專(zhuān)利名稱(chēng)：高溫氯化物熔鹽電解陽(yáng)極及制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電解電極，特別是用于高溫氯化物熔鹽電解陽(yáng)極。
在氯化物熔鹽電解過(guò)程中，石墨陽(yáng)極上氯析出過(guò)電位在電流密度為0.5～0.7A/cm2時(shí)達(dá)到250～300mV，高的極化過(guò)電位使電解槽電壓增大，電解能耗升高。降低電耗是氯化物熔鹽電解過(guò)程亟待解決的一項(xiàng)重大課題。
為了解決現(xiàn)行氯化物熔鹽電解采用石墨陽(yáng)極時(shí)其析氯過(guò)電位高的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一種對(duì)高溫氯化物熔鹽電解陽(yáng)極氯析出過(guò)程具有電催化作用的電極，以達(dá)到有效降低過(guò)電位，節(jié)約電能的目的。
本發(fā)明所述的電解陽(yáng)極，包括石墨基底及活性涂層，活性涂層為單一稀土氧化物或單一稀土氧化物加貴金屬釕氧化物的混合物或多種稀土氧化物加貴金屬釕氧化物的混合物。制備方法包括石墨基底的預(yù)處理、涂液的制備，涂液在基底石墨上的涂覆。具體工藝過(guò)程如下a＞基底石墨的預(yù)處理。將基底石墨采用金相砂紙先磨平再粗糙化，使其表面均一、平整且具有一定的粗糙度，以增強(qiáng)基底與表面涂層的結(jié)合力，然后，經(jīng)稀鹽酸煮沸除雜質(zhì)、超聲波清洗去除夾雜粉末、高溫350～450℃焙燒除揮發(fā)份、丙酮除油、蒸餾水洗滌、烘干等預(yù)處理。
b＞涂液的制備。將純度3N～4N的單一稀土鐠或鋱或銩或鏑或鑭或釔或釤或鐿或釹的氧化物和貴金屬釕的氧化物分別溶于4～6M的鹽酸中，配成濃度為0.01～0.04M的氯化稀土溶液或稀土-釕的混合氯化物溶液，按體積比在溶液中添加40～60％的有機(jī)溶劑乙丙醇，以改善涂液與基體的潤(rùn)濕性，使涂層在干燥過(guò)程中易于揮發(fā)，改善涂層質(zhì)量。
c＞涂層涂覆方法。將經(jīng)預(yù)處理的石墨基底放入配制的涂液中浸漬48～72小時(shí)，取出在紅外燈下輻射烘干，溫度為90～110℃，然后置于坩堝電阻爐中在300～400℃下進(jìn)行熱分解30～60min，冷卻后將電極重新放入涂液中進(jìn)行第二次浸漬；24～48小時(shí)后取出電極進(jìn)行第二次烘干和熱分解處理。浸漬和熱分解的目的是使基底內(nèi)部均勻加載活性組分。重復(fù)2～4次以后不再進(jìn)行浸漬處理，而是將電極直接置于紅外燈下邊輻射烘干邊涂刷，使基底的表層加載活性組份，每隔15～30min涂刷一次涂液，10～15次后將電極進(jìn)行一次高溫?zé)岱纸馓幚?。重?fù)涂刷-烘干-高溫?zé)岱纸膺^(guò)程5～10次，使涂層表面活性組分達(dá)到一定的濃度，最后一次熱分解時(shí)間為2～6小時(shí)。熱分解后的電極進(jìn)行高溫活化處理。活化是在石油焦和木炭粉的覆蓋保護(hù)下進(jìn)行以防電極發(fā)生氧化，活化熱處理溫度為600～900℃，時(shí)間2～4hr。熱分解和活化處理的溫度和時(shí)間對(duì)制備涂層的表面成份和表面微觀結(jié)構(gòu)及其在使用時(shí)的電催化性能具有至關(guān)重要的影響。經(jīng)活化處理后的涂層電極在高溫氯化物熔體中對(duì)陽(yáng)極氯氣析出具有降低過(guò)電位的作用。
使用本發(fā)明所述的電極，其特點(diǎn)是在高溫氯化物熔鹽電解過(guò)程中對(duì)陽(yáng)極氯氣析出具有電催化作用，可降低陽(yáng)極過(guò)電位。在700℃氯化物熔體中的測(cè)試結(jié)果表明，在0.6A/cm2的電流密度下，與現(xiàn)有電解過(guò)程采用的石墨電極相比較，本發(fā)明可降低過(guò)電位50～80mV，節(jié)約電能120～200kwh/T-Mg(以電流效率85％計(jì))。
實(shí)施例1．以稀土鋱氧化物作為活性涂層a．基底基底采用直徑f6的光譜純石墨棒，將石墨棒截成長(zhǎng)2cm的圓柱，夾在臺(tái)鉆上按順序分別用100#、200#、500#、1000#、1500#金相砂紙磨平再用150#金相砂紙粗糙化，取出經(jīng)稀鹽酸煮沸除雜質(zhì)、超聲波清洗去除夾雜粉末、400℃焙燒除揮發(fā)份、丙酮除油、蒸餾水洗滌作為基底備用。
