Способ контроля межэлектродного расстояния Советский патент 1991 года по МПК C25B15/06 

V

с

Изобретение относится к методам предотвращения коротких замыканий в электролизерах и позволяет повысить надежность работы электролизера в случае использования твердого катода, ча котором образуется осадок. касается контроля межэлектродного расстояния в электролизере,включающем анод, катод и размещенный между ними контрольный электрод, причем между анодом и катодом пропускают переменный ток частотой 5-20 кГц и измеряют эталонное напряжение между катодом и контрольным электродом, при снижении напряжения между катодом и контрольным электродом ниже эталонного электролиз прекращают. 3 ил.

Изобретение относится к методам предотвращения коротких замыканий в электролизерах.

Короткие замыкания между катодом и анодом электролизера, происходящие в результате разрастания осадка на твёрдом катоде, снижают производительность процесса, ведут к потерям катодного продукта и перерасходу электроэнергии, могут привести к аварийным ситуациям. Поэтому предотвращение возникновения коротких замыканий в электролизерах является важной народнохозяйственной задачей.

Целью изобретения является повышение надежности работы электролизера в случае использования твердого катода, на котором образуется осадок.

На фиг.1 приведена схема электрохимической ячейки; на фиг.2 и 3 - кривые, поясняющие предлагаемый способ.

Пример 1. Использование предлагаемого способа при электроосаж- дении титана из расплавленных солей. В стеклографитовом тигле 1 размеща- ют анод 2 из титанового продукта диаметром 15 мм, торцовый контрольный электрод 3 из молибденовой проволоки диаметром 0,5 мм, изолированный керамической соломкой 4, катод 5 из молибденовой проволоки диаметром 2 мм. Расстояние между осями анода и контрольного электрода составляет 12 мм, между осями анода и катода 25 мм. Процесс ведут в гальваностатическом режиме с начальной катодной плотностью тока 1 А/см2 при 750°С в атмосфере очищенного аргона. Используют электролит состава KCl-NaCl- TiCl2 (5 мас.%). Схема измерительной установки включает в качестве источника поляризующего тока гальваностат

CR Ј С ГС

Ј

ПГ24-10, а в качестве источника переменного тока - генератор ГЗ-33. Их выходы через балластные сопротивления подсоединяют к аноду и катоду электрохимической ячейки. Переменное и постоянное напряжение между электродами измеряют универсальным вольтметром типа В7-27, один вход которого подключают к катоду, а другой через переключатель - к контрольному электроду и к аноду электрохимической ячейки. Измерения проводят, используя переменный ток амплитудой 150 мА и частотой 10 кГц. Электролиз прекращают при снижении переменного напряжения между катодом и контрольным электродом ниже эталонной величины, полученной предварительной калибровкой для диаметра катодного осадка 16 мм. Полученный осадок также имеет средний диаметр 16 мм.

Результаты измерений приведены на фиг.2. Кривая а соответствует переменому напряжению анод - катод, кривая b - постоянному напряжению анод - катод (согласно известному способу), г оивая с - переменному аааряжению контрольный электрод - катод (по предлагаемому способу), линия d соответствует эталонной величине. Приведенные данные показывают, что используемые в известном способе величины переменного и постоянного напряжения между анодом и катодом в конечной стадии электролиза (когда существует наибольшая опасность короткого замыкания) не чувствительны к - росту катодного осадка, тогда как предлагаемый способ позволяет точно определить момент наступления критического состояния.

П р и м е р 2. Рафинирование меди в сульфатно-кислом электролите. Рафинирование проводят в стеклянной ячейке диаметром 60 мм и высотой 100 мм. В качестве анода используют медную пластину размером 40х х40хЗ мм. Катод представляет собой медный стержень диаметром 4 мм, расположенный в 15 мм от поверхности анода. Контрольный электрод изготовляют из медной проволоки диаметром 0,8 мм, изолированной лаком, с торцовой рабочей поверхностью. Его устанавливают на расстоянии 3 мм от поверхности анода при помощи направляющей трубки, в которой он может перемещаться в вертикальном направлении.

