Iridium tantál titán anód gyártó és szállító Kínában

Az MMO irídium-tantál-titán anód, más néven vegyes fém-oxid irídium-tantál bevonatú titán anód vagy méretstabil anód (DSA®), egy csúcskategóriás magelektróda anyag az ipari elektrolízisben. Nagy tisztaságú, az ASTM B265 szabványnak megfelelő Gr1/Gr2 titánt használ hordozóként, és egy nanoméretű IrO₂-Ta₂O₅ (iridium-dioxid - tantál-pentoxid) kompozit katalitikus bevonatot szinterez a titán hordozó felületére magas hőmérsékletű termikus bomlási technológiával. Világszerte elismert, mint az erősen savas, nagy áramsűrűségű oxigénfejlődési körülmények közötti etalon anódanyag. A magtechnológia a De Nora, az elektrokémia globális vezetőjének és a DSA anód feltalálójának szabadalmi rendszeréből származik.

A DSA a Dimensionally Stable Anód (Dimenzióstabil Anód) rövidítése. Az olasz De Nora cég találta fel 1965-ben, és konkrétan egy oldhatatlan anódra utal, titán hordozóval és nemesfém-oxidok felületi bevonatával a katalitikus hatás érdekében. Fő jellemzői, hogy elektrolízis során nem deformálódik, stabil katalitikus aktivitást tart fenn, és rendkívül magas korrózióállóságot mutat.

Az irídium-tantál-titán anódok a DSA anódok magkategóriáját képviselik, a legmagasabb technológiai akadályokkal és a legszélsőségesebb üzemi körülményekhez való alkalmazkodóképességgel büszkélkedhetnek. Kifejezetten az oxigénfejlődési reakcióra (OER) optimalizálva, ez a DSA anódok kulcsfontosságú továbbfejlesztett terméke, amely a hagyományos ólom- és grafitanódokat váltja fel.

A lényeg az irídium és a tantál szinergikus hatása.

Katalitikus hatás: Az IrO₂ az egyik optimális katalizátor az oxigénfejlődési reakcióhoz (OER) savas környezetben. 1 A/dm² áramsűrűségnél az oxigénfejlődési túlfeszültsége mindössze 0.22 V, ami jóval alacsonyabb, mint a hagyományos ólom- és grafitanódoké, jelentősen csökkentve az elektrolizáló cella feszültségét és energiafogyasztását.

Stabilitás: A Ta₂O₅ rendkívül erős kémiai inertséggel és korrózióállósággal rendelkezik, stabil szilárd oldatszerkezetet képez IrO₂-vel, gátolva az aktív irídium komponens oldódását savas környezetben.

Az alap az ASTM B265-22, „Titán és titánötvözet lemezek, lapok és szalagok szabványos előírásai”, valamint a kínai GB/T 3620.1-2016, „Titán és titánötvözetek: Minőségek és kémiai összetételek” szabvány:

Korrózióállóság: A Gr1/Gr2 tiszta titán stabil titán-dioxid passziváló filmet képezhet savas és oxidáló elektrolitokban, amely messze jobb korrózióállóságot mutat, mint a Gr5-höz hasonló titánötvözetek, megakadályozva az aljzat elektrolit-eróziója által okozott anódos meghibásodást.

Bevonat tapadása: Homokfúvás és savas pácolás után a tiszta titán hordozó erősebb tapadást mutat az irídium-tantál-oxid bevonathoz, elérve a ≥25 MPa értéket. A titánötvözetekben található ötvözőelemek porozitást és repedéseket okozhatnak a bevonat szinterezése során, ami jelentősen csökkenti a tapadást.

Vezetőképesség: A Gr1/Gr2 tiszta titán alacsonyabb ellenállással és stabilabb vezetőképességgel rendelkezik, ami csökkenti az ohmikus feszültségesést az elektrolízis során, és tovább csökkenti az energiafogyasztást.

Standard vizsgálati körülmények között (1 A/dm², 1 mol/L H₂SO₄, SHE-vel szemben) a titánium-irídium-tantál-titán anód oxigénfejlődési potenciálja 1.45 V, az oxigénfejlődési túlfeszültség pedig mindössze 0.22 V.

Jelentős előnyökkel rendelkezik más hagyományos anódokhoz képest:

A túlfeszültség 0.2-0.3 V-tal alacsonyabb, mint az ólomanódoké, ami az elektrolizáló cella feszültségének 15-20%-os csökkenését eredményezi, és közvetlenül csökkenti az energiafogyasztást.

A túlfeszültség 0.25 V-tal alacsonyabb, mint az ólom-dioxid-titán anódoké, ami több mint 20%-kal csökkenti az energiafogyasztást.

