钛及钛合金电极材料的应用概况

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1、钛及钛合金电极材料的应用概况摘要:涂层钛电极在水银法生产显示的优越性,使它很快又应用隔膜法;离子膜法生产上,现在已广泛应用在电化学和电冶金两大工业部门中。可以说,只要是水溶液电解领域都有可能研究和使用涂层钛电极。电极已进入钛电极时代。1972年底我国上海、北京等地进行钛阳极电槽的实验,并于1974年通过金属阳极的技术鉴定。至1987年上半年,全国已有30㎡工业槽1600多台投入生产,生产能力达全国烧碱总产量的1/3关键字:钛电极化工冶金电解电镀应用一、钛及钛合金电极的发展史20世纪40~50年代金属钛生产有了突破性发展。1940年W

2、.克劳尔博士发明镁热还原法制取海绵钛,美国矿务局于1948年完成工业生产。1910年美国电机公司技师M.A.Hunter发明钠热还原法制取海绵钛,英帝国化学公司于1950年建成年产1500t的钠法炼钛厂。之后,全世界钛产量不断增加,以1981年为例海绵钛产量已达12万t。用钛作为电极基体,使新型电极材料的出现露出曙光。钛被称为阀性金属,有稳定的氧化层保护,使阳极电流不能通过,所以在盐水电解条件下有良好的耐久性和形稳性。金属钛可随意进行机械加工,可制成多孔板、扩张网、百叶窗状等最佳形状。用钛作基体,与钨基体相比,价格便宜,加工方便,在

3、电化学反应中更为稳定。1950年英国ICI(ImperialChemical11Industries)公司金属研究所的J.Cotton等和荷兰学者H.B.Beer几乎同时发明在钛基体上沉积铂或其他铂族金属薄膜的方法。为了把这个发明用于工业生产上,1957年Olin公司开始进行实验室研究,1960年和ICI公司共同在盐水电解的水银槽上进行工业化试验。通常,水银电槽中阳极和阴极间间隙为2~3mm,在30㎡以上的宽阔面积内维持住这么窄的间隙是很困难的。镀铂金属阳极会因瞬间短路而造成铂损耗,严重时钛基体也会损耗。Olin公司成功的开发了计算

4、机调节控制极间间隙系统,一举解决了上述问题。新型金属电极材料就是从钛镀铂电极开始的。电解技术的进步,电解槽向大型化发展,且要大幅度提高劳动生产率,石墨电极已不适应氯碱生产发展形式的要求。1959年有人提出了一种设想,以金属钛作为电极基体,发明析氯用新型金属阳极。MagunetoChemie和ICI开展涂层配方的研究,60年代初开发了氧化物涂层,1965年N.Beer在非洲获得氧化钌涂层专利,并于1967年在比利时公布了钛基混合氧化钌涂层专利。同时,ICI的金属部门(后来成为帝国金属工业公司(IMI))也独立地开发了氧化物类型的涂层。

5、60年代全世界食盐水电解工业每年消耗电量约1500亿KW.h。随着石油化学产品氯乙烯、氟氯烃、氯溶剂生产能力的增加,以及用于造纸、纸浆工业的次氯酸盐生产能力的扩大,盐水电解设备数量明显增加。但是,石油危机而导致能源价格高涨,因此使用新型电极材料,降低能耗就变得十分迫切。1968年意大利De11Nora公司首先将H.Beer的钌钛涂层研究成果实现了工业化。涂层钛阳极首先成功用在水银法生产上,水银法生产时不产生氧气,故H.Beer配方RuO2.TiO2涂层可以很好的使用。水银法生产有钠汞齐析出,对电极腐蚀严重,但RuTiOx涂层显示良好

6、耐久性。与镀铂电极相比,氧化钌电极不会产生钠汞齐,在水银槽中使用不存在调节极间间隙问题。涂层钛电极在水银法生产显示的优越性,使它很快又应用隔膜法、;离子膜法生产上,现在已广泛应用在电化学和电冶金两大工业部门中。可以说,只要是水溶液电解领域都有可能研究和使用涂层钛电极。电极已进入钛电极时代。1972年底我国上海、北京等地进行钛阳极电槽的实验,并于1974年通过金属阳极的技术鉴定。至1987年上半年,全国已有30㎡工业槽1600多台投入生产,生产能力达全国烧碱总产量的1/3二、钛及钛合金电极在化工领域的应用1,氯碱工业钛阳极的诞生极大地

7、推进了食盐电解生产的发展,被誉为是氯碱工业一大技术革命。DSA的发明是20世纪电化学工业最重大发明之一,是对电化学领域划时代的贡献。阳极直接,经常与化学性质极活泼的湿氯气,新生态氧气,盐酸及次氯酸等接触,因此对阳极材料包括:具有较强的耐化学腐蚀性,氯过电位低,导电性能良好,机械强度高,易于加工,价格便宜。氯碱生产过程中,曾试用过铂、磁性氧化铁、炭、人造石墨等。炭的强度不高,导电率小,不耐腐蚀;磁性氧化铁具有较高的耐化学腐蚀性,但导电性差,质脆不易加工,对氯过电位高,不宜做电极;铂是最理想的电极,但价格太贵,不宜用于工业生产;人造石墨

8、电阻大,电能消耗大,易损耗。11金属阳极是20世纪60年代后期出现的一种新型高效电极材料,和石墨阳极比较,金属阳极具有很多优点,因此在氯碱工业上应用发展很快。氯碱工业最早使用钛阳极,且是使用数量最大的行业。意大利DeNora公司和美国

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