涂層鈦陽極

2017/10/28 祺鑫鈦業 651

涂層鈦陽極

一、基材:鈦
      鈦是一種金屬元素,灰色,原子序數22,相對原子質量47.867。能在氮氣中燃燒,熔點高。鈍鈦和以鈦為主的合金是新型的結構材料,主要用于航天工業和航海工業。 由于鈦具有熔點高、比重小、比強度高、韌性好、抗疲勞、耐酸堿腐蝕、導熱系數低、高低溫度耐受性能好、在急冷急熱條件下應力小等特點,其商業價值在二十世紀五十年代開始被人們認識,被應用于航空、航天等高科技領域。隨著不斷向化工、石油、電力、海水淡化、建筑、日常生活用品等行業推廣,鈦金屬日益被人們重視,被譽為現代金屬、智慧金屬、戰略金屬,是提高國防裝備水平不可或缺的重要戰略物資。

 

1、物理性質,純金屬鈦呈銀白色。和其他金屬材料相比,鈦的特點如下: 
      ①熔點高達1660度。
      ②鈦在室溫下(低于885度)呈密排六方晶格,而在高于885度時呈體心立方晶格,同時體積增大了5.5%。
        ③鈦的密度約4.51g/cm3,是不銹鋼的60%左右,超過鋁,比鋁大60%左右。 
      ④雖然純鈦的拉伸強度為350~700MPa,但一般的鈦合金可達700~1200MPa,甚至達1400MPa。因此鈦合金的比強度(即強度對密度的比值),比目前其他任何材料都大。 
      ⑤鈦的比熱、導熱系數和電阻率與不銹鋼在同一水平,但鈦的膨脹系數較鋼小50%。鈦的導熱性較差,導電性能也較差,近似于不銹鋼。 
      ⑥鈦的楊氏模量較不銹鋼小,它能在較低的應力下彎曲。
        ⑦在200~300溫度范圍內遵循穩定的蠕變特性。 

2、化學性質 
      ①與酸作用在室溫下,鈦不易也無機酸反應,但加熱后往可以反應。
        ②與堿作用鈦與通常的堿溶液反應很慢,與稀的堿溶液不反應。
        ③與非金屬作用在一般情況下,鈦不太活潑,但在高溫下,鈦能直接同許多非金屬元素生成很穩定、很硬并且難溶的填隙式化合物。
        4)吸氣性鈦的一個重要特性是能夠強烈地吸收氣體(氧、氮、氫)。鈦和氧、氮的作用是不可逆的,因而鈦是一種良好的吸氣劑。鈦中吸收的氫氣在真空中加熱到800~900度時可以從金屬中排出。 
       5、機械加工性能鈦的強度和密度之比高于鐵和鋁。它的強度比純鐵大1倍,比純鋁高5倍。 

二、鈦電極 鈦陽極全稱叫鈦基金屬氧化物涂層鈦陽極(MMO)。也叫DSA陽極(尺寸形狀穩定型陽極)。它以鈦為基板,在鈦基板上刷涂貴金屬涂層,使其具有良好的電催化活性及導電性。        與原始石墨陽極和鉛陽極相比,鈦電極具有以下優點: 
       1、電極尺寸較穩定,電解的過程當中電極間距離不會變化,確保電解操作在槽電壓穩定的情況下進行; 
       2、催化活性高,工作電壓低; 
       3、工作電壓低,因此電能消耗較小,直流電耗可降低10%---20%; 
       4、鈦陽極的工作壽命長,隔膜法生產氯氣工業中金屬陽極耐氯和堿的腐蝕,陽極的壽命已達5~7以上,而石墨陽極僅只有8個月而已; 
       5、可克服石墨陽極和鉛陽極的溶解問題,避免了對電解液和陰極產物的污染,因而大大提高了金屬產品的純度; 
       6、可提高電流的密度,增加電解效率; 
       7、貴金屬銥和釕的氧化物具有抗氧化性,因此鈦電極的耐腐蝕性較強; 
       8、可避免鉛陽極變形后的短路問題,從而可提高電流的效率;
         9、鈦電極重量輕,較之石墨陽極和鉛陽極可減輕勞動強度;
        10、鈦基體形狀及制作較容易,可高精度化; 
      11、在未受損傷的前提下,基體可以反復試用;

