MMO titaniumanode til metallurgi

Hydrometallurgi, en kerneteknologi til udvinding af metaller som kobber, nikkel, kobolt og zink, er blevet en mainstream-trend i den moderne metallurgiske industri på grund af dens lave energiforbrug, høje selektivitet og miljøvenlighed. MMO titanium anode Underlaget kan modstå ekstremt korrosive miljøer såsom 98% koncentreret svovlsyre og 50% saltsyre.

MMO-belægningen regulerer præcist den elektrokemiske reaktion og opretholder lavt overpotentiale og lave tab selv ved høje strømtætheder, hvilket gør den perfekt egnet til de krævende hydrometallurgiske driftsforhold med stærk syre, højt saltindhold og høj strøm. Siden den første anvendelse i kobberelektroraffinering i 1980'erne er MMO-titaniumanoder gradvist blevet brugt til rensning af perkolat, metalelektrovinding, elektroraffinering og genvinding af ædelmetaller.

Kerneanvendelsen af ​​MMO-titaniumanoder inden for hydrometallurgi ligger i at udnytte titansubstratets korrosionsbestandighed og MMO-belægningens katalytiske aktivitet. Ved at manipulere den elektrokemiske reaktion opnår de tre nøglefunktioner: metalionekstraktion, fjernelse af urenheder og generering af hjælpereagenser.

Titanium substratEn tæt TiO₂-passiveringsfilm (2-5 nm tyk) dannes naturligt på overfladen af ​​industrielt rent titanium (Gr1/Gr2). Denne film udviser ekstremt høj kemisk stabilitet i stærke syrer og miljøer med højt saltindhold. I 98% koncentreret svovlsyre er korrosionshastigheden for titanium mindre end 0.01 mm/år; i 50% saltsyre er korrosionshastigheden mindre end 0.05 mm/år, hvilket sikrer langvarig modstandsdygtighed over for det korrosive miljø i hydrometallurgi.

MMO-belægningerMMO-belægninger danner et ledende netværk i fast opløsning bestående af ædelmetaloxider. Dette forbedrer den katalytiske effektivitet ved at sænke overpotentialet for elektrokemiske reaktioner (for eksempel reducerer ruthenium-iridium-belægninger overpotentialet for klorudvikling med 0.3-0.5 V). Desuden binder belægningen sig kemisk til titansubstratet (og danner en Ti-OM-binding, hvor M er en ædelmetalion), hvilket resulterer i stærk vedhæftning (>50 MPa) og ingen afskalning eller opløsning ved høje strømtætheder, hvilket sikrer langvarig stabil drift.

Elektrolytisk aflejring

Dette er den centrale anvendelse af MMO-titaniumanoder inden for hydrometallurgi. De bruges til at udvinde rene metaller fra elektrolytter (elektroaflejring) eller rense råmetaller (elektroraffinering). Med kobberelektroraffinering som eksempel er den specifikke mekanisme som følger:

Anodisk reaktionI en svovlsyre-kobbersulfat-elektrolyt, der bruger en iridium-tantal-baseret MMO-titaniumanode (iltudviklende type), forekommer iltudviklingsreaktionen ved anoden: 2H₂O – 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺. Den H+, der genereres ved iltudviklingsreaktionen, genopfylder hydrogenioner i elektrolytten og opretholder en stabil pH-værdi (typisk kontrolleret mellem 1.8 og 2.2).

KatodereaktionVed katoden (kobber eller rustfri stålplade) forekommer en kobberionreduktionsreaktion: Cu²+ + 2e⁻ → Cu↓. Kobberioner aflejres på katodeoverfladen og danner katodekobber med høj renhed (renhed over 99.995%). Fordi MMO-anoden eliminerer frigivelsen af ​​urenheder, er elektrolyttens renhed højere, og katodekobberets fysiske egenskaber (såsom densitet og duktilitet) forbedres betydeligt.

Nuværende effektivitetMMO-belægningens lave overpotentiale (iltudviklingsoverpotentialet er 0.2-0.3 V lavere end for blylegeringsanoder) reducerer cellespændingen (fra de traditionelle 0.35 V til under 0.25 V), hvilket reducerer energiforbruget ved den samme strøm. Desuden sikrer belægningens høje ledningsevne en mere ensartet strømfordeling, reducerer "dendritter" på katodeoverfladen og forbedrer strømeffektiviteten (fra 95 % til over 97 %).

