Ultimátní průvodce titanovými anodami pro elektrolytickou měď
V oblasti elektrolytické mědi přineslo použití titanové anody revoluční změny. Nejenže řeší mnoho problémů existujících u tradičních elektrodových materiálů, ale také silně podporuje zlepšení kvality a účinnosti elektrolytické mědi.
- Titanová anoda s iridiovým povlakem
- Titanová anoda potažená platinou
- Titanová anoda s rutheniem
- Titanová anoda s povlakem ze směsného oxidu
- Titanový elektrolytický článek
- Titanová anoda s palladiovým povlakem
- Uhlík-titanová kompozitní anoda
- Kompozitní anoda kov-oxid kovu
Titanové anody na míru pro elektrolytické měděné roztoky
Elektrolytická měď, klíčová technologie rafinace kovů, se široce používá v mnoha oblastech, jako je elektronika, elektřina a stavebnictví. Jako jeden z klíčových prvků procesu elektrolýzy má výkon elektrodových materiálů přímý vliv na kvalitu a účinnost elektrolytické mědi. Tradiční elektrodové materiály, jako jsou grafitové anody a olověné anody, s sebou přinášejí mnoho problémů v procesu elektrolytické výroby mědi. Mechanická pevnost grafitových anod je nízká a jsou náchylné k opotřebení a lámání během procesu elektrolýzy. Kromě toho je katalytická aktivita grafitových anod nízká. Olověné anody mají problémy s rozpouštěním, což vede ke kontaminaci elektrolytu, a tím ovlivňuje čistotu katodové mědi.
Na titanový substrát je nanesen oxidový povlak obsahující iridium (Ir) a tantal (Ta). Iridium má dobrou chemickou stabilitu a vysokou katalytickou aktivitu z hlediska vývoje kyslíku. Tantal může zvýšit odolnost proti korozi a mechanickou pevnost povlaku. Iridium Tantal Titanová anoda vykazuje vynikající aktivitu v elektrolytické mědi a významně snižuje potenciál vývoje kyslíku. Stala se preferovaným elektrodovým materiálem pro výrobu vysoce čisté elektrolytické mědi.
Na povrch titanového substrátu je nanesena vrstva platiny (Pt). Platina je drahý kov s extrémně vysokou chemickou stabilitou a katalytickou aktivitou. Platinovaná titanová anoda má extrémně nízké přepětí a poskytuje účinnou a stabilní elektrokatalýzu. Je vhodná pro přesnou elektrolytickou technologii mědění s přísnými požadavky na kvalitu pokovování mědí. Vzhledem k vysoké ceně platiny jsou náklady na platinové titanové anody relativně vysoké.
Anoda z oxidu olovnatého a titanu vykazuje dobrou stabilitu v kyselých elektrolytech. Může pracovat při vyšších proudových hustotách a má relativně nízké náklady. Tloušťka povlaku oxidu olovnatého na jedné straně je obvykle 0.6 mm – 0.8 mm a velikost lze upravit dle poptávky, délka (100 mm – 1.5 m) × šířka (100 mm – 1.2 m). Tato anoda je vhodná pro některé velkoobjemové elektrolytické měděné výrobci, které jsou citlivější na cenu a nemají nijak zvlášť přísné požadavky na kvalitu mědi.
Titanová anoda pro elektrolytickou měď
Titanová anoda, celý název je elektroda potažená oxidem kovu na bázi titanu (MMO). Skládá se ze dvou částí, a to titanového substrátu a oxidového povlaku kovu. Na povrch titanového substrátu je nanesena vrstva oxidového povlaku kovu s elektrokatalytickou aktivitou.
Titanový substrát obvykle používá průmyslově čistý titan Gr1, Gr2 atd. Tyto materiály mají vynikající mechanickou pevnost a odolnost proti korozi, dokáží si udržet stabilní fyzikální tvar a mechanické vlastnosti v různých náročných elektrochemických prostředích, poskytují pevnou a spolehlivou oporu pro povrchovou úpravu, zajišťují, že se celá elektroda během dlouhodobé elektrolýzy nedeformuje ani nepoškodí, a zajišťují dlouhodobý stabilní provoz elektrody.
Povlak z oxidu kovu je základní funkční součástí titanové anody. Je na povrchu titanového substrátu nanesena vrstva oxidů drahých kovů (jako je platina, ruthenium, iridium atd.) a oxidů nedrahých kovů v určitém poměru. Povlak dodává titanové anodě dobrou vodivost, vysokou katalytickou aktivitu a nízké přepětí při vývoji kyslíku nebo chloru, čímž se výrazně zlepšuje účinnost elektrodové reakce.
