DE3731285C2 - - Google Patents
Info
- Publication number
- DE3731285C2 DE3731285C2 DE3731285A DE3731285A DE3731285C2 DE 3731285 C2 DE3731285 C2 DE 3731285C2 DE 3731285 A DE3731285 A DE 3731285A DE 3731285 A DE3731285 A DE 3731285A DE 3731285 C2 DE3731285 C2 DE 3731285C2
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- antimony
- iridium
- oxides
- active layer
- titanium
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
- 239000010410 layer Substances 0.000 claims description 50
- 239000000243 solution Substances 0.000 claims description 33
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 26
- 229910052787 antimony Inorganic materials 0.000 claims description 25
- WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N antimony atom Chemical compound [Sb] WATWJIUSRGPENY-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 22
- GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N iridium atom Chemical compound [Ir] GKOZUEZYRPOHIO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 21
- RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N Titanium Chemical compound [Ti] RTAQQCXQSZGOHL-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000010936 titanium Substances 0.000 claims description 18
- 229910052719 titanium Inorganic materials 0.000 claims description 18
- 229910052741 iridium Inorganic materials 0.000 claims description 17
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 16
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 14
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 14
- 239000000758 substrate Substances 0.000 claims description 14
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims description 13
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims description 13
- 238000000034 method Methods 0.000 claims description 11
- XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N Iron Chemical compound [Fe] XEEYBQQBJWHFJM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims description 9
- 229910000410 antimony oxide Inorganic materials 0.000 claims description 8
- 239000002253 acid Substances 0.000 claims description 7
- HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N dioxoiridium Chemical compound O=[Ir]=O HTXDPTMKBJXEOW-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000000605 extraction Methods 0.000 claims description 7
- 229910000457 iridium oxide Inorganic materials 0.000 claims description 7
- VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N oxoantimony Chemical class [Sb]=O VTRUBDSFZJNXHI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N Zinc Chemical compound [Zn] HCHKCACWOHOZIP-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 229910017052 cobalt Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000010941 cobalt Substances 0.000 claims description 6
- GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N cobalt atom Chemical compound [Co] GUTLYIVDDKVIGB-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 6
- 150000002739 metals Chemical class 0.000 claims description 6
- 229910052725 zinc Inorganic materials 0.000 claims description 6
- 239000011701 zinc Substances 0.000 claims description 6
- VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N Chromium Chemical compound [Cr] VYZAMTAEIAYCRO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- 239000007864 aqueous solution Substances 0.000 claims description 5
- 229910052793 cadmium Inorganic materials 0.000 claims description 5
- BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N cadmium atom Chemical compound [Cd] BDOSMKKIYDKNTQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 5
- -1 hydrochloric acid Hexachloroiridium Chemical compound 0.000 claims description 5
- 229910052742 iron Inorganic materials 0.000 claims description 5
- WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L manganese(2+);methyl n-[[2-(methoxycarbonylcarbamothioylamino)phenyl]carbamothioyl]carbamate;n-[2-(sulfidocarbothioylamino)ethyl]carbamodithioate Chemical compound [Mn+2].[S-]C(=S)NCCNC([S-])=S.COC(=O)NC(=S)NC1=CC=CC=C1NC(=S)NC(=O)OC WPBNNNQJVZRUHP-UHFFFAOYSA-L 0.000 claims description 5
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 claims description 5
- 230000001590 oxidative effect Effects 0.000 claims description 5
- 239000010970 precious metal Substances 0.000 claims description 5
- 150000001463 antimony compounds Chemical class 0.000 claims description 4
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 4
- 229910044991 metal oxide Inorganic materials 0.000 claims description 4
- 150000004706 metal oxides Chemical class 0.000 claims description 4
- 229910001069 Ti alloy Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000003929 acidic solution Substances 0.000 claims description 3
- 239000000654 additive Substances 0.000 claims description 3
- 229910052804 chromium Inorganic materials 0.000 claims description 3
- 239000011651 chromium Substances 0.000 claims description 3
- 230000003647 oxidation Effects 0.000 claims description 3
- 238000007254 oxidation reaction Methods 0.000 claims description 3
- 150000001462 antimony Chemical class 0.000 claims description 2
- 229940058905 antimony compound for treatment of leishmaniasis and trypanosomiasis Drugs 0.000 claims description 2
- 238000001035 drying Methods 0.000 claims description 2
- 239000011229 interlayer Substances 0.000 claims description 2
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 2
- YNLFZBFVJFNCSG-UHFFFAOYSA-K Cl.[Sb](Cl)(Cl)Cl Chemical compound Cl.[Sb](Cl)(Cl)Cl YNLFZBFVJFNCSG-UHFFFAOYSA-K 0.000 claims 1
- 230000000996 additive effect Effects 0.000 claims 1
- VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N Hydrochloric acid Chemical compound Cl VEXZGXHMUGYJMC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 14
- LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N N-Butanol Chemical compound CCCCO LRHPLDYGYMQRHN-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 10
- 238000005868 electrolysis reaction Methods 0.000 description 10
- OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N titanium oxide Inorganic materials [Ti]=O OGIDPMRJRNCKJF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N Titan oxide Chemical compound O=[Ti]=O GWEVSGVZZGPLCZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 6
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 description 6
- QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N atomic oxygen Chemical compound [O] QVGXLLKOCUKJST-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 239000002585 base Substances 0.000 description 5
- OPQARKPSCNTWTJ-UHFFFAOYSA-L copper(ii) acetate Chemical compound [Cu+2].CC([O-])=O.CC([O-])=O OPQARKPSCNTWTJ-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 5
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 5
- 229910052760 oxygen Inorganic materials 0.000 description 5
- 239000001301 oxygen Substances 0.000 description 5
- BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N platinum Chemical compound [Pt] BASFCYQUMIYNBI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N Sulfuric acid Chemical compound OS(O)(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 239000002318 adhesion promoter Substances 0.000 description 4
