NL1006552C1

NL1006552C1 - Anode op basis van lood.

Info

Publication number: NL1006552C1
Application number: NL1006552A
Authority: NL
Inventors: Hermanus Johannes Jansen
Original assignee: Magneto Chemie Bv
Priority date: 1997-07-11
Filing date: 1997-07-11
Publication date: 1999-01-12
Also published as: EP0892086A1

Description

Anode op basis van lood

De onderhavige uitvinding heeft betrekking op een anode, geschikt voor zuurstofontwikkeling in een zuur electrolyt, omvattende een basisorgaan van lood of een 5 loodlegering, verbonden met ten minste één katalysatorelement, omvattende een drager met een katalysator voor zuurstofontwikkeling.

Loodanoden of anoden van een loodlegering - in het navolgende in het algemeen aangeduid als loodanoden - zijn algemeen bekend in de elektrochemie en worden 10 bijvoorbeeld gebruikt voor de ontwikkeling van zuurstof bij werkwijzen voor het electrochemisch winnen van metalen vanuit zure electrolyten. Een bekend proces waarbij dergelijke loodanoden worden toegepast, is de electrochemische winning van metalen vanuit sulfaatoplossingen. Andere toepassingen van loodanoden zijn het verchromingsproces en het proces van de anodische oxidatie van aluminium.

15

Een nadeel van het gebruik van loodanoden is dat deze anoden een relatief grote electrochemische slijtage ondervinden waardoor lood in de oplossing komt, hetgeen niet alleen vervuiling van het electrolyt, maar ook vervuiling van het product dat verkregen wordt aan de kathode, tot gevolg heeft. Bovendien betekent het opgeloste lood ook een 20 belasting voor het milieu, wanneer het electrolyt verder verwerkt wordt. Tenslotte dienen de loodanoden, ten gevolge van de electrochemische slijtage, regelmatig vervangen te worden.

Een ander nadeel van het gebruik van loodanoden is dat bij electrochemische 25 metaalwinning de overspanning van zuurstof hoog is, hetgeen betekent dat hoge energiekosten benodigd zijn voor het proces.

In EP-A-0 046 727 en EP-A-0 087 186 wordt getracht een oplossing voor bovengenoemde problemen te verschaffen en worden anoden volgens de aanhef 30 beschreven. Hierbij zijn katalysatorelementen in de vorm van katalytische deeltjes, die elk een katalysator voor zuurstofontwikkeling bevestigd aan een dragerdeeltje omvatten, ten minste gedeeltelijk in het basisorgaan, dat lood of een loodlegering omvat, ingebed. De verbinding tussen de katalysatorelementen en het basisorgaan is in 1006552 -2- dit geval onlosneembaar. Een nadeel van dergelijke anoden is dat de vervaardiging hiervan een ingewikkelde werkwijze behelst. Hierdoor is het zeer moeilijk, zo niet vrijwel onmogelijk, om reeds bestaande anoden op een eenvoudige wijze om te vormen tot de anode volgens de aanhef.

5

De onderhavige uitvinding beoogt een anode te verschaffen die geschikt is voor zuurstofontwikkeling in een zuur electrolyt, die eenvoudig te vervaardigen is en waarbij voor de vervaardiging kan worden uitgegaan van bestaande loodanoden. Hiertoe voorziet de onderhavige uitvinding in een anode volgens de aanhef, die gekenmerkt 10 wordt doordat de verbinding tussen het basisorgaan en het katalysatorelement een in hoofdzaak losneembare koppeling omvat.

Een dergelijke losneembare koppeling van het katalysatorelement met het basisorgaan maakt het mogelijk om loodanoden op een eenvoudige wijze te koppelen met en los te 15 nemen van een katalysatorelement. Hierdoor kan niet alleen een nieuw te vormen, maar ook een reeds aanwezige anode worden ‘omgebouwd’ tot een anode die gekoppeld is met een katalysatorelement. De bestaande loodanode wordt hierbij gehandhaafd als element voor stroomtoevoer en als element ter behoud van mechanische stabiliteit. Gekoppeld met een katalysatorelement blijkt de anode voordeligerwijs de 20 bovengenoemde nadelen die gepaard gaan met loodanoden als zodanig, niet te bezitten.

In het bijzonder is het katalysatorelement, en met name de drager daarvan, uitgevoerd als een element dat op eenvoudige wijze met een basisorgaan van lood of een loodlegering gekoppeld kan worden. Hiertoe is de drager van het katalysatorelement in 25 een voordelige uitvoeringsvorm uitgevoerd als een strekmetaal.

