Электродные материалы

       Индивидуальная регулировка положения каждого из электродов по показателям, характеризующим его нагрузку, дает лучшие результаты по снижению напряжения на электролизере. Однако число электродов в современных конструкциях мощных электролизеров велико и затраты труда на процесс регулирования велики. При осуществлении автоматического регулирования межэлектродного расстояния необходима установка большого числа приборов для определения нагрузки на каждый электрод и изменения их положения.  
       Поэтому во многих конструкциях электролизеров применяют принцип группового регулирования положения анодов относительно катода.  
       Хотя в этом случае из-за неточности установки и неравномерности износа отдельных анодов достигается меньшая точность регулирования и напряжение на электролизере несколько выше, затраты труда на регулирование резко снижаются.  Поэтому по экономическим соображениям часто предпочитают групповую систему индивидуальному регулированию. Иногда сочетают постоянно работающую систему группового регулирования с периодической индивидуальной подрегулировкой положения отдельных анодов.

       В электролизерах  с жидким горизонтальным катодом  можно регулировать межэлектродное  расстояние изменением толщины слоя жидкого катода, повышая уровень отвода катодного металла из электролизера.  
       Эта же задача одновременного изменения расстояния между катодами и всеми анодами, закрепленными в крышке, может быть решена поднятием или опусканием всей крышки электролизера при эластичном соединении крышки с корпусом электролизера, либо использования вместо прокладки надувного шланга; изменяя давление жидкости или газа в этом шланге, можно поднимать или опускать крышку с анодами.  
       Промежуточным вариантом является разбивка всей крышки электролизера на несколько частей и одновременное регулирование группы анодов каждой части, закрепленных на общей раме, которая приводится в движение механическими устройствами (вручную или автоматически).  
       Наибольшей трудностью в процессе регулирования межэлектродного расстояния является контроль фактического расстояния между электродами, т. е. фактический контроль нагрузки на каждый из электродов. Установка стационарных измерителей тока на каждый из электродов требует больших затрат.  
       Предложено много вариантов контроля, позволяющих фиксировать короткие замыкания на электролизере, а также схем и устройств для ручного и автоматического регулирования межэлектродного расстояния на горизонтальных электролизерах с ртутным катодом. Наиболее простой является система так называемого самоопускания, которая заключается в том, что аноды опираются на днище электролизера через специальные дистанционные подкладки или зонды, определяющие величину межэлектродного расстояния. Причем предполагается, что сечение дистанционных подкладок невелико и они не мешают нормальному движению ртути по днищу и не изменяют скорость износа графита в точке опоры его на подкладку. Кроме того, необходимо обеспечить свободное опускание анодов под действием их собственной массы по мере износа. Все эти допущения в производственных условиях выполняются только частично, и, несмотря на большое число предложений и работ в этом направлении, не удалось разработать систему самоопускания анодов, пригодную для промышленного использования.  
Предложена система регулирования межэлектродного расстояния, основанная на том, что периодически поочередно производится опускание всех анодов до короткого замыкания с амальгамой или до величины межэлектродного расстояния, близкой к короткому замыканию, а затем их поднимают на определенную, заранее заданную и постоянную для всех анодов высоту.   Такое регулирование межэлектродного расстояния можно производить в рабочем состоянии электролизера и при выключенном поляризующем токе, когда электролизер можно рассматривать как химический источник тока[18].  
       Наиболее широко используют системы последовательного регулирования отдельных анодов или групп анодов, опуская их на определенное расстояние и контролируя процесс по показателям, характеризующим нагрузку на каждый из анодов или на каждую группу анодов.  
       В разнообразных схемах ручной или автоматической регулировки межэлектродного расстояния для определения величины нагрузки на регулируемый анод или группу ганодов в большинстве случаев используются электрические параметры — измерение магнитного поля проводника, перепад напряжения на сопротивлении определенного участка проводника или аналогичные показатели. Для управления процессом регулирования межэлектродного расстояния применяются также вычислительные машины [19].  
С использованием малоизнашивающихся анодов проблема регулирования межэлектродного расстояния не отпадает, а лишь приобретает иное направление. Износ анодов с переходом к малоизнашивающимся анодам устраняется, однако опасность коротких замыканий не только не снижается, но во много раз возрастает. Короткие замыкания могут возникать при малых величинах межэлектродного расстояния, из-за всяких нарушений регулярности потока амальгамы, появления амальгамных пен и масел на поверхности амальгамного потока. Если при использовании графитовых анодов кратковременные короткие замыкания не приводят к разрушению анодов, то при использовании малоизнашивающиеся аноды даже кратковременные короткие замыкания выводят полностью аноды из строя за очень короткий срок. Поэтому возникает необходимость создания надежной и быстродействующей системы защиты малоизнашивающиеся аноды от коротких замыканий.  
       Было предложено помещать между малоизнашивающиеся аноды и ртутным катодом промежуточный пористый элемент или наносить на активно работающую поверхность анода пористый защитный слой, стойкий к воздействию амальгамы. Разрабатывают устройства для быстрого подъема отдельных анодов или их групп при повышении па них нагрузки выше допустимой с последующим опусканием на заранее установленную величину. Применяют также металлические плавкие вставки на токоподводах к электродам, которые, плавясь в случае превышения силы тока, выключают анод из цепи.  
       Регулирование межэлектродного расстояния указанными выше методами возможно в электролизерах с односторонней работой анодов. В большинстве конструкций электролизеров с диафрагмой и вертикальным расположением анодов используется двухсторонняя работа анодов. Для этих конструкций электролизеров нет достоверных сведений о практически применяемых методах восстановления межэлектродного расстояния по мере износа графитового анода. Имелись указания о регулировке межэлектродного расстояния на дисковых электролизерах с ртутным катодом. 

