Способ контроля межэлектродного расстояния

 

Изобретение относится к методам предотвращения коротких замыканий в электролизерах и позволяет повысить надежность работы электролизера в случае использования твердого катода , ча котором образуется осадок. касается контроля межэлектродного расстояния в электролизере,включающем анод, катод и размещенный между ними контрольный электрод, причем между анодом и катодом пропускают переменный ток частотой 5-20 кГц и измеряют эталонное напряжение между катодом и контрольным электродом, при снижении напряжения между катодом и контрольным электродом ниже эталонного электролиз прекращают. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

09) (11) (51)5 С 25 В 15/06

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4 X t (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4469682/26 (22). 23.06.88 (46) 07.04.91.Бюл. Р 13 (71) Уральский политехнический институт им.С.М.Кирова (72) С.Л.Гольдштейн, С.В.Гудков, A С.Казаков, В.В.Мусаев, Д.С.Новгородов и Г.Б.Смирнов (53) 621.317.729 (088.8) (56) Патент Бельгии Р 706879, кл. В 01 К, опублик, 04.01.71. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ МЕЖЗЛЕКТРОДНОГО

РАССТОЯНИЯ (57) Изобретение относится к методам предотвращения коротких замыканий в

Изобретение относится к методам предотвращения коротких замыканий в электролизерах.

Короткие замыкания между катодом и анодом электролизера, происходящие в результате разрастания осадка на твердом катоде, снижают производительность процесса, ведут к потерям катодного продукта и перерасходу электроэнергии, могут привести к аварийным ситуациям. Поэтому предотвращение возникновения коротких замыканий в электролизерах является важной народнохозяйственной задачей.

Целью изобретения является повышение надежности работы электролизера в случае использования твердого катода на котором образуется осадок, На фиг. 1 приведена схема электрохимической ячейки; на фиг.2 и 3 — кривые, поясняющие предлагаемый способ. электролизерах и позволяет повысить надежность работы электролизера в случае использования твердого катода, на котором образуется осадок. Способ касается контроля межэлектродного расстояния в электролизере,включающем анод, катод и размещенный между ними контрольный электрод, причем между анодом и катодом пропускают переменный ток частотой 5-20 кГц и измеряют эталонное напряжение между . катодом и контрольным электродом, при снижении напряжения между катодом и контрольным электродом ниже эталонного электролиз прекращают. 3 ил.

С

Пример 1 ° Использование предлагаемого способа при электроосаждении титана из расплавленных солей.

В стеклографитовом тигле 1 размещают анод 2 из титанового продукта диаметром 15 мм, торцовый контрольный электрод 3 из молибденовой проволоки диаметром 0,5 мм, изолированный керамической соломкой 4, катод

5 из молибденовой проволоки диаметром 2 мм, Расстояние между осями анода и контрольного электрода составляет 12 мм, между осями анода и катода 25 мм. Процесс ведут в гальваностатическом режиме с начальной катодной плотностью тока 1 А/см при 750 С в атмосфере очищенного аргона. Исполь. зуют электролит состава КС1-NaC1TiC1< (5 мас.X). Схема измерительной установки включает в качестве источника поляризующего тока гальваностат

1640204

ПГ24-10 а в качестве источника переменного тока — генератор ГЗ-33. Их выходы через балластные сопротивления подсоединяют к аноду и катоду электрохимической ячейки. Переменное и постоянное напряжение между электродами измеряют универсальным вольтметром типа 87-27, один вход которого подключают к катоду, а другой че- 10 рез переключатель — к контрольному электроду и к аноду электрохимической ячейки. Измерения проводят, используя переменный ток амплитудой

150 мА и частотой 10 кГц. Злектролиз прекращают при снижении переменного напряжения между катодом и контрольным электродом ниже эталонной величи" ны, полученной предварительной калибровкой для диаметра катодного осад-Д) ! ка 16 мм. Полученный осадок также имеет средний диаметр 16 мм.

Результаты измерений приведены на фиг.2. Кривая а соответствует переменному напряжению анод — катод, кривая 25

Ь вЂ” постоянному напряжению анод — катод (согласно известному способу), кривая с — переменному напряжению контрольный электрод — катод (по предлагаемому способу), линия d со- 30 ответствует эталонной величине. Приведенные данные показывают, что используемые в известном способе величины переменного и постоянного напряжения между анодом и катодом в конечной стадии электролиза (когда существует наибольшая опасность короткого замыкания) не чувствительны к росту катодного осадка, тогда как предлагаемый способ позволяет точно 40 определить момент наступления критического состояния.

