MMO titaniumanode til elektrolytisk aluminium

MMO titanium anoder (titanbaserede metaloxidbelagte anoder) tilbyder som højtydende inerte anoder en brugbar løsning til at opnå "kulstoffri elektrolyse" i aluminiumelektrolytisk industri. MMO-titaniumanoder deltager ikke i den kemiske reaktion under elektrolysen, hvilket fuldstændigt eliminerer kuldioxidemissioner, samtidig med at cellespændingen reduceres med 0.3-0.5 V. Dette reducerer strømforbruget pr. ton aluminium fra 13,500 kWh til under 12,000 kWh, hvilket potentielt kan opnå energibesparelser på over 10 %.

Funktionsprincip for MMO-titananoder

Det grundlæggende princip bag brugen af ​​MMO-titaniumanoder i aluminiumelektrolyse er at etablere en stabil elektrokemisk reaktion i et smeltet elektrolytmiljø med høj temperatur. Den grundlæggende reaktion i aluminiumelektrolyse er den elektrolytiske nedbrydning af smeltet aluminiumoxid i en kryolitelektrolyt. MMO-titaniumanoden fungerer som en inert anode, hvor iltioner undergår oxidation og iltudvikling.

Katalytisk reaktion

Iltioner (O²⁻) i den smeltede elektrolyt migrerer til overfladen af ​​MMO-titaniumanoden og adsorberes af de aktive steder i ædelmetaloxidet i belægningen. Disse steder katalyserer oxidationen af ​​O²⁻ gennem elektronoverførsel, hvilket producerer iltgas. Den anodiske reaktionsligning er: 2O²⁻ – 4e⁻ = O₂↑. Krystalstrukturen af ​​iridium-rutheniumoxid giver en passende reaktionsvej for iltioner, hvilket reducerer reaktionens aktiveringsenergi med over 30%.

Inert beskyttelse

MMO-belægningens tætte struktur og kemiske stabilitet forhindrer selve anoden i at deltage i reaktionen, hvilket undgår forbruget og CO₂-udledningen, der er forbundet med traditionelle kulstofanoder. Samtidig blokerer belægningen effektivt diffusionen af ​​fluorid- og natriumioner fra den smeltede elektrolyt ind i titansubstratet, hvilket beskytter det mod korrosion og sikrer langsigtet stabil drift af anoden.

Katodekooperativ reaktion

Elektroner genereret ved anoden overføres til katoden via et eksternt kredsløb, hvor aluminiumioner (Al³⁺) reduceres til smeltet aluminium. Reaktionsligningen er: Al³⁺ + 3e⁻ = Al. MMO-titaniumanodens dimensionsstabilitet sikrer en konstant afstand mellem elektroderne inden for ±1 mm og cellespændingsudsving inden for ±3 %, hvilket giver et stabilt elektrisk feltmiljø for katodereaktionen.

Typer af MMO titaniumanoder

Produktion af aluminiumelektrolyse udsættes for højtemperatur smeltet elektrolytmiljøer på 950-1000 °C, og elektrolytten er meget korrosiv, hvilket stiller strenge krav til MMO-titaniumanoders modstandsdygtighed over for høje temperaturer, termisk chok og korrosion.

1. Iridium-tantal titaniumanoder

Dette er den mest modne type MMO-titaniumanode, der anvendes i aluminiumelektrolyseindustrien. Kernebelægningssystemet anvender iridiumdioxid (IrO₂) som aktiv komponent, doteret med tantalpentoxid (Ta₂O₅) for at danne en kompositstruktur. Den typiske formulering er en IrO₂-Ta₂O₅ gradientbelægning med en belægningstykkelse på 30-50 μm. Denne type anode udviser fremragende korrosionsbestandighed i Na₃AlF₆-Al₂O₃ smeltesystemet med en korrosionshastighed kontrolleret til under 0.002 mm/år. Dens lave iltudviklingsoverpotentiale, omkring 1.5 V (vs. Al/Al³⁺), reducerer energitab i den anodiske reaktion og er egnet til eksperimentelle anvendelser i aluminiumelektrolyse ved mellem- og lav temperatur.

2. Iridium-Ruthenium Titanium Anode

Til industrielle elektrolyseapplikationer med høje temperaturer og høje strømtætheder reducerer den iridium-ruthenium-tantalbelagte titaniumanode iltudviklingens overpotentiale til under 1.4 V, samtidig med at belægningens varmeledningsevne forbedres og lokaliseret overophedning og afskalning forhindres.

