[發明專利]用于工業電解工藝中析氧的電極

有效

• 申請號: 201080024038.2
• 申請日: 2010-07-27
• 公開（公告）號: CN102449200A
• 公開（公告）日: 2012-05-09
• 發明（設計）人: A·卡爾德拉拉;A·L·安托茲;R·O·雅各布
• 申請（專利權）人: 德諾拉工業有限公司
• 主分類號: C25B11/06
• 分類號: C25B11/06
• 代理公司: 中國國際貿易促進委員會專利商標事務所 11038
• 代理人: 李躍龍

技術領域

本發明涉及適合用作電化學槽的陽極的電極，例如用作電冶金工藝中電解槽的析氧陽極。

背景技術

本發明涉及適合用于工業電化學工藝的電極，例如在涉及析氧陽極反應的電解應用中。析氧陽極廣泛用于多個電化學應用，其中許多電化學應用集中在電冶金領域，從施加的電流密度方面而言涵蓋了寬泛的范圍，所述施加的電流密度可以非常低(例如幾百A/m²，如在電解提取工藝中)，也可以非常高(例如在快速鍍覆中，其中在陽極表面可以超過10kA/m²)；另一個析氧陽極的應用場合是由外加電流陰極防護給出的。適合陽極析氧的電極能夠從閥金屬基材獲得，例如涂覆有催化組合物的鈦和鈦合金，該催化組合物基于過渡金屬或過渡金屬合金，其特征在于它們能降低氧氣釋放的陽極過電勢，在沒有催化系統的情況下，過電勢過高以至于不能允許實施工業工藝。適合催化的陽極析氧的組合物例如由銥和鉭的氧化物的混合物構成，其中銥構成催化活性物質，鉭有利于形成致密的涂層，該涂層能夠防護閥金屬基材免受腐蝕現象，特別是用侵蝕性電解質運行時。適合在許多工業電化學工藝中陽極析氧的陽極配制劑包含鈦基材和由銥和鉭的氧化物構成的催化涂層，所涉及金屬的摩爾組成為65％Ir和35％Ta。在一些情況下，例如能夠以酸性非常強或者侵蝕性的電解質運行，在鈦基材和催化涂層之間設置防護中間層可以是有益的，例如由鈦和鉭氧化物構成該防護中間層，所涉及金屬的摩爾組成為80％Ti和20％Ta。這種電極能由多種方法制備，例如通過在高溫下前體溶液的熱分解，例如在400至600℃下。上述特定組成的電極能滿足多種工業應用的需要，無論是在低或高電流密度下，具有適當的運行壽命。一些生產性工藝的經濟性，尤其是冶金領域的經濟性(例如用于制造印刷電路板和銅箔的電沉積工藝中的銅沉積)仍要求電極具有越來越高的持續時間和在高電流密度下的也相對適當地減小的析氧電勢：析氧電勢事實上是決定工藝運行電壓的主要因素之一，因而也是決定總能源消耗的主要因素之一。此外，在閥金屬基材上基于貴金屬或貴金屬氧化物的電極的運行壽命在特定的侵蝕性污染物的存在下會顯著減少，該污染物能夠建立加速的腐蝕或污染陽極表面的現象。前一種類型的例子是由氟離子給出的，氟離子決定對閥金屬例如鈦的特定侵蝕，使電極非常快地失活；在一些工業環境中，必須面對將氟離子濃度降低到非常低水平的重要成本，由于高于0.2百萬分之一(ppm)的氟離子含量已經能夠顯示出在陽極持續時間上的可感覺到的影響。相反地，后一種類型的例子是錳離子給出的，在幾種工業電解質中錳離子的典型量為2-30克/升，其從濃度低至1克/升的錳離子濃度開始，具有在陽極表面形成MnO₂層的成膜趨勢，MnO₂層易于遮擋催化活性，并且難以在不引起損壞的情況下去除。

因此，顯然需要提供這樣的用于析氧的陽極，其特征在于：即使在特別嚴酷的工藝條件下，也具有較高的運行壽命，例如在高電流密度或在侵蝕性特別強的電解質中，例如由污染物存在所致。

發明內容

在所附的權利要求中闡述本發明的各個方面。

在一個實施方案中，本發明涉及適于用作電解工藝中的陽極的電極，該電極包含鈦或其它閥金屬基材和由一個或多個層構成的催化涂層，該催化涂層的最外層適于與電解質接觸工作，由銥、鉭和鈦的氧化物構成，所涉及金屬的摩爾組成為Ir?76-84％、Ta?15-23％、Ti0.2-1.3％。發明人令人驚訝地觀察到，向非常富含銥的催化組合物中加入少量鈦能夠顯著提高用于陽極析氧的電極的持續時間，并改善其對污染物存在的耐受性(tolerance)。在一個實施方案中，由多個層構成的催化涂層包含由銥和鉭的氧化物構成的內層，所涉及金屬的摩爾組成為Ir?60-70％和Ta?30-40％，以及由銥、鉭和鈦的氧化物構成的外層，所涉及金屬的摩爾組成為Ir?76-84％、Ta?15-23％、Ti?0.2-1.3％。這能夠具有更好地分散銥的優點，銥是電極中最昂貴的組分，從而對于給定總負載最大限度地發揮其功效。在催化涂層中銥的最佳總負載取決于特定類型的應用，對此指定為電極，取決于在這樣的應用中對陽極所需的最小運行壽命：在一個實施方案中，催化涂層中總的銥的單位負載(specific?loading)是20至50g/m²，任選地細分至內層含有15至25％的總負載，而外層包含余量。