Матеріал пористого пластичного електрода

Матеріал пористого пластичного електрода, який містить магнітні гранули, який відрізняється тим, що він являє собою механічну суміш з магнітного металевого порошку і гранул з магнітотвердого матеріалу в масовому співвідношенні 1 (0,2-1,2) Винахід стосується галузі електрохімічної технологи, зокрема регенерації металів з відпрацьованих електролітів і промивних вод Відомий матеріал пористого електрода, що складається з сотового поліуретану з нанесеним електропровідним шаром [1] Позитивні характеристики (малий гідродинамічний опір, проходження процесу у всьому обсязі електрода) супроводжуються такими недоліками, як незначна питома поверхня, переважно одноразове використання, висока вартість, забруднення атмосфери і отримуваного металу продуктами спалювання пінополіуретану Більш придатними матеріалами для електрохімічної регенерації металів з розведених електролітів є вуглеграфітові тканини і повсті, завдяки їх електропровідності і розвинутій поверхні [2] Однак і ці матеріали не можуть багаторазово застосовуватися Тому їх доцільно використовувати переважно для вилучення благородних металів, тобто там, де частка вартості витратного вуглеграфітового матеріалу у вартості продукту незначна Найбільш близьким технічним рішенням є матеріал електрода в пристрої для безперервного гальванічного осадження металу [3], що представляє собою струмопровідні гранули, які містять феромагнітну складову Зовні В ЗОНІ розташування гранул є соленоїд, за допомогою його створюється магнітне поле, вектор індукції магнітного поля паралельний до вектора електричного струму в міжелектродному просторі У магнітному полі соленоїда гранули, завдяки наявності феромагнітної складової, шикуються в ланцюжки, забезпечуючи електричний контакт Катод з гранул, що містять феромагнітну складову, у цьому пристрої являє собою різновид добре відомого псевдо зрідженого електрода Тому йому притаманні недоліки, властиві цьому електроду, а саме наявність гранул заряджених біполярне (під час їхнього відриву від струмопідводу) і навіть з протилежним знаком, що зменшує вихід за струмом, заростання струмопідводу металом, що осаджується, агломерація гранул Дія ЗОВНІШНЬОГО магнітного поля, завдяки утворенню ланцюжків гранул, хоча і зменшує негативні фактори, але не виключає їх повністю Крім того, у міру осадження металу, ланцюжки гранул будуть зростатися і надалі магнітне поле не буде мати на них ніякого впливу Оскільки матеріал гранул відрізняється від осаджуваного металу, на що вказує сам автор (густина матеріалу гранул менше густини осаджуваного металу), то залишається проблема відділення металу від гранул Відомо, ЩО при дії магнітного поля на електрохімічну систему можна інтенсифікувати процес за рахунок створення примусової конвекції Однак це можливо при ортогональному розташуванні векторів магнітної індукції і електричного поля У прототипі ж ці вектори паралельні і отже інтенсифікована дія магнітного поля зведена до нуля Задачею рішення, яке ми заявляємо, є створення пористого матеріалу електрода для вилучення металів з розчинів (у тому числі зі стічних вод), що дозволяє багаторазове його використання, довільне формоутворення і запобігає забрудненню отримуваних металів Поставлена задача вирішується тим, що як матеріал електрода використані не струмопровідні магнітні гранули, а механічна суміш з магнітного металевого порошку і не електропровідних гранул з магнітотвердого матеріалу Співставлення рішення, що заявляється, з прототипом показує, що пристрій, який заявляється, відрізняється від відомого тим, що, використо о со 44430 вуючи як катодний матеріал металевий порошок і гранули з магнітотвердого матеріалу, домагаються можливості 1 збільшення на порядок і більше робочої поверхні електрода (розвинута поверхня є необхідною умовою ефективного вилучення металів з розведених електролітів), 2 вибору порошку однієї природи з металом, який регенерується, що виключає забруднення останнього матеріалом підкладки, 3 одержання товарного продукту (наприклад, порошку нікелю) без додаткових переробок, 4 надання електроду практично будь-якої форми, 5 багаторазового використання електрода З цього випливає, що матеріал, який заявляється, відповідає критерію "новизна" Механічна суміш з магнітного металевого порошку і магнітотвердих керамічних гранул дозволяє створити багаторазово формівний матеріал електрода з мікро- і макропористістю одночасно, що забезпечує малий гідродинамічний опір при протіканні електроліту Крім того, відомо, що магнітне поле в електрохімічній системі при перпендикулярній орієнтації векторів магнітної індукції й електричного поля створює тангенціальні течи електроліту поблизу поверхні гранул електрода і, таким чином, інтенсифікує процес У прототипі можливість такого впливу не передбачена, оскільки вектори магнітної індукції соленоїда й електричного поля паралельні У цьому випадку примусова конвекція електроліту не створюється У технічному рішенні, що заявляється, вектори магнітної індукції гранул розташовані хаотично і визначена їх частина (не менш 1/3 і не більше 2/3) ортогональна вектору електричного поля, що дозволяє зробити висновок про ВІДПОВІДНІСТЬ цього рішення критерію "ІСТОТНІ ВІДМІННОСТІ" При створенні примусової конвекції електроліту за допомогою МП приелектродні шари електроліту збагачуються іонами металу, який відновлюється, з