A túlfeszültség több mint 0.25 V-tal alacsonyabb, mint a grafitanódoké, miközben elkerülhetők a grafitanódokhoz kapcsolódó oldódási és veszteségi problémák.

Az irídium-tantál-titán anódok stabilan kompatibilisek az elektrolit környezetekkel a teljes 0-14 pH-tartományban. Ezek a jelenleg kapható kevés ipari anód közé tartoznak, amelyek egyszerre képesek ellenállni az erős savaknak, az erős lúgoknak és a semleges közegeknek.

Erős savas környezet: Stabilan működhetnek hosszabb ideig erős oxidáló savakban, például krómsavban, kénsavban és salétromsavban pH 0-3 értéken, bevonatfelbomlás vagy szubsztrátum korrózió nélkül.

Lúgos környezet: Stabilan működnek erősen lúgos elektrolitokban pH 12-14 értéken, míg az ólom-dioxid anódok gyorsan meghibásodnak pH > 6 környezetben.

Semleges környezet: Kiváló stabilitást mutatnak tengervízben és semleges sóoldatokban, így alkalmasak katódos védelemre, tengervíz sótalanításra és egyéb alkalmazásokra.

Az irídium-tantál-titán anódok névleges üzemi áramsűrűség-tartománya 0.5-50 A/dm². Ez az egyik legszélesebb áramsűrűség-alkalmazkodási tartomány az ipari anódok között, amelyek jelenleg kaphatók.

Az ólomanódok névleges áramsűrűsége mindössze 1-10 A/dm²; ennek a határértéknek a túllépése gyors deformációt és feloldódást okoz.

A grafitanódok névleges áramsűrűsége mindössze 1-5 A/dm²; a nagy áramok gyors salakképződést és kopást okoznak.

A ruténium-iridium-titán anódok névleges áramsűrűsége 0.5-30 A/dm²; a nagy áramok jelentősen növelik a bevonat kopási sebességét.

Speciálisan testreszabott körülmények között az irídium-tantál-titán anódok rövid ideig akár 100 A/dm² áramlökéseket is elviselnek.

A gyorsított élettartam-vizsgálat (más néven gyorsított élettartam-vizsgálat) az iparágban az irídium-tantál-titán anódok élettartamának és bevonatstabilitásának értékelésére szolgáló alapvető szabványmódszer. A jelenleg világszerte elfogadott mérvadó szabvány az ISO 19097-2:2018, „Gyorsított élettartam-vizsgálati módszer vegyes fém-oxid anódokra katódos védelemhez”.

Az iparági szabványnak megfelelő tesztfeltételek a következők:

Elektrolit: 1 mol/L H₂SO₄ kénsavoldat;

Vizsgálati áramsűrűség: 2 A/dm² (10 A/dm² egyes szigorú teszteknél);

Vizsgálati hőmérséklet: Szobahőmérséklet (25±2°C);

Hibameghatározás: Amikor a cellafeszültség 1.5 V-tal növekszik a kezdeti értékhez képest, az anód meghibásodottnak tekinthető. Az összesített elektrolízis idő a gyorsított élettartam.

Standard vizsgálati körülmények között az irídium-tantál-titán anódok gyorsított élettartama ≥1500 óra, ami a tényleges üzemi körülmények között 15 000-30 000 órás élettartamnak felel meg.

Névleges üzemi körülmények között az irídium-tantál-titán anód tényleges élettartama elérheti a 15 000-30 000 órát, ami 5-10-szerese az ólomanód és 15-30-szorosa a grafitanód élettartamának.

Az anód élettartamát befolyásoló fő tényezők (a hatás mértéke szerint rangsorolva):

Fluoridion-tartalom az elektrolitban: A fluoridionok károsítják a titán hordozó passziváló filmjét, ami a hordozó gyors korróziójához és a bevonat lepattogzásához vezet, így ez a legfontosabb tényező, amely befolyásolja az élettartamot.

Üzemi áramsűrűség: Az áramsűrűség minden megduplázódásával a bevonat kopási sebessége 3-5-szörösére nő. A névleges áram feletti üzemeltetés jelentősen lerövidíti az élettartamot.

Elektrolit hőmérséklete: Az elektrolit hőmérsékletének minden 10°C-os emelkedésével a bevonat korróziós sebessége körülbelül kétszeresére nő. A hőmérséklet feletti hosszú távú üzemeltetés felgyorsítja a meghibásodást.

Fordított áram: A gyakori fordított áramellátás és a tápellátás leállítás közbeni elmulasztása a bevonatban lévő oxidok redukálódásához vezet, ami a bevonat lepattogzásához és meghibásodásához vezet.

Mechanikai sérülések: A telepítés és használat során fellépő ütések és súrlódás károsíthatja a felületi bevonatot, ami gyors helyi meghibásodáshoz vezethet.