In een volgende voorkeursuitvoeringsvorm is de drager van het katalysatorelement uitgevoerd als een plaatvormig element.

30 Een andere mogelijkheid, die eveneens de voorkeur verdient, is dat de drager van het katalysatorelement is uitgevoerd als een draadvormig element.

1006552 -3-

Het katalysatorelement, waarvan de drager met voordeel één van de bovengenoemde uitvoeringsvormen heeft, is in een voorkeursuitvoeringsvorm met behulp van bevestigingshulpmiddelen met het basisorgaan gekoppeld.

5 De bevestigingshulpmiddelen kunnen velerlei, voor de vakman bekende, hulpmiddelen omvatten waarmee een katalysatorelement in de vorm van bijvoorbeeld een plaat, met een basisorgaan gekoppeld kan worden. Bij voorkeur is het katalysatorelement echter met behulp van een bout of een schroef met het basisorgaan gekoppeld.

10 De drager van het katalysatorelement omvat bij voorkeur een geleider. Na koppeling van het katalysatorelement met het basisorgaan wordt de stroom in de anode vanuit het basisorgaan door de geleidende drager overgenomen, zodat de drager functioneert als stroomtransporteur.

15 Hoewel meerdere metalen, zoals bijvoorbeeld tantaal, niobium en titaan, kunnen worden toegepast voor de drager van het katalysatorelement, heeft het de voorkeur dat de drager titaan omvat. De drager kan hierbij in hoofdzaak titaan, dan wel een titaanlegering omvatten.

20 Het heeft de voorkeur dat de drager en de bevestigingshulpmiddelen, met behulp waarvan het katalysatorelement met het basisorgaan is gekoppeld, hetzelfde materiaal omvatten.

Hoewel nog vele andere metalen als katalysator kunnen worden toegepast, omvat de 25 katalysator voor zuurstofontwikkeling van het katalysatorelement bij voorkeur ten minste een metaal uit de groep van platina, iridium, ruthenium, palladium, rhodium of oxiden hiervan. De toepassing van een dergelijke katalysator bewerkstelligt een lagere overspanning voor zuurstofontwikkeling.

1 0 0 6 5 5 2 -4-

De onderhavige uitvinding heeft tevens betrekking op een electrolyseproces dat gekenmerkt wordt doordat een anode volgens de onderhavige uitvinding, zoals beschreven in het bovenstaande, wordt toegepast.

5 Een dergelijk electrolyseproces kan bijvoorbeeld het electrolytisch winnen van metalen, het electrolytisch verchromen van een oppervlak of het anodiseren van aluminium behelzen.

De onderhavige uitvinding zal in het navolgende nader worden toegelicht aan de hand 10 van een aantal voorbeelden waarin achtereenvolgens het effect van de losneembare koppeling van een loodanode met een katalysatorelement en een aantal uitvoeringsvormen van de anode volgens de onderhavige uitvinding uiteen worden gezet.

15 VOORBEELD 1

Proef op slijtage van anode

Een loodplaatje met een oppervlak van ongeveer 10 cm2 - anode A - wordt aan één zijde 20 tegenover een kathode geplaatst en wordt bij 50°C belast met 5000 ampère per m2 in zwavelzuurbrij. Na afloop van de electrolyse - na 148 uur - wordt het verlies aan lood in het plaatje gemeten.

Een zelfde loodplaatje als bovenbeschreven wordt bekleed met een stuk titaan-25 strekmetaal met dezelfde afmeting, dat voorzien is van een katalysator voor zuurstofontwikkeling. Deze anode wordt anode B genoemd. Ook deze anode wordt aan de bovenstaande electrolyse-omstandigheden onderworpen en ook in dit geval wordt het verlies aan lood gemeten.

30 De resultaten van de metingen aan anode A en anode B zijn hieronder gegeven: 10 Θ 6 5 5 2 -5- anode gewichtsverlies (g/m2) A 4885 B 1475 5

Bovenstaande resultaten tonen duidelijk dat de koppeling van een loodanode met een katalysatorelement, omvattende een titaan strekmetaal dat voorzien is van een katalysator voor zuurstofontwikkeling, een sterk gereduceerde slijtage van de loodanode tot gevolg heeft.