Under nikkelelektroaflejring i et kloridsystem gennemgår ruthenium-iridium MMO-titaniumanoden en klorudviklingsreaktion: 2Cl⁻ – 2e⁻ → Cl₂↑. Det genererede klor kan genbruges til kloridudvaskning af nikkelmineraler, hvilket fuldfører en lukket "elektrolyse-udvasknings"-proces, hvilket reducerer omkostningerne ved kloranskaffelse og samtidig undgår miljørisiciene ved klorlækager.

Udvaskningsprincippet

I udvasknings- og rensningsfaserne af hydrometallurgi genererer MMO-titaniumanoder katalytisk oxidanter (såsom ilt og klor) for at opnå mineraludvaskning eller fjernelse af urenheder. Den specifikke mekanisme er som følger:

Assisteret udvaskning (med kloridudvaskning som eksempel)Ved kloridudvaskning af ædelmetaller (guld og sølv) elektrolyserer ruthenium-iridium MMO-titaniumanoden natriumkloridopløsning for at generere klor: 2Cl⁻ – 2e⁻ → Cl₂↑. Kloren reagerer med vand og danner saltsyre og hypoklorsyrling (Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO). Hypochlorsyrling oxiderer yderligere guld for at danne opløselig klorguldsyre (Au + 3HClO + HCl → HAuCl₄ + 3H₂O), hvilket muliggør opløsning og ekstraktion af guld. Sammenlignet med traditionel klorgasstrøm genererer MMO-anoden klor in situ, hvilket øger udnyttelsen fra 60 % til over 90 % uden risiko for klorlækage.

Opløsningsrensning (for eksempel fjernelse af jern)I kobber- og zinkvalater er Fe²+ den primære urenhed, der påvirker renheden af ​​de efterfølgende elektrolytiske produkter. Det skal oxideres til Fe³+ og derefter separeres ved udfældning som jernhydroxid. Ved brug af en tin-antimon- eller iridium-tantal-baseret MMO-titaniumanode producerer elektrolyse i et fortyndet svovlsyresystem ilt: 2H₂O – 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺. Ilt oxiderer Fe²+ til Fe³+ (4Fe²+ + O₂ + 4H+ → 4Fe³+ + 2H₂O). Efter justering af pH-værdien til 3-4 hydrolyserer Fe³+ og danner jernhydroxidbundfald (Fe³+ + 3H₂O → Fe(OH)₃↓ + 3H+). MMO-anodens høje iltudviklingseffektivitet muliggør en Fe²+-oxidationshastighed på over 99% uden introduktion af urenhedsioner.

Typer af MMO titaniumanoder

Hydrometallurgiske processer er komplekse og forskelligartede – fra svovlsyresystemer til kobberelektrolyse til kloridsystemer til nikkel- og koboltekstraktion og fra rensning med lav strømdensitet til elektroaflejring med høj strømdensitet – og kravene til anodekorrosionsbestandighed, katalytisk aktivitet og strømbærende kapacitet varierer betydeligt.

Belægningssammensætningen bestemmer direkte anodens korrosionsbestandighed, katalytiske selektivitet og anvendelige system og er en nøgleindikator for matchning af hydrometallurgiske processer. Hovedtyperne kan kategoriseres som klor-udviklende, ilt-udviklende og stærkt syrebestandige.

Ruthenium-Iridium Coated Titanium Anoder

Anoden bruger rutheniumdioxid (RuO₂) som den primære aktive ingrediens og er doteret med 10%-30% iridiumdioxid (IrO₂) for at optimere stabiliteten. Belægningstykkelsen er kontrolleret til 10-15 μm, og ædelmetalbelastningen er 15-25 g/m². Dens kernefordel er dens effektive katalytiske kloridionoxidation, der opnår en klorudviklingsstrømeffektivitet på over 95% i kloridsystemer (såsom nikkelklorid- og koboltkloridelektrolytter). Den tilbyder også fremragende modstand mod kloridkorrosion og kan modstå kloridionkoncentrationer på over 100 g/L og sure miljøer med et pH-område på 1-6. Dens maksimale strømtæthed når 3000 A/m².

