Titanske anode obložene platinom-: odabir supstrata, debljina premaza i vijek trajanja
Mar 13, 2024
Kako radi titan-platinirana anoda
Platina-titan anoda je kompozitna elektroda: titanijska podloga nosi mehaničku i električnu dužnost, a tanki platinasti sloj osigurava elektrokemijsku površinu. Kombinacija postoji jer niti jedan metal ne radi sam. Platina ima izvanrednu katalitičku aktivnost i otpornost na koroziju, ali košta previše da bi se koristila kao čvrsta ploča. Titan je jeftin, lagan i mehanički jak, ali kao anoda momentalno pasivizira i prestaje provoditi.
Premaz mijenja to ponašanje. Visoki potencijal oslobađanja kisika i nizak potencijal razvijanja vodika čine platinu izvrsnim katodnim materijalom za razvijanje vodika, a njen visoki prenapon kisika jednako je koristan na anodnoj strani ćelija niskog-napona gdje nije poželjno stvaranje kisika. U praksi se elektroda bira za bilo koju stranu ćelije koju proces zahtijeva, a ista konstrukcija služi za obje uloge.
Titanska podloga je važnija nego što većina kupaca očekuje. Industrijski korisnici naručuju obložene titanijeve anode u četiri široke obitelji premaza: rutenij-iridij miješani metalni oksid, iridij-tantalov oksid, rutenij-iridij-mješavine platine i čista platina. Platinasto-titanijska anoda ima svijetli srebrno-bijeli izgled s metalnim sjajem, koji se razlikuje od tamnog mat završetka tipova-obloženih oksidom.
Zahtjevi za podlogu: titan 1. i 2. stupnja
Podloga je nelegirani titan, obično Grade 1 ili Grade 2 prema ASTM B265 za ploče i limove ili ASTM B338 za cijevi i mrežaste materijale, s ekvivalentnim oznakama TA1 i TA2 prema GB/T 3620.1. Stupanj 1 poželjan je za najzahtjevnije premaze jer njegov niži sadržaj željeza i kisika smanjuje rizik od stvaranja intermetala na međusklopu premaza i lokalizirane korozije ispod sloja platine.
| Karakteristično | Preporučena praksa | Razlog |
|---|---|---|
| Vrsta podloge | Stupanj 1 ili stupanj 2 prema ASTM B265 | Niski ostaci daju stabilnije platinasto sučelje |
| Priprema površine | Pjeskarenje praćeno jetkanjem kiselinom | Stvara sidreni profil za prianjanje premaza |
| Debljina platine | Obično 1,5 do 5 mikrona | Uravnotežuje vijek trajanja premaza u odnosu na cijenu platine |
| Oblik supstrata | Ploča, mreža, prošireni lim, cijev, šipka | Usklađeno s geometrijom ćelije i raspodjelom struje |
| Gustoća struje | Održava se onoliko nisko koliko to proces dopušta | Životni vijek premaza opada kako raste gustoća struje |
Zašto se životni vijek premaza smanjuje i kako to usporiti
Životni vijek anode nije fiksni broj; to je funkcija načina rada elektrode. Dominantan odnos je obrnuto proporcionalan između gustoće struje i vijeka trajanja. Udvostručenje gustoće struje više nego prepolovljuje vijek trajanja premaza, jer stopa otapanja platine raste s primijenjenim potencijalom na površini premaza, a pasivizacija bilo kojeg izloženog titana ubrzava se nakon što se formira rupica.
Kvaliteta podloge je drugi faktor. Ako titan nije dovoljno čist ili ako priprema površine ostavlja ostatke oksida ili onečišćenja, sloj platine gubi prianjanje i osnovni metal korodira ispod premaza. Nakon što se defekt otvori, izloženi titan odmah pasivizira i cijela elektroda može otkazati na tom mjestu, a ne postupno po površini.
Kemija elektrolita je treći faktor koji najmanje oprašta. Titan je napadnut fluoridom, a ioni fluorida će uništiti obloženu anodu ispod sloja platine čak i pri niskim koncentracijama. Cijanidne i sulfidne vrste također se moraju isključiti. Gdje se procesom ne mogu izbjeći ti ioni, anoda je pogrešna tehnologija elektrode i umjesto toga treba razmotriti supstrat od niobija ili tantala, budući da se oba odupiru napadu fluorida daleko bolje od titana.
Radna disciplina pokriva ostalo. Promjena polariteta ponekad se namjerno koristi za skidanje pasiviziranog premaza tijekom obnove, zbog čega se nikada ne smije nanositi na anodu u radu. Ostavljanje elektrode uronjene u elektrolit bez protoka struje također degradira premaz, tako da ćelije treba-isprazniti i isprazniti zajedno, umjesto da ih ostavite da stoje mokre.
