電解裝置中鈦基貴金屬電極與陰極連接方法及合金材料的製作方法

2023-07-03 15:47:01 1

專利名稱：：電解裝置中鈦基貴金屬電極與陰極連接方法及合金材料的製作方法
技術領域：
：本發明涉及一種電解裝置中鈦基貴金屬電極與陰極連接方法，以及用於連接鈦基貴金屬電極與陰極的合金材料，適用於採用酸性或中性電解液的電解合成體系，尤其適合於工業化規才莫生產丁二酸的電解裝置中的4太銥電極與鉛或鉛合金電極之間的連接。(二)背景4支術電解合成是採用直流電解手段在電極表面進行電化學反應而生成新物質的一種合成技術，與傳統的化學合成方法相比，電解法合成化學物質，利用電子作為清潔的反應劑，反應控制方便，反應選擇性高，反應在常溫常壓下進行，合成條件溫和，無需特殊的加熱或加壓設備，反應裝置通用性好，具有許多常規化學合成方法無法相比的優點。更重要的是，採用電解法合成化學物質，產物分離和精緻容易，產物純度高，對環境的汙染大幅度降低，很多體系可實現完全無汙染，因此是一種對環境友好的綠色清潔合成技術。雖然電解合成通常需要消耗較多的電能，但從未來長遠考慮，電能將成為未來化學加工的主要能源，結合越來越嚴重的環境問題，電解合成技術無疑是一種高效率的化學合成方法。近20年來，美國、日本和歐盟各國對電解合成工藝的開發和應用非常活躍，迄今達到工業化生產或中試階段的電解合成產品已逾百種，其中醫藥、香料、農藥等高附加值的精細化學品的電解合成是主要的開發方向，相關的專利數在近年也大幅度上升。據估計，利用電解合成技術可以製備的有機產品可達八千種以上，表明了電解合成工藝的廣闊發展空間。電解槽是電解合成的關鍵技術之一，選擇和設計結構緊湊、工作可靠、加工容易、成本低廉的電解槽，是電解合成工藝成功的可靠保證。目前已經在工業生產上採用的電解槽已經有很多類型，取得成功的也不在少數。無論哪種類型的電解槽，其中的陽極和陰極之間的連接雖然從表面看是一個並不重要的小問題，但在實際生產中，電極之間的連接卻非常重要，可靠的連接不僅能保證電解過程的連續順利進行，減少設備檢修和維護，同時能大幅度降低工業槽電壓，減少生產成本。尤其對採用酸性電解質溶液的合成體系，更是如此。對目前已經實現工業化生產的一些化工產品，如丁二酸，其電解合成採用硫酸水溶液作為電解質溶液，反應溫度在5080°C,這樣的合成條件對一般金屬材料的腐蝕性很強，因此陽極採用耐腐蝕性高的鈦基Ir/Ti塗層電極，而負極採用耐酸腐蝕的鉛或鉛合金。目前鈦電極和鉛電極的連接一般採用機械方式連接，即採用螺釘緊固的方法將鈦電極和鉛電極連接在一起。由於鈦電極導電性差，且表面生成一層近乎絕緣的緻密氧化物層，因此機械方法連接處電阻很大，實際電解過程中連接處電壓降很大，發熱嚴重，不僅增加了電解電耗，而且由於發熱經常導致鉛電極熔化，電極連接失效，使電解生產過程中斷，增加了維修的困難。針對電解合成生產中實際存在的問題，本發明提出了一種電解裝置中貴金屬電極與其它電極的連接方法，對不同類型的電解裝置均適用。尤其對採用中性或酸性電解質溶液的體系，採用本發明的電極連接方法，具有連接可靠、操作簡單、接觸電阻小等優點，能可靠的將鈦基貴金屬電極與一般的陰極材料連接在一起，且電極之間的連接電阻小，能大幅度降低接觸電阻，減少電解生產中的能耗，降低成本；而且連接可靠，能減少生產過程中設備維修時間，保證電解生產過程的可靠連續進行。
發明內容本發明目的是提供一種電解裝置中鈥基貴金屬電極與陰極連接方法，以大幅度降低接觸電阻、降低能耗，並保證電解生產過程的可靠連續進行。本發明採用的技術方案是一種電解裝置中鈦基貴金屬電極與陰極連接方法，所述方法為以銅棒表面包覆鈦層的鈥/銅複合棒為極耳，所述鈥/銅複合棒端部為棵露的銅棒，對棵露的銅棒表面處理得到潔淨的銅表面，乾燥後，180300。C下對銅表面進行浸錫處理，浸錫處理後用鉛或鉛合金焊料將銅棒與陰極焊接；所述鉛或鉛合金焊料表達式為Pb-xSb-yAg-zM,其中M為Cu、Sn、Bi中的一種或多種，x、y、z為Sb、Ag、M與Pb的質量之比，x=00.2;y=00.2;z=00.1，所述的陰極為金屬或合金製成。