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鈦陽極就是鈦基金屬氧化物涂層中的陽極。根據(jù)其表面催化涂層不同分別具有析氧功能、析氯功能。一般電極材料要具有良好的導(dǎo)電性,極距變化小,耐腐蝕性強,機械強度和加工性能好,壽命長,費用低,對電極反應(yīng)具有良好的電催化性能,目前鈦是最能滿足以上綜合要求的金屬,一般采用工業(yè)純鈦TA1,TA2。
鈦陽極上的金屬氧化物涂層的作用是:電阻率低,具有良好的導(dǎo)電性(鈦本身導(dǎo)電性能不好),貴金屬涂層的化學(xué)組成穩(wěn)定,晶體結(jié)構(gòu)穩(wěn)定,電極尺寸穩(wěn)定,耐蝕性好,壽命長,具有良好的電催化性能,有利于降低析氧、析氯反應(yīng)的過電位,節(jié)約電能。
分類
可溶性陽極和不溶性陽極
可溶性陽極在電解過程中起補充金屬離子和導(dǎo)電的作用,不溶陽極只起導(dǎo)電作用。最早的不溶性陽極是石墨和鉛系陽極上世紀(jì)70年代鈦陽極作為新技術(shù)開始應(yīng)用在電解和電鍍行業(yè)。目前不溶性陽極可分為兩大類:析氯陽極和析氧陽極。析氯陽極主要用于氯化物電解液體系,電鍍過程中陽極有氯氣釋放出來,因此稱為析氯陽極;析氧陽極主要用于硫酸鹽、硝酸鹽、氫氰酸鹽等電解液體系,電鍍過程中陽極有氧氣釋放出來,因此稱為析氧陽極。鉛合金陽極析氧陽極,鈦陽極根據(jù)其表面催化涂層不同分別具有析氧、析氯功能或二者功效兼有。
氯堿工業(yè)用鈦陽極與石墨電極相比,隔膜法生產(chǎn)燒堿,石墨陽極的工作電壓為8A/DM2涂層陽極可成倍增加,達17A/DM2。這樣在同樣的電解環(huán)境下產(chǎn)品可成倍提高,而且所生產(chǎn)品的質(zhì)量高,氯氣純度高。
電鍍用鈦陽極
電鍍用不溶性陽極是在鈦基體 (網(wǎng)狀、板狀、帶狀、管狀等)上涂覆具有高電化學(xué)催化性能的貴金屬氧化物涂層,涂層中含有高穩(wěn)定性的閥金屬氧化物。新型不溶性鈦陽極具有高電化學(xué)催化能,析氧過電位比鉛合金不溶性陽極低約0.5 V,節(jié)能顯著,穩(wěn)定性高,不污染鍍液,重量輕,易于更換。 新型不溶性鈦陽極的析氧過電位也比鍍鉑不溶性陽極低,但是壽命卻提高1倍以上。廣泛用于各種電鍍中作為陽極或者輔助陽極使用,可以替代常規(guī)的鉛基合金陽極,在相同的條件下,可以降低槽電壓,節(jié)約電能消耗;不溶性鈦陽極在電鍍過程中具有良好的穩(wěn)定性(化學(xué)、電化學(xué)),使用壽命長。此陽極廣泛用于鍍鎳鍍金、鍍鉻、鍍鋅、鍍銅等電鍍有色金屬行業(yè)。
涂層鈦陽極
涂層鈦陽極,習(xí)慣稱為DSA(Dimensionally Stable Anode 尺寸穩(wěn)定陽極) ,又稱DSE(Dimensionally Stable Electrode) ,是20 世紀(jì)60 年代末發(fā)展起來的一種新型不溶性陽極材料。DSA 涂層鈦陽極主要應(yīng)用在電化學(xué)和電冶金兩大部門。
