Anozi de titan acoperiți cu platină-: selecția substratului, grosimea acoperirii și durata de viață

Cum funcționează un anod de titan placat cu platină-

Un anod de titan platină este un electrod compozit: un substrat de titan poartă sarcina mecanică și electrică, iar un strat subțire de platină asigură suprafața electrochimică. Combinația există pentru că niciun metal nu funcționează singur. Platina are activitate catalitică remarcabilă și rezistență la coroziune, dar costă mult prea mult pentru a fi folosită ca placă solidă. Titanul este ieftin, ușor și puternic mecanic, dar ca anod se pasivează instantaneu și nu mai conduce.

Acoperirea inversează acest comportament. Potențialul ridicat de degajare de oxigen al platinei și potențialul scăzut de degajare a hidrogenului fac din aceasta un material catodic excelent pentru degajarea hidrogenului, iar suprapotențialul său ridicat de oxigen este la fel de util pe partea anodică a celulelor cu tensiune joasă-, unde nu se dorește generarea de oxigen. În practică, electrodul este ales pentru orice parte a celulei pe care o cere procesul, iar aceeași construcție servește ambelor roluri.

Substratul de titan contează mai mult decât se așteaptă majoritatea cumpărătorilor. Utilizatorii industriali comandă anozi de titan acoperiți în patru familii largi de acoperire: ruteniu-iridiu oxid metalic amestecat, iridiu-oxid de tantalu, amestecuri de ruteni-iridiu{-platină și placare cu platină pură. Un anod de titan platină are un aspect alb-argintiu strălucitor cu o strălucire metalică, diferit de finisajul mat închis al tipurilor acoperite cu oxid-.

Cerințe de substrat: Titan de gradul 1 și gradul 2

Substratul este titan nealiat, în mod normal gradul 1 sau gradul 2 conform ASTM B265 pentru plăci și foi sau ASTM B338 pentru material de tub și plasă, cu denumirile TA1 și TA2 echivalente conform GB/T 3620.1. Gradul 1 este preferat pentru cele mai solicitante acoperiri deoarece conținutul său mai scăzut de fier și oxigen reduce riscul formării intermetalice la interfața acoperirii și al coroziunii localizate sub stratul de platină.

De ce scade viața acoperirii și cum să o încetinești

Durata de viață a anodului nu este un număr fix; este o funcție a modului în care este operat electrodul. Relația dominantă este proporționalitatea inversă între densitatea curentului și durata de viață. Dublarea densității de curent înjumătățește durata de viață utilă a acoperirii, deoarece viteza de dizolvare a platinei crește odată cu potențialul aplicat la suprafața acoperirii și pasivarea oricărui titan expus accelerează odată ce se formează un orificiu.

Calitatea substratului este al doilea factor. Dacă titanul nu este suficient de pur sau dacă preparatul de suprafață lasă reziduuri de oxid sau contaminare, stratul de platină își pierde aderența și metalul de bază se corodează sub acoperire. Odată ce un defect se deschide, titanul expus pasivează imediat și întregul electrod se poate defecta în acel punct, mai degrabă decât treptat pe suprafață.

Chimia electroliților este al treilea și cel mai puțin îngăduitor factor. Titanul este atacat de fluor, iar ionii de fluor vor distruge un anod acoperit de sub stratul de platină chiar și la concentrație scăzută. Trebuie excluse și speciile de cianuri și sulfuri. Acolo unde un proces nu poate evita acești ioni, anodul este o tehnologie de electrod greșită și ar trebui luat în considerare un substrat de niobiu sau tantal, deoarece ambii rezistă mult mai bine la atacul fluorului decât titanul.

Disciplina operațională acoperă restul. Inversarea polarității este uneori folosită în mod deliberat pentru a îndepărta o acoperire pasivată în timpul recondiționării, motiv pentru care nu trebuie niciodată aplicată pe un anod în funcțiune. Lăsarea unui electrod scufundat în electrolit fără a curge curent degradează, de asemenea, învelișul, astfel încât celulele ar trebui să fie de-deenergizate și drenate împreună, în loc să rămână umede.

Manipulare, depozitare și{0}}protecție în serviciu

Stratul de platină este subțire, iar o zgârietură care îl îndepărtează creează un punct de defecțiune permanent. Anozii acoperiți trebuie manipulați cu mănuși curate, depozitați astfel încât suprafețele să nu se poată freca unul de celălalt și nu trebuie curățați niciodată cu medii abrazive sau unelte metalice. Un defect de acoperire mai mic de un milimetru, într-un electrolit de clorură, se va coroda în exterior și se va pasiva suficient de repede pentru a crește tensiunea celulei în câteva zile.

