Titán anódok elektrolit rézhez - végső útmutató
Az elektrolitikus réz területén a titánanód alkalmazása forradalmi változásokat hozott. Nemcsak a hagyományos elektródaanyagokban meglévő számos problémát old meg, hanem erőteljes támogatást nyújt az elektrolitikus réz minőségének és hatékonyságának javításához is.
- Irídiummal bevont titán anód
- Platina bevonatú titán anód
- Ruténiummal bevont titán anód
- Vegyes oxiddal bevont titán anód
- Titán elektrolit cella
- Palládiummal bevont titán anód
- Szén-titán kompozit anód
- Fém-fém-oxid kompozit anód
Testreszabott titán anódok elektrolitikus rézoldatokhoz
Az elektrolitikus rezet, mint kulcsfontosságú fémfinomítási technológiát, széles körben alkalmazzák számos területen, például az elektronikában, az elektromosságban és az építőiparban. Az elektrolízis folyamatának egyik központi elemeként az elektródaanyagok teljesítménye közvetlenül befolyásolja az elektrolitikus réz minőségét és hatékonyságát. A hagyományos elektródaanyagok, mint például a grafitanódok és az ólomanódok, számos problémát vetnek fel az elektrolitikus réz folyamatában. A grafitanódok mechanikai szilárdsága alacsony, és hajlamosak a kopásra és a törésre az elektrolízis folyamata során. Ezenkívül a grafitanódok katalitikus aktivitása alacsony. Az ólomanódok oldódási problémákkal küzdenek, ami elektrolitszennyeződéshez vezet, ezáltal befolyásolva a katódréz tisztaságát.
A titán hordozóra irídiumot (Ir) és tantált (Ta) tartalmazó oxidbevonatot visznek fel. Az irídium jó kémiai stabilitással és magas oxigénfejlődési katalitikus aktivitással rendelkezik. A tantál növelheti a bevonat korrózióállóságát és mechanikai szilárdságát. Az irídium-tantál titán anód kiváló aktivitást mutat elektrolitikus rézben, és jelentősen csökkenti az oxigénfejlődési potenciált. A nagy tisztaságú elektrolitikus réz előállításának előnyben részesített elektródaanyagává vált.
A titán hordozó felületére platina (Pt) réteget visznek fel. A platina egy nemesfém, rendkívül magas kémiai stabilitással és katalitikus aktivitással. A platinával bevont titánanód rendkívül alacsony túlfeszültséggel rendelkezik, és hatékony és stabil elektrokatalízist biztosít. Alkalmas precíziós elektrolitikus réztechnológiához, ahol szigorú követelmények vonatkoznak a rézbevonat minőségére. A platina magas ára miatt a platinával bevont titánanód költsége viszonylag magas.
Az ólom-dioxid-titán anód jó stabilitást mutat savas elektrolitokban. Nagyobb áramsűrűséggel is működik, és viszonylag alacsony költséggel rendelkezik. Az ólom-dioxid bevonat vastagsága az egyik oldalon általában 0.6 mm - 0.8 mm, és a méret az igényeknek megfelelően testreszabható, hosszúság (100 mm - 1.5 m) × szélesség (100 mm - 1.2 m). Ez az anód alkalmas néhány nagyméretű elektrolitikus rézforgatókönyvhöz, amelyek érzékenyebbek a költségekre, és amelyeknél nincsenek különösebben szigorú követelmények a réz minőségére vonatkozóan.
Titán anód elektrolit rézhez
Titán anód, teljes neve titán alapú fém-oxid bevonatú elektróda (MMO). Két részből áll, nevezetesen titán hordozóból és fém-oxid bevonatból. A titán hordozó felületére egy elektrokatalitikus aktivitású fém-oxid bevonat réteget visznek fel.
A titán hordozó általában ipari tisztaságú Gr1, Gr2 stb. titánt használ. Ezek az anyagok kiváló mechanikai szilárdsággal és korrózióállósággal rendelkeznek, stabil fizikai formát és mechanikai tulajdonságokat tudnak fenntartani különböző zord elektrokémiai környezetekben, szilárd és megbízható támaszt nyújtanak a felületi bevonatnak, biztosítják, hogy a teljes elektróda ne deformálódjon vagy sérüljön a hosszú távú elektrolízis során, és biztosítják az elektróda hosszú távú stabil működését.
A fém-oxid bevonat a titánanód központi funkcionális része. A titán hordozó felületére nemesfém-oxidokat (például platinát, ruténiumot, irídiumot stb.) és nem nemesfém-oxidokat visznek fel bizonyos arányban. A bevonat jó vezetőképességet, magas katalitikus aktivitást és alacsony oxigén- vagy klórfejlődési túlfeszültséget biztosít a titánanódnak, ezáltal jelentősen javítva az elektróda reakció hatékonyságát.
