Centrale d'électrolyse de la centrale à cycle combiné de Prenzlau.
Production de poudres de métaux électrolytiques de haute qualité
L'exemple de la poudre de cobalt, de nickel et de cuivre produite par électrolyse.
Des anodes solubles et insolubles connectées à des sources de courant distinctes permettent de contrôler la dissolution de l'anode soluble pendant le processus d'électrolyse et la concentration en ions métalliques en solution en corrigeant le rapport des forces anodiques des anodes solubles et insolubles à densité cathodique constante Contrôle de l'électricité. De plus, la valeur constante de la densité de la cathode du courant est obtenue par la surface constante de la cathode et la somme du courant sur les anodes solubles et insolubles.
EFFET: éviter les opérations à forte intensité de main-d'œuvre pour la correction des électrolytes en équilibrant les sorties de courant de cathode et d'anode lors de la production de poudres métalliques.
Figure 1 - Fabrication de poudre de cuivre électrolytique ultra-fine, de poudre de nickel et de poudre de colbalt.
La solution technique revendiquée concerne le domaine de la métallurgie des poudres, en particulier des procédés de traitement de poudres métalliques par électrolyse.
La récupération des poudres électrolytiques à partir de métaux repose sur l’électrolyse de solutions aqueuses contenant un sel du métal et d’additifs tampons. 1] (kudra O., Hitman E., Production électrochimique de poudres métalliques, Kiev, 1952).
Au cours du processus d'électrolyse dans la solution de la modification de la concentration initiale de substances, ce qui entraîne une modification des conditions d'obtention d'une poudre. Ce fait pose un problème dans l'application industrielle de cette méthode à la production de poudres métalliques dans des opérations à forte intensité de main-d'œuvre s'adaptant à la composition de l'électrolyte. La principale raison de la modification de la concentration des substances en solution est la différence entre les valeurs du courant de sortie de la cathode et de l’anode. D'autant plus que la dissolution anodique de certains métaux ne pose pas de problème et qu'ils se dissolvent facilement sans aucun signe de passivation. Dans l'intervalle, en plus de la récupération des ions métalliques sur la cathode sous forme de poudre, l'effet secondaire est généralement la récupération des ions hydrogène. L'excès de sortie d'anode via la sortie de cathode affecte l'accumulation pendant le processus d'électrolyse des cations de métal dissous. Le maintien d’une composition électrolytique constante étant un préalable indispensable à l’obtention de poudres aux propriétés souhaitées, lorsqu’une électrolyse est nécessaire pour organiser une dissolution contrôlée des anodes.
Figure 2 - Fabrication de poudre de cuivre électrolytique ultra-fine, de poudre de nickel et de poudre de colbalt.
Méthode connue pour la production de poudres métalliques par des méthodes électrochimiques [2] (certificat d'auteur n ° 70696 de l'URSS, date de priorité 08.02.1947 g) consistant en une électrodéposition de poudre sur une cathode disposée horizontalement à l'aide d'anodes solubles ou insolubles verticalement autour de la cathode sur leurs côtés ou au-dessus.
Figure 3 - Fabrication de poudre de cuivre électrolytique ultra-fine, de poudre de nickel et de poudre de colbalt.
Dans un autre procédé connu, la production électrolytique de poudre magnétique au cobalt hautement dispersée [3] (certificat d’auteur de l’URSS n ° 189155, date de priorité 17.11.1966 g), qui conduit à l’électrolyse d’un électrolyte contenant du cobalt à l’aide de cathodes en acier, cuivre et autres métaux et anodes Cobalt (soluble) ou plomb (insoluble).
L’inconvénient de cette méthode est que lors du remplacement des anodes insolubles solubles dans le procédé d’électrolyse, l’épuisement de la solution d’ions métalliques (composant principal) et donc l’ajustement complet du dépôt de poudre métallique. Par conséquent, ces méthodes nécessitent des ajustements fastidieux de la composition des cations électrolytiques des métaux.
