Титанові аноди з платиновим- покриттям: вибір підкладки, товщина покриття та термін служби

Як працює титановий-анод із платиновим покриттям

Платиновий титановий анод є композитним електродом: титанова підкладка виконує механічні та електричні функції, а тонкий платиновий шар забезпечує електрохімічну поверхню. Комбінація існує, тому що жоден метал не працює окремо. Платина має видатну каталітичну активність і стійкість до корозії, але коштує занадто дорого, щоб використовувати її як суцільну пластину. Титан недорогий, легкий і механічно міцний, але як анод він миттєво пасивується і перестає проводити провідність.

Покриття змінює цю поведінку. Високий потенціал виділення кисню та низький потенціал виділення водню робить платину чудовим катодним матеріалом для виділення водню, а її високий перенапруга кисню однаково корисна на стороні анода елементів низької -напруги, де утворення кисню небажане. На практиці електрод вибирається для будь-якої сторони комірки, якої вимагає процес, і однакова конструкція виконує обидві ролі.

Титанова підкладка має більше значення, ніж очікує більшість покупців. Промислові користувачі замовляють титанові аноди з покриттям у чотирьох широких групах покриттів: рутеній-іридій змішаний оксид металу, іридій-оксид танталу, рутеній-іридій-суміші платини та чисте платинове покриття. Платиновий титановий анод має яскравий сріблясто-білий вигляд із металевим блиском, який відрізняється від темно-матового покриття типів із-оксидним покриттям.

Вимоги до основи: титан класу 1 і класу 2

Субстрат являє собою нелегований титан, як правило, клас 1 або 2 згідно з ASTM B265 для плит і листів або ASTM B338 для труб і сітки, з еквівалентними позначеннями TA1 і TA2 відповідно до GB/T 3620.1. Клас 1 є кращим для найвибагливіших покриттів, оскільки його нижчий вміст заліза та кисню знижує ризик утворення інтерметалічних сполук на межі покриття та локальної корозії під шаром платини.

Чому термін служби покриття скорочується і як це сповільнити

Термін служби анода не є фіксованим числом; це функція того, як працює електрод. Домінуючою є обернена пропорційність між щільністю струму та терміном служби. Збільшення щільності струму вдвічі зменшує корисний термін служби покриття, оскільки швидкість розчинення платини зростає разом із прикладеним потенціалом на поверхні покриття, а пасивація будь-якого відкритого титану прискорюється, коли утворюється дірка.

Другим фактором є якість основи. Якщо титан недостатньо чистий або якщо підготовка поверхні залишає залишки оксиду або забруднення, платиновий шар втрачає адгезію, а основний метал кородує під покриттям. Як тільки дефект відкривається, оголений титан негайно пасивується, і весь електрод може вийти з ладу в цій точці, а не поступово по всій поверхні.

Хімічний склад електролітів є третім і найменш поблажливим фактором. Титан піддається впливу фтору, і іони фтору руйнують покритий анод з-під шару платини навіть за низької концентрації. Ціаніди та сульфіди також повинні бути виключені. Якщо процес не може уникнути цих іонів, анод є неправильною електродною технологією, і замість цього слід розглянути підкладку з ніобію або танталу, оскільки обидва протистоять впливу фтору набагато краще, ніж титан.

Решту покриває експлуатаційна дисципліна. Інвертування полярності іноді використовується навмисно, щоб зняти пасивоване покриття під час ремонту, саме тому його ніколи не можна наносити на анод, що працює. Залишення електрода зануреним в електроліт без струму також погіршує покриття, тому клітини слід знеструмити й злити разом, а не залишати стояти мокрими.

Транспортування, зберігання та захист-під час експлуатації

Платиновий шар тонкий, і подряпина, яка його видаляє, створює постійну точку збою. З анодами з покриттям слід працювати в чистих рукавичках, зберігати їх так, щоб поверхні не терлися одна об одну, і ніколи не чистити їх абразивними засобами або металевими інструментами. Дефект покриття розміром менше міліметра в хлоридному електроліті роз'їдає назовні та пасивує досить швидко, щоб підняти напругу в елементі протягом кількох днів.