所述的陰極採用的金屬材料或合金為常見用於陰極的金屬材料或合金材料鉛或鉛合金、不鏽鋼、鎳、鐵或銅及其它金屬材料，對於鉛或者鉛合金電極，可直接進行焊接處理，採用其他的金屬材料作為陰極，則可採用與陽極同樣的浸錫處理後，再進行焊接。所述極耳的結構如附圖1所示，可直接向鈦合金製造企業定製，也可利用現有鈦/銅複合棒，進行機械加工刨去鈥/銅複合棒頭部的鈦層，露出裡面的紫銅。本發明方法對不同類型的電解裝置均適用。尤其對採用中性或酸性電解質溶液的體系，採用本發明的電極連接方法，具有連接可靠、操作簡單、接觸電阻小等優點，能可靠的將鈦基貴金屬電極與一般的陰極材料連接在一起，且電極之間的連接電阻小，能大幅度降低接觸電阻，減少電解生產中的能耗，降低成本；而且連接可靠，能減少生產過程中設備維修時間，保證電解生產過程的可靠連續進行。所述浸錫處理為浸純錫或市售常規的Pb-Sn或Pb-Sn-Sb焊料。所述焊接利用焊接模具進行，將棵露的銅棒、陰極分別和焊接模具焊接，再往模具中倒入熔化的鉛或鉛合金焊料，加熱使鉛或鉛合金焊料熔化均勻，冷卻後除去模具。本發明還涉及用於連接鈦基貴金屬電極與陰極的合金材料，所述合金材料作為焊料用於鈦基貴金屬電極與陰極的連接，所述的合金材料為多組分鉛合金，表達式為Pb-xSb-yAg-zM，其中M為Cu、Sn、Bi中的一種或多種，x、y、z分另'J為Sb、Ag、M與Pb的質量之比，x=00.2;y=00.2;z=00.1、x、y、z不同時為0。常用的，所述鉛合金表達式為Pb-xSb,x=0.05~0.08;或者Pb-yAg,y=0.0050.01。優選的，所述鉛合金表達式為Pb-xSb-yAg，x=0.050.08;y=0.005~0.01。或者，所述鉛合金表達式為Pb-xSb-yAg-zM,x=0.050.08;y=0.0050.01，z=0.010.05,M為Cu、Sn中的一種或兩種。更為優選的，所述鉛合金表達式為Pb-0.05Sb-0.005Ag-0.01Cu。或者，所述鉛合金表達式為Pb-0.05Sb-0.005Ag-0.01Cu-0.02Sn。本發明和現有的機械連接方式相比，具有連接可靠、接觸電阻小、槽電壓低等優點，能大幅度減少電解生產中的能耗，降低生產成本；而且連接可靠，能減少生產過程中設備維修時間，保證電解生產過程的可靠連續進行。(四)圖1為本發明的貴金屬電極上導電Ti/Cu極耳結構示意圖；1為螺孔，2為銅，3為鈦；圖2為本發明的金屬電極的導電Ti/Cu極耳與鉛或鉛合金電極的連接示意圖；4為鉛或鉛合金焊接層，5為鈥基貴金屬極耳，6為陰極極耳。(五)具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進行進一步描述，但本發明的保護範圍並不僅限於此實施例1:某企業無隔膜電解合成丁二酸的電解裝置，由40單元槽串聯，陽極採用鈦銥電極，陰極採用鉛合金電極(Pb-0.08Sb-0.005Ag電極)，電解合成丁二酸時，電解液為飽和丁二酸的6%>琉酸溶液，電解液溫度為50-60。C，電流密度為600A/m2。採用機械方式連接鈥銥電極和鉛合金電極，其中鈥電極的每個電極極耳採用4個012mm的鈦螺釘與鉛合金進行機械連接，連接後在以上的條件下進行連續電解生產，電解過程中單槽電壓為3.2-3.8V,總槽電壓128152V,直流電解能耗約為2600度/噸丁二酸。電解生產過程中，電極連接處的溫度最高超過160°C，電解過程中由於電極發熱，經常導致電極連接失效。採用本發明的連接方式，將鈥銥電極的極耳頭部刨去表面的鈦，露出其中的紫銅，清洗後對銅表面進行浸純錫處理，然後採用本發明的方法將鈦電極和鉛合金電極用Pb-0.05Sb-0.005Ag焊料進行焊接(參見圖1、圖2)。電極連接好後，在同樣的條件下進行連續電解生產，電解過程中單槽電壓為2.5-3.0V,總槽電壓100120V,電解直流電能耗約為20002100度/噸丁二酸。