анод

Формула изобретения

Анод, содержащий титановую основу в виде пластины, изготовленной из пористого титана, толщиной от 3 мм и выше с нанесенным на нее покрытием из диоксида марганца, отличающийся тем, что пористость титановой пластины составляет 5 - 29%.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области электрохимических производств, а более точно - к анодам, применяемым для электролиза цинковых и других растворов или при производстве электролитного цинка.

Известны аноды, содержащие титановую основу в виде стержня из титанового сплава, на который нанесено покрытие из диоксида марганца любым известным способом: прямым электролитическим осаждением диоксида марганца или термическим разложением раствора, содержащего серную кислоту и сульфат марганца (авт.св. SU N 1713983, кл. C 25 B 11/10, 1989 г.).

Наиболее близким к заявляемому объекту по технической сущности и достигаемому техническому результату является анод, описанный в патенте US N 4269691 по кл. C 25 B 11/16, 1981 г. Этот анод содержит титановую основу в виде пластины, изготовленной из пористого титана, толщиной от 3 мм и выше, на которую нанесено покрытие из диоксида марганца, причем этот анод получают смешиванием порошков титана и марганца, последующим прессованием и спеканием и дальнейшим нанесением на основу раствора нитрата марганца с термической обработкой последнего.

Эти известные аноды имеют слабую адгезию слоя диоксида марганца к пористой титановой основе. Потенциал анода в течение нескольких суток возрастал до недопустимо большой величины (более 2,5 В). Значительная разница в величинах коэффициента термического расширения титана и диоксида марганца приводила к разрушению слоя диоксида марганца и отслаиванию значительных участков покрытия, что в целом снижало качество анода из-за пассивации титана.

Технической задачей предлагаемого изобретения является создание анода, имеющего такую пористую титановую основу, пористость которой позволяет использовать данный анод для электролиза цинковых растворов, а также повышает адгезию слоя диоксида марганца к основе и прочность этого слоя покрытия при простом способе изготовления этого анода.

Поставленная задача достигается тем, что в аноде, содержащем титановую основу в виде пластины, изготовленной из пористого титана, толщиной от 3 мм и выше, с нанесенным на нее покрытием из диоксида марганца, согласно изобретению пористость титановой пластины составляет 5 - 29%.

Диоксид марганца, кристаллизуясь в начальный период в порах титановой основы, а затем и на поверхности этой основы - пластины, образует прочные связи во всем объеме анода, препятствующие скалыванию внешнего слоя и пассивации анода.

Влияние разницы коэффициентов термического расширения диоксида марганца и титана на прочность покрытия значительно снижается за счет того, что внешний рабочий слой диоксида марганца кристаллизуется преимущественно на кристаллах диоксида марганца, вросших в поры титановой основы, которая в данном случае является металлическим каркасом всего анода, сохраняющим прочность изделия на изгиб и растяжение, а также токопроводящим элементом к рабочему объекту диоксидмарганцевого анода.

Нижняя граница пористости титановой основы (менее 5%) определяется возможностью изготовления пористой пластины и слабой адгезией диоксида марганца к основе, частыми сколами слоя диоксида марганца.

Верхняя граница пористости титановой основы (29%) определяется экономической целесообразностью ввиду того, что повышение пористости титановой основы приведет к повышенному расходу реагентов для создания необходимого слоя диоксида марганца, в то же время повышение пористости титановой основы ведет к снижению прочности на изгиб последней из-за повышения хрупкости пластины и рекомендуется в пределах до 40%.

В дальнейшем изобретение будет раскрыто в описании со ссылкой на конкретный пример его реализации.

Для изготовления анода использовали пластину толщиной 4,1 мм размером 1100800 мм, изготовленную из пористого титана с пористостью 25%. Пластину указанных размеров расположили горизонтально и покрасили кистью, смоченной в растворе азотнокислого марганца с плотностью 1,65 кг/м³. Затем нанесенный слой - покрытие из MnNO₃ подвергли прогреву в печи с вытяжным устройством при 200 - 250^oC. В результате прогрева MnNO₃ разлагается на MnO₂ и NO₂, который удаляется, a MnO₂ осаждается на титановую пористую пластину, кристаллизуясь в начальный период в порах титановой пластины. Операцию нанесения слоя MnO₂ на пластину повторяли 10 раз, в результате чего двуокись марганца (MnO₂) кристаллизовалась по всей поверхности титановой пористой пластины, образовав прочную связь во всем объеме анода. Таким образом при исходном весе титановой пластины 8,2 кг получили готовый анод, состоящий из титановой пористой основы - пластины с нанесенным на нее покрытием из двуокиси марганца, имеющий вес 12,3 кг.

В таблице даны основные характеристики анода, как то: продолжительность работы, площадь сколов в зависимости от пористости титановой пластины, при этом первые две строчки - это показатели известных анодов, т.е. анодов с основой из титана.