Катод для электрохимической ячейки

 

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

К ПАТЕНТУ

Комитет Российской Федерации ио патентам и товарным знакам (21) 5018422/02 (22) 2412.91 (46) 151293 Ьюл % 45-46 (78) 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). отде(в) КЦ (ii) 2004633 И (53) 5 С 25 g+70? ленных друг от друга последовательно расположенными прокладками из токонепроводящего и токопроводткцего материалов. проницаемых для электролита причем токолроводящие прокладки имеют независимое соединение с источником тока а УВМ отдельных слоев может бль различным За счет этого достигается избира1епьное осаждение отдельных металлов из раствра электролитов на различных участках катода б з и rf - пы, 1 ип

2004633

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 в гидрометаллургии, а также для решения экологических задач — очистки промстоков от металлов.

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

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

Наиболее близким к предложенному решению по технической сущности является объемно-пористый проточный катод, выполненный из углеволокнистого материала (YBM), закрепленного посредством решетчатых зажимов между токопроводящими перфорированными стенками. контактирующими с токоподводящей планкой, закрепленной s верхней части рамочного держателя, снабженного отверстием для ввода раствора.

Недостатком известно о катода является низкая удельная электродная поверхность катода и отсутствие избирательности извлечения различных металлов иэ раствора электролитов.

Целью изобретения является повышение эффективности использования УВМ катода и обеспечение избирательности извлечения различных металлов из раствора электролитов, Это достигается за счет выполнения катода иэ нескольких слоев УВМ, отделенных друг от друга последовательно расположенными прокладками, не препятствующими протоку сквозь катод электролита, иэ токойепроводящего материала и электропроводного материала с электропроводностью, превышающей электропроводность УВМ. причем прокладки иэ электропроводящего материала имеют индивидуальное соединение с источником тока.

В качестве YBM используют углеродный войлок, углеродную ткань, углекомпозиты и др. Слои УВМ в зависимости от

55 решаемой задачи могут быть однородные. т.е. выполнены из одного и того же УВМ, и могут быть выполнены иэ различных УВМ, отличающихся электрическими характеристиками. В этом случае можно достигнуть избирательного осаждения отдельных металлов на различных слоях УВМ.

В качестве токонепроводящего материала, проницаемого для электролита, можно испольэовать фильтровальную бумагу, асбестовую ткань, асбокартон, полимерные материалы и др, Электропроводящая прокладка может быть выполнена из металла, композитного материала в виде сетки, или перфорированной, или пористой пластины, или проволоки, или стержня, Токонепроводящая прокладка, не препятствующая протоку сквозь катод электролита. обеспечивает независимую работу каждого слоя УВМ как отдельного биполярного электрода, увеличивая тем самым площадь наиболее интенсивно работающей фронтальной поверхности катода пропорционально числу слоев YBM.

Электропроводящая прокладка обеспечивает возможность токоподвода к внутренним слоям объемного катода, что позволяет существенно улучшить распределение потенциала по объему катода, обеспечив высокую интенсивность осаждения металла не только на фронтальных, но и на внутренних поверхностях УВМ, С целью улучшения распределения потенциала внутри объемного катода, а также с целью создания возможности раздельного осаждения двух и более извлекаемых из электролита металлов на различных слоях

УВМ, на отдельные разделительные прокладки иэ электропроводящего материала предусмотрена воэможность подачи различных значений электрического потенциала за счет обеспечения независимого соединения каждой прокладки с источником тока.

Анализ известных технических решений в данной области показывает, что отсутствует техническое решение, тождественное предложенному, а сравнительный анализ с прототипом позволил выявить отличия, а именно выполнение катода многослойным, причем отдельные слои отделены друг от друга прокладки иэ токонепроводящего материала и прокладками из токопроводящего материала, проницаемыми для электролита, Таким образом заявляемое в качестве изобретения техническое решение соответствует критерию новизны.