電解生產過程中，電極連接處的溫度最高不超過80°C，一般為室溫，電解過程中由於電極發熱而經常導致電極連接失效現象完全消除，本發明的電極連接方式可保證電解連續運行一年以上。採用不同焊料進行焊接時，其結果與上類似，如下表所示(浸錫合金Pb-Sn焊料和Pb-Sn-Sb焊料中，各金屬為等質量)formulaseeoriginaldocumentpage7tableseeoriginaldocumentpage9*指在600A/n^的連續電解條件下，電解液為飽和丁二酸的6。/。碌u酸溶液，電解液溫度為50-60°C。權利要求1.一種電解裝置中鈦基貴金屬電極與陰極連接方法，所述方法為以銅棒表面包覆鈦層的鈦/銅複合棒為極耳，所述鈦/銅複合棒端部為裸露的銅棒，對裸露的銅棒表面處理得到潔淨的銅表面，乾燥後，180～300℃下對銅表面進行浸錫處理，浸錫處理後用鉛或鉛合金焊料將銅棒與陰極焊接連接；所述鉛或鉛合金表達式為Pb-xSb-yAg-zM，其中M為Cu、Sn、Bi中的一種或多種，x、y、z分別為Sb、Ag、M與Pb的質量之比，x＝0～0.2；y＝0～0.2；z＝0～0.1，所述的陰極為金屬或合金製成。2.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的陰極採用的金屬材料為鉛、不鏽鋼、鎳、鐵或銅。3.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述的陰極採用的合金材料為鉛與非鉛金屬組合的合金。4.如權利要求1所述的方法，其特徵在於所述浸錫處理為浸純錫或Pb-Sn焊料或Pb-Sn-Sb焊料。5.如權利要求l所述的方法，其特徵在於所述焊接利用焊接才莫具進行，將棵露的銅棒、陰極分別和焊接模具焊接，再往模具中倒入熔化的鉛或鉛合金焊料，加熱使鉛或鉛合金焊料熔化均勻，冷卻後除去模具。6.—種用於連接鈦基貴金屬電極與陰極的合金材料，其特徵在於所述的合金材料為多組分鉛合金，表達式為Pb-xSb-yAg-zM,其中M為Cu、Sn、Bi中的一種或多種，x、y、z分別為Sb、Ag、M與Pb的質量之比，x=0~0.2;y=00.2;z=00.1,x、y、z不同時為0。7.如權利要求6所述的合金材料，其特徵在於所述鉛合金表達式為Pb-xSb,x=0.05~0.08。8.如權利要求6所述的合金材料，其特徵在於所述鉛合金表達式為Pb-yAg,y=0.0050.01。9.如權利要求6所述的合金材料，其特徵在於所述鉛合金表達式為Pb-xSb-yAg,x=0.050.08;y=0.005~0.01。10.如權利要求6所述的合金材料，其特徵在於所述鉛合金表達式為表達式為Pb-xSb-yAg-zM,M為Cu、Sn中的一種或兩種，x=0.050.08;y=0.005~0.01,z=0.01~0.05。全文摘要本發明提供了一種電解裝置中鈦基貴金屬電極與陰極連接方法，所述方法為以銅棒表面包覆鈦層的鈦/銅複合棒為極耳，所述鈦/銅複合棒端部為裸露的銅棒，對裸露的銅棒表面處理得到潔淨的銅表面，乾燥後，180～300℃下對銅表面進行浸錫處理，浸錫處理後用鉛或鉛合金焊料將銅棒與陰極焊接；所述鉛或鉛合金焊料表達式為Pb-xSb-yAg-zM，M為Cu、Sn、Bi中的一種或多種，x、y、z為Sb、Ag、M與Pb的質量之比，x＝0～0.2；y＝0～0.2；z＝0～0.1，所述的陰極為金屬或合金製成。本發明具有連接可靠、接觸電阻小、槽電壓低等優點，能大幅度減少電解生產中的能耗，降低生產成本；而且連接可靠，能減少生產過程中設備維修時間，保證電解生產過程的可靠連續進行。文檔編號B23K1/20GK101280433SQ20071030806公開日2008年10月8日申請日期2007年12月31日優先權日2007年12月31日發明者張文魁,甘永平,輝黃申請人:浙江工業大學