MMO titán anód kohászathoz

A hidrometallurgia, a réz, nikkel, kobalt és cink kinyerésének egyik alapvető technológiája, alacsony energiafogyasztása, magas szelektivitása és környezetbarát jellege miatt a modern kohászati ​​iparban a mainstream trenddé vált. MMO titán anód az aljzat ellenáll a rendkívül korrozív környezeteknek, például a 98%-os tömény kénsavnak és az 50%-os sósavnak.

Az MMO bevonat pontosan szabályozza az elektrokémiai reakciót, alacsony túlfeszültséget és alacsony veszteségeket tart fenn még nagy áramsűrűség mellett is, így tökéletesen alkalmas az erős savak, magas sótartalom és nagy áramerősség igényes hidrometallurgiai üzemi körülményeihez. Az 1980-as években a réz elektrolitikus finomításában történő kezdeti alkalmazásuk óta az MMO titánanódok fokozatosan behatoltak a szűrlet tisztításába, a fémek elektrolitikus kinyerésébe, az elektrolitikus finomításba és a nemesfémek kinyerésébe.

Az MMO titán anódok fő alkalmazási területe a hidrometallurgiában a titán hordozó korrózióállóságának és az MMO bevonat katalitikus aktivitásának kihasználása. Az elektrokémiai reakció manipulálásával három fő funkciót érnek el: fémionok extrakciója, szennyeződések eltávolítása és segédreagens előállítása.

Titán hordozóAz ipari tisztaságú titán (Gr1/Gr2) felületén természetes módon kialakul egy sűrű TiO₂ passziváló film (2-5 nm vastag). Ez a film rendkívül magas kémiai stabilitást mutat erősen savas és magas sótartalmú környezetben. 98%-os tömény kénsavban a titán korróziós sebessége kevesebb, mint 0.01 mm/év; 50%-os sósavban a korróziós sebesség kevesebb, mint 0.05 mm/év, ami hosszú távú ellenállást biztosít a hidrometallurgiai korrozív környezettel szemben.

MMO bevonatokAz MMO bevonatok szilárd oldatban vezetőképes hálózatot alkotnak, amely nemesfém-oxidokból áll. Ez javítja a katalitikus hatékonyságot az elektrokémiai reakciók túlfeszültségének csökkentésével (például a ruténium-iridium bevonatok 0.3-0.5 V-tal csökkentik a klórfejlődés túlfeszültségét). Továbbá a bevonat kémiailag kötődik a titán hordozóhoz (Ti-OM kötést képezve, ahol M egy nemesfémion), ami erős tapadást (>50 MPa) eredményez, és nagy áramsűrűségeknél sem jelentkezik pergés vagy oldódás, biztosítva a hosszú távú stabil működést.

Elektrolitikus lerakódás

Ez az MMO titán anódok fő alkalmazása a hidrometallurgiában. Tiszta fémek kinyerésére szolgálnak elektrolitokból (elektroleválasztás) vagy nyersfémek tisztítására (elektrofinomítás). A réz elektrofinomítását tekintve a konkrét mechanizmus a következő:

Anódos reakcióEgy kénsav-réz-szulfát elektrolitban, irídium-tantál alapú MMO titán anód (oxigénfejlődő típus) használatával, az oxigénfejlődési reakció az anódon megy végbe: 2H₂O – 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺. Az oxigénfejlődési reakció által termelt H+ pótolja az elektrolit hidrogénionjait, stabil pH-értéket fenntartva (jellemzően 1.8 és 2.2 között szabályozva).

Katód reakcióA katódon (réz vagy rozsdamentes acéllemez) rézion-redukciós reakció megy végbe: Cu²+ + 2e⁻ → Cu↓. A rézionok a katód felületén rakódnak le, nagy tisztaságú katódréz keletkezik (tisztaság meghaladja a 99.995%-ot). Mivel az MMO anód kiküszöböli a szennyező ionok felszabadulását, az elektrolit tisztasága magasabb, és a katódréz fizikai tulajdonságai (például sűrűsége és képlékenysége) jelentősen javulnak.

Jelenlegi hatékonyságAz MMO bevonat alacsony túlfeszültsége (az oxigénfejlődési túlfeszültség 0.2-0.3 V-tal alacsonyabb, mint az ólomötvözet anódoké) csökkenti a cellafeszültséget (a hagyományos 0.35 V-ról 0.25 V alá), ezáltal csökkentve az energiafogyasztást azonos áramerősség mellett. Továbbá a bevonat magas vezetőképessége egyenletesebb árameloszlást biztosít, csökkenti a „dendriteket” a katód felületén, és javítja az áramhatásfokot (95%-ról 97% fölé).