Iridium-tantal belagt titananode

Baseret på iridiumdioxid (IrO₂) er den doteret med 30%-50% tantalpentoxid (Ta₂O₅) for at danne en fast opløsningsbelægning med en tykkelse på 8-12 μm og en ædelmetalbelastning på 20-35 g/m². Dens kernefordele er stærk syrebestandighed og høj iltudviklingsstabilitet. I iltholdige syresystemer såsom svovlsyre og salpetersyre er dens iltudviklingsoverpotentiale så lavt som 1.4 V. Den kan modstå 60% svovlsyrekoncentrationer og temperaturer på 80°C med en maksimal strømtæthed på 12,000 A/m². Der er ingen risiko for afskalning af belægningen under langvarig brug. Velegnet til hydrometallurgi i svovlsyresystemer.

Tin-antimonbelagt titaniumanode

Denne anode, der primært består af tindioxid (SnO₂), er doteret med 5%-10% antimontrioxid (Sb₂O₃) for at forbedre ledningsevnen. Belægningstykkelsen er 15-20 μm. Dens pris er kun en tredjedel til halvdelen af ​​en ruthenium-iridium-anode. Dens kernefordel er dens modstandsdygtighed over for stærk oxiderende syrekorrosion, herunder koncentreret salpetersyre og kromsyre. Dens stabile ydeevne ved lave strømtætheder (<500A/m²) gør den velegnet til omkostningsfølsomme svage syre- eller lavstrømsapplikationer.

Pladeformet MMO titaniumanode

Denne anode er 2-5 mm tyk og kan tilpasses i størrelser fra 500 × 1000 mm til 2000 × 3000 mm. Dens enkle struktur og nemme installation gør den til den mest anvendte anode inden for hydrometallurgi. Disse anoder er velegnede til store elektrolytiske celler (såsom kobber- og zinkelektrolytiske celler) og kan installeres individuelt eller i grupper, hvor elektrolyseeffektiviteten styres ved at justere afstanden mellem anoderne.

Mesh MMO Titanium Anoder

Fremstillet af titantråd (1-3 mm diameter) svejset ind i et gittermønster med maskestørrelser fra 5×5 mm til 20×20 mm. De har et overfladeareal, der er 3-5 gange større end pladeanoder, og forbedrer strømfordelingens ensartethed med 40 %. De er velegnede til elektroaflejring med høj strømdensitet (såsom nikkel-kobolt-elektroaflejring), hvilket reducerer koncentrationspolarisering og øger metalaflejringshastigheden.

Rørformede MMO titaniumanoder

De er lavet af sømløse titaniumrør (20-100 mm diameter, 2-5 mm vægtykkelse) og kan bruges individuelt eller i serie, hvilket gør dem velegnede til rørledningsudvaskning eller cirkulerende elektrolysesystemer. For eksempel installeres rørformede ruthenium-iridium-anoder i reaktionsrøret ved udvaskning af ædelmetalklorid. Elektrolyse af kloridopløsninger genererer klor, hvilket muliggør en øjeblikkelig reaktion mellem klor og mineraler, hvilket forbedrer udvaskningseffektiviteten. Ved spildevandsbehandling muliggør rørformede anoder cirkulerende elektrolyse af elektrolytten og forbedrer fjernelsen af ​​urenheder.

Tilpassede MMO titaniumanoder

Tilpasset til specifikke udstyrsstrukturer, såsom buede anoder (egnet til cirkulære elektrolytiske celler), spalteanoder (egnet til kontinuerlige elektroaflejringsproduktionslinjer) og filamentanoder (egnet til småt udstyr til genvinding af ædelmetaller). En specialfremstillet ruthenium-iridium filamentanode med en diameter på 1 mm til en virksomhed, der genbruger ædelmetaller, opnår selektiv guldaflejring i en mikroelektrolytisk celle, hvilket giver en genvindingsgrad på 99.9 % og kun optager en femtedel af gulvpladsen i forhold til traditionelt udstyr.