Электрод для электрохимического получения хлора и щелочи Советский патент 1989 года по МПК C25B11/10 

1

Изобретение относится к электрохимическому производству, а именно к электродам для электрохимических процессов, в частности для производства хлора и щелочи.

Известен электрод для электрохимических процессов, содержащий электропроводную основу из титана тантала, на которую нанесено активное покрытие, состоящее из окиси металла платиновой группы и смеси окис- лов металлов,содержащей окисел титана или тантала и по меньшей мере еще один окисел легирующего металла, выбранного из группы: олово, серебро, хром, лантан, алюминий, кобальт, сурьма, молибден, никель, железо, вольфрам, ванадий, фосфор, бор, бе- рилий, натрий, кальций, стронций, свинец, медь и висмут. Окисел легирующего металла берется в количестве 0,1-50% от веса двуокиси титана или пятиокиси тантала. Отношение со- .держания металла платиновой группы к остальным металлам окисного покрытия составляет 20:100-85:100. Для случая, когда активная масса известного электрода содержит TiOj,, RuO, и SnO, соотнош1ение этих компонентов будет соответствовать, мол.%: TiO 40-90; SnOg 0,25-25; RuO 9,75-35. Известный электрод следующего состава, мол.%: RuO 21,8; TiO 72,7; SnOj, 5,5, после 1500 ч испытаний в концентрированном растворе NaCl при 2 А/см и 60°С имел анодный потенциал 1,42 В. В условиях испытаний по методу переменной полярности (пять анодных и пять катодных поляризаций при 1 А/см(в течение двух минут каждая поляризация) указанный электрод имеет потерю веса 0,09 мг/см после двух циклов испытаний и потерю веса

0

00

со

v|

31А6

после одного погружения

0,01 мг/см в амальгаму.

Недостатком указанного электрода является низкая стойкость электрода и высокое перенапряжение хлора, равное при2А/см 140 мВ.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигае мому результату является электрод для электрохимического получения хлора и щелочи, содержащий основу из вентильного металла с нанесенным на нее активным покрытием из смеси окислов олова, рутения и титана, причем мольное соотношение TiO.: () находится в пределах 1,5-2,5:1, а содержание SnOz составляет 35-50 мол.%

в смеси БпОг+КиО.

Известный электрод имеет состав активного покрытия в пределах, мол.%: TiO 60-75; SnO 10-20; 15-30.

Известный электрод с, активным покрытием состава: ( ) 2,2:1 (в мольных долях) и при 40 мол.% ЗпОг в смеси RuO,,+SnO, т.е. активная масса имеет состав, мол.%: TiOj 67; SnO. 13,2; RuO 19,8 и имеет в условиях хлорного электролиза потерю рутения из активной массы, равную 0,01 г на 1 т хлора.Перенапряжение выделения хлора на известном электроде снижается на 40 мВ относительно электрода, не содержащего SnOj в активном покрытии.

Известный электрод характеризуется недостаточной стойкостью и относительно высоким перенапряжением выделения хлора, что приводит к повышению энергозатрат на процесс.

Цель изобретения - повышение стойкости электрода и снижение энергозатрат на процесс за счет снижения перенапряжения выделения хлора.

Поставленная цель достигается электродом для электрохимического получения хлора и щелочи, содержащим основу из вентильного металла с на- несенн1)1м на нее активным покрытием из смеси окислов олова, рутения и титана, причем ингредиенты взяты в следующем соотношении, мол.%: Двуокись рутения15-30

Двуокись титана25-55

Двуокись олова30-60

Предложенный электрод имеет по вы- шенное содержание двуокиси олова от носительно известного электрода (1,55

0

0

5

О

3,0 раза вьщ1е). Увеличение относительной доли двуокиси олова в активном покрытии приводит неожиданно к резкому улучшению электрохимических характеристик .электрода и пoвьшJeнию его стойкости при электролизе.

Пример. На титановую основу электрода, предварительно прошедшую пескоструйную обработку, обезжиривание и травление, наносят покровный раствор - смешанный водно-спиртовой раствор SnClj, TiCl и RuOHCl,. Покровный раствор готовят из исходных растворов: раствора гидрооксихлорида рутения (RuOHCl) в воде с концентрацией 150 г/л; раствора четыреххло- ристого титана (TiCl) в воде с концентрацией 220 г/л (в пересчете на TiO,); раствора двуххлористого олова (SnCl) в воде с концентрацией 500 г/л.

Все три исходных раствора при хранении в закрытой посуде имеют неограниченную стабильность, смешанный раствор имеет стабильность 10-20 сут.

Активное покрытие электрода изготавливают многослойным. Каждый слой наносят по одной технологии: расход смешанного раствора на 1 слой 30 мл/м что соответствует закладке рутения 1,35 г/м , после нанесения каждого последующего слоя электрода сначала cyuiaT при 150°С,затем обжигают при 5 в течение 20 мин, последний

слой прокаливают при 450°С в течение 40 мин.

Всего было изготовлено и испытано 9 электродов.

Измерения потенциала анода проводили в условиях хлорного диафрагмен- ного электролиза: концентрации хлорида натрия в анолите 280 г/л, плотности тока 1000, 3000, 10000 А/м, 5 температуре 80°г:.

Стойкость электродов оценивалась. J по методу переменной полярности и амальгамации, а также радиоактиваци- онным методом.

Результаты измерений представлены в табл. 1.

0

0

Состав анодного газа для всех электродов Определяли при сле.дуюрхих условиях электролиза: концентрация хлорида натрия в анолите 280 г/л, плотность тока 2000 А/м, температура 80 С. Полученные результаты представлены в табл. 2.

Для сравнения в табл. 2 и приведены показатели электрода, не содержащего в составе активной массы двуокиси олова - 33 мол.% RuO и 67 мол.% TiO (электрод ОРТА).

Как видно из. результатов, приведенных в табл. 1 и 2, предложенный электрод имеет ниже расход рутения, измеренный по радиоактивному методу, на 20-АО% относительно известного электрода, а также по ускоренному методу испытаний переменной полярности и амальгамации.

Действительный расход рутения на 1 т получаемого хлора по результатам измерений радиоактивационным методом и по результатам опытно-промлшленных испытаний составляет 0,006-0,008 г, в то время как известный электрод имеет расход рутения 0,01 г на 1 т получаемого хлора.

Предложенный электрод обеспечивает также снижение содержания кислорода в хлоре относительно известного электрода на 15-20%.

TiOj -67 55 Потенциал анода при плот- кости тока; А/м

10001,311,31

30001,34 1,33

100001,40 1,36

В (относи- тельнь НВЭ) Стойкость электрода по .методу переменной полярности и амальгамации, мг/см 0,20,07 Стойкость электрода по радиоактива- ционному методу, г/сн

1,30 1,33 «,35

1,30 1,33 ,35

1,31 1,33 1,36

1,30 1,32 1.35

1,32 1,35 1,40

1,31 1,35 1,39

1,32 1,34 1,38

0,06 0,070,07

0,05

0,5

0,140,16

тоду, г/сн..,«.

(при 2 А/см ) 3,8 10 2.2-Ю 2,1-10 2,0-10 1,9-1(Г 1,6-1(Г 3,0-1(Г 2,7.10 2,6-10

1,30 1,32 1.35

1,32 1,35 1,40

1,31 1,35 1,39

1,32 1,34 1,38

0,05

0,5

0,140,16

Таблица 2