Умови зберігання також мають значення. Електроди слід тримати в сухому стані та захищати від парів кислоти, а будь-який анод, витягнутий з елемента, слід промити демінералізованою водою та висушити перед тим, як поставити його на зберігання. Залишки електроліту, що залишилися на поверхні, концентруються під час висихання та атакують край покриття.

Якщо застосування передбачає електроліз води, виробництво іонізованої води або виробництво стерилізованої води, практичні специфікації зазвичай пишуться навколо сорту підкладки, форми підкладки, товщини платини, покриття покриття та обмеження щільності струму, а не лише хімічного складу покриття. Покупці повинні наполягати на тому, щоб шар платини вказувався за масою на одиницю площі або товщиною, оскільки покриття, яке вказується лише як наявне, нічого не говорить їм про очікуваний термін служби.

Застосування, де платинові титанові аноди є стандартними

У елементах генерації водню використовується титан із платиновим- покриттям як катод, де низький перенапруга водню утримує напругу в елементі низькою. Іонізатори води та генератори електролізованої води для стерилізації використовують однакову конструкцію, часто як сітку або перфоровану пластину, щоб забезпечити велику робочу площу в компактній камері. Електролізована вода та утворення гіпохлориту виграють від платинової поверхні, оскільки вона витримує умови сильного окислення на аноді без швидкої втрати рутенію, яка спостерігається при змішаних металооксидних покриттях.

Крім того, платинові титанові аноди використовуються в катодному захисті сталевих конструкцій у морській воді, в осередках гальванопластики та обробки металу з використанням електролітів дорогоцінних металів, а також в осередках електрохімічного окислення для очищення промислових стоків, де органічні навантаження повинні бути знищені високою щільністю струму. Кожне застосування забезпечує різний баланс між навантаженням платини та робочою щільністю струму, і цей баланс має бути узгоджений з постачальником анода до будівництва комірки, а не після першої експлуатації.

Часті запитання

Q:Яка марка титану використовується як підкладка для анода з платиновим покриттям?
A: Нелегований титан класу 1 або 2 відповідно до ASTM B265 або TA1 і TA2 відповідно до GB/T 3620.1. Клас 1 є кращим для критичних покриттів, оскільки його нижчий вміст інтерстиціалу забезпечує більш стабільний зв’язок із шаром платини.

Q:Яка товщина шару платини на титановому аноді?
A: Більшість промислових електродів використовують від 1,5 до 5 мікрон платини. Точне навантаження вибирається відповідно до необхідного терміну служби та допустимої щільності струму, і воно повинно бути вказане за товщиною або масою платини на одиницю площі.

Q:Яких іонів слід уникати в електроліті?
A: Фторид, ціанід і сульфід. Фторид є найбільш шкідливим, оскільки він атакує титанову підкладку під покриттям і не може бути пом’якшений збільшенням товщини платини.

Q:Чи можна використовувати платиново-титановий анод як катод?
A: Так. Платина поєднує в собі низьку перенапругу виділення водню з високою перенапругою виділення кисню, що робить її ефективним катодним матеріалом для генерації водню. Для цього часто вибирають той самий електрод.

Q:Що найбільше скорочує термін служби анода при нормальній роботі?
A: Надмірна щільність струму. Термін служби покриття обернено пропорційний щільності струму, тому робота електрода з щільністю вище номінальної є найшвидшим способом витратити платиновий шар.

Q:Чи допускається зміна полярності в експлуатації?
Відповідь: Ні. Реверс використовується під час відновлення, щоб зняти пасивоване покриття, і його ніколи не можна наносити на анод у нормальній роботі, оскільки це прискорює розчинення платинового шару.