       Регулирование межэлектродного расстояния при двухсторонней работе анодов может быть осуществлено при применении анодов конической формы или клиновидных. Перемещая анод в вертикальном направлении, можно изменять межэлектродное расстояние.  
       В электролизерах с твердым катодом типа БГК-17 иногда заменяют в середине тура работы анодов катодный блок другим с более толстыми катодными пальцами. При этом электроды сближаются. Аналогичные способы используют и за рубежом [20].  
       Для электролизеров с графитовыми анодами для получения гипохлорита натрия предложена система, в которой электроды противоположного знака сжимаются пружинами и сближаются по мере износа графита, а постоянство межэлектродного расстояния обеспечивают установкой дистанционных вставок. Разрабатывают подвижные соединения электродов с токоподводящими элементами с целью обеспечения регулирования межэлектродного расстояния в вертикальных электролизерах с диафрагмой. Между электродами устанавливают дистанционные вставки из непроводящего материала, ограничивающие возможность сближения анода и катода. Фирмы «Даймонд Шемрок» и «ППДж» приводят работу по использованию расширяющихся анодов в сочетании с дистанционными вставками для снижения напряжения и расхода электроэнергии на производство хлора в электролизерах с диафрагмой.  
       Практическая разработка способов регулирования расстояния между электродами для современных электролизеров с твердым катодом и вертикальным расположением электродов представляет большой интерес[21]. 

 

                                                    

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                           

 

                                                         Заключение

В заключении хотелось бы обобщить весь вышеизложенный материал.

Электрохимические методы производства широко применяются в химической промышленности, цветной металлургии и во многих отраслях народного хозяйства.

Правильный выбор материала и конструкции электродов является одной из наиболее важных проблем в прикладной электрохимии. От решения этих задач зависит очень многое, например, конструкция электролизера, электрический баланс ячейки, расход электрической энергии, а также направление и селективность протекания электродных процессов.

Исходя из этого, можно сказать, что свойства материалов определяются не только протеканием, кинетикой электродных процессов и энергетических показателей технологического процесса, конструктивными формами электродов и электролизеров, но также их электропроводность и коррозийная устойчивость в условиях протекания электрохимического процесса, кроме всего этого, материал электродов должен быть недорогостоящим.

