2568546 опубл. 20.11.2015), принятый за прототип, рабочая часть которого выполнена из металла, покрытого защитным слоем и слоем из благородных и других металлов и их оксидов, включая аморфные оксиды рутения и тантала.

Надежность такого анода выше, но недостаточна вследствие наличия у него металлического основания. Кроме того, такой анод сложен в изготовлении и имеет высокую стоимость.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности анода для получения порошков сплавов металлов.

Техническая задача решается тем, что рабочая часть анода состоит из диэлектрической подложки с активным слоем, который содержит спеченную смесь оксида рутения и оксидного стекла в объемном соотношении от 4/1 до 2/1.

Решение технической задачи обеспечивается вследствие исключения из рабочей части анода токоподвода из металла. Тем самым исключается сама причина ненадежности анода, которая возникает из-за возможного взаимодействия металла токоподвода рабочей части анода с компонентами электролита. В предлагаемом решении токоподвод осуществляется самим активным слоем. При этом отпадает необходимость в наличии металлического токоподвода к активному слою. Необходимый потенциал анода подается на активный слой прижимным контактом за пределами рабочей части анода выше уровня электролита. Спеченная смесь оксида рутения и оксидного стекла обладает достаточной электропроводностью, которая зависит от содержания оксида рутения. Содержание стекла в смеси должно быть не менее 20%. При меньшем содержании стекла может нарушиться целостность слоя, так как при спекании слоя этого количества расплавленного стекла не хватает для смачивания всей поверхности порошка оксида рутения и поверхности керамической подложки для соединения слоя в единое целое. При содержании стекла более 30% электропропроводность слоя заметно снижается, что приводит к непроизводительным потерям электроэнергии.

Изготовление анода и получение порошка проводят следующим образом.

На подложку размером 46×20×1 мм из материала ВК94-2 (94% Al₂O₃) наносят смесь порошков оксида рутения и свинцовоборосиликатного стекла в соотношении 4/1 в виде пасты с временным и выгорающим при термообработке связующим из этилцеллюлозы, растворенной в терпинеоле. Термообработку проводят в муфельной печи при температуре 800°С в течение 30 минут. Поверхностное электросопротивление слоя составляет 80-100 Ом/квадрат. Готовый анод с помощью прижимного контакта соединяют с положительным полюсом источника питания постоянного тока и помещают в электролит, содержащий 0,1 моль/л сульфатов никеля и железа с добавкой сульфата аммония. Электролиз проводят при токе 5А в течение 1 часа. По окончании процесса анод извлекают, промывают и высушивают. В другом варианте анода в качестве диэлектрической подложки берут пластину из ситалла размером 60×48×0,5 мм марки СТ50-1. Смесь порошков оксида рутения и цинкборосиликатного стекла берут в соотношении 2/1. При этом поверхностное сопротивление составляет 45-75 Ом/квадрат. Получение порошка проводят в течение 10 часов при токе 10 А в сернокислом медьсодержащем электролите. В обоих случаях никаких изменений на поверхности анода не наблюдается. При этом плотность тока на аноде составляет до 500 мА/см² в отличие от прототипа, где плотность тока не превышает 50 мА/см². Анод, изготовленный по прототипу, при плотности тока 300-500 мА/см² начинает разрушаться в течение первых часов испытаний.

Таким образом, надежность заявляемого анода значительно выше прототипа. Кроме того, изготовление такого анода проще, чем по прототипу.

Анод электролизера для получения порошков сплавов металлов, включающий рабочую часть с активным слоем, отличающийся тем, что рабочая часть выполнена из диэлектрика с активным слоем, содержащим спеченную смесь оксида рутения и оксидного стекла в объемном соотношении от 4/1 до 2/1.