Ánodo tubular de titanio MMO

Como miembro clave del electrodo recubierto de óxido metálico a base de titanio Familia (MMO)Los ánodos tubulares de titanio MMO, con su singular estructura cilíndrica hueca y su excelente rendimiento general, se han convertido en la solución de electrodos preferida en numerosas aplicaciones industriales. Los ánodos tubulares de titanio de óxido metálico mixto, también conocidos como ánodos dimensionalmente estables (DSA), utilizan un recubrimiento compuesto de óxidos de metales preciosos, como rutenio, iridio y tántalo, aplicado a la superficie de un tubo de titanio industrialmente puro. Este recubrimiento combina la resistencia a la corrosión del titanio con su alta actividad electroquímica.

La estructura hueca de ánodos tubulares de titanio MMO Aborda perfectamente desafíos clave como la circulación de electrolitos, el escape de gases y la utilización eficiente del espacio, lo que permite su aplicación en el tratamiento de agua, la fabricación electrolítica y la protección catódica.

Especificaciones de los ánodos de titanio tubulares MMO

Las especificaciones de los ánodos tubulares de titanio MMO se centran en tres dimensiones fundamentales: propiedades del sustrato, recubrimiento y dimensiones estructurales. El titanio W se puede personalizar con precisión para satisfacer los requisitos de la aplicación, y los parámetros clave determinan directamente sus escenarios de aplicación y sus límites de rendimiento.

(I) Sustrato

El sustrato sirve como base estructural del ánodo y su rendimiento influye directamente en su resistencia mecánica y vida útil. El material del sustrato es de grado industrial TA1 y TA2 (que corresponde a las normas internacionales Gr1 y Gr2), con una pureza ≥99.5 %. Este sustrato forma una película de óxido densa en entornos altamente corrosivos, como ácidos fuertes, altas concentraciones de sal y agua de mar, lo que le confiere una resistencia eficaz a la corrosión. Las propiedades mecánicas del sustrato deben cumplir requisitos como una resistencia a la tracción ≥240 MPa y una elongación ≥20 %, lo que garantiza la resistencia a la deformación y la fractura en condiciones complejas, como alta presión y enterramiento profundo.

Para mejorar la adhesión del recubrimiento, la superficie del tubo de titanio se somete a un pretratamiento mediante chorro de arena, pulido electrolítico o grabado químico para crear una superficie rugosa con una Ra de 1.6-6.3 μm, lo que garantiza una unión firme entre el recubrimiento y el sustrato. En cuanto a las dimensiones físicas, los tubos de titanio suelen tener un diámetro exterior de 10 mm a 50 mm, con un espesor de pared de 0.5 mm a 3 mm (los tubos de pared delgada son adecuados para aplicaciones de baja presión, mientras que los de pared gruesa son adecuados para sistemas de electrólisis de alta presión). Las longitudes de los tubos individuales varían de 0.5 m a 6 m, y pueden extenderse mediante bridas o soldadura por arco de argón para adaptarse a los requisitos de instalación de diferentes equipos.

(II) Recubrimientos

El recubrimiento es crucial para determinar el rendimiento electroquímico del ánodo. Su composición, proporción y parámetros deben controlarse con precisión en función del tipo de reacción. Los sistemas de recubrimiento convencionales se dividen en dos categorías: recubrimientos compuestos de rutenio-iridio-titanio (RuO₂/IrO₂/platino) son adecuados para aplicaciones con desprendimiento de cloro, como la industria cloroalcalina y la cloración de agua de mar; los recubrimientos de iridio-tantalio-titanio (IrO₂/Ta₂O₅/TiO₂) se centran en las reacciones de desprendimiento de oxígeno y son adecuados para aplicaciones como la protección catódica y la electrólisis del agua. El espesor del recubrimiento debe controlarse entre 5 μm y 20 μm. Los recubrimientos excesivamente gruesos son propensos a agrietarse, mientras que los recubrimientos excesivamente delgados pueden resultar en una resistencia a la abrasión insuficiente. El gramaje del recubrimiento debe ser de 8-15 g/m², con una tolerancia de uniformidad no superior al ±5 %.

Los recubrimientos de alta calidad deben tener una fuerza de adhesión ≥30 MPa (verificada mediante choque térmico o ensayo de tracción) y una resistividad ≤10⁻⁴Ω·cm, lo que garantiza una conducción de baja energía. En cuanto al rendimiento electroquímico, el sobrepotencial del recubrimiento debe ser ≤0.3 V a la densidad de corriente nominal, un potencial de evolución de oxígeno <1.45 V en una solución de 1 mol/L de H₂SO₄, una relación de polarización ≤50 mV/dec y una tasa de pérdida anual del recubrimiento ≤10 %, lo que garantiza un funcionamiento estable a largo plazo.