Elektrolitikus réz működési elve
Elektrolit réz egy olyan eljárás, amely elektrokémiai módszereket alkalmaz a rézionok oldatból fémes rézzé redukálására és a katódra való lerakódására. Elektrolitként általában réz-szulfát-oldatot (CuSO₄) használnak. Anódként a finomítandó nyers rezet használják. Katódként a tiszta rézlemezt használják. Amikor a két pólus közé egyenfeszültséget kapcsolnak, az áramkör zárva van, és áram halad át az elektroliton.
Az anódon a nyers rézben lévő réz és más fémszennyeződések (például vas, cink, nikkel stb.) oxidációs reakciókon mennek keresztül, elektronokat veszítenek, és az oldatba belépve fémionokká alakulnak. Ezek közül a réz oxidációs reakciója: Cu – 2e⁻ → Cu²⁺. A katódon az oldatban lévő rézionok (Cu²⁺) elektronokat vesznek fel, fémes rézzé redukálódnak és lerakódnak a katód felületén. A reakcióképlet: Cu²⁺ + 2e⁻ → Cu. Ami az oldatban lévő többi fémiont illeti, mivel standard elektródpotenciáljuk eltér a rézékétől, bizonyos elektrolitikus körülmények között a redukciós rendjük a katódon is eltérő. Például a vasionok (Fe³⁺/Fe²⁺), cinkionok (Zn²⁺) stb. standard elektródpotenciálja negatívabb, mint a rézionoké. Normál elektrolízis körülmények között nehéz redukálni őket a katódon, és legtöbbjük az oldatban marad, ezáltal elérve a réz elválasztását más szennyező fémektől és a réz finomításának célját.
Oldhatatlan anódként a titánanód fő szerepe az elektromosság vezetése és az oxigénfejlődési reakció katalizálása. Az anód felületén lejátszódó fő reakció a víz oxidációja oxigénné, a reakcióképlet pedig a következő: 2H₂O – 4e⁻ → O₂↑ + 4H⁺. A titánanód fém-oxid bevonata aktív helyeket biztosíthat a reakció felgyorsításához. Az irídium-tantál titánanód esetében például az irídium-tantál-oxid bevonatok a felületén jó katalitikus aktivitást mutatnak az oxigénfejlődési reakcióban, ami csökkentheti a reakció aktiválási energiáját, és lehetővé teszi az oxigénfejlődési reakció zökkenőmentes lefolyását alacsonyabb feszültségen. A titánanód nagy áramhatásfoka lehetővé teszi, hogy több elektromos energiát használjanak fel a rézionok redukciójára és lerakódására, javítsa az energiafelhasználás hatékonyságát és csökkentse a termelési költségeket.
| Jelző / anód típusa | Hagyományos ólomanód | Ruténium – Titán anód | Bevonatos platina – titán anód |
| Katód réz tisztasága | 99.90% | 99.99% felett | 99.999% felett |
| Elektrolízis hatékonyságnövekedési százalék | - | 20% | 18% |
| Elektróda élettartama (hónap) | 3 | 24 | 18 |
| Egységteljesítmény Energiafogyasztás csökkentési százalék | - | 15% | 13% |
| Termékhozam | 80% | 92% | 95% |
A fenti adatokból egyértelműen látszik, hogy a titánanódok nyilvánvaló előnyökkel rendelkeznek a hagyományos ólomanódokkal szemben az elektrolitikus réz alkalmazásokban. A tisztaság tekintetében az irídium-tantál-titán anódok és a platinabevonatú titánanódok jelentősen javíthatják a katódréz tisztaságát, hogy megfeleljenek a különböző csúcskategóriás területek igényeinek. Az elektrolízis hatékonysága tekintetében mindkét titánanód jelentősen növeli a termelést. Az elektróda élettartamának meghosszabbítása csökkenti a termelésmegszakítási időt; az energiafogyasztás csökkentése sok költséget takarít meg a vállalatoknak. A termékhozam javulása közvetlenül növeli a vállalat gazdasági előnyeit. Ezek az adatok erősen bizonyítják a titánanódok alkalmazási értékét és széleskörű kilátásait az elektrolitikus réziparban.
Következtetés
A titánanódok nagy előnyöket és alkalmazási potenciált mutattak az elektrolitikus réz területén. Az irídium-tantál-titán anódok, a platinabevonatú titánanódok, az ólom-dioxid-titán anódok stb. saját jellemzőikkel sokféle gyártási igényt elégítenek ki. A titánanódok azonban olyan kihívásokkal is szembesülnek, mint a magas költségek és a magas műszaki követelmények a promóció és az alkalmazás folyamatában. A jövőre nézve a titánanódok továbbra is fejlődni fognak a bevonóanyag-innováció, az intelligencia és az automatizálás, a zöld és fenntartható fejlődés, valamint a multifunkcionalitás irányába, erősen támogatva az elektrolitikus rézipar technológiai fejlődését és fenntartható fejlődését.