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- FAPDDOBMIUGHIN-UHFFFAOYSA-K antimony trichloride Chemical compound Cl[Sb](Cl)Cl FAPDDOBMIUGHIN-UHFFFAOYSA-K 0.000 description 3
- ZYSSNSIOLIJYRF-UHFFFAOYSA-H Cl[Ir](Cl)(Cl)(Cl)(Cl)Cl Chemical compound Cl[Ir](Cl)(Cl)(Cl)(Cl)Cl ZYSSNSIOLIJYRF-UHFFFAOYSA-H 0.000 description 2
- 150000007513 acids Chemical class 0.000 description 2
- 239000003513 alkali Substances 0.000 description 2
- 229910052797 bismuth Inorganic materials 0.000 description 2
- JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N bismuth atom Chemical compound [Bi] JCXGWMGPZLAOME-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000001680 brushing effect Effects 0.000 description 2
- 150000001875 compounds Chemical class 0.000 description 2
- 230000006735 deficit Effects 0.000 description 2
- 239000012535 impurity Substances 0.000 description 2
- SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);titanium(4+) Chemical class [O-2].[O-2].[Ti+4] SOQBVABWOPYFQZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000002904 solvent Substances 0.000 description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 description 2
- 229910052684 Cerium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000575 Ir alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001260 Pt alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N Ruthenium Chemical compound [Ru] KJTLSVCANCCWHF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L Sulfate Chemical compound [O-]S([O-])(=O)=O QAOWNCQODCNURD-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000002378 acidificating effect Effects 0.000 description 1
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 1
- 230000001464 adherent effect Effects 0.000 description 1
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 description 1
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 description 1
- 150000001298 alcohols Chemical class 0.000 description 1
- 229910045601 alloy Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000000956 alloy Substances 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 230000004888 barrier function Effects 0.000 description 1
- 239000010953 base metal Substances 0.000 description 1
- ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N cerium Chemical compound [Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce][Ce] ZMIGMASIKSOYAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910000365 copper sulfate Inorganic materials 0.000 description 1
- ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L copper(II) sulfate Chemical compound [Cu+2].[O-][S+2]([O-])([O-])[O-] ARUVKPQLZAKDPS-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 1
- 230000007797 corrosion Effects 0.000 description 1
- 238000005260 corrosion Methods 0.000 description 1
- 238000009792 diffusion process Methods 0.000 description 1
- 150000002484 inorganic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 238000011835 investigation Methods 0.000 description 1
- 150000002503 iridium Chemical class 0.000 description 1
- 230000007774 longterm Effects 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 150000002736 metal compounds Chemical class 0.000 description 1
- 229910052758 niobium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010955 niobium Substances 0.000 description 1
- GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N niobium atom Chemical compound [Nb] GUCVJGMIXFAOAE-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 150000007524 organic acids Chemical class 0.000 description 1
- 235000005985 organic acids Nutrition 0.000 description 1
- 150000002894 organic compounds Chemical class 0.000 description 1
- 239000003960 organic solvent Substances 0.000 description 1
- CJJMLLCUQDSZIZ-UHFFFAOYSA-N oxobismuth Chemical class [Bi]=O CJJMLLCUQDSZIZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N oxygen(2-);tantalum(5+) Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ta+5].[Ta+5] BPUBBGLMJRNUCC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 239000003973 paint Substances 0.000 description 1
- 238000002161 passivation Methods 0.000 description 1
- BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N propan-1-ol Chemical compound CCCO BDERNNFJNOPAEC-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052707 ruthenium Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910001925 ruthenium oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N ruthenium(iv) oxide Chemical compound O=[Ru]=O WOCIAKWEIIZHES-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000005245 sintering Methods 0.000 description 1
- 238000000638 solvent extraction Methods 0.000 description 1
- 229910052715 tantalum Inorganic materials 0.000 description 1
- GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N tantalum atom Chemical compound [Ta] GUVRBAGPIYLISA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001936 tantalum oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005979 thermal decomposition reaction Methods 0.000 description 1
- 238000007669 thermal treatment Methods 0.000 description 1
- XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N tin dioxide Chemical compound O=[Sn]=O XOLBLPGZBRYERU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001887 tin oxide Inorganic materials 0.000 description 1
- WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N tungsten Chemical compound [W] WFKWXMTUELFFGS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052721 tungsten Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010937 tungsten Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
- C25C7/02—Electrodes; Connections thereof
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
- C25B11/00—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for
- C25B11/04—Electrodes; Manufacture thereof not otherwise provided for characterised by the material
- C25B11/051—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier
- C25B11/073—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material
- C25B11/091—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds
- C25B11/093—Electrodes formed of electrocatalysts on a substrate or carrier characterised by the electrocatalyst material consisting of at least one catalytic element and at least one catalytic compound; consisting of two or more catalytic elements or catalytic compounds at least one noble metal or noble metal oxide and at least one non-noble metal oxide
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Electrolytic Production Of Metals (AREA)
- Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
Description
Die Erfindung betrifft eine dimensionsstabile Anode für die
elektrolytische Gewinnung von Metallen, insbesondere von Kupfer,
Zink, Kobalt, Eisen, Nickel, Mangan, Cadmium oder Chrom,
aus ihren wäßrigen Lösungen, mit einem Grundkörper aus Titan
oder Titanlegierung und einer darauf aufgebrachten,
elektrochemisch aktiven Schicht, die Iridium- und Antimonoxide
enthält, ein Verfahren zu ihrer Herstellung sowie deren Verwendung.