DSA 涂層鈦陽極應(yīng)用的領(lǐng)域有:氯堿工業(yè)、氯酸鹽生產(chǎn)、次氯酸鹽生產(chǎn)、高氯酸鹽生產(chǎn)、過硫酸鹽電解、電解有機合成、電解提取有色金屬、電解銀催化劑的生產(chǎn)、電解法制造銅箔、電解氧化法回收汞、水電解、二氧化氯的制取、醫(yī)院污水處理、電鍍廠含氰廢水處理、生活用水和食品用具的消毒、發(fā)電廠冷卻循環(huán)水的處理、毛紡廠染整廢水的處理,工業(yè)用水的處理、電解法制取酸堿離子水,銅板鍍鋅、鍍銠、鍍鈀、鍍金、鍍鉛、電滲析法淡化海水、電滲析法制取四甲基氫氧化銨、熔融鹽電解、電池生產(chǎn)、陰極保護、生產(chǎn)負(fù)極箔、鋁箔的陽極氧化等。應(yīng)用廣泛涉及化工、冶金、水處理、環(huán)保、電鍍、電解有機合成及其它領(lǐng)域。
優(yōu)點
1、鈦陽極工作壽命長,隔膜法生產(chǎn)氯堿工業(yè)中,金屬陽極耐氯和堿的腐蝕,陽極壽命己達6年以上,而石墨陽極僅為8個月。
2、可克服石墨陽極和鉛陽極溶解問題,避免對電解液和陰極產(chǎn)物的污染,因而可提高金屬產(chǎn)品純度。
3、可提高電流密度。隔膜法生產(chǎn)氯堿中,石墨陽極的工作電流密度為8A/dm2,鈦陽極可成倍地增加,達17A/dm2,這樣在電解廠房、電解槽相同的條件下,產(chǎn)量可增加1倍,提高了單槽生產(chǎn)能力,有效地提高了勞動生產(chǎn)效率。在高工作電流密度下進行電解時,使用鈦陽極比較適宜。
4、由于采用了金屬陽極,氯酸鹽電解槽的高溫、高電流密度操作成為可能。金屬陽極的采用使電解槽構(gòu)造得以改善,降低了電能消耗,加快了次氯酸鹽生氣氯酸鹽的化學(xué)反應(yīng),從而提高了生產(chǎn)性能。
5、采用了DSA,水銀法及隔膜法食鹽電解槽的設(shè)計概念和操作條件得以改進,能耗得以降低。DSA低的過電位特性,電極間表面及電極的氣泡容易排除,是金屬陽極電解槽槽電壓降低的重要原因。
6、陽極尺寸穩(wěn)定,電解過程中電極間距離不變化,可保證電解操作在槽電壓穩(wěn)定情況下進行。
7、可避免鉛陽極變形后的短路問題,因而可提高電流效率。
8、鈦陽極重量輕,可減輕勞動強度。
9、開關(guān)制作容易,可高精度化。
10、工作電壓低,因此電能消耗小,可節(jié)省電能消耗,直流電耗可降低10%~20%。鈦陽極工作電壓低的主要原因:1)活性涂層鈦陽極對氯和氧的過電位均比較低。鹽水電解生產(chǎn)氯堿時,鈦陽極對氯過電位低,在1A/cm2時比石墨陽極低140mV;2)可降低“氣泡屏蔽效應(yīng)”,金屬陽極表面生成的氣泡比較細(xì)小,且脫離迅速,這樣電極間充氣度大為降低,兩極間歐姆降大約為700mV,氣泡直徑約為3mm;3)降低了陽極結(jié)構(gòu)的電阻;4)縮短了極間距離。
11、氯堿生產(chǎn)中,使用鈦陽極后,產(chǎn)品質(zhì)量高,氯氣純度高,不含CO2,堿濃度高,可節(jié)省加熱用蒸汽,節(jié)省能源消耗。
12、耐腐蝕性強,可在許多腐蝕性強,有特殊要求的電解介質(zhì)中工作。
13、基體金屬鈦可多次反復(fù)使用。
14、金屬陽極的出現(xiàn),使用氯堿工業(yè)中近期涌現(xiàn)出的新離子膜電解技術(shù)得以設(shè)計和實現(xiàn)工業(yè)化。
由于鈦陽極具有很多優(yōu)點,它的開發(fā)使氯堿工業(yè)取得很大經(jīng)濟效益,因此很快便在世界各地推廣使用。氯堿生產(chǎn)能力,全世界約4100萬噸/年,采用鈦陽極不小于70%,鈦陽極被譽為氯堿工業(yè)一項重大技術(shù)革命。隨后,鈦陽極在許多電解工業(yè)中也得到廣泛的推廣應(yīng)用。20世紀(jì)60年代,全世界食鹽電解工業(yè)年耗電量約1500億度,使用金屬陽極后,每年可節(jié)約電能約3億度。