Figure 4 - Fabrication de poudre de cuivre électrolytique ultra-fine, de poudre de nickel et de poudre de colbalt.
Le SPO le plus techniquement proche et donc le plus prototypé concerne l’amélioration des procédés d’obtention de la poudre de cobalt métallique pure [4] (brevet britannique n ° 403.281, date de priorité 29.04.1932 année), selon lequel la poudre de cobalt électrolytique est obtenue par électrolyse d’une solution aqueuse de sels de cobalt (principalement). Sulfate cobalt) utilisant une électrode constituée principalement de platine ou de cobalt pur et combinant les deux types d’anodes formant une section de platine spécifique ne produisant pas d’écran électrolytique sur le cobalt situé à cet endroit.
Après le prototype de l'application simultanée d'anodes solubles et insolubles, réduit l'intensité de la dissolution des plaques de cobalt en réduisant leur surface de travail. En même temps, dans le procédé spécifique d’obtention de la poudre de cobalt, il est difficile de choisir le rapport optimal du carré de l’anode soluble à la surface de l’anode insoluble (Sp: Sn), ce qui permet de maintenir constante la concentration en ions de cobalt pendant le procédé d’électrolyse. , De plus, la plaque de cobalt se dissout au fil du temps, ce qui modifie sa surface de travail, ce qui entraîne une perturbation du rapport de surface des anodes des deux espèces et une modification de la teneur en cations métalliques dissous.
La solution technique proposée a pour objectif l'alignement de la cathode et de l'anode (anode soluble) du courant de Dov lors de l'absorption de poudre de métal par électrolyse, et donc l'exclusion d'une adaptation de l'électrolyte qui prend du temps dans l'application industrielle de cette méthode.
Ce problème est résolu par le fait que dans le procédé connu, notamment l'électrodéposition de poudre métallique en solution aqueuse du sel avec l'utilisation d'anodes solubles et insolubles en même temps, on les incite à dépendre de différentes sources d'alimentation. La solution technique revendiquée est illustrée par le schéma des figures 1 et 2. La figure 1 montre une variante du circuit d'alimentation électrique à partir d'une cathode, l'une parmi l'anode soluble et une anode insoluble, 1 étant la première source de courant 2 vers la seconde source de courant, 3 - anode soluble, 4 - anode insoluble 5 étant la cathode. La figure 2 montre une variante du circuit d'alimentation électrique des deux cathodes, trois anodes solubles et une anode insoluble, où 1 est la première source de courant 2 vers la deuxième source de courant, 3 - anode soluble, 4 - anode insoluble 5 est la cathode.
Figure 5 - Fabrication de poudre de cuivre électrolytique ultra-fine, de poudre de nickel et de poudre de colbalt.
Selon la solution technique revendiquée, en établissant le rapport entre les densités de courant (courant) soluble (3) et insoluble (4), un tel circuit d'alimentation permet à l'anode à une densité de courant cathodique constante ou à la cathode (5) le processus d'électrolyse, l'égalité de la sortie de courant anodique ( anode soluble) et le courant de cathode en sortie, c’est-à-dire une concentration constante d’ions métalliques en solution. La constance de la cathode PhotoStitch est obtenue par la constance de la zone de la cathode et la somme des forces des courants fournis par la source de courant (1) et (2):
IIT + IT2 = au total,
dans lequel Itotal- le courant total dans la zone générale du circuit de cathode, et;
Anode soluble dans le courant IIT fournie par la source (1), et;
IT2 Anode insoluble sans électricité alimentée par une source (2), A.
La valeur de Itotal définit une densité de courant cathodique constante dans une zone de cathode constante. Par exemple, si le procédé d'électrolyse doit augmenter la concentration de cations métalliques, il est nécessaire de réduire l'intensité de dissolution de l'anode soluble en réduisant le courant, par exemple 10 et la source de courant (1), et en augmentant le courant ou la source de courant (2). 10 A, est atteint. La somme des forces de la source d'alimentation (1) (2) reste constante.