Bei der elektrolytischen Gewinnung von Metallen wie Zink,
Cobalt, Eisen, Nickel, Mangan, Cadmium und/oder Chrom,
insbesondere aber von Kupfer, aus deren wäßrigen, sauren
Lösungen wird an der Anode Sauerstoff entwickelt. Die
Anode ist hierdurch einem ständigen oxidativen Angriff
ausgesetzt, der die Lebensdauer beeinträchtigt und zu
einer allmählichen Erhöhung der Anodenüberspannung führt.
In Extremfällen wird die Anode passiviert, so daß es
unmöglich ist, die Elektrolyse fortzusetzen.
Das Phänomen der Passivierung der Anoden kann
hauptsächlich durch die Bildung elektrisch nichtleitender
und nichthaftender Titanoxide durch Oxidation des
Titanbasismaterials mit Sauerstoff, durch die den
Elektrodenüberzug aufbauende Oxidsubstanz selbst, durch
die Sauerstoffdiffusions-Permeation durch den
Elektrodenüberzug hindurch oder durch den Elektrolyten
bedingt sein.
Bisher wurde versucht, die Bildung nichtleitender und
nichthaftender Titanoxide in der Grenzfläche durch
gasdichte Sperrschichten, die meistens aus Platinmetall
bestanden, zu verhindern. Diese Lösung ist einerseits sehr
teuer und andererseits nicht immer wirksam, da gasdichte
Pt-Überzüge schwierig herstellbar sind.
Weiterhin wurde eine Vielzahl verschiedenartiger
Zusammensetzungen für eine Zwischenschicht vorgeschlagen,
die entweder die Titanoxidbildung verhindern oder eine
haftende, elektrisch leitende Schicht bilden sollten, die
weniger empfindlich auf die Oxidbildung im Untergrund
reagiert.
Aus der US-PS 37 75 284 ist eine Anode bekannt, die zur
anodischen Bildung von Sauerstoff geeignet ist. Sie
enthält ein Substrat, das in der Zwischenschicht aus einer
Platin/Iridiumlegierung oder einem Oxid eines Metalls der
Platingruppe besteht, die weiterhin mit einer festen
Lösung eines Nichtventilmetalloxids mit einem Ventilmetall
beschichtet ist. Diese Anode besitzt eine gewisse
Verbesserung der Haltbarkeit, die jedoch noch immer nicht
befriedigend ist. Darüber hinaus ist die Verwendung einer
teuren Zwischenschicht unwirtschaftlich.
Aus der DE-Al-31 03 168 ist eine Anode mit einem
Titansubstrat bekannt, das eine erste Beschichtung aus
metallischem Wismut oder Wismutoxiden auf diesem Substrat
und eine zweite Beschichtung aus metallischem Iridium und
Iridiumdioxid, die auf der ersten Beschichtung aufgebracht
ist, aufweist. Nach Angaben dieser Offenlegungsschrift
kann diese Anode mit Vorteil in verschiedenen
Elektrolyse-Umgebungen und insbesondere in solchen, bei
denen Sauerstoff gebildet wird, eingesetzt werden. Die
Elektrode kann jedoch noch immer nicht bezüglich ihrer
industriellen Anwendung im Hinblick auf deren Lebensdauer
befriedigen. Dies scheint unter anderem dadurch bedingt zu
sein, daß eine Verbindungsbildung des Iridiumoxids mit
Wismut erfolgt, die zu Veränderungen der Struktur und
Haftung der aktiven Schicht führt.