A fluoridionok súlyos és visszafordíthatatlan károsodást okozhatnak az irídium-tantál-titán anódban. Ezt a következtetést megerősítette az Arizonai Egyetem „Iridium-tantál-oxiddal bevont titán anódok lebomlása fluorozott kénsav oldatban” című hiteles tanulmánya.

A fluoridionok korróziós mechanizmusa: A fluoridionok behatolnak a bevonat pórusaiba, és reakcióba lépnek a titán hordozó felületén lévő passziváló filmmel (TiO₂), oldható fluorid-titán komplexeket képezve, amelyek tönkreteszik a passziváló filmet. Ez a titán hordozó gyors korróziójához, valamint a bevonat hólyagosodásához és hámlásához vezet. Ezzel egyidejűleg a fluoridionok reakcióba lépnek IrO₂-vel és Ta₂O₅-val is, oldható termékeket képezve, felgyorsítva az aktív komponensek elvesztését.

Maximálisan megengedett tartalom: Normál üzemi körülmények között az elektrolit fluoridion-tartalmának ≤5 ppm-nek kell lennie. Ennek a koncentrációnak a túllépése jelentősen felgyorsítja az anód meghibásodását.

Amikor a fluoridion-koncentráció eléri az 1 ppm-et, az irídium-tantál-titán anód gyorsított élettartama 82%-kal csökkenthető.

Ha a fluoridion-tartalom üzemi körülmények között meghaladja az 50 ppm-et, akkor speciális fluoridgátló bevonatú anódot kell testre szabni, mivel a hagyományos irídium-tantál-titán anódok hosszú ideig nem tudnak stabilan működni.

Az irídium-tantál-titán anódok bevonata és hordozója közötti tapadás ipari szabványa ≥20 MPa, míg a Wstitanium irídium-tantál-titán anódok tapadása következetesen 25 MPa felett van.

Aljzat előkezelése: A titán alaplapot először barna korund szemcseszórással érdesítik, majd magas hőmérsékletű oxálsavas maratással egyenletes mikroérdes felületet hoznak létre, növelve a bevonat és az alaplap közötti érintkezési területet, és mechanikai rögzítést biztosítva a bevonat számára.

Bevonatösszetétel optimalizálása: Az ipari szabványnak megfelelő 7:3 optimális irídium-tantál arányt alkalmazzák. A bevonatot nanoskálájú prekurzor oldattal végzik, hogy biztosítsák az egyenletes bevonatösszetételt és a titán hordozóval való metallurgiai kötést, az egyszerű fizikai tapadás helyett.

Magas hőmérsékletű szinterezés: Fokozatos, magas hőmérsékletű szinterezést alkalmaznak 480-520 ℃-on. Minden bevonatréteget egyszer szintereznek, majd 10-20-szor megismételnek, hogy erős kémiai kötést biztosítsanak a bevonat és a titán hordozó között, miközben egyidejűleg kiküszöbölik a bevonat belső feszültségét, és megakadályozzák a repedést és a lepattogzást használat közben.

Nem, a magasabb irídiumtartalom nem feltétlenül jobb.

Az irídium-tantál bevonatok iparág által elismert optimális mólaránya Ir:Ta = 7:3. Ebben az arányban az IrO₂ és a Ta₂O₅ stabil rutil szilárd oldatszerkezetet alkot, egyensúlyban tartva a katalitikus aktivitást és az élettartamot.

Ha az irídiumtartalom túl magas, a Ta₂O₅ stabilizáló hatása a bevonatban nem lesz elegendő. A bevonat savas környezetben gyorsan feloldódik, ami csökkenti az élettartamát és jelentősen növeli a költségeket.

Ha az irídiumtartalom túl alacsony, a bevonat katalitikus aktivitása nem lesz elegendő, ami fokozott oxigénfejlődést okozó túlfeszültséghez, az elektrolízis energiafogyasztásának jelentős növekedéséhez és az áramhatásfok csökkenéséhez vezet.

A Wstitanium a tényleges üzemi körülményeknek megfelelően testre szabhatja az optimális irídiumtartalmat és bevonatvastagságot, biztosítva az élettartamot, miközben a költségeket is kézben tartja.

Az irídium-tantál-titán anód mérsékelt fordított áram ellenállással rendelkezik. Ez a teljesítmény megfelel az iparágvezető vállalatok, például a DeNora és a Taijin New Energy műszaki dokumentumaiban szereplő előírásoknak.

