ISE – Herstellung von hochfeinen elektrolytischen Kupferpulver und Kobaltpulver
Elektrolyseanlage im Kombikraftwerk Prenzlau.
Herstellung von hochfeinen elektrolytischen Metallpulvern
Am Beispiel von elektrolytisch hergestellten Cobaltpulver, Nickelpulver und Kupferpulver.
Es werden lösliche und unlösliche Anoden verwendet, die mit getrennten Stromquellen verbunden sind, um die Auflösung der löslichen Anode während des Elektrolyseprozesses und die Konzentration der Metallionen in Lösung durch Korrektur des Verhältnisses der Anodenstärken des Stroms der löslichen und unlöslichen Anoden bei konstantem Wert der Kathodendichte des Stroms zu kontrollieren. Außerdem wird der konstante Wert der Kathodendichte des Stroms durch die konstante Fläche der Kathode und die Summe der Stromstärke auf den löslichen und unlöslichen Anoden erreicht.
WIRKUNG: Vermeidung arbeitsintensiver Arbeitsgänge bei der Korrektur von Elektrolyten durch Ausgleich von Kathoden- und Anodenstromabgaben bei der Herstellung von Metallpulvern.
Abbildung 1 – Herstellung von hochfeinen elektrolytischen Kupferpulver, Nickelpulver und Colbaltpulver.
Die beanspruchte technische Lösung bezieht sich auf den Bereich der Pulvermetallurgie, insbesondere auf Verfahren für Metallpulver durch Elektrolyse.
Die Gewinnung von elektrolytischen Pulvern aus Metallen basiert auf der Elektrolyse von wässrigen Lösungen, die ein Salz des Metalls und Pufferadditive enthalten. 1] (kudra O., Hitman E., Elektrochemische Herstellung von Metallpulvern, Kiew, 1952).
Während des Prozesses der Elektrolyse in der Lösung der Änderung der Anfangskonzentration von Substanzen, die zu einer Änderung der Bedingungen führt, um ein Pulver zu erhalten. Diese Tatsache schafft ein Problem in der industriellen Anwendung dieser Methode bei der Herstellung von Metallpulvern in arbeitsintensiven Operationen Anpassung an die Zusammensetzung des Elektrolyten. Der Hauptgrund für die Änderung der Konzentration von Stoffen in Lösung ist die Differenz der Werte von Kathoden- und Anodenausgangsstrom. Um so mehr, als die anodische Auflösung einiger Metalle keine Schwierigkeiten bereitet und sie sich leicht ohne Anzeichen einer Passivierung auflösen. In der Zwischenzeit, zusätzlich zu der Rückgewinnung von Metallionen auf der Kathode in Pulverform, in der Regel, geht die Nebenwirkung Rückgewinnung von Wasserstoff-Ionen. Der überschüssige Anodenausstoß über den Kathodenausgang beeinflusst die Akkumulation während des Elektrolyseprozesses der gelösten Metallkationen. Da die Aufrechterhaltung einer Konstante die Elektrolytzusammensetzung ist eine unverzichtbare Voraussetzung für die Gewinnung von Pulvern mit gewünschten Eigenschaften, wenn die Elektrolyse ist notwendig, um eine kontrollierte Auflösung der Anoden zu organisieren.
Abbildung 2 – Herstellung von hochfeinen elektrolytischen Kupferpulver, Nickelpulver und Colbaltpulver.
Bekanntes Verfahren zur Herstellung von Metallpulvern durch elektrochemische Verfahren[2] (UdSSR-Autorenzertifikat Nr. 70696, Prioritätsdatum 08.02.1947 g), bestehend aus der Pulver-Elektroabscheidung von Metall auf einer horizontal angeordneten Kathode unter Verwendung von löslichen oder unlöslichen Anoden vertikal um die Kathode herum an deren Seiten oder darüber.
Abbildung 3 – Herstellung von hochfeinen elektrolytischen Kupferpulver, Nickelpulver und Colbaltpulver.
In einem weiteren bekannten Verfahren die elektrolytische Herstellung von hochdispergiertem Magnetpulver-Kobalt[3] (UdSSR-Autorenschein Nr. 189155, Prioritätsdatum 17.11.1966 g), der in der Elektrolyse eines kobalthaltigen Elektrolyten unter Verwendung von Kathoden aus Stahl, Kupfer und anderen Metallen und Anoden aus Kobalt (löslich) oder Blei (unlöslich) besteht.
Der Nachteil dieser Verfahren ist, dass beim Austausch der löslichen unlöslichen Anoden im Elektrolyseprozess die Verarmung der Lösung von Metallionen (Hauptkomponente) und damit die vollständige Einstellung der Abscheidung von Metallpulver erfolgt. Daher erfordern diese Verfahren zeitaufwändige Anpassungen der Zusammensetzung der Elektrolytkationen von Metallen.