Rukovanje, skladištenje i zaštita-u radu
Platinasti sloj je tanak, a ogrebotina koja ga uklanja stvara trajnu točku kvara. Obloženim anodama treba rukovati u čistim rukavicama, čuvati ih tako da se površine ne mogu trljati jedna o drugu i nikada ih ne čistiti abrazivnim medijima ili metalnim alatima. Defekt premaza manji od milimetra će, u kloridnom elektrolitu, korodirati prema van i pasivizirati dovoljno brzo da podigne napon ćelije unutar nekoliko dana.
Uvjeti skladištenja također su važni. Elektrode treba držati suhima i zaštititi od kiselih para, a svaku anodu izvađenu iz ćelije treba isprati demineraliziranom vodom i osušiti prije stavljanja u skladište. Preostali elektrolit koji ostane na površini će se koncentrirati dok se suši i napasti rub premaza.
Tamo gdje primjena uključuje elektrolizu vode, proizvodnju ionizirane vode ili proizvodnju sterilizirane vode, praktične specifikacije obično se pišu oko kvalitete supstrata, oblika supstrata, debljine platine, pokrivenosti premaza i granice gustoće struje, a ne samo kemije premaza. Kupci bi trebali inzistirati na tome da sloj platine bude specificiran masom po jedinici površine ili debljinom, budući da im premaz koji se navodi samo kao prisutan ne govori ništa o očekivanom vijeku trajanja.
Primjene u kojima su anode od platine i titana standardne
Ćelije za generiranje vodika koriste titan-obložen platinom kao katodu, gdje nizak prenapon vodika održava niskim napon ćelije. Ionizatori vode i generatori elektrolizirane vode za sterilizaciju koriste istu konstrukciju, često kao mrežastu ili perforiranu ploču kako bi se dobila velika radna površina u kompaktnoj ćeliji. Stvaranje elektrolizirane vode i hipoklorita ima koristi od površine platine jer tolerira uvjete jake oksidacije na anodi bez brzog gubitka rutenija koji se vidi kod prevlaka od mješovitih metalnih oksida.
Osim toga, anode od platine i titana pojavljuju se u katodnoj zaštiti čeličnih konstrukcija u morskoj vodi, u ćelijama za galvanizaciju i završnu obradu metala pomoću elektrolita od plemenitih metala, te u ćelijama za elektrokemijsku oksidaciju za obradu industrijskih otpadnih voda gdje se organsko opterećenje mora uništiti visokom gustoćom struje. Svaka primjena pokreće različitu ravnotežu između opterećenja platinom i radne gustoće struje, a ta ravnoteža treba biti dogovorena s dobavljačem anode prije izgradnje ćelije, a ne nakon prve operacije.
Često postavljana pitanja
Q:Koji se stupanj titana koristi kao supstrat za anodu obloženu platinom?
O: Nelegirani titan 1. ili 2. stupnja prema ASTM B265 ili TA1 i TA2 prema GB/T 3620.1. Stupanj 1 poželjan je za kritične premaze jer njegov manji intersticijski sadržaj daje stabilniju vezu sa slojem platine.
Q:Koliko je debeo sloj platine na titanskoj anodi?
O: Većina industrijskih elektroda koristi između 1,5 i 5 mikrona platine. Točno opterećenje odabire se tako da odgovara potrebnom vijeku trajanja i dopuštenoj gustoći struje, a treba ga navesti prema debljini ili masi platine po jedinici površine.
Q:Koje ione treba izbjegavati u elektrolitu?
O: Fluorid, cijanid i sulfid. Fluorid je najštetniji jer napada titanijsku podlogu ispod premaza i ne može se ublažiti povećanjem debljine platine.
Q:Može li se anoda od platine i titana koristiti kao katoda?
O: Da. Platina kombinira nizak prenapon razvijanja vodika s visokim prenaponom razvijanja kisika, što je čini učinkovitim katodnim materijalom za proizvodnju vodika. Ista se elektroda često odabire za tu dužnost.
Q:Što najviše skraćuje životni vijek anode u normalnom radu?
O: Prevelika gustoća struje. Životni vijek premaza obrnuto je proporcionalan gustoći struje, tako da je rad elektrode iznad nazivne gustoće najbrži način da se potroši sloj platine.
Q:Je li promjena polariteta ikada prihvatljiva u servisu?
O: Ne. Reversal se koristi tijekom obnove za skidanje pasiviziranog premaza i nikada se ne smije nanositi na anodu u normalnom radu, jer ubrzava otapanje sloja platine.