Таким образом, можно прогнозировать широкое развитие данной области и распространение использование электродов.

           Итак,  поставленные задачи  отражены и разобраны, а цель реферата - изучить электродные материалы, разновидности электродов и  материалы, из которых их изготавливают, их применение в прикладной электрохимии была достигнута.

Данный реферат можно использовать как дополнительный материал по технологии получения, строения и свойствам электродов.

                              

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                        Библиографический список

 

1.Якименко Л. М. Производство хлора, каустической соды и неорганических хлорпродуктов. M., «Химия», 1974. 600 с.  
2.Якименко Л. M., Серышев Г. А., Фиошин М. Я., Хим. пром., 1972, JV« 10, с. 727—735. 

3. Поспелова Н. В., Раков A.A., Веселовский В. И., «Электрохимия», 1970, т. 6, № 1, с. 56—64.

4.  Ходкевич С. Д. и др., «Электрохимия», 1970, т. 6, JV« 1. с. 135—138.

5. Андреева В. В., Казарин В. И. Новые конструкционные химически стойкие металлические материалы. Под ред. И. Я. Клинова. M., Госхимиздат, 1961. 190 с; Свойства элементов. Справочник. Под ред. Г. В. Самсонова. Т. 1. M., «Металлургия», 1976. 600 с. 

6. Лин-Ин Гу, Шумилова Н. А., Багоцкий В. С, «Электрохимия», 1967, т. 3, № 4, с. 460—466. 

7. Колотыркин Я. M., «Защита металлов», 1967, т. 3, № 2, с. 131 — 144. 

8. Томашов Я. Д., Чернова Г. П., Коррозия и коррозионно-стойкие сплавы. M., «Металлургия», 1973. 232 с.  
9. Коханов Г. Н. и др., ЖПХ, 1962, т. 36, с. 480—488; Вестн. техн. эконом, информ. (НИИТЭхим), 1959, № 2, с. 36.

10. Якименко Л. М. Электролизеры с твердым катодом. M., «Химия», 1966. 302 с; Roberts S. P., Chem. Eng. Progr., 1950, v. 46, № 9, p. 456.

11. Аронович И. Af. и др. Авт. свид. № 481541 (1972); Открытия. Изобр. Пром. образцы. Товари, знаки, 1975, № 31, с. 70; Jaksic Af. Af., Jovanovic D. R., Chonka J. Af., Electrochim. Acta, 1968, v. 13, № И, p. 2077—2089.

12. Агладзе P. И. и др. В кн.: Тезисы 5-го Всесоюзного совещания по электрохимии. Т. 2. M., изд. АН СССР, 1974, с. 175—177.

13. Пат. США 1485461 (1924).

14.  Герм. пат. 359299 (1922); 400375 (1924).

15. Гении Л. С, Кронгауз Е. А., Хим. пром., 1961. № 2. с. 116—118. 

16. Minagawa M., Ueda Т., J. Electrochem. Soc, 1967, v. 114, №1, p. 53. ИЗ. Англ. пат. 1022982 (1966); 1074042, 1091774 (1967); канад. пат. 748863 (1966);

17. Волков Г. И. и др. Авт. свид. № 269920; Открытия. Изобр. Пром. образцы. Товари, знаки. 1970. № 16, с 21. 

18. Пат. ГДР 71804 (1970); пат. ФРГ 2012914 (1971); япон. пат. 37028 (1974). 

19. Schmittinger P.. Chem. Ing. Techn., 1975, Bd. 47, № 4, S. 155. 

20.  Karpink R- S., Argade S.D., J. Electrochem. Soc, 1975, v. 122, № 9, p. 301-318. 

21. Chem. Week, 1974, v. 115, № 23, p. 45; Europ. Chem. News, 1974, v. 25, № 641, p.