АНОД ЭЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ПОРОШКОВ СПЛАВОВ МЕТАЛЛОВ

Настоящее изобретение относится к нерастворимому аноду электролизеров для получения сплавов металлов в порошкообразном виде. Такой анод может быть использован в электролизерах для извлечения металлов из водных растворов, а также для получения кислорода.

Известен анод для электроэкстракции металлов из водных растворов (Патент РФ №2266982 опубл. 27.12.2005), имеющий рабочую часть, выполненную в виде элемента из титана с покрытием из оксидов платиновых металлов.

Недостатком данного анода является его ненадежность вследствие возможного выхода его из строя в процессе эксплуатации. Выход из строя происходит при нарушении целостности покрытия по той или иной причине. Например: царапины, отслоение, растравливание. При этом появляется возможность доступа электролита к поверхности металла, где развивается нежелательная электрохимическая реакция.

Известен анод для выделения кислорода (Патент РФ №2304640 опубл. 20.08.2007), имеющий подложку из металла и защитное покрытие, поверх которого нанесен слой благородного металла или смесь благородных металлов в чистом виде или в виде оксидов.

Надежность такого анода выше, чем у предыдущего, однако она недостаточна вследствие наличия металлической подложки.

Известен также анод (Патент РФ №2568546 опубл. 20.11.2015), принятый за прототип, рабочая часть которого выполнена из металла, покрытого защитным слоем и слоем из благородных и других металлов и их оксидов, включая аморфные оксиды рутения и тантала.

Надежность такого анода выше, но недостаточна вследствие наличия у него металлического основания. Кроме того, такой анод сложен в изготовлении и имеет высокую стоимость.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение надежности анода для получения порошков сплавов металлов.

Техническая задача решается тем, что рабочая часть анода состоит из диэлектрической подложки с активным слоем, который содержит спеченную смесь оксида рутения и оксидного стекла в объемном соотношении от 4/1 до 2/1.

Решение технической задачи обеспечивается вследствие исключения из рабочей части анода токоподвода из металла. Тем самым исключается сама причина ненадежности анода, которая возникает из-за возможного взаимодействия металла токоподвода рабочей части анода с компонентами электролита. В предлагаемом решении токоподвод осуществляется самим активным слоем. При этом отпадает необходимость в наличии металлического токоподвода к активному слою. Необходимый потенциал анода подается на активный слой прижимным контактом за пределами рабочей части анода выше уровня электролита. Спеченная смесь оксида рутения и оксидного стекла обладает достаточной электропроводностью, которая зависит от содержания оксида рутения. Содержание стекла в смеси должно быть не менее 20%. При меньшем содержании стекла может нарушиться целостность слоя, так как при спекании слоя этого количества расплавленного стекла не хватает для смачивания всей поверхности порошка оксида рутения и поверхности керамической подложки для соединения слоя в единое целое. При содержании стекла более 30% электропропроводность слоя заметно снижается, что приводит к непроизводительным потерям электроэнергии.

Изготовление анода и получение порошка проводят следующим образом.

На подложку размером 46×20×1 мм из материала ВК94-2 (94% Al₂O₃) наносят смесь порошков оксида рутения и свинцовоборосиликатного стекла в соотношении 4/1 в виде пасты с временным и выгорающим при термообработке связующим из этилцеллюлозы, растворенной в терпинеоле. Термообработку проводят в муфельной печи при температуре 800°С в течение 30 минут. Поверхностное электросопротивление слоя составляет 80-100 Ом/квадрат. Готовый анод с помощью прижимного контакта соединяют с положительным полюсом источника питания постоянного тока и помещают в электролит, содержащий 0,1 моль/л сульфатов никеля и железа с добавкой сульфата аммония. Электролиз проводят при токе 5А в течение 1 часа. По окончании процесса анод извлекают, промывают и высушивают. В другом варианте анода в качестве диэлектрической подложки берут пластину из ситалла размером 60×48×0,5 мм марки СТ50-1. Смесь порошков оксида рутения и цинкборосиликатного стекла берут в соотношении 2/1. При этом поверхностное сопротивление составляет 45-75 Ом/квадрат. Получение порошка проводят в течение 10 часов при токе 10 А в сернокислом медьсодержащем электролите. В обоих случаях никаких изменений на поверхности анода не наблюдается. При этом плотность тока на аноде составляет до 500 мА/см² в отличие от прототипа, где плотность тока не превышает 50 мА/см². Анод, изготовленный по прототипу, при плотности тока 300-500 мА/см² начинает разрушаться в течение первых часов испытаний.

Таким образом, надежность заявляемого анода значительно выше прототипа. Кроме того, изготовление такого анода проще, чем по прототипу.