 

鈦陽極分類: 
        1、按照在電化學反應中陽極析出氣體來區分,析出氯氣的稱析氯陽極,如釕系涂層鈦電極:析出氧化的稱為析氧陽極,如銥系涂層鈦電極和白金鈦網/板。 析氯陽極(釕系涂層鈦極):電解液中氯離子含量高,一般在鹽酸環境及電解海水,電解食鹽水環境。對應我公司產品為釕銥鈦陽極,釕銥錫鈦陽極。
         2、析氧陽極(銥系涂層鈦電極):電解液一般為硫酸環境。對應我公司產品為銥鉭陽極,銥鉭錫鈦陽極,高銥鈦陽極。
         3、涂鉑陽極:鈦為基材。表面涂鉑,涂層厚度一般為0.5-5μm,白金鈦網網孔規格一般為12.5×4.5mm或6×3.5mm.

         

三、生產工藝流程簡介 
        1、選擇TA1牌號鈦基材,確定基材表面光潔平整,無劃傷、起皮、開裂、分層等缺陷。 
        2、對所選購鈦基體進行機械加工,加工為客戶所需要的規格尺寸。 
        3、以600℃的溫度對鈦基材進行退火校平處理。 
        4、退火校平處理時鈦基材表面會形成致密的氧化鈦層,以機械方式將其進行打磨,使其表面呈鈦的金屬光澤。 
        5、用10%濃度草酸對鈦基材進行酸洗腐蝕,在微沸狀態下進行10小時,使其表面氧化層蝕刻為氫化鈦表面。
         6、按客戶所應用陽極環境進行合理的貴金屬溶液的定性和定量配置。 
        7、檢測酸洗鈦基材合格,即表層為灰色均勻的麻面結構,然后進行人工涂履,按設定合適的溫度進行燒結,燒結出爐后自然冷卻,冷卻至常溫時進行第二次涂履,依次類推,直至18~22余次將配置溶液涂履完。 
        8、以上加工件燒結完成后,以隨爐試片進行壽命實驗測試,測試合格包裝發貨。 