Schließlich sind aus der DD 2 20 621 auch dimensionsstabile
Anoden für elektrochemische Prozesse, insbesondere für die
Chloralkali-Elektrolyse bekannt geworden, bei denen auf
einem Titangrundkörper eine Zwischenschicht aufgebracht
ist, die aus unreduziertem und mit vorwiegend
höherwertigen Oxiden eines der Elemente Niob, Tantal,
Wolfram, Antimon und Cer oder deren Gemischen in einem
Konzentrationsbereich von 0,1 bis 10 Mol-% dotiertem
Titanoxid besteht. Auf dieser dotierten
Titanoxid-Zwischenschicht befindet sich dann eine
elektrochemisch aktive Schicht aus Rutheniumoxid in
Kombination mit stöchiometrischem Titanoxid. Diese
insbesondere für die Chloralkali-Elektrolyse vorgesehene
Anode kann bei der elektrolytischen Gewinnung von Metallen
aus deren wäßrigen Lösungen, wie z.B. Zink, Cobalt und vor
allem Kupfer, im Hinblick auf die Beständigkeit der Anode,
ihre Lebensdauer und auch die sich aufbauenden
Überspannungen nicht befriedigen. Dies läßt sich auf
verschiedenartige Umstände zurückführen, insbesondere wohl
aber darauf, daß rutheniumhaltige Überzüge in
derartigen Elektrolyten zur Ausbildung von gasförmigem
RuO4 unter Beeinträchtigung der Elektrodeneigenschaften
neigen.
Die US-A-38 65 703, GB-B-12 44 650 und DE-A1-32 19 003
zeigen, daß man bisher der Ansicht war, daß für
korrosionsbeständige Anodenbeschichtungen für
Metallgewinnungselektrolysen immer Unedelmetalloxide, wie
Titanoxid, Tantaloxid, Zinnoxid u. ä., als zweite Komponente
neben den Edelmetallverbindungen notwendig sind, die als
inerte Stoffe die aktive Edelmetallkomponente umhüllen und
diese von den aggressiven Einflüssen unter
Elektrolysebedingungen abschirmen und isolieren.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde,
eine neuartige dimensionsstabile Anode zu schaffen, die
mit hoher Lebensdauer und geringer Überspannung bei
verbesserter Verankerung der Edelmetallschicht für die
elektrolytische Gewinnung von Metallen aus deren wäßrigen
Lösungen einsetzbar ist. Nach einem weiteren Aspekt der
erfindungsgemäßen Aufgabe sollen auch Verfahren zur
Herstellung solcher Anoden und deren Anwendung
bereitgestellt werden.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine dimensionsstabile
Anode der eingangs genannten Art, die dadurch
gekennzeichnet ist, daß die elektrochemisch aktive Schicht
aus Iridum und/oder dessen Oxiden mit einer Dotierung
von Antimon und/oder dessen Oxiden besteht, und daß zwischen
dem Grundkörper und der elektrochemisch aktiven Schicht eine
Zwischenschicht aus Antimon und/oder Antimonoxiden vorgesehen
ist.
Im Rahmen der Erfindung wurde überraschend gefunden, daß
eine dünne Aktivierungsschicht aus Antimon bzw. dessen
Oxiden oder Gemischen hiervon auf dem Titanuntergrund in
Kombination mit einem hierauf befindlichen elektrochemisch
aktiven Überzug aus Iridium bzw. Iridiumoxid bzw.
Gemischen hiervon mit einer Antimon(oxid)dotierung
geeignet ist, Anoden zu ergeben, die eine verbesserte
Haftung und verbesserte Leitfähigkeit bei hoher
Lebensdauer der Anode ergeben.
Im Rahmen der Erfindung ist es bevorzugt, daß die
Zwischenschicht frei von Edelmetallen bzw. deren Oxiden
ist. Besonders günstige Ergebnisse werden insbesondere
dann erzielt, wenn die Zwischenschicht aus Antimon
und/oder dessen Oxiden besteht. Unter den Antimonoxiden
ist insbesondere das Sb2O3 bevorzugt, wenngleich auch
andere der bekannten Oxide vorliegen können.
Bei der erfindungsgemäßen Anode sind die Oberfläche des
Grundkörpers, der aus Titan oder dessen Legierungen
gebildet ist, und die Zwischenschicht im wesentlichen von
Titanoberflächenoxiden frei. Es wird daher auch bei der
Herstellung der erfindungsgemäßen Anode darauf geachtet,
daß die Aufbringung der Zwischenschicht und
elektrochemisch aktiven Schicht, die Trocknung derselben
und deren Sinterung bzw. Einbrennung derart vorgenommen
wird, daß eine Oxidation des Titangrundkörpers unterbleibt.
Das Iridium bzw. dessen Oxid liegt in der aktiven
Deckschicht zweckmäßig mit einem Flächengewicht von 4 bis
30 g Ir/m2 vor. Besonders günstige Ergebnisse sind mit
Flächengewichten im Bereich von 5 bis 15 g Ir/m2
erzielbar.
Die erfindungsgemäße Elektrode enthält nicht nur Antimon
bzw. dessen Oxide in der Zwischenschicht sondern auch die
elektrochemisch aktive Schicht ist mit Antimon bzw. dessen
Oxiden dotiert. Hierbei ist das Antimon gegenüber dem
Iridium im Unterschuß vorhanden. Nach im Rahmen der
Erfindung durchgeführten Untersuchungen ist es
vorteilhaft, wenn das Molverhältnis von Iridium : Antimon
in der aktiven Schicht dem Verhältnis 100 : 0,5-5 genügt.
