Способ изготовления объемного серо-графитового суспензионного электрода

(51) 25 11/00 (2006.01) 25 11/02 (2006.01) КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ измельчают и фракцию 25-50 мкм используют как насыпной электрод. В случае выработки электрода в электролизер вносят новую порцию однородной серо-графитовой массы. Заявляемый способ изготовления объемного серо-графитового(суспензионного) электрода предполагает внесение серо-графитовой массы насыпным путем непосредственно в электролизер. Подвижная тонкодисперсная электропроводная серо-графитовая масса находится в постоянном контакте с расположенным в электролизере токосборником (анодом или катодом). При этом тонкодисперсные частицы серо-графитового электрода полностью увлекаются потоком электролита и равномерно распределяются в объеме суспензии. Т.е. средний потенциал частиц в различных точках серо-графитового суспензионного электрода одинаков. Тем самым увеличивается вероятность электрохимического процесса на серографитовом суспензионном электроде. Использование серо-графитового суспензионного электрода позволяет достичь значительного увеличения тока при снижении его плотности. Кроме того, при этом возрастает выход по току вещества до 99,8.(72) На ман Пахчан Негмутула лы Токаева Зухра Мажитовна Нагуманова Сабира Бахчановна Бекова Динара Хамитовна Ауелбекова Арайлым Жоровна(73) На ман Пахчан Негмутула лы(56) Инновационный патент РК 21223, кл. С 25 В 11/00, С 25 В 11/04, опубл. 15.05.2009 г(54) СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ОБЪЕМНОГО СЕРО-ГРАФИТОВОГО СУСПЕНЗИОННОГО ЭЛЕКТРОДА(57) Изобретение относится к области электрохимических производств и может быть использовано для электрохимического синтеза серосодержащих соединений. Задачей предлагаемого изобретения является значительное увеличение активной рабочей поверхности электрода, исключение разрушения электрода в результате его осыпания. Для достижения названного результата предварительно измельченные и смешанные серу и графитовый порошок с соотношением компонентов,мас. графит 20-35, сера 65-80, медленно нагревают до температуры плавления серы, затем охлаждают. Полученную однородную массу Изобретение относится к области электрохимических производств и может быть использовано для электрохимического синтеза серосодержащих соединений. Известен способ изготовления электропроводного серо-графитового электрода,заключающийся в напрессовывании смеси серы,графита и жидкого стекла как связующего на перфорированные никелевые пластины под давлением более 500 кг/см 2 (Баешов А.,Жданов С.И., Тулебаев А.К. и др. Электрохимия серы и ее соединений, Алматы Гылым, 1997. с.133134). Недостатками этого способа являются сложность и трудоемкость изготовления электрода,обусловленные необходимостью применения дополнительного реагента-связующего (жидкое стекло), а также специального оборудования для напрессовывания электродной массы под давлением. Известен способ изготовления электропроводного серо-графитового электрода из предварительно измельченных до фракции 25-50 мкм графита и серы. Порошкообразные серу и графит тщательно перемешивают и медленно нагревают при температуре 110-120 С до однородной массы. Полученную смесь помещают в специальную форму и выдерживают до естественного отверждения(Предпатент РК 17771, кл. С 25 В 11/0, С 25 В 11/04, 2006, бюл. 9). Недостатками этого способа являются ограниченность по весовым соотношениям серы и графита, не позволяющая достигать максимальной электропроводности электрода и электрохимической активности серы, перерасход графита, недостаточная развитость активной рабочей поверхности электрода,а также непрочность электрода. Состав и форма электрода ограничиваются узким интервалом весовых соотношений серы и графита, т.к. при содержании серы в электроде свыше 65 резко повышается сопротивление,следовательно,снижается электропроводность серо-графитового электрода. При содержании графита в электроде свыше 50 трудно получить компактный электрод, т.к. роль связующего выполняет сера. Также в процессе электролиза происходит осыпание графита, т.е. разрушение электрода. Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу является способ изготовления серо-графитового электрода, заключающийся в расплавлении предварительно измельченных и смешанных серы и графита при температуре 110120 С. Полученную однородную массу наносят на сетчатую рамку из нержавеющей стали и выдерживают до отвердения при нормальных условиях (Инновационный патент РК 21223, кл. С 25 В 11/0, С 25 В 11/04, 2009, бюл. 5). Недостатками этого способа являются недостаточные электропроводность и активная рабочая поверхность электрода, недостаточная механическая прочность электрода, т.