Газодифузійний анод

Изобретение относится к электролитическому производству, в частности к изготовлению анодов для электрохимической экстракции металлов из кислых сульфатны х электролитов. В электролитическом процессе важное значение имеют вопросы повышения экономичности. Проблема совершенствования электролитического производства заключается в создании нового процесса получения товарного металла с новыми потребительскими свойствами, в повышении срока службы электролизера и улучшении процесса электролиза. Известны электролизеры для получения цинка, меди, кобальта, кадмия, марганца, никеля, железа, хрома из кислых сульфатных растворов (Баймаков Ю.М., Журин А.И. Электролиз в гидрометаллургии. 1977. - С.94, 127 - 137, 144 - 147, 210, 242, 278, 285, 296). Устройство электролизных ванн принципиально не отличается. Они выполнены из железобетона с нерастворимыми анодами и металлическими катодами (сталь, алюминий, никель). Электролизеры для электроэкстракции марганца, кобальта, никеля и железа имеют диафрагмы. В качестве нерастворимых анодов используют свинецсодержащие материалы, которые, кроме технологических недостатков, имеют отрицательные свойства с точки зрения экологии. Известен электрод (Патент США №4828666, кл. C25B11/03, 11/12, 16.02.88), содержащий раму из непроводящего материала, в просвете которой закреплена ткань из углеродного волокна. Известен малоизнашиваемый анод (Авт. св. СССР №1668480, кл. C25B11/00, 29.02.88), в котором в качестве токопроводящей основы используют композиционный углерод-углеродный материал, представляющий углеродную ткань, пропитанную пироуглеродом с покрытием из оксида неблагородного металла. Известен газодиффузионный анод (Заявка ФРГ №3829879, кл. C25C7/02, 02.09.88), состоящий из токоподвода, металлической пластины, с обеих сторон которой установлена токопроводящая ткань из углеродного волокна. Ткань закреплена на пластине стержнями, чтобы исключить ее прогиб. При использовании тканых электродов создается капиллярный подсос в направлении токоподвода, и та часть электрода, которая находится вне раствора, постепенно покрывается коркой электролита, создающей дополнительное электрическое сопротивление. На границе раздела "воздушная среда - электролит" при высоких плотностях тока возникает повышенный износ анода вследствие окисления при повышенной концентрации кислорода. Практически на границе раздела анод работает в атмосфере кислорода, что и приводит к износу. Наличие металлической пластины. в известном газодиффузионном аноде сопровождается анодным растворением металла, загрязнением электролита и снижением срока службы анода. Задачей предлагаемого изобретения является повышение срока службы газодиффузионного электрода и повышение производительности электролизера при неизменном выходе металла по току. Для этого известный газодиффузионный анод, используемый для электрохимической экстракции металлов из кислых сульфатных электролитов, содержащий токоподвод и электропроводный элемент из углеродной ткани, выполнен из двух частей. Верхняя часть анода, изготовленная из сплава на основе свинца, имеет захват, фиксирующий нижнюю часть анода, погружаемую в электролит и представляющую собой диэлектрическую пластину с укрепленной на ней в один и более слоев углеродной карбонизированной тканью. Вертикальные стороны (края) пластины имеют полочки, предотвращающие боковой сдвиг ткани. Выполнение рабочей нижней части, расположенной ниже уровня электролита, из нескольких слоев углеродной карбонизированной ткани, позволяет повысить электропроводность электрода и проводить процесс электролиза при повышенных плотностях тока. Так, при одном слое углеродной ткани рабочая плотность тока составляет 100 - 150А/м 2, при двух - 150 - 300А/м 2, при трех - 450 - 550А/м 2. Газодиффузионный анод (фиг.) имеет верхнюю часть 1. выполненную из свинецсодержащего сплава толщиной 8 - 10мм и медной освинцованной штанги 2 (токоподвод). Верхняя часть анода 1 имеет захват 3, фиксирующий нижнюю часть анода. Нижняя часть состоит из диэлектрической пластины 4, например, из винипласта, толщиной 3 - 5мм, на которой укреплена углеродная карбонизированная ткань "Этан" 5 в несколько слоев. Края пластины 4 ограничены полочками 6 шириной 5 - 10мм. Пластина 4 с укрепленной на ней углеродной тканью 5 зажимается в захвате 3 и скрепляется болтами 7 из диэлектрика (винипласт, полимеры и т.