Besonders günstige Werte wurden dabei bei Molverhältnissen
von Ir : Sb = 100 : 1-3 erzielt.
Die elektrochemisch aktive Schicht aus Iridium bzw.
Iridiumoxid oder Gemischen hiervon ist vorzugsweise von
Ventilmetalloxiden frei. Abgesehen von üblichen
Hilfsstoffen wie Haftvermittlern etc. besteht nach einer
besonderen Ausführungsform der Erfindung die aktive
Schicht aus Iridium bzw. -oxid mit dem Dotieranteil an
Antimon bzw. dessen jeweiligen Oxiden. Als Haftvermittler
für die leichtflüchtigen Antimonoxide können die üblichen
Anwendung finden, wobei eine Zufügung von Kupfer als Oxid
bevorzugt sein kann.
Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung ist auch das
Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäße Anode
umfaßt. Üblicherweise geht man derart vor, daß man
- a) das Anodensubstrat mit einer Lösung bzw. Dispersion eines Antimonsalzes mindestens einmalig beschichtet,
- b) hiernach bei unter 400°C liegenden Temperaturen in einer gegebenenfalls oxidierenden Atmosphäre, z.B. Luft, erhitzt,
- c) sodann mit einer Lösung oder Dispersion, die Ir- und Sb-Verbindungen enthält, beschichtet und
- d) hiernach trocknet und bei Temperaturen im Bereich von 350 bis 550°C erhitzt.
Vor der Aufbringung der Lösung zur Bildung der
Zwischenschicht wird üblicherweise der Untergrund rauh
geätzt, um die Haftung der Iridiumbeschichtung zu
begünstigen.
Die Zwischenschicht kann vorteilhaft durch das Aufbringen
einer sehr verdünnten sauren Farbe hergestellt werden, die
eine kleine Menge einer thermisch zersetzbaren
Antimonverbindung, z.B. in Form anorganischer oder
organischer Verbindungen des Antimons, enthält. Unter den
einsetzbaren Antimonverbindungen ist insbesondere
Antimonoxinitrat bevorzugt, da es keine oxidierenden
Bedingungen erfordert, um bei der thermischen Zersetzung
ein Oxid auszubilden. Der Anteil der thermisch
zersetzbaren Antimonverbindung liegt zweckmäßig in 0,1 bis
0,5molarer Lösung vor, wobei jedoch auch hiervon
abweichende Anteile möglich sein können. Die
Beschichtungslösung enthält im allgemeinen auch ein
Lösungsmittel, beispielsweise ein organisches
Lösungsmittel. Als solche sind insbesondere Alkohole wie
Butanol, Propanol etc. geeignet. Darüber hinaus wird der
Lösung vorteilhaft eine Säure zugesetzt, die die
Titanoxidfilmbildung auf dem Grundkörper während der
Beschichtung soweit als möglich ausschließt. Als solche
Säuren können organische Säuren oder auch beispielsweise
Salzsäure dienen. Die zur Zwischenschicht führende
Beschichtungslösung kann bei unter 400°C liegenden
Temperaturen, vorteilhaft im Bereich zwischen 350 bis
390°C, eingebrannt werden, da unter diesen Bedingungen die
Bildung von Titanoberflächenoxiden vermieden bzw.
eingeschränkt werden kann. Durch die Beschichtung sollen
Antimonmengen im Bereich von zweckmäßig 0,05 bis
0,5 g/m2 und insbesondere bevorzugt 0,1 bis 0,2 g/m2
aufgebracht werden. Diese Anteile an Antimon können
normalerweise mit einer einmaligen Beschichtung erreicht
werden. In Sonderfällen, wenn z.B. die Substrate nicht
liegend getrocknet werden können und daher die angegebenen
Flächengewichte nicht erreicht werden, kann die
antimonhaltige Lösung ein zweites oder weiteres Mal
aufgetragen werden.
Da sich die Antimonoxide bei der thermischen Behandlung
leicht verflüchtigen, kann die antimonhaltige Farbe auch
kleine Mengen an Haftvermittlern, z.B. Kupfer, enthalten.
Daher können die Beschichtungslösungen für die
Zwischenschicht etwa 0,05 bis 0,1 Mol Kupfer in Form
seiner anorganischen oder organischen Lösungen aufweisen.
Bevorzugt ist ein getrenntes Aufbringen des
Haftvermittlers, z.B. Cu-Verbindungen, nach Aufbringen der
antimonhaltigen Lösung.
Auf den so vorbereiteten Untergrund wird die
elektrokatalytisch wirksame Deckschicht aufgebracht, die
Iridium und Antimon als Oxid und/oder evtl. auch als
Metall enthält.
Üblicherweise wird Iridium in Form der 0,1 bis 1molaren
Lösungen von Iridiumsalzen bzw. -säuren aufgebracht.