10 VOORBEELD 2

Uitvoeringsvorm van anode volgens de onderhavige uitvinding (1) 15 Een loodanode die gebruikt wordt in electrolytische metaalwinning, met een afmeting van 900 mm x 1800 mm en een dikte van 15 mm wordt gekoppeld met een titaan strekmetaal aan de zijde die zich tijdens de electrolyse tegenover de kathode bevindt. Het titaan strekmetaal heeft een afmeting die ongeveer gelijk is aan die van de loodanode en is bekleed met een iridium-mengoxide. De ruit van het strekmetaal is 20 ongeveer 10 mm x 15 mm. Op het strekmetaal zijn op regelmatige afstand van elkaar titaanplaatjes gepuntlast met openingen daarin. Door deze openingen is, met behulp van titaanschroeven, het strekmetaal op de loodanode geschroefd opdat een eenvoudige en goede, doch losneembare, koppeling tussen de anode en het strekmetaal verkregen wordt.

25 VOORBEELD 3

Uitvoeringsvorm van anode volgens de onderhavige uitvinding (2) 30 Een stafanode van lood die gebruikt wordt in een electrolytische verchromingswerkwijze heeft een lengte van 1500 mm en een diameter van 50 mm.

1 0 0 6 5 5 2 -6-

Rondom deze anode wordt een cilinder van titaan-strekmetaal geplaatst dat bekleed is met platina. Het titaan-strekmetaal wordt met behulp van titaanbouten aan de stafanode gekoppeld.

5 VOORBEELD 4

Uitvoeringsvorm van anode volgens de onderhavige uitvinding (3)

Een loodanode die geruime tijd is toegepast in een electrolytisch metaalwinningsproces 10 en die reeds slijtage vertoont, wordt aan de zijde die tijdens de electrolyse naar de kathode is gekeerd gekoppeld met een dichte titaanplaat. Deze titaanplaat is aan beide zijden voorzien van een katalysator voor zuurstofontwikkeling. De titaanplaat wordt met behulp van titaanschroeven met de anode gekoppeld.

15 VOORBEELD 5

Uitvoeringsvorm van anode volgens de onderhavige uitvinding (4)

In dit voorbeeld wordt uitgegaan van twee kwartcirkelvormige loodanoden die naast 20 elkaar worden geplaatst onder vorming van een halve cirkel en die gebruikt worden in een radiale cel voor het maken van koperfolie, alsook voor het verzinken van een -eindeloze - metaalband. Deze loodanoden worden, aan de zijde die zich tijdens electrolyse tegenover de kathode bevindt, bekleed met een titaanplaat die in een -gedeeltelijke - cirkelvorm is gewalst en die voorzien is van draadeinden die in 25 overeenkomstige openingen in de loodanode kunnen worden opgenomen en met behulp van contramoeren kunnen worden vastgezet. De titaanplaat is aan de zijde die naar de kathode gericht is voorzien van een katalysator voor zuurstofontwikkeling in de vorm van een mengsel van iridiumoxide en tantaaloxide.

30 1006552

Claims

1. Anode, geschikt voor zuurstofontwikkeling in een zuur electrolyt, omvattende een basisorgaan van lood of een loodlegering, verbonden met ten minste één 5 katalysatorelement, omvattende een drager met een katalysator voor zuurstofontwikkeling, met het kenmerk dat de verbinding tussen het basisorgaan en het katalysatorelement een in hoofdzaak losneembare koppeling omvat.

2. Anode volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de drager van het 10 katalysatorelement is uitgevoerd als een strekmetaal.

3. Anode volgens conclusie 1, met het kenmerk dat de drager van het katalysatorelement is uitgevoerd als een plaatvormig element.

4. Anode volgens conclusies 1, met het kenmerk dat de drager van het katalysatorelement is uitgevoerd als een draadvormig element.

5. Anode volgens één of meer van de conclusies 1-4, met het kenmerk dat het katalysatorelement met behulp van bevestigingshulpmiddelen met het basisorgaan is 20 gekoppeld.

6. Anode volgens één of meer van de conclusies 1-5, met het kenmerk dat het katalysatorelement met behulp van een bout of een schroef met het basisorgaan is gekoppeld. 25

7. Anode volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat de drager van het katalysatorelement een geleider omvat.

8. Anode volgens één of meer van de conclusies 1-3, met het kenmerk dat de 30 drager van het katalysatorelement titaan omvat. 1006552 -8-

9. Anode volgens één of meer van de conclusies 5-8, met het kenmerk dat de drager en de bevestigingshulpmiddelen hetzelfde materiaal omvatten.

10. Anode volgens één of meer van de voorgaande conclusies, met het kenmerk dat 5 de katalysator voor zuurstofontwikkeling van het katalysatorelement ten minste een metaal omvat uit de groep van platina, iridium, ruthenium, palladium, rhodium of oxiden hiervan.

11. Electrolyseproces, met het kenmerk dat een anode volgens één of meer van de 10 conclusies 1-10 wordt toegepast. 1006552