Abbildung 4 – Herstellung von hochfeinen elektrolytischen Kupferpulver, Nickelpulver und Colbaltpulver.
Das technisch am nächsten gelegene und daher als Prototyp gewählte SPO betrifft die Verbesserung der Verfahren zur Gewinnung von reinem Metallkobaltpulver[4] (das britische Patent Nr. 403.281, Prioritätsdatum 29.04.1932 Jahr), wonach das elektrolytische Kobaltpulver durch Elektrolyse einer wässrigen Lösung von Kobaltsalzen (hauptsächlich Sulfatkobalt) unter Verwendung einer Elektrode, die hauptsächlich aus Platin oder reinem Kobalt besteht, erhalten werden kann, und Zusammenführen der beiden Arten von Anoden, die einen speziellen Platinabschnitt bilden, der keinen elektrolytischen Schirm gegenüber Kobalt erzeugt, der an dieser Stelle angeordnet ist.
Nach dem Prototyp der gleichzeitigen Anwendung von löslichen und unlöslichen Anoden reduziert die Intensität der Auflösung von Kobalt-Platten durch die Verringerung ihrer Arbeitsfläche. Gleichzeitig, die spezifische Methode zur Gewinnung von Kobaltpulver, gibt es eine Schwierigkeit bei der Wahl des optimalen Verhältnisses des Quadrats der löslichen Anode zur Fläche der unlöslichen Anode (Sp: Sn), die es ermöglicht, die Konzentration der Kobaltionen während des Elektrolyseprozesses konstant zu halten. Darüber hinaus löst sich die Kobalt-Platte im Laufe der Zeit auf, verändert also ihre Arbeitsfläche, was wiederum zu einer Störung des Flächenverhältnisses der Anoden der beiden Arten und einer Veränderung des Gehalts an gelösten Metallkationen führt.
Ziel der vorgeschlagenen technischen Lösung ist die Ausrichtung der Kathode und der Anode (lösliche Anode) o des Dov-Stromes bei der Aufnahme von Metallpulver durch Elektrolyse und damit der Ausschluss einer zeitaufwendigen Anpassung des Elektrolyten bei der industriellen Anwendung dieses Verfahrens.
Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass in der bekannten Methode, einschließlich der Elektrotauchlackierung Pulvermetall wässrige Lösung des Salzes mit der Verwendung von löslichen und unlöslichen Anoden zur gleichen Zeit, sie dazu ermutigt, sich an verschiedene Quellen der Stromversorgung zu hängen. Die beanspruchte technische Lösung wird durch das in den Abbildungen 1 und 2 dargestellte Diagramm veranschaulicht. Figur 1 zeigt eine Variante der elektrischen Versorgungsschaltung von einer Kathode, einer der löslichen Anode und einer unlöslichen Anode, wobei 1 die erste Stromquelle 2 zur zweiten Stromquelle, 3 – lösliche Anode, 4 – unlösliche Anode 5 Kathode ist. Abbildung 2 zeigt eine Variante der elektrischen Versorgungsschaltung der beiden Kathoden, drei lösliche Anoden und eine unlösliche Anode, wobei 1 die erste Stromquelle 2 zur zweiten Stromquelle, 3 – lösliche Anode, 4 – unlösliche Anode 5 Kathode ist.
Abbildung 5 – Herstellung von hochfeinen elektrolytischen Kupferpulver, Nickelpulver und Colbaltpulver.
Gemäß der beanspruchten technischen Lösung ermöglicht eine solche Stromversorgungsschaltung durch Einstellen des Verhältnisses von Stromdichten (Strom) löslich (3) und unlöslich (4) die Anode bei einer konstanten kathodischen Stromdichte oder Strom an der Kathode (5) dem Elektrolyseprozess, die Gleichheit der Anodenstromausgabe (lösliche Anode) und der Kathodenstromausgabe aufrechtzuerhalten, also eine konstante Konzentration von Metallionen in Lösung. Die Konstanz der Kathode PhotoStitch wird durch die Konstanz des Kathodenbereichs und die Summe der Kräfte der von der Stromquelle (1) und (2) gelieferten Ströme erreicht:
IIT+IT2=Gesamt,
wobei Itotal- der Gesamtstrom im Allgemeinbereich der Kathodenschaltung, und;
IIT- stromlösliche Anode, die von der Quelle (1) geliefert wird, und;
IT2- stromlose unlösliche Anode, die von einer Quelle (2), A, geliefert wird.
