MMO titaniumanode til elektrolytisk kobber

I elektrolytisk kobberproduktion er anoden en kritisk komponent, der bestemmer elektrolytisk effektivitet, produktets renhed og miljømæssige ydeevne. Fremkomsten af ​​dimensionsstabile anoder (DSA'er) i 1960'erne udløste en teknologisk revolution i den elektrolytiske industri, hvor MMO (blandet metaloxid) titananoder klarede sig særligt godt.

MMO-titaniumanoder anvender et titaniumsubstrat belagt med en kompositbelægning af ædelmetaloxider, såsom ruthenium, iridium og tantal, hvilket opnår en perfekt kombination af elektrisk ledningsevne, katalytisk aktivitet og korrosionsbestandighed. Med fordele som dimensionsstabilitet, lavt energiforbrug, produktrenhed og lang levetid er MMO-titaniumanoder gradvist blevet en foretrukken mulighed for primær kobberproduktion og genbrug af skrotkobber.

Funktionsprincip for MMO-titananoder

Anvendelsen af MMO titanium anoder I kobberelektrolyse er det baseret på det elektrokemiske redoxprincip. Belægningens katalytiske effekt forstærker den anodiske reaktion, samtidig med at dens strukturelle stabilitet opretholdes. Kobberelektrolytisk produktion bruger typisk et kobbersulfatelektrolytsystem. MMO-titananoder, som uopløselige anoder, undergår primært iltudviklingsreaktionen ved tilførsel af strøm.

Anodisk reaktion

Vandmolekyler i elektrolytten, katalyseret af MMO-belægningen, mister elektroner på anodeoverfladen for at generere ilt. Reaktionsligningen er: 2H₂O – 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺. Ædelmetaloxider såsom iridium og ruthenium i MMO-belægningen fungerer som aktive centre, hvilket sænker reaktionens aktiveringsenergi og reducerer iltudviklingens overpotentiale fra 1.6-1.8 V for blylegeringsanoder til 1.4-1.5 V (vs. SHE). Denne katalytiske effekt reducerer ikke kun energiforbruget, men også dannelsen af ​​syretåge. Fordi reaktionen er mild, og boblerne er små og let kan løsnes, kan syretågemissionerne fra den elektrolytiske celle reduceres med over 30 %.

Katodereaktion

Cu²⁺ i elektrolytten modtager elektroner på katodens overflade (normalt en rustfri stålplade eller en ren kobberstarter) og aflejres som metallisk kobber. Reaktionsligningen er: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu↓. Da MMO-titaniumanoden er uopløselig, forhindres urenheder i at trænge ind i elektrolytten, hvilket øger katodekobberets renhed fra 99.95 % til over 99.99 %. Desuden sikrer de stabile anodedimensioner en konstant afstand mellem elektroderne (fluktuation ≤ ±2 %), der muliggør ensartet Cu²⁺-migration i det elektriske felt og reducerer nodulære defekter på katodekobberoverfladen.

Ladningsoverførselsbærer

Overfører effektivt elektroner fra den eksterne strømkilde til MMO-belægningens overflade. Ædelmetaloxidets elektroniske overgangsegenskaber letter ladningsoverførsel. MMO-belægningen fungerer som både en katalysator og en fysisk barriere, der forhindrer direkte reaktion mellem titansubstratet og den stærkt sure elektrolyt og opnår dimensionsstabilitet uden tab.

Fordele ved Wstitanium

Som professionel producent af MMO-titaniumanoder i Kina udnytter Wstitanium sine omfattende styrker inden for materialeforskning og -udvikling, teknologisk kontrol og skræddersyede tjenester for at sikre, at dets produkter er yderst konkurrencedygtige inden for elektrolytisk kobberproduktion.

(I) Underlag og belægning

Titansubstratet med høj renhed er behandlet med rent titanium, der opfylder ASTM B265 Grade 2-standarderne med et titanindhold på ≥99.8%. En tretrins overfladebehandlingsproces med sandblæsning, bejdsning og ætsning opnår en overfladeruhed på Ra1.5-2.0 μm og forbedrer belægningens vedhæftning til over 50 MPa. En specialiseret IrO₂-Ta₂O₅-belægningsformel er udviklet, der gør det muligt at justere molforholdet Ir:Ta (Ir:Ta = 7:3 til 6:4) for at imødekomme varierende strømtætheder. Nanopartikeldispersionsteknologi anvendes til at opretholde en kontrolleret partikelstørrelse på 50-100 nm, hvilket øger tætheden af ​​katalytiske aktive steder med 40% sammenlignet med branchens gennemsnit. Tredjepartstestning bekræftede, at belægningens tykkelsesensartethedsfejl er ≤±0.2 μm. Under 1500A/m² forbliver iltudviklingsoverpotentialet stabilt på 1.42V, 80mV lavere end standardbelægninger.