(III) Estructura

El diseño estructural y los parámetros operativos de los ánodos tubulares deben adaptarse a cada aplicación específica. Para el diseño de la interfaz, se suelen utilizar sellos de brida o conexiones roscadas. Para aplicaciones de alta tensión, se requieren estructuras de sellado con clasificación IP68 para evitar fugas de electrolito. La pared interior conserva una superficie lisa para facilitar el flujo del fluido, mientras que la pared exterior está recubierta para lograr la funcionalidad de reacción, o bien, tanto la pared interior como la exterior están recubiertas para aumentar el área de reacción.

El rango de pH aplicable es de 1 a 14 y es compatible con electrolitos ácidos, neutros y alcalinos. El rango de temperatura de funcionamiento es de -10 °C a 80 °C. Se requiere un sistema de refrigeración en entornos de alta temperatura para evitar la degradación del recubrimiento. La presión de funcionamiento es de 0.1 MPa a 1.0 MPa, dependiendo del espesor de la pared y el método de conexión. En cuanto a los parámetros electroquímicos de funcionamiento, la densidad de corriente de funcionamiento típica es de 100 A/m² a 1000 A/m² (hasta 2000 A/m² para desalinización y tan solo 50 A/m² para protección catódica). La densidad de corriente límite es ≥1500 A/m²; superar este valor puede provocar fácilmente la quema del recubrimiento.

Ventajas de los ánodos de titanio tubulares MMO

En comparación con los ánodos tradicionales de grafito, plomo y otros MMO, los ánodos tubulares de titanio MMO ofrecen múltiples ventajas en rendimiento electroquímico, compatibilidad estructural y eficiencia económica, específicamente en las siguientes dimensiones:

(I) Rendimiento electroquímico altamente eficiente y estable

Las principales ventajas de los ánodos tubulares de titanio MMO residen en su alta actividad catalítica y bajo consumo energético. El recubrimiento de óxido de metal precioso reduce significativamente el sobrepotencial de reacción, lo que permite eficiencias de corriente superiores al 95 % en la industria cloroalcalina y reduce el consumo energético entre un 10 % y un 30 % en comparación con los ánodos de grafito.

La estructura hueca promueve un flujo uniforme del electrolito, evitando la polarización localizada por concentración. Además, facilita el escape rápido de gases reactivos (como oxígeno y cloro), reduciendo las fluctuaciones de voltaje causadas por la acumulación de burbujas. El voltaje de la celda se mantiene estable entre 1.5 V y 3.5 V, lo que mejora significativamente la estabilidad operativa. La estabilidad dimensional es una ventaja particularmente significativa, con una variación dimensional del ánodo inferior al 0.1 % durante la electrólisis. Esto evita cambios en el espaciamiento de la electrólisis debido a la deformación del electrodo y garantiza parámetros operativos estables a largo plazo.

(2) Resistencia a la corrosión superior

La combinación de un sustrato de titanio y un recubrimiento de metal precioso confiere al ánodo una excepcional resistencia a la corrosión, garantizando un rendimiento estable en entornos hostiles como agua de mar, ácidos fuertes y álcalis fuertes. La tasa de pérdida de recubrimiento suele ser inferior a 10 mg/(A·h), lo que resulta en una vida útil típica de 5 a 15 años y de 3 a 5 años en aguas profundas o entornos altamente ácidos. En aplicaciones donde la pureza es fundamental, como la galvanoplastia y el tratamiento de agua potable, este ánodo puede eliminar por completo la contaminación por metales pesados ​​o partículas, mejorando la calidad del producto y la seguridad del procesamiento.

(3) Adaptabilidad estructural

La estructura tubular es una característica fundamental que distingue a este ánodo de otros, brindándole una adaptabilidad excepcional. Su forma hueca se complementa a la perfección con reactores cilíndricos y sistemas de manejo de fluidos, garantizando un flujo eficiente del electrolito y una reacción uniforme. En aplicaciones como la electrólisis del agua y el tratamiento de aguas residuales, la eficiencia de reacción es un 30 % superior a la de los ánodos de placa. Para aplicaciones como la protección catódica de pozos profundos y la prevención de la corrosión en tuberías subterráneas, los ánodos tubulares pueden enterrarse verticalmente en el suelo o el agua, ahorrando significativamente espacio en la superficie y proporcionando una mayor cobertura de protección.

(IV) Beneficios económicos y ambientales

Aunque el costo inicial de compra de los ánodos tubulares de titanio MMO es mayor que el de los electrodos tradicionales, ofrecen importantes ventajas en el costo del ciclo de vida. En la industria cloroalcalina, por ejemplo, su larga vida útil y bajo consumo de energía pueden reducir los costos generales en más de un 40 %. En los sistemas de protección catódica, un solo ánodo tubular proporciona una mayor área de cobertura, lo que reduce el número de ánodos y la frecuencia de reemplazo, lo que se traduce en importantes beneficios económicos a largo plazo.

El recubrimiento es altamente estable y prácticamente no libera metales pesados ​​ni partículas contaminantes, evitando así la contaminación secundaria asociada a los ánodos de plomo. En aplicaciones de tratamiento de agua, puede reducir la formación de subproductos de desinfección, cumpliendo con los estándares de la industria ecológica.