四、主要應用領域 
      1、氯堿工業氯酸鹽工業次氯酸鈉的電解生產 
       以電解食鹽水溶液的方法抽取氯氣、氫氣和燒堿的化學工業稱為氯堿工業,是現代電化學工業中規模最大的部門,在國民經濟中占有重要的地位。 除以上外,進而還可以制取下游產品氯化氫、次氯酸鈉、氯化石碏、聚氯乙烯(簡稱PVC Polyvinyl chloride polymer = PVC分子結構)、雙氧水等。 氯堿生產中,以純凈的飽和食鹽水為電解溶液,以鈦電極為陽極,以鐵網附石棉絨為陰極,陽極室產生氯氣,陰極室產生氫氣和氫氧化鈉,提純后廣泛應用于各工業生產中。 鈦陽極的應用極大地推進了氯堿工業的發展,是對電化學領域劃時代的貢獻,電極析氯催化活性高,對析氯反應具有良好的電催化活性、機械穩定性及化學穩定性,因而在當今氯堿工業中是不可取代的電極材料,使用壽命在五年以上。 
      2、電解功能水 
      功能水定義為通過人為處理,獲得各種有用功能的水,電解水作為一種具有滅菌效果好,實用性強且無二次污染的殺菌處理技術受到歡迎。通過鈦電極電解飲用水或微量淡鹽水產生功能水,廣泛應用于電解水機中。        ①利用電解產生次氯酸根、新生態氧、羥基自由基等具有強氧化性物質對微生物殺滅。 
      ②利用電解電極直接作用于微生物,使其死亡。 
      ③堿性離子水可直接治療多種疾病,有效改善人體新陳代謝功能,消除有害的酸性代謝產物自由基,增強體質起預防和提高抗病能力的作用。
        ④酸性離子水具有抑制細菌生長、消毒、收斂的作用,效果與美容的收斂水相同,并應用強氧化性進行殺菌消毒處理。 
      3、次氯酸鈉發生器、二氧化氯發生器電極制造。 
       次氯酸鈉電解溫度應維持在40°C以下,溫度過高,NaClO會分解,降低Cl2的溶解度,不利于NaClO生成,溶液呈堿性,陽極O2增加,降低析氯的電流效率。電極距離選用3~10mm,極距減小可使槽壓和電耗降。電流密度,使用涂層鈦電極時為13~20A/dm2。次氯酸鈉發器電耗一般約為3.7~7kW·h/kg。
      二氧化氯發生器,采用隔膜電解槽,電解氯化鈉溶液,生成包括二氧化氯在內的混合氣體,在水中溶解形成殺菌消毒液體。 次氯酸鈉的分子式是ClO2,易溶于水,遇水分解,容易和水發生化學反應在水中的溶解度是氯的5-8倍。溶于堿溶液而生成亞氯酸鹽和氯酸鹽。 
       4、陰極保護 
      由于在海洋、船體、橋梁等鋼材使用環境中,由于鋼中雜質及微電池的腐蝕作用,加上復雜的自然環境,雖然選用耐蝕合金鋼,并增加材料厚度涂制優良耐蝕油漆,但這些構筑物的腐蝕仍非常嚴重,極大的威脅安全生產,而陰極保護是對海洋中永久性鋼構筑物進行有效保護方便而重要的措施。
       ①利用外加電流,使被保護金屬結構的整個表面變成陰極,叫做外加電流陰極保護。 
     ②在需要保護的金屬設備上連接一種電位更負的金屬或合金,叫做犧牲陽極保護。 
      應用于以下領域: 
      1)淡水及海水中,防止船舶、碼頭、平臺、閘門和冷卻設備等的腐蝕。 
      2)堿及鹽類溶液中,防止儲槽、蒸發罐、熬堿鍋等的腐蝕。 
      3)土壤及海泥中,防止管線及電纜等的腐蝕。 
      5、鍍金、鋼板鍍鋅鍍錫 
      鈦電極具有優良的導電性和耐蝕性,使用壽命比鉛陽極高得多,可穩定工作4000小時以上,成本低,將是國內外電鍍鋅、錫生產發展的必然趨勢。 鈦電極目前在日本、美國、德國、國內使用,不僅大大節省電鍍能耗,而且由于可以增大電鍍電流密度,為生產厚鍍鋅、錫鋼板創造了條件。
        6、有色金屬提取 
       電解冶金在濕法冶金工業中占有很大的比重,采用電解冶金生產的有色金屬包括Zn、Cd、Cu、Mn、Co、Ni、Cr等。
         電解冶金的優點是具有很高的選擇性,可獲得高純金屬,能回收有用的金屬,因此可處理低品位的礦物及組分復雜的多金屬礦,有利于資源的綜合利用。另外,對環境的污染較小,生產較易連續化和自動化。 近些年來電解提取金屬領域已廣泛使用涂層鈦電極,已成為第二個大規模使用鈦電極的工業領域。
        7、電解銅箔 
      隨著科技發展,自動化程度日益提高,推動了電子工業迅速發展。大型集成電路的應用使得電子及儀表工業對銅箔的需求量增加,對銅箔的質量要求也越來越高。 根據厚度,可分為105μm、70μm、35μm、18μm、12μm、9μm以及5μm等幾種,其中12μm以下銅箔一般稱之為超薄銅箔。 電解銅箔采用部分浸在硫酸銅溶液中不斷旋轉的金屬輥筒作為陰極,連續電解產生箔材。國際上銅箔生產主要由日本控制,國內生產企業約十五家,產能在35000噸左右。
         8、污水處理 
       隨著工農業的迅速發展和人口增長,人類排放的污水量急劇增加,致使許多水域都遭受到不同程度的污染,電化學處理污水分為直接電解和間接電解。
        ①直接電解是指污染物在電極上直接被氧化或還原而從廢水中去除。直接電解可分為陰極過程和陽極過程。陽極過程指污染物在陽極表面氧化而轉化成毒性較低的物質或易生物降解物質,甚至發生有機物無機化,從而達到削減污染的目的,陰極過程是指污染物質在陰極表面還原而得以去除,主要用于鹵代烴的還原脫鹵和重金屬的回收。 
      ②間接電解是指利用電化學產生的氧化還原物質作為反應劑或催化劑,使污染物轉化成毒性更小的物質,間接電解可分為可逆過程和不可逆過程。可逆過程指的是氧化還原物質在電解過程中可電化學再生和循環使用;不可逆過程指利用不可逆電化學反應產生的物質氧化有機物。 應用于印染廢水處理、垃圾滲濾液處理、烘便污水處理、含氰廢水處理、制藥廢水處理、醫院污水處理、有機廢水處理。
        9、蝕刻液再生及銅回收 
      蝕刻是印刷線路板生產中一個重要工序,隨著蝕刻進行,廢蝕刻液中含有大量的銅離子或其他金屬離子,可通過電解的方式進行回收利用。通過此回收環節,企業不僅僅是以回收銅等金屬增加經濟效益,更重要的是排放達標和資源回收利用,具有長遠的社會效益。 廢液包括:酸性蝕刻廢液、堿性蝕刻廢液、低含銅廢液、廢定影液、廢邊框料、含鎳廢液、含金和鈀的廢液、廢退錫水。 

