Катод для электрохимической ячейки

 

(19) RU (11) 2004 (5Ц 5 25 С 7 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации по патентам и товарным знакам (21} 5018421/02 (22) 24.12.91 (46) 15.12.93 Бюп. Йя 45 — 46 (76) Веденяпин Альберт Александрович. Батурова

Марина Дмитриевна; Ефремов Юрий Михайлович;

Юшин Сергей Владимирович (54) КАТОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ

ЯЧЕЙКИ

{57) Сущность: катод выполнен из нескольких слоев углеродного волокнистого материала (УВМ). отделенных друг от друга прокладками из токонепроводящего материала. проницаемого дпя электролита. например фипьтровальной бумаги, асбеста, полимерных материалов. Слои УВМ могут быть однородньie и могут быть выполнены из различных УВМ. отличающихся электрическими характеристиками

В последне;.т случае можно достигнуть избирательного осаждения отдельных металлов на различных слоях УВМ. 3 злф-лы,1 ил.

2004632

Изобретение относится к электрохимии. конкретно к катоду для электрохимической ячейки проточного типа, и может быть использовано в различных отраслях промышленности для извлечения металлов из растворов электролитов, например е гидрометаллургии, а также для решения экологических задач — очистки промстокое от металлов.

Известен электрод для электрохимической ячейки проточного типа. включающий рамочный держатель. выполненный из пластины изоляционного материала и текстильной ткани, сделанной из углеродных волокон, и расположенной ао внутреннем пространстве держателя. Держатель заключен между мембраной и биполярной пластиной таким образом, что электролитический раствор протекает через текстуру ткани s прямом или обратном направлении.

Недостатком укаэанного устройства является низкая рабочая электродная поверхность и в связи с этим невысокая его эффективность. особенно е случае использования разбавленных растворов.

Наиболее близким к предложенному решению по технической сущности является обьамно-пористый прочный катод. выполненный из углееолокнистого материала (УВМ). закрепленного посредством решетчатых зажимов между токопроводящими перфорированными стенками, контактирующими с токоподеодящей планкой. закрепленной а верхней части рамочного держателя, снабженного отверстием. для вводе раствора.

Недостатком известного катода является низкая удельная электродная поверхность катода и отсутствие избирательности извлечения различных металлов из раствора электролитов.

Целью изобретения является повышение эффективности использования YBM-катода и обеспечение избирательности извлечения различных металлов из раствора электролитов.

Это достигается эа счет выполнения катода из нескольких слоев УВМ, отделенных друг от друга прокладками иэ токонепроводящего материала, проницаемого для электролита.

В качестве токонепроаодящего материала. проницэемого для электролита, можно использовать фильтровальную бумагу, асбестовую ткань, асбокартон, полимерные материалы и др.

8 качестве УВМ используют углеродный войлок, углеродную ткань, углекомпоэиты и др, Слои УВМ е зависимости от решаемой зада и могут быть однородные.

35 т.е. выполнены из одного и того же YBM. u могут быть выполнены из различных УВМ, отличающихся электрическими характеристиками. 8 этом случае можно достигнуть избирательного осаждения отдельных металлов на различных слоях YBM.

Количество слоев УВМ также определяется решаемой задачей. однако их должно быть не менее двух. 8 этом случае достигается интенсификэция процесса и повышение производительности катода эа счет обеспечения эффективной работы каждого слоя УВМ и равномерного заполнения всего катода осаждаемым металлом. При указанной конструкции каждый слой УВМ работает в режиме биполярного электрода. При этом увеличивается площадь наиболее интенсивно работающей фронтальной поверхности катода пропорционально числу разделенных слоев УВМ.

Анализ известных технических решений в данной области показывает, чтоотсутствует техническое решение. тождественное предложенному. а сравнительный анализ с прототипом позволил выявить отличия. а именно выполнение, катода многослойным. причем отдельные слои отделены друг от друга прокладками из токонепроводящего материала, проницаемого для электролита.