Dans l'application de la solution technique proposée pour l'installation de l'électrolyse peut être toute combinaison appropriée et le nombre de cathodes, d'anodes solubles et insolubles. La solution technique revendiquée peut être appliquée pour obtenir toute poudre métallique par électrolyse d'une solution saline aqueuse du métal correspondant. La solution proposée est testée après l'obtention des poudres électrolytiques de nickel, de cobalt et de cuivre.
Un exemple d'application spécifique de l'ingéniosité ceux qui trouvent des solutions pratiques peut servir de description du processus technologique de fabrication de poudre de cobalt dans un bain mécanisé conique à deux cathodes cylindriques rotatives. Comme anodes simultanément avec des anodes solubles de type charge (panier en titane et cobalt métal) et l'anode insoluble oxyde-ruthénium-titane), qui sont connectées à différentes sources d'énergie. Cellule de circuit d'alimentation selon la figure 3, où 1 est la première source de courant 2 à la deuxième source de courant, 3 - anode soluble, 4 - anode insoluble, 5 est cathode. L'électrolyse a lieu dans un électrolyte contenant du sulfate de cobalt à raison de 35 g / l et du sulfate d'ammonium comme additif tampon à raison de 50 g / l lorsque le pH de l'électrolyte est de 5,8 ± 0,6 et une température de 50 Était ± 5 ° C La densité de courant cathodique est égale à 34 A / DM2. Lorsque vous appliquez une tension électrique aux électrodes, effectuez la réaction électrochimique suivante:
à la cathode:
With2 ++ 2E → Co;
2N ++ 2E → H2 ↑;
sur l'anode soluble:
Co-2E → Co2 +;
H2O-2E → 2H ++ 0.5o2 ↑;
sur l'anode insoluble:
H2O - 2E → 2H ++ 0.5o2 ↑.
Le cobalt en poudre sur la cathode est éliminé toutes les minutes 30 à l'aide d'un racleur. Racleur, grattant immédiatement la poudre avec les deux électrodes, après un certain temps mis en contact avec les surfaces des cathodes, sans couper la charge. Poudre de cobalt qui s'est accumulée au fond du bain pendant 24 heures, filtrée à partir d'un filtre d'aspiration électrolytique, lavée à l'eau distillée, séchée, thermoablativement dans un courant d'hydrogène et tamisée. La taille moyenne des particules de la poudre de cobalt obtenue est égale à 20 µm. La figure 4 montre une photographie de la poudre de cobalt préparée selon le procédé ci-dessus, qui confirme son uniformité dans l'application de la solution technique proposée.
Un deuxième exemple d'application spécifique de la solution technique proposée peut servir de description du procédé technologique de fabrication de poudre de nickel en cuve conique avec une cathode en titane en forme de plaque. En tant qu'anodes simultanément avec des anodes solubles de type charge (panier en titane et métal nickel et anode anode insoluble oxyde-ruthénium-titane), qui sont connectées à différentes sources d'énergie. Cellule de circuit d'alimentation selon la figure 5, dans laquelle 1 est la première source de courant 2 à la deuxième source de courant, 3 - anode soluble, 4 - anode insoluble, 5 cathode en forme de plaque. L'électrolyse est réalisée dans un électrolyte qui contient du sulfate de nickel à raison de 15 g / l et un additif tampon, le sulfate d'ammonium à raison de 65 g / l, à un pH de l'électrolyte de 5,5 ± 0,5 et à une température de 50 ± 5 ° C Densité de courant cathodique de 22 A / DM2. Lorsqu'un courant électrique est appliqué aux électrodes, selon l'électrochimie, la réaction de Kie se produit:
à la cathode:
Ni2 ++ 2E → Ni;
2H ++ 2e → H2 ↑;
sur l'anode soluble:
Ni - 2E → Ni2 +;
H2O-2E → 2H ++ 0.5o2 ↑;
sur l'anode insoluble:
H2O - 2E → 2H ++ 0.5o2 ↑.