Insbesondere findet mit Vorteil
Hexachloro-iridium-(4)-säure-hydrat Anwendung, dessen
Lösung 0,01 bis 0,1 Mol Antimon(III)-chlorid beigemischt
werden können. Des Molverhältnis von Iridium : Antimon in
diesen Lösungen liegt im Bereich von 100 : 0,5-5,
vorzugsweise 100 : 1-3. Diese Lösungen können mehrfach
aufgetragen und jeweils bei zwischen 350 bis 500°C
liegenden Temperaturen eingebrannt werden. Bei dem
Endeinbrennprozeß können schließlich Temperaturen von 500
bis 550°C zweckmäßig sein. Die Beschichtungslösungen
werden üblicherweise mehrfach aufgetragen bis ein
Flächengewicht von 4 bis 30 g Ir/m2, vorzugsweise 5 bis
15 g Ir/m2, erreicht ist.
Die erfindungsgemäßen Anoden eignen sich hervorragend als
sauerstoffentwickelnde Elektroden in elektrolytischen
Metallgewinnungsverfahren. Hierdurch sind sie insbesondere
zur Herstellung von Zink, Cobalt, Eisen, Nickel, Mangan,
Cadmium, Kupfer und/oder Chrom aus deren wäßrigen sauren
Lösungen geeignet. Die erfindungsgemäßen Anoden weisen
eine höhere Lebensdauer und eine niedrigere Überspannung
nach längeren Laufzeiten als Anoden nach dem Stand der
Technik auf. Auch ist es möglich, in den erfindungsgemäßen
Anoden die Iridiummenge der Deckschicht gegenüber
herkömmlichen Werten herabzusetzen. Schließlich überstehen
die erfindungsgemäßen Anoden Abschaltvorgänge oder
Niedriglastzeiten im Langzeitbetrieb besser, ohne daß sich
eine Ablösung der Beschichtung ergibt. Insbesondere hat
sich gezeigt, daß die Anode eine besondere Eignung für die
Herstellung von Kupfer hat, bei der der Elektrolyt durch
Solventextraktion von Kupfererzen gewonnen wird und den
üblichen Pegel an Organika, Additiven und Verunreinigungen
aufweist. Der Kupfersulfatgehalt solcher Lösungen beträgt
üblicherweise 30 bis 50 g Cu/l bei einem Anteil an freier
Schwefelsäure im Bereich von etwa 50 bis 100 g/1 und
Elektrolyttemperaturen von 40 bis 60°C. Bei Stromdichten
zwischen 200 und 1000 A/m2 bei einem Anodenpotential von
1,4 bis 1,6 V (gegen NHE) beträgt der Verschleiß der
erfindungsgemäßen Anoden 1 bis 1,5 mg Ir/kAh. Unter
günstigen Betriebsbedingungen können sogar Verschleißraten
von 0,5 mg Ir/kAh erreichbar sein.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen Anode ist
nachstehend in einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel
weiter erläutert:
Ein Titanblech der Abmessung 100×10×1 mm wurde entfettet
und mit 20%iger Salzsäure geätzt, gespült und
getrocknet. Das so vorbereitete Titansubstrat wurde mit
einer 0,1molaren Lösung von SbCl13 in 20%iger
Salzsäure, die 8 Vol.-% n-Butanol enthält, bestrichen,
getrocknet und bei 390°C im Umluftofen 15 Minuten
wärmebehandelt. Dieses Beschichten mit SbCl13-Lösung
wurde noch zweimal wiederholt.
Auf diese Zwischenschicht wird die aktive Deckschicht
aufgebracht, indem man das Substrat mit einer
Beschichtungslösung bestreicht, die 0,5 Mol
Hexachloriridium(IV)-säure-Hydrat und 0,005 Mol
Antimon(III)-chlorid in 20%iger Salzsäure mit 8 Vol.-%
n-Butanol enthält. Nach dem Aufbürsten der Lösung wird das
Substrat jeweils an der Luft getrocknet und dann 20
Minuten bei 400°C im Umluftofen wärmebehandelt. Dieser
Vorgang wird 10 bis 12mal wiederholt, bis etwa 12 g
Iridium, gerechnet als Metall pro m2 Anodenfläche,
aufgebracht sind.
Dann wird die Anode 60 Minuten bei 500°C endbehandelt.
Die so hergestellte Anode wurde unter technischen
Elektrolysebedingungen in einem Elektrolyten für die
Kupfergewinnungselektrolyse, der 50 g Kupfer/l als Sulfat
und 50 g freie Schwefelsäure/l sowie die in der
Kupfergewinnungselektrolyse üblichen Zusätze und
Verunreinigungen in den technisch üblichen Konzentrationen
enthielt, bei einer Stromdichte von 1,2 kA/m2 bei einer
Temperatur von 40 bis 50°C eingesetzt.
Nach 2000 Betriebsstunden betrug das Anodenpotential
gleichbleibend 1,6 V/NHE und die Verschleißrate lag bei
1,0 mg/kAh.