Der Wert von Itotal definiert eine konstante kathodische Stromdichte bei einem konstanten Kathodenbereich. Wenn der Elektrolyseprozess beispielsweise die Erhöhung der Konzentration von Metallkationen ist, ist es notwendig, die Auflösungsintensität der löslichen Anode zu reduzieren, die durch Reduzierung der Stromstärke, z.B. 10 Und der Stromquelle (1) und Erhöhung des Stroms bzw. der Stromquelle (2) bei 10 A, erreicht wird. Die Summe der Kräfte der Stromquelle (1) Quelle (2) bleibt konstant.
Bei der Anwendung der vorgeschlagenen technischen Lösung zur Installation der Elektrolyse kann jede geeignete Kombination und die Anzahl der Kathoden, löslichen und unlöslichen Anoden sein. Die beanspruchte technische Lösung kann angewendet werden, um jedes Metallpulver durch Elektrolyse einer wässrigen Salzlösung des entsprechenden Metalls zu erhalten. Die vorgeschlagene Lösung wird nach Erhalt der elektrolytischen Pulver aus Nickel, Kobalt und Kupfer getestet.
Ein Beispiel für eine spezifische Anwendung des Erfindergeistes diejenigen, die praktische Lösungen finden, können als Beschreibung des technologischen Prozesses der Herstellung von Kobaltpulver in einem konischen mechanisierten Bad mit zwei rotierenden zylindrischen Kathoden dienen. Als Anoden gleichzeitig mit löslichen Anoden Ladeart (Titankorb und Kobaltmetall) und der unlöslichen Anodenoxid-Ruthenium-Titananode), die an verschiedene Stromquellen angeschlossen sind. Stromversorgungsschaltungszelle gemäß Figur 3, wobei 1 die erste Stromquelle 2 zur zweiten Stromquelle, 3 – lösliche Anode, 4 – unlösliche Anode 5 Kathode ist. Die Elektrolyse erfolgt in einem Elektrolyten, der Kobaltsulfat in der Menge von 35 g/l und als Pufferzusatz Ammoniumsulfat in einer Menge von 50 g/l enthält, wenn der pH-Wert des Elektrolyten 5,8±0,6 und eine Temperatur von 50±5°C betrug. Die kathodische Stromdichte ist gleich 34 A/DM2. Wenn Sie eine elektrische Spannung an die Elektroden anlegen, führen Sie die folgende elektrochemische Reaktion durch:
an der Kathode:
Mit2++ 2E → Co;
2N++ 2E → H2↑;
auf der löslichen Anode:
Co – 2E → Co2+;
H2O – 2E → 2H++ 0.5o2↑;
auf der unlöslichen Anode:
H2O – 2E → 2H++ 0.5o2↑.
Kobalt in Pulverform auf der Kathode wird alle 30 Minuten mit einem Schaber entfernt. Schaber, Schabepulver sofort mit beiden Elektroden, nach einer gewissen Zeit in Kontakt mit den Oberflächen der Kathoden gebracht, ohne die Last abzuschalten. Kobaltpulver, das sich über 24 Stunden auf dem Boden des Bades angesammelt hat, aus einem elektrolytischen Saugfilter gefiltert, mit destilliertem Wasser gewaschen, getrocknet, thermoablativ in einem Wasserstoffstrom und gesiebt. Die durchschnittliche Partikelgröße des erhaltenen Kobaltpulvers ist gleich 20 μm. Abbildung 4 zeigt ein Foto von Kobaltpulver, das nach dem vorstehend genannten Verfahren hergestellt wurde, was seine Gleichmäßigkeit bei der Anwendung der vorgeschlagenen technischen Lösung bestätigt.
Ein zweites Beispiel für eine spezifische Anwendung der vorgeschlagenen technischen Lösung kann als Beschreibung des technologischen Prozesses der Herstellung von Nickelpulver in einer konischen Wanne mit einer Titankathode in Form einer Platte dienen. Als Anoden gleichzeitig mit löslichen Anoden Ladeart (Titankorb und Nickelmetall und unlösliche Anodenoxid-Ruthenium-Titananode), die an verschiedene Stromquellen angeschlossen sind. Stromversorgungsschaltungszelle gemäß Figur 5, wobei 1 die erste Stromquelle 2 zur zweiten Stromquelle, 3 – lösliche Anode, 4 – unlösliche Anode 5 Kathode in Form einer Platte ist. Die Elektrolyse wird in einem Elektrolyten durchgeführt, der Nickelsulfat in der Menge von 15 g/l und ein Pufferadditiv enthält, das Ammoniumsulfat in einer Menge von 65 g/l, bei einem pH-Wert des Elektrolyten von 5,5±0,5 und einer Temperatur von 50±5°C aufgenommen wird. Kathodische Stromdichte von 22 A/DM2. Beim Anlegen eines elektrischen Stroms an die Elektroden tritt nach der Elektrochimik die Kie-Reaktion auf:
an der Kathode:
Ni2++ 2E → Ni;
2H++ 2e → H2↑;
auf der löslichen Anode:
Ni – 2E → Ni2+;
H2O – 2E → 2H++ 0.5o2↑;
auf der unlöslichen Anode:
H2O – 2E → 2H++ 0.5o2↑.