глибини розчину, а також видаляються пухирці газу, які екранують частину поверхні Обидва ці фактори інтенсифікують процес Матеріалом електрода може служити механічна суміш з магнітотвердих керамічних гранул і електричного нікелевого порошку Гранули утворюють ланцюги і в сукупності з порошком, який шикується навколо кожної гранули в ланцюжки, утворюють електродний матеріал з розвинутою поверхнею, якому легко надати практично будьяку форму Електрод завдяки наявності як мікро-, так і макропор має незначний гідродинамічним опір, що дає можливість використовувати його як проточний електрод Виконання матеріалу електрода можна проілюструвати на конкретних прикладах Приклад 1 Матеріал електрода готували шляхом механічного змішування керамічних магнітних гранул діаметром 2,0 - 3,5 мм з електролітним нікелевим порошком у масовому відношенні 1 0,5 При цьому робоча поверхня електрода склала 0,1 Рм , де Р - маса електролітного порошку в грамах Приклад 2 Матеріал електрода готували, ме ханічно змішуючи магнітні гранули і порошок у масовому відношенні 1 1 Робоча поверхня електрода також складала 0,1 Рм2 Приклад 3 При приготуванні суміші з масовим співвідношенням 1 1,5 частина порошку обсипається і не бере участі в формуванні об'ємнопористого електрода Де вказує на насичення системи по металевій фазі Дослідним шляхом визначено, що максимальна ємність по металевій фазі для такої системи відповідає масовому співвідношенню 1 1,2 Приклад 4 При масовому відношенні 1 0,2 спостерігаються оголені ділянки магнітних гранул, що недоцільно, тому що зменшує електропровідність системи і ефективність роботи Таким чином, для даного конкретного матеріалу, що складається з керамічних гранул марки М4БИ145-3 діаметром 2,0 3,5 мм і електролітичного нікелевого порошку (ДСТ 9722-71) оптимальний інтервал масових відношень складає 1 (0,2 1,2) Пояснимо використання матеріалу об'ємнопористого електрода на конкретному прикладі регенерації нікелю з відпрацьованого електроліту ПІДВІД струму до електрода здійснювали за допомогою титанового фільтра чи сітки з нержавіючої сталі Матеріал електрода сформували в кільцевому просторі між циліндричним титановим фільтром і ЗОВНІШНІМ циліндром з капронової сітки Титановий циліндр виконує дві функції здійснює ПІДВІД струму до об'ємно-пористого електрода і служить фільтруючим елементом, що забезпечує разом з відцентровим насосом типу НЦМ-1 багаторазове прокачування електроліту через електрод Електролітний нікель, що використовується у матеріалі електрода, має таку очевидну перевагу він ідентичний нікелю, який отримуємо, і не забруднює кінцевий продукт Регенерація матеріалу катода здійснюється таким чином Після промивання і сушіння продукт відсівається на ситі Матеріал, що залишився на ситі, використовується повторно Він практично не зношується У разі потреби поділу матеріалу електрода на компоненти його вміщують у муфельну піч і в середовищі водню чи захисного газу нагрівають до температури вище точки Кюрі (450°С) і повільно охолоджують Далі порошок відсівають від гранул і останні намагнічуються в постійному магнітному полі з індукцією порядку 0,1 - 0,2Тл У такому стані гранули готові до подальшого використання Моделювання матеріалу електрода виявило такі позитивні якості 1 Дисперсна металева фаза утворює безліч безперервних ланцюжків, які контактують, і електропровідність, незважаючи на наявність діелектричної фази, залишається досить високою для здійснення електрохімічних реакцій 2 Матеріал має регульовану в інтервалі ЗО 80% пористість Причому слід зазначити три види пор мікропори між частками, пори між ланцюжками іпорожнини між гранулами 3 Матеріал має мікрорельєф найбільш сприятливий для електроосадження металів з розведених розчинів (дендритоподібна структура порошку) 44430 4 Матеріал має пластичність, легко формується в тіло будь-якої форми і являє собою проміжний стан між твердим тілом і рідиною З Матеріал дає можливість керувати своїми властивостями за допомогою впливу зовнішнього магнітного поля (змінне МП призводить до вібрації гранул і тим самим збільшується масообмін у пористому електроді) Вібрація сприяє також видаленню пухирців газу 6 Матеріал має визначену ємність по металевій дисперсній фазі для кожного розміру гранул Надлишок цієї фази у формуванні електрода не бере участі 7 Матеріал легко розділяється на складові компоненти 8 У процесі експлуатації він практично не зношується і може використовуватися необмежену КІЛЬКІСТЬ разів 9 Матеріал електрода не забруднює отримуваний метал та екологічно безпечний Варто сказати, що для виготовлення матеріалу електрода придатний будь-який феромагнітний дисперсний матеріал з електронною провідністю, а сам електрод придатний для регенерації будьякого металу, який вилучається електролітичне Джерела інформації 1 Tentono А, Casolo - Ginelh U Characterization of reticulate, three-dimensional electrodes//J Appl Electrochem -1978 - № 3 -P 195-205 2 А с 395497 СССР, МКИ C22D1/02, C22B11/12 Электролизер для извлечения металлов из растворов их солей / Р Ю Бек и др (СССР) - № 1765183/22-1, Заявлено 29 03 72, Опубл 28 08 73, Бюл № 35 3 А с 397551 СССР, МКИ C25D19/00 Устройство для непрерывного гальванического осаждения металла / В К Мамаев, А Л Лазарян (СССР) - № 4169071/31-02, Заявлено 30 12 86, Опубл 23 05 88, Бюл №19 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна (044) 456 - 20 - 90