Таким образом заявляемое в качестве изобретения техническое решение соответствует критерию новизны.

Анализ технических решений е исследуемой области и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками заявляемого технического решения. следовательно и о соответствии его критерию изобретательский уровень.

На чертеже представлен общий вид катода из трех слоев Y BM (частный случай). где

1, 2. 3 — слои YBM. 4, 5 — прокладки из токонепроводящего, проницаемого для электролита материала: б. 7 — обечайки; 8токоподвод; 9 — фронтальная сетка. Обечайки 6, 7, фронтальная сетка 9 и токоподвод

8 обеспечивают фиксацию рабочих элементов катода — слоев УВМ 1, 2, 3 и прокладок 4, 5 — е виде кассеты. которую помещают в электролизер и соединяют с источником тока.

При работе катод в сборе помещают в злектрохимическую ячейку (электролизер) таким образом, что фронтальная сетка обращена е сторону анода и отделена от последнего мембраной. Обрабатываемый раствор (электролит) пропускают через катод вдоль слоев УВМ 1 — 3 и раздели гельных г1рокладок

4, 5 или едоль осМ катода последовательно

2004632 (56) Авторское свидетельство СССР

hk 395497, кл. С 25 С 7/00, 1973.

Формула изобретения

Составитель Ю.Ефремов

Редактор Г.Мельникова Техред М.Моргентал Корректор С.Лисина

Заказ 3382

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

113035, Москва. Ж-35, Раушская мэб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент, г. Ужгород. ул,Гагарина, 101 через слои УВМ v, разделительные прокладки в зависимости от конгтрукции злектролизера.

Для испытаний был изготовлен катод иэ шести слоев углеродной ткани УРАЛТМ4/22, разделенных прокладками из фильтровэльной бумаги. Катод испытан в процессе извлечения меди из кислого раствора сульфата меди с концентрацией 10 мг/л в злектролизере фильтр-прессного типа при плотности тока 10-50 мА/см . При этом до2 стигнуто более равномерное распределение осаждаемого металла но всему объему катода. чем в случае отсутствия разделительных прокладок или при использовании

УВМ толщиной, равной суммарной толщине слоев, а концентрация меди в очищенном растворе при однократном пропускэнии исходного раствора через злектролизер составилэ 1 м /л. т.е. степень очистки было около 90 .

8 качестве материала катода кроме упомянутой ткани УРАЛ-ТМ4/22 были испыта1. КАТОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ. содержащий не менее двух. слоев углеволокнистого материала, отличающийся тем, что он снабжен прокладками из токонепроводящего проницаемого для электролита материала. размещенными между слоями углеволокнистого материала. ны также ткамь ТГН-2М и войлок МТИЛОН. различающиеся по физиче".ким свойствам, в первую очередь электропроводностью, Испытания показали их рэзличнов поведе5 ние при испольэовамии е качестве материала катода в том числе иэбирательмое действие при осаждении смеси металлов.

Моделирование процесса избирательного осаждения металлов на раэличмых слоях ке10. тода показало следующее: при комцемтреции меди и микеле в растворе равмой 1 ммоль/л и использовании двухслойного катода толщиной 0,2 см с одинаковой электрепроводностью слоев, равной 0.005 Си/см, 15 количество осаждеммого микеля соотносится с количеством осаждемной меди как

0.23:1 в первом слое w 1.25:1 во втором слое.

Если второй слой изготовить из VBM ñ алект. ропроводностью 0.1 Си/см, то соответствуф20 щие соотношения будут равны 0,23:1 и 3 5:1.

2. Катод по и.1, отличающийся тем, что прокладки выполнены из фильтровальмой бумаги. или асбеста. или полимерного материала.

3. Катод по п,1, отличающийся тем. что слои выполнены из одного углеволокнистого материала.

4. Катод по п.1, отличающийся тем, что слои выполнены из углеволокнистых материалов с разными электрическими характе