五、電極使用注意事項 
       1、鈦電極經氧化燒結完成后為黑色表面,不涂層表面呈藍色不具有電極性能,黑色一面對應陰極使用。
         2、鈦電極基體一旦酸洗完成,以后所有的生產加工工序及使用工序中,必須嚴格小心進行,挪運時戴干凈手套卡住陽極兩端或邊緣處,最好接觸在不涂層部分,涂層表面嚴禁任何異物劃傷。 
       注:鈦基體本身不導電,其外層涂履貴金屬氧化物涂層才具有電催化活性、導電性、抗氧化性,但其厚度只有30微米左右,如遭到劃傷或破壞,則在電解過程中,電極首先會從損傷處腐蝕,進而影響整個電極的使用質量和效果。 
      3、電解液保持穩定性,尤其不能含有氰離子和氟離子,這些雜質會嚴重腐蝕鈦基體; 
      4、電解液進入電解槽前加過濾裝置,不能含有直徑大于0.1mm的金屬粒子,以防止聚集過多而導致陽極陰極短路。
        5、電解回收銅、鎳、金、銀、鈷等金屬時,陰極附著物不得過厚,以防止極間距過小或者尖狀金屬生成導致陰陽極短路擊穿。
        6、陰陽極間距可根據實際生產設定,一般在5-25mm。總體來講,極距大會增加電壓降,但不宜過小,否則陰極表面產生的陰極垢容易造成極板短路; 
      7、避免倒極使用。貴金屬氧化物涂層一旦作為陰極使用,表面產生還原反應,易轉變成金屬單質,就無法與鈦基有效的結合,造成涂層脫落。
        8、停機時不宜長時間以斷電模式浸泡在溶液中,最好加載一個5A左右的小電流來保護極板。 
      9、停機或其他檢修狀況時,加稀酸或用清水清洗電極表面,但不得用尼龍或機械物質等沖刷。
        10、電解液工作時溫度不宜過高,理想溫度25-40℃,可加換熱裝置以保持電極最佳使用環境。
        11、正常工作電流密度2000A/m2以內,電流過大造成反應太激烈,縮短陽極壽命; 
      12、開機時,給電解槽加載電流時循序漸進,不要一次性升到位,停機時亦然。
        13、在生產使用當中保持陽極潔凈,不能沾染油污或其他附著物,以免影響電解效果和電極壽命。


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