(II) Præcisionsfremstilling

Automatiseret belægningsforberedelse anvender robotsprøjtning og trinvis sintringsteknologi, der erstatter traditionel manuel børstning. Dette muliggør en nøjagtighedskontrol af belægningsbelastningen på ±0.5 g/m². En programmeret sintringstemperaturrampe (stuetemperatur → 300 °C → 500 °C → 650 °C) opnår gradienthærdning, hvilket forhindrer revner i belægningen, samtidig med at der dannes en tæt krystalstruktur, hvilket resulterer i en korrosionsbestandighed, der er over 10 gange større end traditionelle teknologier. Optimeret netlayout og ribbebredde i netanoden reducerer elektrolytstrømningsmodstanden med 25 % og øger bobleløsningshastigheden med 30 %. Afstanden mellem elektroderne kan justeres med en nøjagtighed på ±0.5 mm, hvilket effektivt reducerer risikoen for kortslutninger.

(III) Omkostningsfordele

Betydelige energibesparende og miljømæssige fordele. Testede data viser, at W-titanium MMO-titaniumanoder kan reducere cellespændingen med 0.2-0.3 V og DC-strømforbruget med 15%-20% i produktionen af ​​elektrolytisk kobber. For et anlæg med en årlig produktion på 100,000 tons elektrolytisk kobber svarer dette til en årlig elbesparelse på over 12 millioner kWh. Omkostningerne til miljøbehandling reduceres også med 40% og overholder EU's REACH-standarder.

Typer af MMO titaniumanoder

MMO-titaniumanoders ydeevne afhænger af den præcise matchning af belægningssammensætning og produktform. Den passende type vælges baseret på elektrolytsystemet (primært sulfatbaseret), strømtæthed og udstyrets struktur.

Iridium-belagte titaniumanoder

Dette er den mest anvendte type MMO-titaniumanode i elektrolytisk kobberproduktion. Dens kernekomponent er IrO₂ (iridiumoxid), ofte doteret med Ta₂O₅ (tantaloxid) for at danne en kompositbelægning for forbedret stabilitet. Dens vigtigste fordel ligger i dens ekstremt lave iltudviklingsoverpotentiale i svovlsyresystemer. Ved strømtætheder på 1000-3000 A/m² kan iltudviklingsoverpotentialet reduceres med 20%-30% sammenlignet med blylegeringsanoder. Iridium-tantalbelægningen tilbyder enestående kemisk stabilitet og giver langvarig stabil drift i stærkt sure elektrolytter med en pH-værdi på 0-2. Belægningens årlige nedbrydningshastighed er mindre end 0.5 μm, hvilket gør den til den foretrukne belægningstype til produktion af elektrolytisk kobber med høj renhed.

Ruthenium-iridium-belagte titaniumanoder

Disse anvender RuO₂ (rutheniumoxid) og IrO₂ som kernekomponenter, hvor deres forhold er justeret for at opnå en balance mellem ilt- og klorudvikling. De er egnede til blandede elektrolytsystemer, der indeholder kloridioner (f.eks. visse teknologier til genvinding af kobberskrot). Når Cl⁻-koncentrationen i elektrolytten overstiger 500 mg/L, katalyserer rutheniumkomponenten fortrinsvis oxidationen af ​​Cl⁻ til Cl₂, hvilket forhindrer kloridionkorrosion og kontaminering af katodekobberet. Iridiumkomponenten sikrer også korrosionsbestandighed i svovlsyremiljøer. Strømoutputtet fra denne anode varierer fra 52-600 mA/m, og belægningsforbruget kan styres til et ekstremt lavt niveau på ≤6 mg/A·a.

Platin-titaniumanoder

Disse anvender en iridium-tantal-belægning med et 1-5 μm tykt platingruppemetalmodifikationslag. Disse anoder udviser enestående elektrokatalytisk aktivitet og kemisk stabilitet, hvilket gør dem velegnede til elektrolytisk produktion af kobber af høj renhed i elektronikkvalitet (renhed over 99.999%). De opnår ensartet strømfordeling og undgår knuder på katodens kobberoverflade. På grund af platins høje pris anvendes det dog primært i avanceret præcisionskobberfremstilling.

Som et nøglemateriale til elektrolytisk kobber adresserer MMO-titaniumanoden, gennem den synergistiske effekt af et titansubstrat og en ædelmetaloxidbelægning, fundamentalt smertepunkterne ved traditionelle blylegeringsanoder, såsom forurening, højt energiforbrug og kort levetid, og bliver en central understøttende teknologi for grøn metallurgi. Ved at reducere iltudviklingens overpotentiale, opretholde dimensionsstabilitet og optimere strømfordelingen forbedrer MMO-titaniumanoden samtidig elektrolyseeffektiviteten, produktets renhed og miljømæssige ydeevne.