An der Kathode in Pulverform gebildetes Nickel wird alle 60 Minuten mit einer automatisierten mechanischen Abstreifvorrichtung vom Typ „Guillotine“ entfernt. Schaber, Schabepulver unmittelbar auf beiden Seiten der Elektrode wurde nach einer gewissen Zeit in Bewegung gesetzt, um die Elektroden zu entlasten. Nickelpulver, das sich über 24 Stunden auf dem Boden des Bades angesammelt hat, aus dem Elektrolyten auf einem Saugfilter gefiltert, mit destilliertem Wasser gewaschen, getrocknet, thermoablativiert in einem Wasserstoffstrom und gesiebt. Die durchschnittliche Partikelgröße des erhaltenen Pulvers aus Nickel entspricht 25 μm. Abbildung 6 zeigt ein Foto des nach dem vorstehenden Verfahren erhaltenen Nickelpulvers, das seine Gleichmäßigkeit bei der Anwendung der vorgeschlagenen technischen Lösung bestätigt.
Abbildung 7 – Herstellung von hochfeinen elektrolytischen Kupferpulver, Nickelpulver und Colbaltpulver.
Ein drittes Beispiel für eine spezifische Anwendung der vorgeschlagenen technischen Lösung kann als Beschreibung des technologischen Prozesses zur Gewinnung von Kupferpulver in einer konischen Wanne mit einer Titankathode in Form eines Stabes dienen. Als Anoden werden gleichzeitig die unlöslichen Anoden aus Kupferguss und die Bleianode verwendet, die an verschiedene Stromquellen angeschlossen sind. Stromversorgungsschaltungszelle gemäß Fig. 7, wobei 1 die erste Stromquelle 2 zur zweiten Stromquelle, 3 – lösliche Anode, 4 – unlösliche Anode 5 Kathode in Form eines Stabes ist. Die Elektrolyse erfolgt in einem Elektrolyten, der Kupfersulfat (20 g/l und Pufferzusatz enthält, der bei einer Elektrolyttemperatur von 50±5°C Schwefelsäure in einer Menge von 150 g/l aufgenommen wird. Die kathodische Stromdichte ist gleich 32 A/DM2. Wenn Sie einen elektrischen Strom an die Elektroden anlegen, führen Sie die folgende elektrochemische Reaktion durch:
an der Kathode:
Cu2++ 2E → Cu;
2N++ 2E → H2↑;
auf der löslichen Anode:
Cu – 2E → Cu2+;
H2O – 2E → 2H++ 0.5o2↑;
auf der unlöslichen Anode:
H2O – 2E → 2H++ 0.5o2↑.
Das an der Kathode in Pulverform produzierte Kupfer wird alle 60 Minuten mit einem speziellen Abstreifer mit Leerlauf zu den Elektroden von Hand entfernt. Kupferpulver, das sich innerhalb von 24 Stunden am Boden des Bades angesammelt hat, auf einem Saugfilter aus dem Elektrolyten gefiltert, mit destilliertem Wasser gewaschen, getrocknet, thermoablativ in einem Wasserstoffstrom getrocknet und gesiebt. Die durchschnittliche Partikelgröße des erhaltenen Kupferpulvers ist gleich 15 μm. Auf Fig präsentiert ein Foto des Kupferpulvers, das durch die oben genannte Methode, colorattribute seine Gleichmäßigkeit bei der Anwendung der vorgeschlagenen technischen Lösung.
Die vorgeschlagene Lösung ermöglicht die Ausrichtung der Kathode und der Anode (lösliche Anode) Ausgangsstrom bei der Aufnahme von Metallpulver durch Elektrolyse, wodurch die zeitaufwändige Betriebsanpassung des Elektrolyten bei der industriellen Anwendung dieses Verfahrens reduziert wird.
Verfahren zum Erhalten von elektrolytischen Pulvern von Metallen durch Elektrolyse einer wässrigen Lösung, die ein Salz des entsprechenden Metalls und Pufferzusätze enthält, unter gleichzeitiger Verwendung von löslichen und unlöslichen Anoden, dadurch gekennzeichnet, dass die löslichen und unlöslichen Anoden, die mit einer separaten Stromquelle verbunden sind, um die Auflösung der löslichen Anode während des Elektrolyseprozesses und die Konzentration von Metallionen in Lösung durch Einstellen des Verhältnisses der Anode zu steuern, stromlösliche und unlösliche Anoden auf einen konstanten Wert der kathodischen Stromdichte zwingen, der die Konsistenz der Kathodenfläche und die Menge der Kräfte des Stroms in der löslichen und der unlöslichen Anode erreicht.