3. Titaniumanode modificeret med sjældne jordarter

For at reducere forbruget af og omkostningerne ved ædelmetaller inkorporerer belægninger modificeret med sjældne jordarter sjældne jordarters oxider såsom ceriumoxid (CeO₂) og lanthanoxid (La₂O₃) i iridium-tantal-systemet, hvilket danner en kvaternær kompositbelægning. Sjældne jordarter forfiner belægningens kornstruktur og øger dens densitet, hvilket reducerer forbruget af ædelmetaller med 20%-30%, samtidig med at korrosionsbestandigheden opretholdes. De enestående fordele ved denne type anode er omkostningskontrol og teknisk kompatibilitet. Dens termiske stødmodstand forbedres med 40%, hvilket gør det muligt for den at tilpasse sig temperaturudsving under opstart og nedlukning af elektrolytiske celler. Den anvendes i øjeblikket primært i små testceller og pilotanlæg.

4. Plade MMO titaniumanode

Denne anode er lavet af en 5-8 mm tyk Gr2 ren titanplade, sandblæst, aktiveret med syre og derefter belagt med en katalytisk belægning. Overfladens planhedstolerance er ≤0.5 mm/m. Pladeanoden har en simpel struktur og moden fremstillingsteknologi. I en lille testcelle på 30 kA stabiliserer pladeanoden cellespændingen på omkring 4.0 V, 0.4 V lavere end kulstofanoder.

5. Rør MMO titaniumanode

Denne anode bruger et rent titaniumrør med en ydre diameter på 20-30 mm som base, belagt med en overflade. Den rørformede struktur har et specifikt overfladeareal, der er 2-3 gange større end en flad pladeanode. Dens fordel ligger i dens nemme installation og vedligeholdelse. Beskadigede anoder kan udskiftes individuelt uden at stoppe cellen for vedligeholdelse.

6. Mesh MMO titaniumanode

Denne anode anvender titantråd vævet ind i en netmatrix med en porøsitet på 60%-70%. Denne netstruktur optimerer strømfordelingen og holder strømtæthedsafvigelsen inden for ±5%, samtidig med at den reducerer elektrolytstrømningsmodstanden og forbedrer aluminiumoxidopløsningseffektiviteten. Titantråddiameteren på denne anode er 2-3 mm, netstørrelsen er 10 × 10 mm, og kontaktmodstanden er ≤5 mΩ. I et simuleret miljø med høj strømtæthed (1.2 A/cm²) er netanodens strømeffektivitet 3% højere end en pladeanodes, samtidig med at indholdet af uren jern i det smeltede aluminium holdes under 0.01%.

Fordele ved Wstitanium

Som en førende virksomhed inden for Kinas elektrokemiske område har Wstitanium udviklet MMO-titaniumanoder, der er målrettet de krævende driftsforhold i aluminiumelektrolyseindustrien gennem materialeinnovation, teknologiske opgraderinger og omfattende kvalitetskontrol. Dette har resulteret i betydelige tekniske og anvendelsesmæssige fordele. Med 15 års erfaring inden for forskning og udvikling af elektrolytiske materialer har Wstitanium opbygget en database med belægningsformuleringer, der dækker forskellige elektrolysescenarier. Vi kan tilpasse løsninger baseret på din strømdensitet, elektrolytsammensætning og driftscykluskrav.

Præcis katalytisk kontrolVed hjælp af nanopartikeldispersionsteknologi optimerer vi forholdet mellem de ternære IrO₂-RuO₂-Ta₂O₅-komponenter og opnår et iltudviklingsoverpotentiale på så lavt som 1.38 V, en reduktion på 5 % i forhold til branchens gennemsnit. Dette kan spare over 1200 kWh pr. ton aluminium produceret i en 450 kA elektrolytisk celle.

Forbedret korrosionsbestandighedUdviklede gradientkompositbelægningsteknologi, der danner et 5-8 μm tykt Ta₂O₅ antioxidationslag på overfladen, et iridium-ruthenium katalytisk lag i midten og et titaniumbaseret overgangslag i bunden. I et simuleret 1000°C smeltet elektrolytmiljø var belægningens nedbrydningshastighed mindre end 0.5 μm/år efter 2000 timers kontinuerlig drift.

Omkostningsoptimeret designGennem modifikation af sjældne jordarter og nano-indlæsningsteknologi med ædelmetaller blev forbruget af ædelmetaller reduceret med 25 %, samtidig med at ydeevnen opretholdes, hvilket reducerede omkostningerne pr. ton anodemateriale med 18 %-22 % og forbedrede den tekniske og økonomiske effektivitet.

MMO-titaniumanoder tilbyder med deres exceptionelle kemiske inertitet, katalytiske aktivitet og strukturelle stabilitet en revolutionerende løsning til at imødegå udfordringerne med kulstofemissioner og højt energiforbrug i den elektrolytiske aluminiumsindustri. Gennem tilpasset belægningsteknologi, præcisionsfremstilling og omfattende livscyklustjenester tilbyder Wstitaniums MMO-titaniumanoder betydelige fordele inden for katalytisk effektivitet, korrosionsbestandighed og omkostningskontrol, hvilket giver en pålidelig løsning for elektrolytiske aluminiumsvirksomheder, der søger teknologiske opgraderinger.