Ein Titanblech der Abmessung 100×10×1 mm wurde entfettet
und mit 20%iger Salzsäure geätzt, gespült und
getrocknet. Das so vorbereitete Titansubstrat wurde mit
einer 0,1molaren Lösung von SbCl13 in 20%iger
Salzsäure, die 8 Vol.-% n-Butanol enthält, bestrichen und
getrocknet. Anschließend wurde eine Schicht einer 0,1
molaren wäßrigen Lösung von Kupfer(II)-acetat
aufgebracht, an Luft getrocknet, bis das Lösungsmittel
verdunstet ist, und dann bei 390°C im Umluftofen 15
Minuten wärmebehandelt. Dieses Beschichten mit
SbCl13-Lösung und Kupfer(II)acetatlösung wurde noch
zweimal wiederholt.
Auf diese Zwischenschicht wird die aktive Deckschicht
aufgebracht, indem man das Substrat mit einer
Beschichtungslösung bestreicht, die 0,5 Mol
Hexachloriridium(IV)-säure-Hydrat und 0,005 Mol
Antimon(III)-chlorid in 20%iger Salzsäure mit 8 Vol.-%
n-Butanol enthält. Nach dem Aufbürsten der Lösung wird das
Substrat jeweils an der Luft getrocknet und dann 20
Minuten bei 390°C im Umluftofen wärmebehandelt. Dieser
Vorgang wird 10 bis 12mal wiederholt, bis etwa 12 g
Iridium/m2, gerechnet als Metall, aufgebracht sind. Bei
dem ersten und zweiten Beschichtungsvorgang wird jeweils
noch eine zusätzliche Schicht Kupferacetat wie oben
beschrieben aufgebracht. Dann wird die Anode 60 Minuten
bei 500°C endbehandelt.
Die so hergestellte Anode zeigte unter technischen
Elektrolysebedingungen in einem
Kupfergewinnungselektrolyten bei einer Stromdichte von
1,2 kA/m2 nach 1000 Betriebsstunden ein Anodenpotential
von 1,6 V/NHE. Die Verschleißrate betrug 0,8 mg/kAh.
Claims (13)
1. Dimensionsstabile Anode für die elektrolytische
Gewinnung von Metallen, insbesondere von Kupfer, Zink,
Kobalt, Eisen, Nickel, Mangan, Cadmium oder Chrom,
aus ihren wäßrigen Lösungen, mit einem Grundkörper
aus Titan oder Titanlegierung und einer darauf
aufgebrachten elektrochemisch aktiven Schicht, die
Iridium- und Antimonoxide enthält, dadurch
gekennzeichnet, daß die elektrochemisch
aktive Schicht aus Iridium und/oder dessen Oxiden mit
einer Dotierung von Antimon und/oder dessen Oxiden
besteht, und daß zwischen dem Grundkörper und der
elektrochemisch aktiven Schicht eine Zwischenschicht
aus Antimon und/oder Antimonoxiden vorgesehen ist.
2. Dimensionsstabile Anode nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht
frei von Edelmetall ist.
3. Dimensionsstabile Anode nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zwischenschicht
aus Antimon und/oder dessen Oxiden besteht.
4. Dimensionsstabile Anode nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß der
Titangrundkörper im wesentlichen von
Titanoberflächenoxiden frei ist.
5. Dimensionsstabile Anode nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Iridium bzw.
Iridiumoxid in der aktiven Schicht mit einem
Flächengewicht von 4 bis 30 g Ir/m2 vorliegt.
6. Dimensionsstabile Anode nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß das Molverhältnis
von Iridium : Antimon in der aktiven Schicht dem
Verhältnis 100 : 0,5-5 entspricht.
7. Dimensionsstabile Anode nach einem oder mehreren der
vorhergehenden Ansprüche, dadurch
gekennzeichnet, daß die aktive Schicht
von Ventilmetalloxiden frei ist.
8. Verfahren zur Herstellung der Anode nach einem oder
mehreren der vorhergehenden Ansprüche unter
Aufbringung der Zwischenschicht auf einem
Anodensubstrat aus Titan oder einer Titanlegierung und
hierauf folgend der iridiumhaltigen aktiven Schicht,
dadurch gekennzeichnet, daß man
- a) das Anodensubstrat mit einer Lösung bzw. Dispersion eines Antimonsalzes mindestens einmalig beschichtet,
- b) hiernach bei unter 400°C liegenden Temperaturen in einer gegebenenfalls oxidierenden Atmosphäre erhitzt,
- c) sodann mit einer Lösung oder Dispersion, die Iridium- und Antimonverbindungen enthält, beschichtet und
- d) hiernach trocknet und bei Temperaturen im Bereich von 350 bis 550°C erhitzt.
9. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß eine salzsaure
Antimonchloridlösung für die Herstellung der
Zwischenschicht verwendet wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch
gekennzeichnet, daß eine salzsaure
Hexachloroiridium-Säurelösung mit einem Zusatz an
Antimonhalogenid als Beschichtungslösung zur
Herstellung der aktiven Schicht eingesetzt wird.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der vorhergehenden
Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß
die Erhitzungsvorgänge nach Auftrag der
Zwischenschicht und der aktiven Schicht schonend in
einer mild oxidierenden Atmosphäre vorgenommen werden,
um eine Oxidation der Titanoberfläche
zu vermeiden.