Kloridos rendszerben a nikkel elektródleválasztása során a ruténium-iridium MMO titán anód klórfejlődési reakción megy keresztül: 2Cl⁻ – 2e⁻ → Cl₂↑. A keletkezett klór újrahasznosítható a nikkelásványok kloridos kioldásához, így zárt hurkú „elektrolízis-kioldási” folyamatot lehet létrehozni, csökkentve a klórbeszerzési költségeket, miközben elkerülhető a klórszivárgás környezeti kockázata is.

Kioldódási elv

A hidrometallurgia kioldási és tisztítási szakaszaiban az MMO titánanódok katalitikusan oxidálószereket (például oxigént és klórt) termelnek az ásványi anyagok kioldása vagy a szennyeződések eltávolítása érdekében. A konkrét mechanizmus a következő:

Segített kioldás (kloridos kioldás példaként)A nemesfémek (arany és ezüst) kloridos kioldása során a ruténium-iridium MMO titán anód elektrolizál nátrium-klorid oldatot, klórt termelve: 2Cl⁻ – 2e⁻ → Cl₂↑. A klór vízzel reagálva sósavat és hipoklórossavat képez (Cl₂ + H₂O ⇌ HCl + HClO). A hipoklórossav tovább oxidálja az aranyat, oldható klórauracsavat képezve (Au + 3HClO + HCl → HAuCl₄ + 3H₂O), lehetővé téve az arany oldódását és kinyerését. A hagyományos klórgáz áramláshoz képest az MMO anód in situ klórt termel, így a kihasználtság 60%-ról 90% fölé nő, a klórszivárgás kockázata nélkül.

Oldattisztítás (például vas eltávolítása)A réz- és cink-lúgokban az Fe²+ az elsődleges szennyeződés, amely befolyásolja a későbbi elektrolitikus termékek tisztaságát. Ezt Fe³+-ként kell oxidálni, majd vas-hidroxidként kicsapással elválasztani. Ón-antimon vagy irídium-tantál alapú MMO titán anód alkalmazásával híg kénsavas rendszerben végzett elektrolízis oxigént termel: 2H₂O – 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺. Az oxigén oxidálja a Fe²+-t Fe³+-ként (4Fe²+ + O₂ + 4H+ → 4Fe³+ + 2H₂O). A pH 3-4-re beállítása után az Fe³+ hidrolizál, vas(III)-hidroxid csapadékot képezve (Fe³+ + 3H₂O → Fe(OH)₃↓ + 3H+). Az MMO anód magas oxigénfejlődési hatékonysága lehetővé teszi a 99%-ot meghaladó Fe²+ oxidációs sebességet, szennyező ionok bevezetése nélkül.

MMO titán anódok típusai

A hidrometallurgiai eljárások összetettek és változatosak – a réz elektrolíziséhez használt kénsavas rendszerektől a nikkel és kobalt kinyeréséhez használt kloridos rendszerekig, valamint az alacsony áramsűrűségű tisztítástól a nagy áramsűrűségű elektródleválasztásig –, és az anód korrózióállóságára, katalitikus aktivitására és áramvezető képességére vonatkozó követelmények jelentősen eltérnek.

A bevonat összetétele közvetlenül meghatározza az anód korrózióállóságát, katalitikus szelektivitását és az alkalmazható rendszert, és kulcsfontosságú mutatója a hidrometallurgiai folyamatok összehangolásának. A fő típusok klórfejlődő, oxigénfejlődő és erős saválló kategóriákba sorolhatók.

Ruténium-iridium bevonatú titán anódok

A ruténium-dioxidot (RuO₂) magaktív összetevőként használva az anódot 10–30% irídium-dioxiddal (IrO₂) adalékolják a stabilitás optimalizálása érdekében. A bevonat vastagságát 10–15 μm-re, a nemesfém-töltést pedig 15–25 g/m²-re szabályozzák. Fő előnye a hatékony katalitikus kloridion-oxidáció, amely kloridos rendszerekben (például nikkel-klorid és kobalt-klorid elektrolitokban) a klórfejlődés áramhatékonyságát meghaladja a 95%-ban. Kiválóan ellenáll a kloridos korróziónak is, ellenáll a 100 g/l-t meghaladó kloridion-koncentrációknak és az 1–6 pH-tartományú savas környezetnek. Maximális áramsűrűsége eléri a 3000 A/m²-t.

