ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные элементы электрохимической системы из "Прикладная электрохимия Издание 3" Всякое электрохимическое устройство представляет собой как минимум два электрода, погруженные в раствор электролита. В большинстве случаев возникает необходимость отделения катодного пространства от анодного полупроницаемой перегородкой — диафрагмой. [c.10] Электроды — проводники, обладающие электронной проводимостью и контактирующие с раствором электролита. С помощью электродов осуществляют подвод (или отвод) электроэнергии от электрохимического устройства. В зависимости от проводимого процесса электроды имеют различное назначение. В химических источниках тока материал электрода, как правило, принимает участие в токообразующей реакции, растворяясь или изменяя свой химический состав. При получении химических продуктов в большинстве случаев электроды в реакции не участвуют, а служат только для подведения электричества к границе электрод— раствор, где протекает электрохимическая реакция. В гальванотехнике и гидроэлектрометаллургии на отрицательно заряженном электроде — катоде происходит выделение металла. В этих процессах, как правило, используются растворимые аноды, материал которых обогащает раствор ионами того металла, который выделяется на катоде. В том случае, когда необходимы нерастворимые электроды, кроме химической устойчивости в данной среде они должны обладать и другими свойствами, например, каталитической активностью, которая позволяет с высокой селективностью проводить основную электрохимическую реакцию достаточной механической прочностью. Материал, из которого изготовляется электрод, должен быть дешев и доступен. Немаловажное значение имеет стабильность состояния поверхности электрода во времени. [c.10] В настоящее время наиболее сложной проблемой в электрохимии является создание нерастворимых анодов, сохраняющих свои свойства в течение длительного времени. [c.11] Нерастворимые аноды. Самыми щироко применяемыми до последнего времени нерастворимыми анодами в электрохимической промышленности были углеродсодержащие материалы — искусственный графит. Он заменил угольные аноды, которые использовались в ряде процессов на первом этапе развития электрохимических производств. [c.11] Угольные аноды не обладали достаточными химическими и механическими свойствами, обеспечивающими их длительную и надежную эксплуатацию в промышленных электрохимических процессах, в первую очередь в производстве хлора, и были достаточно быстро вытеснены анодами из искусственного графита. [c.11] Технология изготовления графитовых анодов позволяет получать материал крупнокристаллической структуры. Графитовые аноды хорошо поддаются механической обработке. [c.11] Механический износ обусловлен протеканием процессов окисления углерода в порах анода, которые интенсифицируются за счет увеличения доли тока на выделение кислорода. Последняя возрастает вследствие замедления диффузии из объема раствора, восполняющей убыль исходного вещества в порах анода, и снижения анодной плотности тока. Из рис. 1 видно, что при низких анодных плотностях тока в растворах хлорида натрия на расположенных в порах участках анода, потенциал которых близок к равновесному потенциалу выделения кислорода, может происходить преимущественное образование этого продукта. [c.11] Увеличение доли тока, расходуемого на выделение кислорода в порах графитового анода, способствует окислению углерода в порах, нарушению связи между отдельными зернами графита и механическому осыпанию электрода с образованием шлама. [c.12] Для уменьшения пористости и снижения главным образом механического износа, графитовый анод пропитывают растворами льняного ма-сла или талловой олифой в тетрахлориде углерода. За счет частичного перекрытия узких каналов и пор объемная пористость графитового анода уменьшается более, чем на 30%. [c.12] При использовании пропитанных графитовых анодов, например в производстве хлора, скорость химического износа уменьшается в 1,2—1,4 раза по сравнению с применением непропи-танных анодов, а скорость механического износа — в 1,8—2,4 раза. Соответственно отношение химического износа к механическому возрастает с 1,2 до 1,8—2,0. [c.12] В ряде процессов электрохимического окисления применяют пористые графитовые аноды (объемная пористость 40—60%), а также аноды из стеклоуглерода, пористость которых близка к нулю. [c.12] В некоторых процессах электролиза используют нерастворимые аноды на основе никеля и его оксидов. При анодной поляризации в щелочной среде никель покрывается оксидной пленкой, при этом потенциал растворения металла сдвигается в область более положительных значений, чем потенциалы, при которых на данном электроде происходит реакция окисления. [c.12] Образование поверхностных оксидов на никеле обусловлено адсорбцией кислорода, растворенного в электролите, и ионов ОН при потенциале 0,1 В. При потенциале 0,2 В поверхность никеля покрывается фазовыми слоями (ОН)г, накопление которых продолжается до достижения потенциала 0,9 В. [c.12] Вольтамперные кривые выделения хлора Лотенцаа/1 анода, В (/) и кислорода (2) на графитовом аноде. [c.12] Используются специальные методы изготовления оксидноникелевых электродов с применением технологии, разработанной для производства положительных пластин безламельных аккумуляторов. [c.13] Диоксид свинца принадлежит к классу полупроводников, обладающих проводимостью, близкой к проводимости металлов. Аноды из диоксида свинца обладают высокой стойкостью и могут быть использованы для проведения реакций электрохимического окисления при высоких положительных потенциалах. Получают такие аноды электроосаждением при электролизе кислых или щелочных растворов солей свинца. В результате анодного окисления двухвалентного свинца, являющегося катионом при электролизе кислых растворов или входящего в состав анионов при электролизе щелочных растворов, образуется РЬОа. В качестве основы, на которую производится электроосаждение диоксида свинца, с наибольшим успехом используется титан, поверхность которого обрабатывают механически (например, фрезерованием) для улучшения сцепления покрытия путем нанесения сетки канавок или выступов. [c.13] Для того, чтобы предотвратить возрастание переходного сопротивления на границе титан — диоксид свинца вследствие увеличения толщины оксидной пленки на поверхности титановой основы в процессе эксплуатации анода, рекомендуют наносить на титан перед электроосаждением диоксида тонкий слой благородных металлов или их оксидов, графита, карбида либо бо-ридов титана, смеси оксидов олова или сурьмы. При подборе соответствующих условий удается получить гладкие блестящие осадки диоксида свинца толщиной в несколько миллиметров. [c.13] Аноды из оксидов железа. Наибольшее распространение из анодов этой группы получили магнетитовые аноды. Магнетит Рез04 представляет собой смешанный оксид железа со структурой обратной шпинели Ре +(Ре2+Ре +)04. Магнетит принадлежит к классу полупроводников, обладающих электронной проводимостью. Электропроводимость магнетита низка и сильно зависит от соотношения Ре + Ре +. Наибольшей электропроводимостью обладают оксидные фазы, по составу близкие к Рез04 и при соотношении Ре + Ре +=2. [c.13] Существуют различные методы получения магнетитовых анодов. Наиболее старый из них основан на расплавлении пиритовых огарков в электрической печи при температуре 1600 °С. При добавлении в тигли соответствующего оксида железа можно получить расплав состава Рез04. [c.13] Для повышения электропроводимости и улучшения распределения тока по поверхности магнетитового анода его делают полым, покрывая внутреннюю поверхность полости медью, слой которой наносят электрохимическим способом. Можно изготавливать аноды, у которых расплавленный слой магнетита наносят на поверхность титановой основы, либо на титановую основу наносят слой железа и его окисляют в атмосфере водяного пара или диоксида углерода при температуре 800—900 °С. [c.14] Вернуться к основной статье