Condițiile de depozitare contează și ele. Electrozii trebuie păstrați uscati și protejați de vapori acizi, iar orice anod îndepărtat dintr-o celulă trebuie clătit cu apă demineralizată și uscat înainte de a fi depozitat. Electrolitul rezidual rămas pe suprafață se va concentra pe măsură ce se usucă și va ataca marginea acoperirii.

Acolo unde aplicația implică electroliza apei, generarea de apă ionizată sau producția de apă sterilizată, specificația practică este de obicei scrisă în jurul gradului substratului, formei substratului, grosimea platinei, acoperirii acoperirii și o limită de densitate de curent, mai degrabă decât chimia acoperirii. Cumpărătorii ar trebui să insiste ca stratul de platină să fie specificat în funcție de masă pe unitate de suprafață sau de grosime, deoarece o acoperire menționată doar ca prezentă nu le spune nimic despre durata de viață așteptată.

Aplicații în care anozii de platină și titan sunt standard

Celulele de generare a hidrogenului folosesc ca catod titan-acoperit cu platină, unde suprapotenţialul scăzut de hidrogen menţine tensiunea celulară scăzută. Ionizatoarele de apă și generatoarele de apă electrolizată pentru sterilizare folosesc aceeași construcție, adesea ca plasă sau placă perforată pentru a oferi o zonă mare de lucru într-o celulă compactă. Apa electrolizată și generarea de hipoclorit beneficiază de suprafața de platină deoarece tolerează condițiile puternic oxidante la anod fără pierderea rapidă de ruteniu observată cu acoperirile mixte de oxid de metal.

Dincolo de acestea, anozii de titan platină apar în protecția catodică a structurilor de oțel din apa de mare, în celulele de galvanizare și finisare a metalelor folosind electroliți din metale prețioase și în celulele de oxidare electrochimică pentru tratarea efluenților industriali unde sarcina organică trebuie distrusă la densitate mare de curent. Fiecare aplicație generează un echilibru diferit între încărcarea cu platină și densitatea curentului de funcționare, iar acel echilibru trebuie convenit cu furnizorul de anod înainte de construirea celulei, nu după prima exploatare.

Întrebări frecvente

Q:Ce calitate de titan este folosită ca substrat pentru un anod acoperit cu platină?
A: titan nealiat de gradul 1 sau gradul 2 conform ASTM B265 sau TA1 și TA2 conform GB/T 3620.1. Gradul 1 este preferat pentru acoperirile critice deoarece conținutul său interstițial mai scăzut oferă o legătură mai stabilă cu stratul de platină.

Q:Cât de gros este stratul de platină pe un anod de titan?
R: Majoritatea electrozilor industriali folosesc între 1,5 și 5 microni de platină. Încărcarea exactă este aleasă pentru a se potrivi cu durata de viață necesară și cu densitatea de curent admisă și ar trebui să fie cotată în funcție de grosime sau de masa de platină pe unitate de suprafață.

Q:Ce ioni trebuie evitați în electrolit?
A: Fluor, cianura si sulfura. Fluorul este cel mai dăunător, deoarece atacă substratul de titan de sub acoperire și nu poate fi atenuat prin creșterea grosimii platinei.

Q:Se poate folosi un anod de titan platină ca catod?
A: Da. Platina combină suprapotenţialul scăzut de degajare de hidrogen cu suprapotenţialul ridicat de degajare de oxigen, ceea ce o face un material catod eficient pentru generarea de hidrogen. Același electrod este adesea selectat pentru această sarcină.

Q:Ce scurtează cel mai mult durata de viață a anodului în funcționarea normală?
A: Densitate de curent excesivă. Durata de viață a acoperirii este invers proporțională cu densitatea curentului, astfel încât operarea unui electrod peste densitatea sa nominală este cea mai rapidă modalitate de a consuma stratul de platină.

Q:Este vreodată acceptabilă inversarea polarității în funcționare?
R: Nu. Inversarea este utilizată în timpul recondiționării pentru a îndepărta o acoperire pasivată și nu trebuie niciodată aplicată pe un anod în funcționare normală, deoarece accelerează dizolvarea stratului de platină.