Le nickel formé sous forme de poudre sur la cathode est éliminé toutes les 60 minutes avec un décapant mécanique automatisé de type «guillotine». Le grattoir, raclant la poudre immédiatement des deux côtés de l'électrode, a été mis en mouvement après un certain temps afin de soulager les électrodes. Poudre de nickel qui s'est accumulée au fond du bain pendant 24 heures, filtrée de l'électrolyte sur un filtre aspirant, lavée à l'eau distillée, séchée, thermo-ablatée dans un courant d'hydrogène et tamisée. La granulométrie moyenne de la poudre de nickel obtenue correspond à 25 µm. La figure 6 montre une photographie de la poudre de nickel obtenue par le procédé ci-dessus, qui confirme son uniformité lors de l'application de la solution technique proposée.
Figure 7 - Fabrication de poudre de cuivre électrolytique ultra-fine, de poudre de nickel et de poudre de colbalt.
Un troisième exemple d'application spécifique de la solution technique proposée peut servir de description du procédé technologique d'extraction de poudre de cuivre dans une cuve conique avec une cathode en titane en forme de tige. Les anodes insolubles en cuivre coulé et l'anode en plomb, qui sont connectées à différentes sources d'énergie, sont utilisées comme anodes. Cellule de circuit d'alimentation selon la figure 7, dans laquelle 1 est la première source d'alimentation 2 à la seconde source d'alimentation, 3 - anode soluble, 4 - anode insoluble, 5 cathode sous la forme d'une tige. L'électrolyse a lieu dans un électrolyte contenant du sulfate de cuivre (20 g / l et un additif tampon, qui est absorbé dans l'acide sulfurique à raison de 50 g / l à une température d'électrolyte de 5 ± 150 ° C. La densité de courant cathodique est égale à 32 A / DM2. Lorsque vous appliquez un courant électrique aux électrodes, vous effectuerez la réaction électrochimique suivante:
à la cathode:
Cu2 ++ 2E → Cu;
2N ++ 2E → H2 ↑;
sur l'anode soluble:
Cu - 2E → Cu2 +;
H2O-2E → 2H ++ 0.5o2 ↑;
sur l'anode insoluble:
H2O - 2E → 2H ++ 0.5o2 ↑.
Le cuivre produit à la cathode sous forme de poudre est éliminé à la main toutes les minutes 60 à l'aide d'un chiffon spécial pour essorage aux électrodes. Poudre de cuivre qui s'est accumulée au fond du bain au cours des heures 24, filtrée sur un filtre d'aspiration de l'électrolyte, lavée à l'eau distillée, séchée, séchée thermoablativement dans un courant d'hydrogène et tamisée. La granulométrie moyenne de la poudre de cuivre obtenue est égale à 15 µm. Sur la figure présente une photo de la poudre de cuivre qui, selon le procédé ci-dessus, attribue une uniformité à l'application de la solution technique proposée.
La solution proposée permet l’alignement du courant de sortie de la cathode et de l’anode (anode soluble) lors de l’absorption de poudre métallique par électrolyse, réduisant ainsi le temps de fonctionnement de l’électrolyte dans l’application industrielle de ce procédé.
Procédé d'obtention de poudres électrolytiques de métaux par électrolyse d'une solution aqueuse contenant un sel du métal et des additifs tampons, avec utilisation simultanée d'anodes solubles et insolubles, caractérisé en ce que les anodes solubles et insolubles sont connectées à une source d'alimentation séparée Afin de contrôler la dissolution de l'anode soluble pendant le processus d'électrolyse et la concentration en ions métalliques en solution en ajustant le rapport de l'anode, forcez les anodes solubles en courant et insolubles sur une valeur constante de la densité de courant cathodique, ce qui détermine la consistance de la surface de la cathode et la quantité d'efforts de la cathode. Courant atteint dans l'anode soluble et insoluble.
ISE / Arndt Uhlendorff - Octobre 2019