Az anódra ható fordított áram károsodási mechanizmusa: Amikor fordított áram folyik át az anódon, az elektróda polaritása megfordul. Az irídium-tantál-titán anódból katód lesz. Az IrO₂ és Ta₂O₅ oxidok a felületen fémes elemekké redukálódnak, tönkretéve a bevonat szilárd oldatszerkezetét, ami a bevonat repedéséhez, hólyagosodásához és hámlásához vezet. Ezzel egyidejűleg a titán hordozó felülete hidrogént abszorbeál, ami hidrogén ridegedést és hordozó repedését okozza.

Javaslat: A hosszan tartó fordított áramfolyás szigorúan tilos. A fordított áramsűrűség nem haladhatja meg a névleges üzemi áram 10%-át.

Az elektrolizáló cella leállításakor először a tápellátást kell lekapcsolni, majd az elektrolitkeringetést le kell állítani a fordított áram keletkezésének elkerülése érdekében.

Ha üzemi körülmények között gyakran fordul elő fordított áram, akkor speciális, fordított áramnak ellenálló bevonattal ellátott anódok is testreszabhatók.

Az irídium-tantál-titán anódok, melyek fő előnyei közé tartozik a teljes pH-kompatibilitás, az alacsony oxigénfejlődési túlfeszültség, az ultrahosszú élettartam és az erős korrózióállóság, világszerte a csúcskategóriás elektrolízis alkalmazások egyik előnyben részesített anyagává váltak.

Galvanizáló ipar: Kemény krómozás, dekoratív krómozás, alumíniumfólia kialakítás, nemesfém bevonat, elektronikus alkatrészek precíziós galvanizálása stb.

Környezetvédelmi ipar: Ipari szerves szennyvízkezelés, nehézfém szennyvízkezelés, hulladéklerakók csurgalékvizének kezelése, fejlett elektrokémiai oxidációs eljárások (AOP-k).

Elektrometallurgiai ipar: Nemvasfémek, például réz, nikkel, kobalt és cink elektrolitikus kinyerése, elektrolitikus finomítás, hidrometallurgia, nemesfémek kinyerése.

Új Energiaipar: PEM protoncserélő membrános vízelektrolízis hidrogéntermeléshez, vízelektrolízis oxigéntermeléshez, hidrogénenergiát támogató berendezések.

Korrózióvédelmi ipar: Nyomottáramú katódos védelem tengervíz, talaj és édesvízi környezetekhez; korrózióvédelem hajókhoz, dokkokhoz, csővezetékekhez és tárolótartályokhoz.

Egyéb iparágak: elektrolitikus szintézis, NYÁK-marató oldat újrahasznosítása, színes bevonatú lapok gyártósora, elektrolitikus polírozás stb.

5 magméret az anód minőségének gyors megítéléséhez:

1. Bevonat megjelenése: A kiváló minőségű anódok egyenletes bevonatszínnel rendelkeznek, mélyfekete vagy szürkésfekete színűek. A felület mentes a tűszúrásoktól, kidudorodásoktól, repedésektől, szabadon lévő titántól és a nyilvánvaló színkülönbségektől. A gyengébb minőségű anódok egyenetlen bevonatszínnel, tűszúrásokkal, kidudorodásokkal és helyenként szabadon lévő titánnal rendelkeznek.

2. Meghosszabbított élettartam-tesztjelentés: A gyártóknak be kell nyújtaniuk egy harmadik féltől származó, hiteles intézménytől vagy saját laboratóriumuktól származó, meghosszabbított élettartam-tesztjelentést. Standard vizsgálati körülmények között a kiváló minőségű anódok meghosszabbított élettartama ≥1000 óra; az 500 óra alattiakat gyengébb minőségű termékeknek tekintik.

3. Titán alap: A kiváló minőségű anódok nagy tisztaságú TA1/TA2 titánt használnak, amely megfelel az ASTM B265 szabványnak. Az alacsonyabb minőségű anódok újrahasznosított titánt vagy titánötvözeteket használnak, amelyek magas szennyeződéstartalmúak, gyenge korrózióállósággal rendelkeznek, és hajlamosak a passzivációs meghibásodásra.

4. Bevonat tapadása: A kiváló minőségű anódok bevonat tapadása ≥20 MPa, ami könnyen ellenőrizhető keresztmetszetű tapadásvizsgálattal és hajlítóvizsgálatokkal. A minősített anód hajlítás után nem válik le és nem reped meg. A gyengébb minőségű anódok esetében a bevonat nagy felületen válik le hajlítás után.

5. Ne csak az alacsony árakra koncentráljon: Az irídium-tantál-titán anódok fő költsége az irídium nemesfém. A piaci átlagnál jóval alacsonyabb árú termékek elkerülhetetlenül nem elegendő irídiumtartalommal és nem megfelelő bevonóanyagokkal rendelkeznek, ami jelentősen lerövidíti az élettartamot.