Катод электролизера для получения и рафинирования металлов

 

пц 6I7492

OllNCAHNE

ИЗОБРЕТЕМ Ия

Союз Советских

Социалистических

Республик т АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свпд-ву (22) Заявлено 28.06,76 (21) 2377572/22-02 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано 30,07.78. Бюллетень № 28 (45) Дата опубликования описания 13.07.78 (51) М. Кл, С 25С

7/02

Госулврствевный комитет

Совета Мивистрав GGGP (53) УДК 621 3 036.6 (088.8) ло лелем изобретений и открытий (72) Авторы изобретения

В. А. Гурин, М. M Бровко, С. И. Онищенко, А. Л. Созина, В. И. Белобрагин и Б. Ф. Ковалев

1 (71) Заявитель

Г

1 (54) КАТОД ЭЛЕКТРОЛ ИЗЕРА ДЛЯ Г1ОЛ УЧ ЕН ИЯ

И РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВ

Изобретение относится к области электролитического получения металлов из расплавленных сред и направлено на совершенствование катода электролизера.

Для получения чистых металлов широко применяются электр охим ические методы, последней стадией которых является выделение металла на твердом катоде. Выбор материала катода имеет существенное значение, так как при отделении металла от 10 основы катода в катодный осадок могут попасть примеси материалов катода, Известны катоды из графита, который химически устойчив в агрессивных средах при высоких температурах и обладает при 15 этом незначительным электросопротивлением (1).

Однако такие графитовые катоды имеют слабую механическую прочность и образуют прочное сцепление осаждаемого мате- 20 риала с основой катода, что приводит к загрязнению осадка углеродом и к разрушению поверхности катода.

Известе.I катод нB основе карбида кремния (95 — 98% Si, остальное С), облада|о- 25 щий высокой коррозионной стойкостью в агрессивных средах. Так как карбид кремния химически нейтрален во многих электролитах при высоких температурах, то осаждаемый материал на карбид-кремние- 30 вых катодах обладает повышенной чистотой и легко отделяется от основы катода в сравнении с графитовыми катодами (2), Однако карбид-кремниевые катоды менее устойчивы при термоциклировании, а их электрическое сопротивление на два порядка выше, чем у графитовых (рч,= (0,05—

0,13) 10 мкОм.см, р,=200 — 250 мкОм.см).

Это является причиной значительных потерь электроэнергии на карбид-кремниевых катодах.

Ближайшим по технической сути к предлагаемому является катод электролизера для получения и рафинирования металлов, выполненный из графита и карбида кремния. Карбид кремния нанесен на наружную поверхность тела электрода, выполненного из графита. Такое выполнение катода обеспечивает сохранение хороших электрических свойств катода и создает защиту наружной поверхности от окисления (3).

Однако большая разница в величинах коэффициентов термического расширения (КТР) приводит к отделению карбидного слоя от основы катода при термоциклических нагрузках и преждевременному выходу катода из строя.

Целью изобретения является повышение механической прочности и долговечности при термоциклических нагрузках.

6l7492

Количество термоциклов до разрушения (20 — 1 000 С) Материал катода

Удельная электропроводность, Ом 1 см

7,7 — 20 (4 — 51. 10 (3 — 3,31 10

S1C

SiC+ С

3200

Г. Титова

Составитсль

Корректор Л. Брахнина

О, Т)прина

Тскгст

Рсдактор 3. Хвдакоэа

Подписное

Тираж 763

Изд. № 502

Заказ 1360/17 пр. Сапунова, 2 рп НОГ() I(Üè и >

Это достигается тем, что катод выполнен из композиции углерод — карбид кремния и имеет не менее трех концсптрн шых слоев с уменьшением их по толщине от центра к периферии и содержанием карбида кремния в наружном слое 20 — 65 вес. /,, в центральном 5 — 15 вес. %, а в остальных слоях содер>канне карбида кремния распределено с возрастанием концентрации от центрального слоя к наружному.

Увеличение концентрации ЯС в композиции углерод в карбид кремния во внешнем слое повышает механическую прочность катода и облегчает отделение осадка от основы катода, но при этом уменьшается его электропроводность и стойкость при термоциклических нагрузках. Предлагаемая слоистая конструкция катода с уменьшающимися по толщине от центра к периферии слоями с одновременным возрастанием концентрации SiC в слоях в том же направлении обеспечивает катоду высокую электропроводность, механическую прочность, стойкость при термоциклических нагрузках и свободное отделение осадка от основы катода. Многослойность конструкции катода (не менее трех слоев) позволяет до минимума уменьшить разницу составных частей композиции соседних слоев, которая в свою очередь уменьшает разницу между величинами КТР этих слоев, что вместе со свободным углеродом обеспечивает катоду высокую устойчивость при термоциклических нагрузках. Большие по толщине слои в центральной части катода с высокой концентрацией углерода обеспечивают катоду высокую электропроводность.

Уменьшение концентрации SiC в центральной части катода ниже 5 особенно не улучшает его электропроводность, но при этом приводит к заметному снижению механической прочности катода. Как показывают испытания в рабочих условиях, улучшение отделения осадка от основы катода начинается с 20с/, и оканчивается при

65% концентрации SiC в наружном слое.

Уменьшение концентрации углерода в композиции углерод — карбид кремния приводит к тому, что эта композиция становится менее эластичной и по хрупкости прибли>кается к однородному карбиду кремния.

Поэтому еще и с этой точки зрения нецелесообразно увеличивать концентрацию

SiC более 65% в композиции углерод— карбид кремния. Необходимость введения

5 — 15 /в S1C в углерод — карбид-кремниевую композицию в центральной части катода определяется 20 — 65 -ным содер?Канием SiC в наружном слое и в связи с этим необходимостью обеспечения небольшой разницы концентрации SiC в смежных слоях, увеличение которой приводит к увеличению разности значений КТР смежных слоев, что понижает устойчивость катода при термоцикличсских нагрузках.

Готовят катод электролизера, состоящий из композиции углерод — карбид кремния, составные части которой меняются в трех слоях: в центральной части катода диамет10 ром 50 мм — 10/в SiC, остальное — С; в промежуточном слое толщиной 18 мм—

20% SiC, остальное — С; в наружном слое толщиной 12 мм — 40% S1C, остальное — С.

Удельная электропроводность этого катода

15 равна 3,6 10 Ом — см —, количество термоциклов до разрушения при перепаде 1=20—

1000 С составляет 3200.

Сравнительные характеристики катодов из разных материалов приведены в таблице.

Использование изобретения позволяет значительно повысить срок службы катодов и уменьшить их электросопротивление, что обеспечивает им высокую экономичность.

Формула изобретения

Катод электролизера для получения и

40 рафинирования металлов, выполненный из графита и карбида кремния, о т л и ч а ющийся тем, что, с целью повышения механической прочности и долговечности прн термоциклических нагрузках, он выполнен

45 из композиции углерод — карбид кремния и имеет не менее трех концентричных слоев с уменьшением их по толщине от центра к периферии и содер>канием карбида кремния в наружном слое 20 — 65 вес. %, в цент50 ральпом 5 — 15 вес. %, а в остальных слоях содержание карбида кремния распределено с возрастанием концентрации от центрального слоя к наружному.

Источники информации, 55 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Ке 289141, кл. С 22D 3/02, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

М 546666, кл. С 25С 3/08, 1975.