Для измерений используют ту же установку, что и в примере 1. Рафинирование ведут с катодной плотностью тока 0,05 А/см2, частота переменного тока составляет 10 кГц, его амплитуда 100 мА. Контрольный электрод фиксируют в трех положениях с шагом 10 мм путем вертикального перемещения в направляющей трубке. Электролиз прекращают, когда в одном из положений контрольного электрода переменное напряжение катод - контрольный электрод уменьшается до эталонной величи5 ны, полученной калибровкой для расстояния между анодом и поверхностью катодного осадка 6 мм.

Результаты измерений приведены на фиг.З. Кривые а, Ь и с соответст0 вуют переменному напряжению контрольный электрод - катод при верхнем, среднем и нижнем положении контрольного электрода, линия d соответствует эталонной величине. Быстрое сниже5 ние напряжения (кривая а) вызвано появлением вблизи верхнего положения i контрольного электрода дендрита размером около 3 мм.

Таким образом, предлагаемый спо0 соб позволяет достичь предупреждения короткого замыкания между жестко закрепленными анодом и разрастающимся твердым катодом.

Как показано, измерение переменно5 го напряжения катод - анод не позволяет достичь поставленной цели. Не позволяет достичь цели и измерение переменного напряжения катод - контроль-и ный электрод при пропускании перемен0 ного тока между этими же электродами, так как собственный импеданс контрольного электрода на один-три порядка превышает переходное сопротивление слоя электролита на участке катод 5 контрольный электрод, из-за чего

полезный информативный сигнал - паде- нин напряжения на переходном сопротивлении слоя электролита - будет маски- , роваться большим в 10-100 раз падени0 ем напряжения на импедансе контрольного электрода.

Измерение переменного напряжения между парой электродов катод - контрольный электрод при одновременном

пропускании переменного тока между другой парой катод - анод позволяет достичь цель изобретения, так как в -этом случае измеряемое напряжение определяется практически только

переходным сопротивлением катод - контрольный электрод.

Недостатком известного способа является то, что он может применяться только на электролизерах с жидким катодом и регулируемым расстоянием между электродами, которые должны иметь форму, близкую к плоской. Осадок, получаемый на твердом катоде, имеет обычно дендритную форму, причем рост этого осадка неравномерен, имеются зоны преимущественного рос- та, отдельные дендриты могут достигать значительных размеров. Поэтому такая интегральная характеристика, как полное напряжение на ванне, не позволяет выявить опасность возникновения короткого замыкания между электродами. Кроме того, поскольку в личина изменения постоянного напряжения на ванне используется при осуществлении этого способа, он не может быть использован в случае нестационарного электролиза, когда варьируется величина тока, протекающего через электролизер.

Отличительными особенностями предлагаемого способа являются измерение переменного напряжения между катодом и контрольным электродом, расположенным между анодом и границей допустимого роста осадка, циклическое повторение измерений после пере- ещения контрольного электрода, использование переменного тока г частотой 5-20 кГц.

Совокупность предлагаемых приемов дает возможность получить информацию о локальных расстояниях между

2

6402046

этектродами, и такин образом, предотвратить короткое замыкание, вызываемое даже единичными дендритами. Циклическое повторение измерений после перемещения контрольного электрода позволяет контролировать наиболее опасные участки профиля катода и, если необходимо, локальные расстоя- 50 ния между электродами по всей поверхности катодного осадка. Использование для измерений переменного тока частотой 5-20 кГц, соответствующей минимуму дисперсионной кривой 15 (зависимости межэлектродного импе- ланса от частоты). устраняет влияние дрейфа частоты источника переменного тока на стабильность способа.

Известный способ не дает достовер- -20 ной информации о росте осадка на твердом катоде.

Формула изобретения

Способ контроля мезчэлектродиого расстояния в электролизерах, включающих анод, катод и размещенный между ними контрольный электрод, о т л и- ч а ю щ и и с я тем, что, с целью повышения надежности работы электролизера в случае использования твердого катода, на котором образуется осадок, между анодом и катодом, пропускают переменный ток частотой 5-20 кГц и измеряют эталонное напряжение между катодом и контрольным электродом и недопустимое уменьшение межэлектродного расстояния определяют по снижению напряжения ниже эталонного.,

4

Фыг-i

Напряжений Г В

0,2

0,1

40 20 30 40 50 60 70

Фиг. 2

Яапрлкение, В

I I I

бремя, мин