Пример 2. Рафинирование меди в сульфатно-кислом электролите. Рафинирование проводят в стеклянной 45 ячейке диаметром 60 мм и высотой

100 мм. В качестве "íîäà используют медную пластину размером 40х х40х3 мм. Катод представляет собой медный стержень диаметром 4 мм, расположенный в 15 мм от поверхности анода. Контрольный электрод изготовляют из медной проволоки диаметром

0,8 мм, изолированной лаком, с торцовой рабочей поверхностью. Его уста- 55 навливают на расстоянии 3 мм от поверхности анода при помощи направляющей трубки, в которой он может перемещаться в вертикальном направлении .

Для измерений используют ту же установку, что и в примере 1. Рафиниро-" вание ведут с катодной плотностью тока 0,05 А/см, частота переменного тока составляет 10 кГц, его амплитуда

100 мА. Контрольный электрод фиксируют в трех положениях с шагом 10 мм путем вертикального перемещения в направляющей трубке. Электролиз прекращают, когда в одном из положений контрольного электрода переменное напряжение катод — контрольный электрод уменьшается до эталонной величины, полученной калибровкой для расстояния между анодом и поверхностью катод— ного осадка 6 мм.

Результаты измерений приведены на фиг,3, Кривые а, Ь и с соответстt вуют переменному напряжению контрольный электрод — катод при верхнем, среднем и нижнем положении контрольного электрода, линия d соответствует эталонной величине. Быстрое снижение напряжения (кривая а) вызвано появлением вблизи верхнего положения контрольного электрода дендрита размером около 3 мм.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет достичь предупреждения короткого замыкания между жестко закрепленными анодом и разрастающимся твердым катодом.

Как показано, измерение переменного напряжения катод — анод не позволя. ет достичь поставленной цели. Не позволяет достичь цели и измерение переменного напряжения катод — контроль-. ный электрод при пропускании переменного тока между этими же электродами, так как собственный импеданс контрольного электрода на один-три порядка . превышает переходное сопротивление слоя электролита на участке катод— контрольный электрод, из-за чего полезный информативный сигнал — nape нин напряжения на переходном сопротивлении слоя электролита — будет маскироваться большим в 10-100 раз падением напряжения на импедансе контрольного электрода.

Измерение переменного напряжения между парой электродов катод — контрольный электрод при одновременном пропускании переменного тока между другой парой катод — анод позволяет достичь цель изобретения, так как в .этом случае измеряемое напряжение определяется практически только

1640204 переходным сопротивлением катод контрольный электрод.

Недостатком известного способа является то, что он может применяться только на электролизерах с жидким

5 катодом и регулируемым расстоянием между электродами, которые долины иметь форму, близкую к плоской. Осадок, получаемый на твердом катоде, имеет обычно дендритную форму, причем рост этого осадка неравномерен . имеются зоны преимущественного роста, отдельные дендриты могут достигать значительных размеров. Поэтому такая интегральная характеристика, как полное напряжение на ванне, не позволяет выявить опасность возникновения короткого замыкания между электродами. Кроме того, поскольку ве- 20 личина изменения постоянного напряжения на ванне используется при осуществлении этого способа, он не может быть использован в случае нестационарного электролиза, когда варьи- 25 руется величина тока, протекающего через электролизер.

Отличительными особенностями предлагаемого способа являются измерение переменного напряжения между като- 30 дом и контрольным электродом, расположенным между анодом и границей допустимого роста осадка, иклическое повторение измерений после перемещения контрольного электрода, исI пользование переменного тока с частотой 5-20 кГц.

Совокупность прецлагаемых приемов дает возможность получить информацию о локальных расстояниях между 40 электродами, и таки... образом, предотвратить короткое замыкание, вызываемое даже единичными дендритами. Циклическое повторение измерений после перемещения контрольного электрода позволяет контролировать наиболее опасные участки профиля катода и, если необходимо, локальные расстояния между электродами по всей поверхности катодного осадка. Использование для измерений переменного тока частотой 5-20 кГц, соответствующей минимуму цисперсионной кривой (зависимости межэлектроднoro импеланса от частоты). устраняет влияние дрейфа частоты источника переменного тока на стабильность способа.

Известный способ не дает достоверной информации о росте осадка на твердом катоде.

Формула изобретения

Способ контроля межэлектродного расстояния в электролизерах, включающих анод, катод и размещенный между ними контрольный электрод, о т л ич а ю щ и Й с я тем, что, с целью повышения надежности работы электролизера в случае использования твердого катода, на котором образуется осадок, между анодом и катодом, пропускают переменный ток частоточ

5 — 20 кГц и измеряют эталонное напряжение между катодом и контрольным электродом и недопустимое уменьшение межэлектродного расстояния определяют по снижению напряжения ниже эталонного.

1640204

0,2

0,5

0,3

О,( Рог.5

Составитель О. Зобнин

Редактор С.Пекарь Техред М.Дидык

Корректор Л.Патай

Заказ 999 Тираж 399 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101

Напряжена

Напряжение, 6

<0 20 эа ао 50 60 70 0Р я мин

20 40 60 80 100 120 AO 160 160 ФОО 220 бреия, ман