Катод электролизера для получения и рафинирования металлов

и 1) 617492 ОЛИГАНИЕ ИЗОБРЕТЕМ ИЯ Союз Советских Социалистических Республик(22) За соединением заявкиГосударствевный комитатСовета Министров СССРло делам изобретенийи открытий(45) вторызобретения Гурин, М. М, Бровко, С. И, Онищенко, А. Л, Созина, В. И. Белобрагин и Б. Ф, Ковалев 71) Заявите 4) КАТОД ЗЛЕКТРОЛИЗЕРА ДЛЯ НОЛУЧЕНИЯ И РАФИНИРОВАНИЯ МЕТАЛЛОВИзобретение относится к области электролитического получения металлов из расплавленных сред и направлено на совершенствование катода электролизера.Для получения чистых металлов широкоприменяются электр охим ические методы,последней стадией которых является выделение металла на твердом катоде. Выборматериала катода имеет существенное значение, так как при отделении металла от 10основы катода в катодный осадок могут попасть примеси материалов катода,Известны катоды из графита, которыйхимически устойчив в агрессивных средахпри высоких температурах и обладает при 15этом незначлтсльным электросопротивлением 1.Однако такие графитовые катоды имеютслабую механическую прочность и образуют прочное сцепление осаждаемого материала с основой катода, что приводит к загрязнению осадка углеродом и к разрушению поверхности катода,Известен катод на основе карбида кремния (95 - 98% 51, остальное С), обладаощий высокой коррозионной стойкостью вагрессивных средах. Так как карбид кремния химически нейтрален во многих электролитах при высоких температурах, тоосаждаемый материал на карбид-кремние вых катодах обладает повышенной чистотойи легко отделяется от основы катода в сравнении с графитовыми катодами 21,Однако карбид-кремниевые катоды менееустойчивы при термоциклировании, а ихэлектрическое 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 электролизерадля получения и рафинирования металлов,выполненный из графита и карбида кремния. Карбид кремния нанесен на наружнуюповерхность тела электрода, выполненногоиз графита. Такое выполнение катода обеспечивает сохранение хороших электрических свойств катода и создает защиту наружной поверхности от окисления 3.Однако большая разница в величинахкоэффициентов термического расширения(КТР) приводит к отделению карбидногослоя от основы катода при термоциклических нагрузках и преждевременному выходу катода из строя,Целью изобретения является повышениемеханической прочности и долговечностипри термоциклических нагрузках,617492 Количество термоциклов до разрушения2 СС51 С+С 1500 3500 3200 30 Г, Титова Составитсль Корректор Л, Брахнина О, Т)прина Тсгст Рсдактор 3. Хвдакова Подписное Тираж 763 Изд,502 3 аказ 1360/17 пр. Сапунова, 2 1 и п О Г р а 51) и 51,Это достигается тем, что катод выполнениз композиции углерод - карбид кремния и имеет не менее трех концсптричцых 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 содержание карбида кремния распределено с возрастанием коштецтрацип от центрального слоя к нарукцому.Увеличение концентрации ЯС в композиции углерод - карбид кремния во внешнем слое повышает механическую прочность катода и облегчает отделение осадка от основы катода, но при этом уменьшается его электропроводцость и стойкость прц термоциклических нагрузках. Предлагаемая слоистая конструкция катода с уменьшающимися по толщине от центра к периферии слоями с одновременным возрастанием концентрации ЯС в слоях в том яе 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 ЯС 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 20 с/в и оканчивается при 65% концентрации ЯС в наружном слое. Уменьшение концентрации углерода в композиции углерод - карбид кремния приводит к тому, что эта композиция становится менее эластичной и по хрупкости прибликается к однородному карбиду кремния. Поэтому еще и с этой точки зрения нецелесообразно увеличивать концентрацию ЯС более 65% в композиции углерод - карбид кремния. Необходимость введения 5 - 15/, ЯС в углерод - карбид-кремниевую композицию в центральной части катода определяется 20 - 65 -ным содерКанием 81 С в наружном слое и в связи с этим необходимостью обеспечения небольшой разницы концентрации 51 С в смежных слоях, увеличение которой приводит к увеличению разности значений КТР смежных слоев, что понияает устойчивость катода 5 при термоцикличсских нагрузках.Готовят катод электролизера, состоящийиз композиции углерод - карбид кремния, составные части которой меняются в трех слоях: в центральной части катода диамет ром 50 мм - 10% ЫС, остальное - С; впромежуточном слое толщиной 18 мм - 20% ЯС, остальное - С; в наруяном слое толщиной 12 мм - 40% ЯС, 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 катодовиз разных материалов приведены в таблице.20 Использование изобретения позволяетзначительно повысить срок службы катодов и уменьшить их электросопротивление, что 35 обеспечивает им высокую экономичность. Формула изобретения Катод электролизера для получения и 40 рафинирования металлов, выполненный изграфита и карбида кремния, о т л и ч а ющи й с я тем, что, с целью повышения механической прочности и долговечности прц термоциклических нагрузках, оц выполнен 45 из композиции углерод в карб кремния иимеет не менее трех концецтричных слоев с уменьшением их по толщине от центра к периферии и содеркацием карбида кремния в наружном слое 20 - 65 вес. %, в цент ральцом 5 - 15 вес. %, а в остальных слояхсодержание карбида кремния распределено с возрастанием концентрации от центрального слоя к наружному.Источники информации,55 принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР1)(ь 289141, кл. С 220 3/02, 1969.2. Авторское свидетельство СССРМо 546666, кл. С 25 С 3/08, 1975.