12. Verwendung der Anode nach einem oder mehreren der
Ansprüche 1 bis 7 als sauerstoffentwickelnde Elektrode
in elektrolytischen Verfahren.
13. Verwendung nach Anspruch 12 zur elektrolytischen
Gewinnung von Metallen, wie Kupfer, Zink, Cobalt,
Eisen, Nickel, Mangan, Cadmium, und/oder Chrom aus
deren wäßrigen sauren Lösungen.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19873731285 DE3731285A1 (de) | 1987-09-17 | 1987-09-17 | Dimensionsstabile anode, verfahren zu deren herstellung und verwendung derselben |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19873731285 DE3731285A1 (de) | 1987-09-17 | 1987-09-17 | Dimensionsstabile anode, verfahren zu deren herstellung und verwendung derselben |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE3731285A1 DE3731285A1 (de) | 1989-04-06 |
| DE3731285C2 true DE3731285C2 (de) | 1989-10-26 |
Family
ID=6336260
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19873731285 Granted DE3731285A1 (de) | 1987-09-17 | 1987-09-17 | Dimensionsstabile anode, verfahren zu deren herstellung und verwendung derselben |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE3731285A1 (de) |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| NL9101753A (nl) * | 1991-10-21 | 1993-05-17 | Magneto Chemie Bv | Anodes met verlengde levensduur en werkwijzen voor hun vervaardiging. |
| KR101583179B1 (ko) * | 2011-12-26 | 2016-01-07 | 페르메렉덴꾜꾸가부시끼가이샤 | 내고부하용 산소 발생용 양극 및 그의 제조방법 |
| KR20140101423A (ko) * | 2011-12-26 | 2014-08-19 | 페르메렉덴꾜꾸가부시끼가이샤 | 산소 발생용 양극 및 그의 제조방법 |
| CN104011264B (zh) * | 2011-12-26 | 2016-12-07 | 培尔梅烈克电极股份有限公司 | 氧发生用阳极及其制造方法 |
| CN114134542B (zh) * | 2021-12-08 | 2024-05-10 | 昆明理工大学 | 一种多孔钛基碳纳米管增强非晶态金属氧化物涂层电极及制备方法 |
Family Cites Families (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1244650A (en) * | 1968-10-18 | 1971-09-02 | Ici Ltd | Electrodes for electrochemical processes |
| US3865703A (en) * | 1973-04-19 | 1975-02-11 | Diamond Shamrock Corp | Electrowinning with an anode having a multicomponent coating |
| JPS6021232B2 (ja) * | 1981-05-19 | 1985-05-25 | ペルメレツク電極株式会社 | 耐久性を有する電解用電極及びその製造方法 |
-
1987
- 1987-09-17 DE DE19873731285 patent/DE3731285A1/de active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| DE3731285A1 (de) | 1989-04-06 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE3219003C2 (de) | ||
| DE2403573C2 (de) | Verfahren zur Herstellung von Anoden | |
| DE2636447C2 (de) | Mangandioxidelektroden | |
| DE1814576C2 (de) | Elektrode zur Verwendung in elektrolytischen Prozessen und Verfahren zu deren Herstellung | |
| DE2331949C3 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Elektrode | |
| DE1952484C3 (de) | Ventilmetall-Elektrode | |
| DE2063238C3 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Elektrode zur Verwendung bei elektrolytischen Prozessen | |
| DE3715444C2 (de) | ||
| DE3330388C2 (de) | ||
| DE3507071C2 (de) | Elektrode für die Elektrolyse und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
| DE2113795A1 (de) | Elektrode,Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Verwendung als Sauerstoffanode | |
| DE3401952A1 (de) | Dauerhafte elektrode zur elektrolyse und verfahren zu deren herstellung | |
| DE2936033C2 (de) | ||
| DE3717972C2 (de) | ||
| DE3507072C2 (de) | Elektrode für die elektrolytische Erzeugung von Sauerstoff und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
| DE2213083A1 (de) | Elektroden für elektrochemische Verfahren | |
| DE2419021B2 (de) | Elektrode | |
| DE2113676C2 (de) | Elektrode für elektrochemische Prozesse | |
| DE2245709C3 (de) | Elektroden für elektrochemische Prozesse | |
| DE69901201T2 (de) | Elektrode für Elektrolyse und deren Herstellungsverfahren | |
| DE2909593C2 (de) | ||
| DE3872228T2 (de) | Elektrode fuer die entwicklung von sauerstoff und deren herstellungsverfahren. | |
| DD153397A5 (de) | Elektrode mit einem elektrokatalytischen ueberzug | |
| DE3322169C2 (de) | ||
| DE3731285C2 (de) |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| D2 | Grant after examination | ||
| 8327 | Change in the person/name/address of the patent owner |
Owner name: HERAEUS ELEKTRODEN GMBH, 6450 HANAU, DE |
|
| 8364 | No opposition during term of opposition | ||
| 8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |