Нерасходуемый анод для электролиза

Авторы патента:

C25B11/12 - Электролитические способы; электрофорез; устройства для них (электродиализ, электроосмос, разделение жидкостей с помощью электричества B01D; обработка металла воздействием электрического тока высокой плотности B23H; обработка воды, промышленных и бытовых сточных вод или отстоя сточных вод электрохимическими способами C02F 1/46; поверхностная обработка металлического материала или покрытия, включающая по крайней мере один способ, охватываемый классом C23 и по крайней мере другой способ, охватываемый этим классом, C23C 28/00, C23F 17/00; анодная или катодная защита C23F; электролитические способы получения монокристаллов C30B; металлизация текстильных изделий D06M 11/83; декоративная обработка текстильных изделий местной

Владельцы патента RU 2700921:

Тарасов Юрий Васильевич (RU)

Изобретение относится к нерасходуемому аноду для электролиза, содержащему углерод. При этом он изготовлен из пироуглерода (пирографита). Изготовленный из пироуглерода (пирографита) анод устойчив даже в нитратных растворах и не загрязняет раствор продуктами своей эрозии. 1 з.п. ф-лы.

Уровень техники

Нерасходуемые аноды активно применяются в электрохимической технологии, в частности, в процессах электросинтеза, экстракции, в производстве порошков. В гидроэлектрометаллургии наибольшее применение находят сульфатные растворы главным образом из-за удовлетворительной стойкости анодов из платинированного титана и свинца, легированного серебром или сурьмой. Менее распространены хлоридные растворы, несмотря на их более высокую электропроводность, позволяющую интенсифицировать процесс. Причина - невысокая стойкость графитовых анодов и загрязнение электролита продуктами эрозии. Применение же нитратных растворов сдерживается отсутствием анодов, стойких в этой среде, и ограничено только рафинированием [1]. Для повышения стойкости графитовых анодов их пропитывают различными материалами. При этом наблюдается загрязнение раствора продуктами пропитки, которые, осаждаясь на фильтровальной диафрагме, забивают ее поры, сокращая срок ее службы [2]. Известна успешная попытка применения пироуглерода в качестве легирующей добавки в графитовый анод для повышения срока службы. Введение в состав графита 5-10% пироуглерода почти вдвое снижало износ анода в хлоридных растворах [3]. Однако до практики дело не дошло: выгода не окупала затраты, и эта плодотворная идея не нашла свое развитие. Качественного скачка свойств тоже не произошло, и нитратная зона растворов сохранила свою неприступность для этого материала. В хлоридных и криолитоглиноземных расплавах, а также в расплавленной смеси хлоридов лития и калия с добавками оксихлоридов урана применяют стеклографитовые электроды [4]. Их широкое распространение сдерживает низкая электропроводность по сравнению с обычным графитом. В ряде хлоридных технологий графит вытесняется так называемыми ОРТАнодами (оксид-рутений-титановые аноды) [5]. Изобретен металоксидный анод, токопроводящая основа которого изготовлена из пироуглерода (!) [6]. Однако применение пироуглерода было ограничено лишь в качестве токопроводящего материала, а роль анода выполнял активный слой из окислов неблагородных металлов. Металоксидные аноды, как известно, требовательны к условиям эксплуатации - не терпят смены полярности, коротких замыканий и даже временных остановок процесса, и их применение затруднено необходимостью защиты от коротких замыканий и неравномерного распределения тока по секциям [2]. Так что доля графита, как анодного материала в большой электрохимии пока еще весьма заметная, как и масштаб усилий по улучшению его потребительских свойств. В частности, предлагалось легировать графит кремнием по порошковой технологии смешивания - прессования - спекания [7], (прототип). Этот анод применялся для электроактивации питьевой воды и решал поставленную задачу улучшения качества электролитической обработки питьевой воды разного состава и насыщения ее ионами кремния. По сути, материал прототипа является частным случаем силицированного графита, выпускаемого нашей промышленностью. Пирографит же после первых робких попыток применения лишь для улучшения анодной стойкости традиционных электродных материалов так и не был предложен до настоящего времени к применению в главной роли - в качестве собственно, анода в электрохимических технологиях. Образно говоря, от подмастерья - к мастеру высшего разряда.

Постановка и решение задачи.

Технической задачей изобретения является повышение эксплуатационных качеств углеродсодержащего анода для электролиза за счет снижения степени его разрушения и уменьшения загрязнения электролита.

В ходе разработки анода, стойкого в агрессивных средах, автором был испытан в качестве анодов ряд углеродсодержащих материалов, включая волокнистые, газоплотные: графит марки МПГ (мелкозернистый плотный графит), стеклоуглерод и пироуглерод (пирографит), а также промышленные образцы силицированного графита. В качестве среды использовался наиболее агрессивный к анодам нитратный электролит, состоящий из водного раствора нитрата серебра (10%) и азотной кислоты (1%). Общим недостатком всех взятых на испытание материалов, кроме пироуглерода (пирографита [8]), являлось то, что в процессе электролиза происходило разрушение на молекулярном уровне анодов, изготовленных из этих материалов. Продукты разрушения не задерживались фильтрующей диафрагмой и загрязняли собой электролит, снижая чистоту и качество продукта электролиза.

Нерасходуемый анод, выполненный из пироуглерода (пирографита) решил поставленную задачу.

Производственные испытания и практическое использование анода.

Для изготовления опытных анодов автор использовал образцы пироуглерода (пирографита), полученные в НИИГрафит. Испытания анодов из пироуглерода проводились в нитратном электролите в комбинации с расходуемым анодом из серебра чистоты 99,99% в условиях процесса электролитического получения серебряного порошка марки ПСр1 для производства электрических контактов. Оба анода подключались к положительному полюсу источника питания электролизера. Ток на нерасходуемый анод был в 10÷15 раз меньше, чем на расходуемый анод. Плотность тока на нерасходуемый анод поддерживалась на уровне 10 А/дм² в течение нескольких суток. Электролит оставался прозрачным и чистым. Производственные испытания контактов, изготовленных из опытного порошка ПСр1, полученного с применением нерасходуемого анода из пироуглерода (пирографита), подтвердили высокое качество порошка.

Нерасходуемые аноды, выполненные из пироуглерода марки УПА-3 (углерод пиролитический армированный) производства Новочеркасского электродного завода, были приняты в эксплуатацию в 2003 году и по настоящее время успешно служат на электролизном участке цеха изготовления серебряных порошков одного из ведущих предприятий РФ по производству электрических контактов. Эрозия анода (0,12÷0,15% от массы осажденного серебра) имеет в основном, электромеханический характер вследствие того, что 'межчешуйчатые' связи материала отгорают под действием тока и воздействия анионов (ОН^- и NO₃^-)*, вызывая осыпание чешуек, которые задерживаются анодной фильтрующей перегородкой, не загрязняя раствор. * - версия автора.

Промышленная применимость анода.

Многолетний положительный опыт применения нерасходуемых анодов из пироуглерода (пирографита) в нитратном электролите, являющемся наиболее агрессивным, подтвердивший их исключительную стойкость, позволяет рекомендовать такие аноды к применению в тех электрохимических технологиях, где это экономически целесообразно. Материал не дешев, но может конкурировать по цене-качеству с металлами платиновой группы, а по неприхотливости к условиям эксплуатации - с многослойными металл-оксидными композициями. Кроме того, с применением таких анодов расширяются возможности развития электролиза в нитратных средах. А рост производства пироуглерода понизит его стоимость, стимулируя его распространение в большой электрохимии.

Литература.

1. Прикладная электрохимия. Учеб. для вузов./ Под ред. А.П. Томилова, М, «Химия», 1984 г.

2. Л.М. Якименко. Электродные материалы в прикладной электрохимии. М. «Химия», 1977 г.

3. Материал для изготовления анода, применяемого в хлорном электролизе, Е.М. Остроумов, Л.К. Костерина, Ф.И. Мулина, Г.М. Волков и В.Я. Царев, АС СССР, №511387, опубликовано 26.06.1977 г.

4. Стеклоуглерод. Получение, свойства, применение. В.Д. Чеканова и А.С. Фиалков. Успехи химии, АН СССР, вып. 5 - 1971 г. том XL, стр. 803.

5. Аноды ОРТА, www/rutteh.ru., 2018 г.

6. Малоизнашиваемый анод, Н.И. Кавардаков, Ю.Д. Храмцов и В.И. Кичигин, АС СССР, SU 1668480 А1, опубликовано 07.08.1991 г.

7. Материал для изготовления электродов электролизера. Патент RU №2282679. Дата начала отсчета срока действия патента: 2005.05.13.

Авторы: Куртов В.Д. (UA); Косинов Б.В. (UA); Панин Н.М. (RU).

8. Пирографит. Получение, структура, свойства. А.С. Фиалков, А.И. Бавер, Н.М. Сидоров, М.И. Чайкун и С.М. Рабинович. Успехи химии, АН СССР, вып.1 - 1965 г. том XXXIV, стр. 132.

1. Нерасходуемый анод для электролиза, содержащий углерод, отличающийся тем, что он изготовлен из пироуглерода (пирографита).

2. Нерасходуемый анод для электролиза по п. 1, отличающийся тем, что пироуглерод имеет марку УПА-3.

Изобретение может быть использовано в пчеловодстве. Устройство для получения дезинфицирующих растворов для пасеки содержит диэлектрический корпус 1, катодную 6 и анодную 5 камеры с катодом 20 и анодом 17, диафрагму, деструктор озона 12, источник тока 19, озонатор 8, компрессор 9, датчик температуры 14, контроллер 15, расположенную на дне корпуса 1 сообщенную с озонатором 8 трубку с верхними отверстиями 11, расположенными вдоль нее, электромагнитное реле 21.

Устройство для электрохимической обработки воды в протоке с повышенным сроком сохранения свойств обработанной воды // 2700504

Изобретение относится к устройствам для электрохимической обработки воды в протоке с повышенным сроком сохранения свойств обработанной воды и может быть использовано в медицинской, сельскохозяйственной, пищевой и косметической промышленности, а также в быту.

Устройство для электрохимической обработки воды в протоке // 2697325

Изобретение относится к устройствам для электрохимической обработки воды в протоке и может быть использовано в медицинской, сельскохозяйственной, пищевой и косметической промышленности, а также в быту.

1,20-дибром-3,6,9,12,15,18-гексаоксаперфтор-4,7,10,11,14,17-гексаметилэйкозан в качестве исходного соединения для эмульсий медико-биологического назначения и способ его получения // 2696874

Изобретение относится к области фармацевтической химии и технологии, а именно к синтезу 1,20-дибром-3,6,9,12,15,18-гексаоксаперфтор-4,7,10,11,14,17-гексаметилэйкозана, используемого для получения оксигенирующих прямых эмульсий медицинского и биотехнологического назначения, например для лечения ожогов.

Способ получения обогащённой кислородом и обогащённой водородом воды и устройство для его осуществления // 2696713

Изобретение относится к области электролиза воды и может быть применено в энергетической отрасли. Способ получения обогащенной кислородом и обогащенной водородом воды включает помещение в емкость с водой изолированных и неизолированных электродов, подачу постоянного напряжения на электроды, при этом положительный потенциал подают на изолированные электроды для обогащения воды кислородом.

Способ получения наноразмерного оксида цинка // 2696460

Изобретение относится к области нанотехнологий, а именно к способам получения наноразмерных материалов, которые могут служить фотокатализаторами в процессах окисления органических загрязнений, присутствующих в воде и воздухе, и может быть использовано в химической, фармацевтической и текстильной промышленности.

Новые продукты и способы // 2695614

Группа изобретений относится к области продуктов для ухода за полостью рта и способов их получения. Предлагается продукт для ухода за полостью рта, содержащий композицию по уходу за полостью рта, включающую: эффективное количество растворимого приемлемого для применения в полости рта сульфата, и забуференную электропроводную среду, имеющую рН от 4 до 6,5, где персульфат синтезируется, когда электрический потенциал прикладывается к сульфату в забуференной электропроводной среде; и капу, включающую по меньшей мере два электрода, электрически соединяемых с источником напряжения с электрическим потенциалом от 1 до 5 В, в котором электроды включают катод и анод.

Электролитический способ получения ультрадисперсного порошка двойного борида церия и кобальта // 2695346

Изобретение относится к электролитическому способу получения ультрадисперсных порошков двойного борида церия и кобальта, включающему синтез двойного борида церия и кобальта из расплавленных сред.

Способы одновременного электролитического декарбоксилирования и восстановления сахаров // 2694908

Изобретение относится к способу одновременного декарбоксилирования углеводной кислоты и восстановления углеводного альдегида в электрохимической ячейке. Способ включает: обеспечение электрохимической ячейки, содержащей три камеры, включающие анодную камеру, центральную камеру и катодную камеру, причем указанная электрохимическая ячейка дополнительно содержит катионную мембрану, расположенную между анодной камерой и центральной камерой и находящуюся в контакте с указанными камерами, биполярную мембрану, расположенную между центральной камерой и катодной камерой и находящуюся в контакте с указанными камерами, причем указанная катионная мембрана выполнена с возможностью пропускания одновалентных катионов, указанная катодная камера содержит указанный углеводный альдегид, католит и катод, а указанная анодная камера содержит углеводную кислоту, анолит и анод, при этом указанная биполярная мембрана включает анионообменную сторону, обращенную к аноду, и катионообменную сторону, обращенную к катоду; подачу электрического тока к указанной ячейке и получение углеводного альдегида в указанном анолите, гидроксида одновалентного катиона в растворе в центральной камере и сахарного спирта в указанном католите; и введение в указанный анолит гидроксида одновалентного катиона, выбранного из группы, состоящей из: гидроксида натрия, гидроксида калия, гидроксида лития и гидроксида аммония; и при этом указанная углеводная кислота по меньшей мере на 5% нейтрализована в виде соли, и где указанное отношение одновалентного катиона к указанной углеводной кислоте в анолите поддерживают для обеспечения протекания нейтрализации доступной углеводной кислоты для декарбоксилирования.

Диметилдисульфопероксид (пероксид димезилата) и способ его получения // 2694545

Изобретение относится к новому электрохимическому синтезу диметилдисульфопероксида (пероксида димезилата), заключающийся в том, что проводят электролиз концентрированных 4,0-12,0 М растворов метансульфокислоты в анодном отделении диафрагменного электролизера в пределах плотностей анодного тока (0,025-0,1 А/см2) с последующем охлаждением до Т=-14°С и выделением из раствора анолита твердого вещества - диметилдисульфопероксида (пероксид димезилата).