Princip fungování elektrolytické mědi
Elektrolytická měď je proces, který využívá elektrochemické metody k redukci iontů mědi z roztoku na kovovou měď a jejich ukládání na katodu. Jako elektrolyt se obvykle používá roztok síranu měďnatého (CuSO₄). Jako anoda se používá surová měď, která se má rafinovat. Jako katoda se používá čistý měděný plech. Když se mezi dva póly přivede stejnosměrné napětí, obvod se uzavře a proud prochází elektrolytem.
Na anodě měď v surové mědi a další kovové nečistoty (jako je železo, zinek, nikl atd.) podléhají oxidačním reakcím, ztrácejí elektrony a vstupují do roztoku, kde se stávají kovovými ionty. Mezi nimi je oxidační reakce mědi: Cu – 2e⁻ → Cu²⁺. Na katodě ionty mědi (Cu²⁺) v roztoku získávají elektrony a redukují se na kovovou měď, která se usazuje na povrchu katody. Reakční vzorec je: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu. Co se týče ostatních kovových iontů v roztoku, jejich standardní elektrodový potenciál se liší od potenciálu mědi, a proto se za určitých elektrolytických podmínek liší i jejich redukční řád na katodě. Například standardní elektrodový potenciál iontů železa (Fe³⁺/Fe²⁺), iontů zinku (Zn²⁺) atd. je negativnější než potenciál iontů mědi. Za normálních podmínek elektrolýzy je obtížné je na katodě redukovat a většina z nich zůstane v roztoku, čímž se dosáhne oddělení mědi od ostatních kovových nečistot a cíle rafinace mědi.
Jako nerozpustná anoda hraje titanová anoda především roli vedení elektřiny a katalyzace reakce vývoje kyslíku. Hlavní reakcí probíhající na povrchu anody je oxidace vody za vzniku kyslíku a reakční vzorec je: 2H₂O – 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺. Povlak z oxidu kovu na titanové anodě může poskytovat aktivní místa pro urychlení reakce. Vezměme si jako příklad titanové anody s iridiem a tantalem, povlaky z oxidu iridia a tantalu na jejím povrchu mají dobrou katalytickou aktivitu pro reakci vývoje kyslíku, což může snížit aktivační energii reakce a umožnit plynulý průběh reakce vývoje kyslíku při nižším napětí. Vysoká proudová účinnost titanové anody umožňuje využít více elektrické energie k redukci a ukládání iontů mědi, zlepšit účinnost využití energie a snížit výrobní náklady.
| Typ indikátoru / anody | Tradiční olověná anoda | Ruthenium – titanová anoda | Pokovená platinovo-titanová anoda |
| Čistota katodové mědi | 99.90% | Nad 99.99% | Nad 99.999% |
| Procento zlepšení účinnosti elektrolýzy | - | 20% | 18% |
| Životnost elektrody (měsíce) | 3 | 24 | 18 |
| Procento snížení spotřeby energie na výstupu jednotky | - | 15% | 13% |
| Výtěžnost produktu | 80% | 92% | 95% |
Z výše uvedených údajů je jasně patrné, že titanové anody mají oproti tradičním olověným anodám zjevné výhody v elektrolytických aplikacích s mědí. Pokud jde o čistotu, iridium-tantal-titanové anody a platinové titanové anody mohou výrazně zlepšit čistotu katodové mědi a splnit tak potřeby různých špičkových odvětví. Z hlediska účinnosti elektrolýzy obě titanové anody výrazně zvyšují výkon. Prodloužení životnosti elektrody zkracuje dobu přerušení výroby; snížení spotřeby energie šetří společnostem mnoho nákladů. Zlepšení výtěžnosti produktu přímo zvyšuje ekonomické výhody společnosti. Tato data silně dokazují aplikační hodnotu a široké perspektivy titanových anod v průmyslu elektrolytické mědi.
Proč investovat do čističky vzduchu?
Titanové anody prokázaly velké výhody a aplikační potenciál v oblasti elektrolytické mědi. Iridium-tantal-titanové anody, platinové titanové anody, anody z oxidu olovnatého a titanu atd. splňují rozmanité výrobní potřeby svými vlastními vlastnostmi. Titanové anody však také čelí výzvám, jako jsou vysoké náklady a vysoké technické požadavky v procesu propagace a aplikace. Do budoucna se titanové anody budou i nadále vyvíjet směrem k inovacím povlakových materiálů, inteligenci a automatizaci, zelenému a udržitelnému rozvoji a multifunkčnosti, což silně podpoří technologický pokrok a udržitelný rozvoj průmyslu elektrolytické mědi.