Iridium-tantál bevonatú titán anód

Irídium-dioxid (IrO₂) alapú, 30-50% tantál-pentoxiddal (Ta₂O₅) adalékolva szilárd oldatbevonatot képez, amelynek vastagsága 8-12 μm, nemesfémtartalma pedig 20-35 g/m². Fő előnyei a nagy savállóság és a magas oxigénfejlődési stabilitás. Oxigéntartalmú savas rendszerekben, például kénsavban és salétromsavban, oxigénfejlődési túlfeszültsége akár 1.4 V is lehet. 60%-os kénsavkoncentrációt és 80 °C hőmérsékletet is elvisel, maximális áramsűrűsége 12 000 A/m². Hosszú távú használat során nem áll fenn a bevonat lepattogzásának veszélye. Alkalmas hidrometallurgiai célokra kénsavas rendszerekben.

Ón-antimon bevonatú titán anód

Ez az anód, amely elsősorban ón-dioxidból (SnO₂) áll, 5-10% antimon-trioxiddal (Sb₂O₃) van adalékolva a vezetőképesség javítása érdekében. A bevonat vastagsága 15-20 μm. Költsége mindössze egyharmada-fele a ruténium-iridium anód költségének. Fő előnye az erős oxidáló savas korrózióval szembeni ellenállás, beleértve a tömény salétromsavat és a krómsavat. Alacsony áramsűrűségen (<500A/m²) mutatott stabil teljesítménye alkalmassá teszi költségérzékeny gyenge savas vagy alacsony áramerősségű alkalmazásokhoz.

Lemez alakú MMO titán anód

Ez az anód 2-5 mm vastag, és 500×1000 mm-től 2000×3000 mm-ig terjedő méretekben testreszabható. Egyszerű szerkezete és könnyű telepítése teszi a hidrometallurgiában leggyakrabban használt anóddá. Nagy elektrolizáló cellákhoz (például réz- és cinkelektrolizáló cellákhoz) alkalmasak, ezek az anódok egyenként vagy csoportosan is telepíthetők, az elektrolízis hatékonyságát az anódok közötti távolság beállításával szabályozva.

Hálós MMO titán anódok

Titánhuzalból (1-3 mm átmérőjű) készülnek, rácsmintázatba hegesztve, 5×5 mm-től 20×20 mm-ig terjedő szemméretekkel. Felületük 3-5-ször nagyobb, mint a lemezanódoké, és 40%-kal javítják az árameloszlás egyenletességét. Alkalmasak nagy áramsűrűségű elektróda-leválasztáshoz (például nikkel-kobalt elektróda-leválasztás), csökkentve a koncentrációpolarizációt és növelve a fémlerakódási sebességet.

Cső alakú MMO titán anódok

Varrat nélküli titáncsövekből készülnek (20-100 mm átmérőjű, 2-5 mm falvastagságú), önállóan vagy sorba kapcsolva is használhatók, így alkalmasak csővezetékes kioldáshoz vagy keringtető elektrolízis rendszerekhez. Például nemesfém-klorid kioldásnál cső alakú ruténium-iridium anódokat szerelnek be a reakciócsőbe. A kloridoldatok elektrolízise klórt termel, ami lehetővé teszi a klór és az ásványi anyagok közötti azonnali reakciót, javítva a kioldás hatékonyságát. Szennyvíztisztításban a cső alakú anódok lehetővé teszik az elektrolit keringtető elektrolízisét, fokozva a szennyeződések eltávolítását.

Testreszabott MMO titán anódok

Testreszabva a speciális berendezésszerkezetekhez, például ívelt anódokhoz (kör alakú elektrolizáló cellákhoz), résanódokhoz (folyamatos elektróda-leválasztásos gyártósorokhoz) és filamentanódokhoz (kis nemesfém-kinyerő berendezésekhez). Egy nemesfém-újrahasznosító vállalat számára egyedi gyártású 1 mm átmérőjű ruténium-iridium filamentanód szelektív aranylerakódást ér el egy mikroelektrolizáló cellában, 99.9%-os kinyerési arányt elérve, és a hagyományos berendezések alapterületének mindössze egyötödét foglalva el.