b．涂液制備將純度為3N的稀土鋱氧化物為原料溶于1∶1的鹽酸中，配成濃度為0.2mol/l的稀土鋱的氯化物溶液。在配制過(guò)程中添加40％(體積比)的乙丙醇，制成涂液。
c．涂層制備過(guò)程將經(jīng)預(yù)處理的石墨基底放入配制的涂液中浸泡，48小時(shí)后取出電極在250w的紅外燈下輻射烘干，溫度為110℃，然后置于坩堝電阻爐中在溫度380℃下熱分解30min，冷卻后將電極重新放入涂液中進(jìn)行第二次浸泡；48小時(shí)后取出電極進(jìn)行第二次烘干和熱分解。重復(fù)浸泡3次以后將電極置于紅外燈下邊輻射烘干邊涂刷，每隔20min涂刷一次涂液，10次后將電極進(jìn)行一次熱分解處理。重復(fù)涂刷--烘干-高溫?zé)岱纸膺^(guò)程12次，最后一次將熱分解時(shí)間為4小時(shí)。將熱分解后的電極置于500cc剛玉坩堝中，周?chē)采w石油焦和木炭粉作為保護(hù)，在720℃溫度下活化處理4hr。自然冷卻到常溫后取出即可。
所制得的陽(yáng)極較石墨陽(yáng)極在0.6A/cm2的電流密度下，過(guò)電位降低80mv左右。
2．以稀土鋱氧化物與釕氧化物的混合物為活性涂層，涂層涂覆過(guò)程活化處理溫度為600℃，活化時(shí)間4小時(shí)，其它各項(xiàng)指標(biāo)同實(shí)施例1，所制得的涂層電極較石墨陽(yáng)極在0.6A/cm2的電流密度下，過(guò)電位降低75mv左右。
3．以稀土鑭、鐠、釹、釤氧化物與釕氧化物的混合物為活性涂層，涂層涂覆過(guò)程活化處理溫度為600℃，活化時(shí)間4小時(shí)，其它各項(xiàng)指標(biāo)同實(shí)施例1，所制得的涂層電極較石墨陽(yáng)極在0.6A/cm2的電流密度下，過(guò)電位降低70mv左右。
權(quán)利要求
1．一種高溫氯化物熔鹽電解陽(yáng)極，其特征在于包括石墨基底和活性涂層，活性涂層為單一稀土氧化物或單一稀土氧化物加貴金屬釕氧化物的混合物或多種稀土氧化物加責(zé)金屬釕氧化物的混合物。
2．一種權(quán)利要求1所述電解陽(yáng)極的制備方法，其特征在于包括石墨基底的預(yù)處理、涂液的制備，涂液在基底石墨上的涂覆，具體工藝參數(shù)為a＞基底石墨的預(yù)處理將基底石墨采用金相砂紙先磨平再粗糙化，然后，經(jīng)稀鹽酸煮沸除雜質(zhì)、超聲波清洗去除夾雜粉末、高溫350～450℃焙燒除揮發(fā)份、丙酮除油、蒸餾水洗滌、烘干備用；b＞涂液的制備將純度3N～4N的單一稀土氧化物和貴金屬Ru的氧化物分別溶于4～6M的鹽酸中，配成濃度為0.01～0.04M的氯化稀土溶液或稀土-釕的混合氯化物溶液，按體積比在溶液中添加40～60％的有機(jī)溶劑乙丙醇；c＞涂層涂覆方法將經(jīng)預(yù)處理的石墨基底放入配制的涂液中浸漬48～72小時(shí)，取出在紅外燈下輻射烘干，溫度為90～110℃，然后置于坩堝電阻爐中在300～400℃下進(jìn)行熱分解30～60min，冷卻后將電極重新放入涂液中進(jìn)行第二次浸漬；24～48小時(shí)后取出電極進(jìn)行第二次烘干和熱分解處理，重復(fù)2～4次以后將電極直接置于紅外燈下邊輻射烘干邊涂刷，每隔15～30min涂刷一次涂液，10～15次后將電極進(jìn)行一次熱分解處理，重復(fù)涂刷一烘干-高溫?zé)岱纸膺^(guò)程5～10次，最后一次熱分解時(shí)間為2～6小時(shí)，熱分解后的電極在石油焦和木炭粉的覆蓋保護(hù)下進(jìn)行活化熱處理，溫度為600～900℃，時(shí)間2～4小時(shí)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的電極及其制備方法，其特征在于所述的稀土為鐠或鋱或銩或鏑或鑭或釔或釤或鐿或釹。
全文摘要
一種高溫氯化物熔鹽電解陽(yáng)極,包括石墨基底及活性涂層,活性涂層為單一稀土氧化物或稀土氧化物加貴金屬釕氧化物的混合物。本發(fā)明的特點(diǎn)是在高溫氯化物熔鹽電解過(guò)程中對(duì)陽(yáng)極氯氣析出具有電催化作用,可降低陽(yáng)極過(guò)電位,在700℃氯化物熔體中測(cè)試結(jié)果表明,在0.6A/cm
文檔編號(hào)C25C7/00GK1318654SQ0011338
公開(kāi)日2001年10月24日 申請(qǐng)日期2000年4月20日 優(yōu)先權(quán)日2000年4月20日
發(fā)明者謝中, 劉業(yè)翔, 楊瓊 申請(qǐng)人:中南工業(yè)大學(xué)