Способ химико-термической обработки магнетитовых анодов

Изобретение относится к области электрохимических производств, в частности к области изготовления анодов для процессов электролиза водных сред с рН 2-14. Изобретение может быть использовано для промышленного электролиза, катодной защиты от коррозии внешним током. Способ включает отжиг магнетитовых анодов в кислородсодержащей атмосфере. Отжиг осуществляют при температуре 1100-1300°С с выдержкой 10-30 минут в эндотермически контролируемой по давлению кислорода в пределах 0,02-0,04 атм газовой смеси СО+СО₂. Техническим результатом изобретения является повышение коррозионной стойкости анода и упрощение способа его изготовления.

 

Изобретение относится к области электрохимических производств, в частности к области изготовления анодов для процессов электролиза водных сред с рН 2-14 (промышленный электролиз, катодная защита от коррозии внешним током).

Известен способ (Пат. US 5205911 от 27.04.1993) химико-термической обработки стального катода с целью стабилизации его поверхности путем перевода продукта коррозии Fe₃O₄(магнетит) в более коррозионно-стойкий, но менее электропроводный оксид Fe₂О₃ (гематит). Процесс осуществляют нагреванием катода в печи с неконтролируемой кислородсодержащей атмосферой (воздух) при температуре 290°С.

Известно (Третьяков Ю.Д. Термодинамика ферритов. - Л.: Химия, - 1967. - 304 с.), что магнетит (Fe₃O₄), являющийся основной структурной составляющей оксидных железных анодов, содержит неизбежную примесь гематита (Fe₂О₃), влияющего на его свойства. Влияние двойственное: Fe₂O₃ обладает высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах, но низкой электропроводностью, а Fe₂O₄ - наоборот, обладает более высокой электропроводностью, но меньшей коррозионной стойкостью. Таким образом, надежность работы магнетитового анода будет во многом зависеть от сочетания высокой коррозионной стойкости поверхностного слоя и более высокой электропроводности подповерхностных слоев и сердцевины, соединяемой пайкой или другим способом с токопроводом.

Сочетание таких свойств возможно при количественном соотношении Fe₃O₄/Fe₂O₃→∞ (1) для сердцевины и Fe₃O₄/Fe₂O₃<1 (2) для поверхности. Регулировать данное соотношение позволяет следующая реакция: 6Fe₂O₃↔4Fe₃O₄+O₂. При нагревании литого магнетита до 1457°С гематит диссоциирует по реакции с образованием магнетита, что означает потерю коррозионных свойств, но при температуре 1100-1300°С и определенном парциальном давлении кислорода в атмосфере равновесие смещается в сторону образования Fe₂O₃, а следовательно, приводит к увеличению коррозионной стойкости. Образование гематита целесообразно сосредоточить в поверхностном слое, контактирующем с агрессивной средой, окружающей анод. Для этого необходима подача кислорода посредством диссоциации смеси СО+CO₂, эндотермически контролируемой по давлению кислорода в пределах 0,02-0,04 атм.

Задачей изобретения является повышение коррозионной стойкости анода, упрощение способа изготовления, снижение стоимости производства.

Соотношение (2) достигается химико-термическим способом обработки магнетита.

Предлагаемый способ заключается в следующем. Магнетит цельнолитой или намораживаемый на каркас анода при температуре остывания не ниже 900°С (Филинов С.А., Фиргер И.В. Справочник термиста./ Изд.3-е, перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, - 1969. - 320 с.) помещается в печь на отжиг при температуре 1100-1300°С с эндотермически контролируемой смесью СО+CO₂ при давлении кислорода в газовой смеси 0,02-0,04 атм. Выдержка при этой температуре 10-30 минут в зависимости от размеров анода. При этом избыток кислорода, образовавшегося в газовой атмосфере, интенсифицирует процесс образования Fe₂О₃ в поверхностном слое. Толщина слоя составляет до 1 мм.

Способ химико-термической обработки анодов, включающий отжиг в кислородсодержащей атмосфере, отличающийся тем, что обработке подвергают магнетитовые аноды, при этом отжиг осуществляют при температуре 1100-1300°С с выдержкой 10-30 мин в эндотермически контролируемой по давлению кислорода в пределах 0,02-0,04 атм газовой смеси СО+СО₂.