Катод для электролиза кислых растворов

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК ОСУДАРСТВЕННЫЙПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕН МИТЕТ СССРИЙ И ОТНРЬТИЙ АВТОРСНО ЕЛЬСТ МУ Св затрат на проа счет снижеделения водоросодержит переЧ группы периментов при слемпонентов,вес.В: целью сни ведение э ния перен да, он до ходной ме одической дующем соХром Никель Молибд 0 ереходн металл П или М гру 0,3-10Остальноеи. 1, о т л и чем, что в качествталла он содержитий. Железо2, Катодщ и й с яереходногоитан илн ни м ОПИСДНИЕ ИЭОБР(72) А.К.Горбачев, Ф,К.Андрющенко, В.К.Никифоров, А П,Лобковский, В,П.Бочин, Л.В.Опарин и А.Б.Булатов (71) Харьковский ордена Ленина по-. литехнический институт им. В. И.Ленйна(53)621. 3.035,226 (088,8) (56) 1, Якименко Л.М. Электродные материала в прикладной электрохимии. М., фХимйя 11, 1977, с. 130-150.2. Сухотин А,М., Зотиков В.С.Химическое сопротивление материалов. М., фХимияф, 1975, с. 37 (прототип). (54)(57) 1. КАТОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОЛИЗА КИСЛЫХ РАСТВОРОВ, содержащий железо, ,хром, никель, молибден и медь, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с БО 1033578 А жения энерголектролиза запряжения выполнительноталл Ю илиИзобретение относится к электрохимии, в частности, к материаламдля изготовления катодов, используемых при электролизе кислых средв процессе получения водорода, надсерной кислоты и ее солей.Выбор катодных материалов, работающих в кислых средах, весьма ограничен вследствие их значительнойкоррозионной активности,Известно применение для электролиза растворов серной и соляной кислот графитовых катодов,отличающихся высокой коррозионной стойкос,тью Г 13,Однако при этом графит является 15малотехнологичным материалом, а ка"тоды, изготовленные из него, характеризуются высоким перенапряжениемвыделения водорода.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому является катодныйматериал для электролиза кислыхрастворов, содержащий железо, хром,никель, молибден и медь, например,сталь марки Х 18 Н 28 МЗДЗ (ЭИ 530), содержащую, вес.: углерода менее 0,1, .хрома 17-19, никеля 27-29, молибдена 2,5-3, меди 2,5-, 3, железо - остальное23Изготовленные из этой стали, обладающей хорошей коррозионной стойкостью в кислых средах, катоды имеют удовлетворительные электрохимические характеристики, однакохарактеризуются довольно высоким перенап- З 5ряжением выделения водорода на них.Так, при электролизе растворов серной кислоты при промышленных плотностях тока 1000-3500 А/м и температуре 25 С этот показатель .составляет 0,45-0,75 В.Целью изобретения является снижение энергозатрат на проведение электролиза за счет снижения перенапряжения выделения водорода на катодах, 45изготовленных из коррозионностойкихматериалов, предназначенных для работы в кислых средах,Поставленная цель достигается тем, что катод для электролиза кислых растворов, содержащий железо, хром, никель, молибден и медь, содержит переходной металл 1 Ч или Ч группы периодической системы элементов, а компоненты взяты в соотношении, 55 вес.:Хром 17-25Никель о 22" 29Молибден 2,5-3,0Медь 2,5-3,0 60Переходныйметалл 1 Чили Ч группы 0,3-10Железо Остальное65 При этом в качестве переходногометалла катод содержит мЕталл )Ч гру 1пы - титан или металл У группы -ниобий,Введение в материал для изготовления катода переходных металловЧили Ч группы периодической системыэлементов способствует облегчениюпротекания процесса разряда и рекомбинации водорода вследствие способности указанных металлов адсорбировать водород вплоть до образованиягидридов.Из приведенных групп металловнаилучшие результаты достигнутыпри введении титана или ниобия. Оптимальная добавка этих металлов составляет 1 вес. и при.дальнейшемувеличении ее количества до 10величина перенапряжения выделенияводорода снижается незначительно.Введение добавки свыше 10 не оказывает сколько-нибудь заметноговлияния на величину перенапряжениявыделения водорода.П р и м е р ы 1-4. Готовят 4 смеси с минимальным и оптимальным качествами переходных металлов, каждаяиз которых содержит, вес.: хрома 21, никеля 25,5, молибдена 3, меди 3, причем две из смесей дополнительно содержат титан, а другие двениобий в количестве по 0,3 и 1,0 вес.%каждого. Остальную часть до 100во всех четырех смесях составляетжелезо.Каждая смесь сплавляется отдельно в тиглях в дуговых электропечах.Из полученных сплавов изготавливаюткатоды.П р и м е р ы 5 и б. Для полуЧения катодного материала с максимальным содержанием переходных металлозна рабочих поверхностях катодов,содержащих по 1 вес. титана и ниобия и полученных согласно вышеописанным примерам, термодиффузионнымметодом доводят их содержание до10 весДля этого, в случае титана, насыщение рабочей поверхности катодаосуществляют, помещая образец катодного материала в ампулу, содержащуюпорошкообразные, вес. титан марки ПТОМ 75, окись алюминия 24 ихлористый аммоний 1.Далее ампулу помещают в печь иосуществляют термическую обработкув атмосфере водорода при 1100 С втечение 3 ч. Для насыщения рабочей поверхности катода ниобием используют смесь, содержащую порошкообразные,вес.: ниобий 50, окись алюминия 49, хлористый аммоний 1. Насыцение поверхности осуществляют, как описано выше, но в течение 4 ч,1033578 Катоды, полученные согласно примерам 1-6, испытывают в 1 и 5 моляр.ных растворах серной кислоты при плотностях тока 1000-3500 А/м и температуре электролита 20 фС. 2.Перенапряжение (В) при плотностях тока, А/м Добавки,вес.В.0,3 0,25 Ниобия 0,32 0,3 0,35 0,27 0,3 0,15 0,22 0,26 0,18 1,0 0,28 0,23 0,3 10 0,25 40Оптимальная Добавка титана н нио-:бия составляет 1 вес.В, посколькуобеспечивает минимальное перенапря- .жение выделения водорода на катоды,изготовленных из предлагаемого .катод Мого материала. Составитель Т.БарабашТехред М.тепЕр Корректор А.Тяско Редактор Т.Кугрышева Заказ 5567/29 Тираж 643 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5филиал ППП фПатентф, г.ужгород; ул.Проектная, 4 1Как виДно из таблицы, величина перенапряжения выделения водорода составляет 0,15-0,40 В, что на 0,30-.0,35 В ниже той же величины у прототипа (0,45- 075 Ц). Спустя 15 ч работы на каждом из катодов измеряют величину перенапряжения выделения водорода. Данные испытаний приведены в таблн це. Применение предлагаемого катод- ного материала в прикладной электрохимии обеспечивает малую изнашиваемость таких катодов при лучшей их обрабатываемости в процессе изготовления эа счет замены хрупкого, быстроизнащиваемого,и малотехнологичного графита на металл, а также снижение расхода электроэнергии на 1000-1300 квтч на 1 т 100-ной перекиси водорода, полученной через надсерную кислоту, или на 1200 квтч прн получении 1000 мэ водорода.3