2001 .:33

5D материалов с разными электрическими ха55 рактеристиками.

Анализ технических решений в 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 УВМ (частный случай), где

1, 2, 3 — слои УВМ: 4, 5 — прокладки из токонепроводящего, проницаемого для электролита материала; 6; 7 -- прокладки из злектропроводящего материала: 8 — токоподвод; 9 — фронтальная сетка; 10- обечайка. Обечайка 10. фронтальная сетка 9 и токоподвод 8 обеспечивают фиксацию рабочих элементов катода — слоев YBM 1, 2. 3 и прокладок 4-7 в виде кассеты. которую помещают в электролизер.

При работе катод в сборе помещают в элек грохимическую ячеи ку (элект ролизер) таким образом, что фронтальная сетка обращена в сторону анода и отделена от последнего мембраной. Обрабатываемыи раствор (электролит) пропускают через катод вдоль слоев УВМ 1-3 и разделительных прокладок

4-5 или вдоль оси катода последовательно через слои УВМ и разцелительные прокладки в зависимости от конструкции злектролизера.

Для испытаний был изготовлен катод из шести слоев углеродной ткани УРАЛФормула изобретения

1. КАТОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ, содержащий не менее двух слоев углеволокнистого материала и токоподвод, отличающийся тем, что оН снабжен проницаемыми для электролита электропроводными и неэлектропроводными прокладками, попарно размещенными между слоями углеволокнистого материала, каждая электропроводная прокладка соединена независимо с токоподводом, причем их электропроводность превышает электропроводность углеволокнистого материала.

2. Катод по п.1. отличающийся тем, что незлектропроводные прокладки выполнены из фильтровальной бумаги, или ас0еста, или полимерного материала.

TM4/22. разделенных прокладками из фильтровальной бумаги и сеткой из нержавеющей стали. Катод испытан в процессе извлечения меди из кислого раствора сульфата меди с концентрацией 10 мг/л в электролизере фильтр-прессного типа.

В качестве материала катода кроме упомянутой ткани УРАЛ-TM4/22 были испытаны также ткань ТГН-2М и войлок МТИЛОН. различающиеся по физическим свойствам, в первую очередь электропроводностью.

Испытания показали их различное поведение при использовании в качестве материала катода в том числе избирательное действие при осаждении смеси металлов, Моделирование процесса избирательно о осаждения металлов на различных с-оях катода показало следующее: при концентрации меди и никеля в растворе равной 1 ммоль/л. и использовании двухслойного катода толщиной 0.2 см с одинаковой электропроводностью слоев. равнои 0.005 Си/см. количество осажденного никеля соотносится с количеством осажденной меди как

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

Если второй слой изготовить иэ УВМ с электропроводностью О.! Си/см. то соответствующие соотношения будут равны

0.23:1 и 3.5:1. (56) Авторское свидетельство СССР

М.. 395497. r . С 25 С 7/00 973.

3. Катод по и.1. отличающийся тем, что электроводная прокладка выполнена из металла или композиционного материала.

4. Катод по пп.1 и 3, отличающийся тем, что электропроводная прокладка выполнена в виде сетки. Или перфорированной пластины, или пористой пластины, или проволоки, или стержней.

5. Катод по п.1, отличающийся тем, что слои выполнены из углеродной ткани, или из углеродного войлока, или из углеродсодержащего композицонного материала.

6. Катод по пп.1 и 5, отличающийся тем, что слои выполнены из одного углеволокнистого материала.

7. Катод по пп.1, 5, отличающийся тем, что слои выполнены иэ углеволокнистых

2004633

Составитель Ю.Ефремов

Редактор И.Маленнкоеа Техред M.Mîðãåíòýë Корректор

Тираж Подписное

НПО Поиск" Роспатента

313636, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Псюиэвад 18енно-издательский комбинат Патент, г. Ужгород ул Гз агнна, 101