п.). Электролизер с предлагаемым анодом работает следующим образом. Анод устанавливают в ванну электролизера параллельно катоду. При пропускании тока через сернокислый раствор на катоде выделяется металл, а на аноде кислород. При использовании заявляемого газодиффузионного анода снижается перенапряжение выделения кислорода на аноде, улучшается процесс электролиза и выход металла по току сохраняется на уровне выхода по току при применении свинецсодержащих анодов. Срок службы газодиффузионного анода повышается, так как отсутствует местный перегрев на границе раздела "воздушная среда - электролит" и коррозия поверхности анода. Выполнение верхней части анода из свинецсодержащего сплава устраняет также капиллярный подсос электролита к границе раздела фаз. Износ анода уменьшается, что позволяет эксплуатировать его более продолжительное время. Пример 1. Электролит содержит 95г/л цинка и 100г/л серной кислоты. Электролиз проводили при 45°C и плотности тока на катоде 350А/м 2 (катод алюминиевый). При использовании свинецсодержащего анода выход по току составил 83%, а при заявляемом аноде из графитированной ткани "Этан" в 2 слоя выход по току - 85%. Пример 2. Для электролитического получения меди из электролита, содержащего 120г/л меди и 110г/л серной кислоты, поддерживали катодную плотность тока 205А/м 2 и температуру 30°C. При аноде из легированного серебром свинца и медном катоде выход по току составил 93,5%, а из графитированной ткани "Этан" в 2 слоя выход по току - 92%. Пример 3. Электролит содержит 100г/л сернокислого марганца и 80г/л сернокислого аммония, температура электролита - 50°C. Процесс электролиза проводили при катодной плотности тока 420А/м 2 на свинцовом аноде и на аноде из графитированной ткани "Этан" в 3 слоя. Катод был выполнен из нержавеющей стали. Выход по току составил соответственно 50 и 51%. Пример 4. Кадмий получали электролизом электролита, содержащего 130г/л сернокислого кадмия и 60г/л серной кислоты, при 30°C и катодной плотности тока 60А/м 2 на алюминиевом катоде и аноде из свинецсодержащего материала и из графитированной ткани "Этан" в один слой. Выход по току в том и другом случае составил 75,0%. Пример 5. Электролитический никель получали из электролита, содержащего 110г/л сернокислого никеля и 45г/л сульфата натрия, при 35°C и плотности тока на никелевом катоде 210А/м 2. Выход по току при использовании свинецсодержащего анода составил 88,0%, а при аноде из графитированной ткани "Этан" в 2 слоя - 85,0%. Пример 6. Электролит, содержащий 60,0г/л сернокислого кобальта и 35г/л серной кислоты, подвергали электролизу при температуре 31°C и плотности тока на стальном катоде 350А/м 2. Электролиз проводили с анодом из сплава свинца с серебром и с анодом из графитированной ткани "Этан" в 2 слоя. Получили выход по току в первом случае 73,0%, во втором - 75,0%. Пример 7. Процесс электрохимической экстракции железа из электролита, содержащего 95г/л сернокислого железа и 35г/л серной кислоты, проводили при 42°C и катодной плотности тока на стальном катоде 470А/м 2 с использованием анода из легированного серебром свинца в одном случае и анода из графитированной ткани "Этан" в 3 слоя в другом. Выход по току составил соответственно 76,0 и 79,0%. Пример 8. При электролитическом получении хрома из электролита, содержащего 110г/л сернокислого хрома и 180г/л сульфата аммония, при температуре 35°C и катодной плотности тока 550А/м 2 получили выход по току со свинецсодержащим анодом 61,0%, с анодом из графитированной ткани "Этан" в 3 слоя - 63,0%. Результаты опытов близки и говорят о возможности использования заявляемой конструкции анода. Следы коррозии отсутствуют.