Катод для электрохимической ячейки

Изобретение относится к электрохимии, конкретно к катоду для электрохимической ячейки проточного типа, и может бытьиспользовано в различных отраслях промышленности для извлечения металлов израстворов электролитов, например в гидрометаллургии, а также для решения экологических задач - очистки промстоков отметаллов.Известен электрод для злектрохимической ячейки проточного типа, включающийрамочный держатель, выполненный из пластины изоляционного материала и текстильной ткани, сделанной из углеродныхволокон, и расположенной во внутреннемпространстве держателя. Держатель заключен между мембраной и биполярной пластиной таим образом, что злектролитическийраствор протекает через текстуру ткани впрямом или обратном направлении.Недостатком указанного устройства является низкая рабочая электродная поверхность и в связи с этим невысокая егоэффективность, особенно в случае использования разбавленных растворов.Наиболее близким к предложенномурешению по технической сущности является обьемно-пористый проточный катод, выполненный из углеволокнистого материала(УВМ), закрепленного посредством решетчатых зажимов между токопроводящимиперфорированными стенками. контактирующими с токоподводящей планкой, закрепленной в верхней части рамочногодержателя, снабженного отверстием дляввода раствора.Недостатком известноо катода является низкая удельная электродная поверхность катода и отсутствие избирательностиизвлечения различных металлов иэ раствора электролитов,Целью изобретения является повышение эффективности использования УВМ катода и обеспечение избирательностиизвлечения различных металлов из раствора электролитов,Это достигается за счет выполнения катода иэ нескольких слоев УВМ, отделенныхдруг от друга последовательно расположенными прокладками, не препятствующимипротоку сквозь катод электролита, иэ токойепроводящего материала и электропроводного материала с электропроводностью,превышающей электропроводность УВМ.причем прокладки иэ электропроводящегоматериала имеют индивидуальное соединение с источником тока,В качестве УВМ используют углеродный войлок, углеродную ткань, углекомпозиты и др. Слои УВМ в зависимости от 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 решаемой задачи могут быть однородные. т.е. выполнены из одного и того же УВМ, и могут быть выполнены иэ различных УВМ, отличающихся электрическими характеристиками. В этом случае можно достигнуть избирательного осаждения отдельных металлов на различных слоях УВМ.В качестве токонепроводящего материала, проницаемого для электролита, можно испольэовать фильтровальную бумагу, асбестовую ткань, асбокартон, полимерные материалы и др,Электропроводящая прокладка может быть выполнена из металла, композитного материала в виде сетки, или перфорированной, или пористой пластины, или проволоки, или стержня,Токонепроводящая прокладка, не препятствующая протоку сквозь катод электролита. обеспечивает независимую работу каждого слоя УВМ как отдельного биполярного электрода, увеличивая тем самым площадь наиболее интенсивно работающей фронтальной поверхности катода пропорционально числу слоев УВМ,Электропроводящая прокладка обеспечивает возможность токоподвода к внутренним слоям объемного катода, что позволяет существенно улучшить распределение потенциала по объему катода, обеспечив высокую интенсивность осаждения металла не только на фронтальных, но и на внутренних поверхностях УВМ,С целью улучшения распределения потенциала внутри объемного катода, а также с целью создания возможности раздельного осаждения двух и более извлекаемых из электролита металлов на различных слоях УВМ, на отдельные разделительные прокладки иэ электропроводящего материала предусмотрена воэможность подачи различных значений электрического потенциала за счет обеспечения независимого соединения каждой прокладки с источником тока.Анализ известных технических решений в данной области показывает, что отсутствует техническое решение, тождественное предложенному, а сравнительный анализ с прототипом позволил выявить отличия, а именно выполнение катода многослойным, причем отдельные слои отделены друг от друга прокладки иэ токонепроводящего материала и прокладками из токопроводящего материала, проницаемыми для электролита,Таким образом заявляемое в качествеизобретения техническое решение соответствует критерию новизны.200133 Анализ технических решений в исследуемой области и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии е них признаков, сходных с существенными отличительными признаками заявляемого технического решения,следовательно и о соответствии его критерию изобретательский уровень.На чертеже представлен общий вид катода из трех слоев УВМ(частный случай), где 1, 2, 3 - слои УВМ: 4, 5 - прокладки из токонепроводящего, проницаемого для электролита материала; б; 7 - прокладки из злектропроводящего материала: 8 - токо- подвод; 9 - фронтальная сетка; 10 - обечайка. Обечайка 10. фронтальная сетка 9 и токоподеод 8 обеспечивают фиксацию рабочих элементов катода - слоев УВМ 1, 2, 3 и прокладок 4-7 в виде кассеты, которую помещают в электролизер.При работе катод е сборе помещают в элек Грохимическую ячеи ку (элект ролизер) таким образом, что фронтальная сетка обра. щена в сторону анода и отделена от последнего мембраной. Обрабатыеаемыи раствор (электролит) пропускают через катод вдоль слоев УВМ 1-3 и разделительных прокладок 4-5 или вдоль оси катода последовательно через слои УВМ и разделительные прокладки в зависимости от конструкции злектролизера.Для испытаний был изготовлен катод из шести слоев углеродной ткани УРАЛ 1. КАТОД ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ЯЧЕЙКИ, содержащий не менее двух слоев углеволокнистого материала и токоподвод, отличающийся тем, что он снабжен проницаемыми для электролита электропроводными и неэлектропроеодными прокладками, попарно размещенными между слоями углеволокнистого материала, каждая электропроеодная прокладка соединена независимо с токоподводом, причем их электропроеодность превышает электропроводность углеволокнистого материала.2. Катод по п.1. отличающийся тем, что незлектропроводные прокладки выполнены из фильтровальной бумаги, или асбеста, или полимерного материала. 40 45 50 материалов с разными электрическими ха 55. рактеристиками. Формула изобретения 5 1 О 15 20 25 30 ТМ 4/22, разделенных прокладками из фильтровальной бумаги и сеткой из нержавеющей стали. Катод испытан в процессе извлечения меди из кислого раствора сульфата меди с концентрацией 10 мг/л е элек. тролизере фильтр-прессного типа.В качестве материала катода кроме упо. мянутой ткани УРАЛ-ТМ 4/22 были испытаны также ткань ТГНМ и войлок МТИЛОН. различающиеся по физическим свойствам, в первую очередь электропроводностью. Испытания показали их различное поведение при использовании в качестве материала катода в том числе избирательное действие при осаждении смеси металлов, Моделирование процесса избирательноо осаждения металлов на различных с-оях катода показало следующее: при концентрации меди и никеля в растворе равной 1 ммоль/л. и использовании двухслойного катода толщиной 0,2 см с одинаковой электропроводностью слоев, равнои 0.005 Си/см, количество осажденного никеля соотносится с количеством осажденной меди как 0.23:1 в первом слое и 1.25: во втором слое. Если второй слой изготовить иэ УВМ с электропроводностью О. Си/см, то соответствующие соотношения будут равны 0.23:1 и 3.5:1.(56) Авторское свидетельство СССРМ. 395497. л. С 25 С 7/00973,3. Катод по и.1, отличающийся тем, что электроводная прокладка выполнена из металла или композиционного материала,4, Катод по пп,1 и 3, отличающийся тем, что электропроеодная прокладка выполнена в виде сетки, или перфорированной пластины, или пористой пластины, или проволоки, или стержней,5. Катод по п.1, отличающийся тем, что слои выполнены из углеродной ткани, или из углеродного войлока, или из углеродсодержащего композицонного материала. 6, Катод по пп.1 и 5, отличающийся тем, что слои выполнены из одного углеволокнистого материала. 7, Катод по пп,1, 5, отличающийся тем,что слои выполнены иэ углееолокнистых, Раушская наб 4/ НПО "Поис13 О 35, Москва, Жг 1 гвиэнод 18 енно-издательский комбинат "Патент", г, ужгород ул Гз лг и