к. при электролизе происходит разрушение электрода в результате осыпания. Задачей предлагаемого изобретения является значительное увеличение активной рабочей поверхности электрода, исключение разрушения электрода в результате его осыпания. Для достижения названного результата предварительно измельченные и смешанные серу и графитовый порошок с соотношением компонентов,мас. графит 20-35, сера 65-80, медленно нагревают до температуры плавления серы, затем охлаждают. Полученную однородную массу измельчают и фракцию 25-50 мкм используют как насыпной электрод. За счет того, что исключается операция нанесения серо-графитовой массы на сетчатую рамку из нержавеющей стали и выдержка при нормальных условиях до отвердения,появляется возможность снижения материальных затрат, связанных с изготовлением электрода. В случае выработки электрода в электролизер вносят новую порцию однородной серо-графитовой массы. Технический результат предлагаемого изобретения заключается в том, что при использовании серо-графитового суспензионного электрода (СЭ) реализуются условия для- интенсификации процесса электролиза за счет значительного увеличения активной рабочей поверхности электрода повышения выхода по току и производительности электролизера,т.к. в интенсивно перемешивающейся пульпе частицы тонкодисперсной серо-графитовой массы,добавленной насыпным путем, постоянно находятся во взвешенном состоянии- исключается разрушение электрода в результате его осыпания- при этом открывается перспектива вовлечения существующих огромных скоплений серы,оказывающих вредное воздействие на человека и окружающую среду, для изготовления объемных серо-графитовых суспензионных электродов(например,на Тенгизском месторождении расположены скопления более 6 млн. тонн серы). Заявляемый способ изготовления объемного серо-графитового(суспензионного) электрода предполагает внесение серо-графитовой массы насыпным путем непосредственно в электролизер. Подвижная тонкодисперсная электропроводная серо-графитовая масса находится в постоянном контакте с расположенным в электролизере токосборником (анодом или катодом). При этом тонко дисперсные частицы серо-графитового электрода полностью увлекаются потоком электролита и равномерно распределяются в объеме суспензии. Т.е. средний потенциал частиц в различных точках серо-графитового суспензионного электрода одинаков. Тем самым увеличивается вероятность электрохимического процесса на серографитовом суспензионном электроде,включающего ряд последовательно-параллельных стадий 1) заряжение частиц внутри электрода 2) перенос частиц внутри электрода 3) разряд частиц в результате электрохимических реакций при их нахождении в объеме электролита 4) выравнивание потенциалов частиц при взаимных столкновениях(Письмен Л.М. Микрокинетика электрохимических реакций на суспендированном электроде//Электрохимия. 1973. 9. с.1199-1203). Пример Проведены эксперименты по поляризации серографитового и серо-графитового суспензионного электродов при плотности постоянного тока 200 А/м 2. Результаты экспериментов свидетельствуют о значительном увеличении тока при снижении его плотности, повышении выхода по току вещества при электролизе с применением серо-графитового суспензионного электрода. В таблице приведены результаты исследований по поляризации серо-графитового и серо-графитового суспензионного электродов постоянным током. Таблица Основные характеристики, полученные при поляризации электродов постоянным током Наименование электрода Серо-графитовый электрод Как видно из таблицы, значительное увеличение тока при снижении его плотности достигается в случае использования серо-графитового суспензионного электрода. Кроме того, при этом значительно возрастает выход по току образующегося вещества. Проведенные сравнительные исследования по поляризации серо-графитового и серо-графитового суспензионного электродов постоянным током показали, что интенсификация процесса электролиза за счет значительного увеличения активной рабочей поверхности электрода, значительное увеличение тока при уменьшении его плотности, повышение выхода по току,а следовательно,производительность электролизера выше в случае использования серографитового суспензионного электрода. Предлагаемый способ изготовления серографитового суспензионного электрода имеет следующие преимущества 1. Упрощение изготовления электрода, т.к. серографитовый электрод применяется в виде насыпной массы, т.е. без предварительной подготовки электрода. 2. Снижение материальных затрат, связанных с изготовлением электрода, за счет того, что исключаются дополнительные операции,предусмотренные в прототипе, а именно, нанесение серо-углеродной массы на сетчатую рамку из нержавеющей стали и выдержка при нормальных условиях до отвердения. 3. Исключение разрушения электрода в результате его осыпания. 4. Значительное увеличение удельной активной поверхности серо-графитового суспензионного электрода за счет повышения вероятности контакта частиц электрода при электролизе. 5. Интенсификация процесса электролиза за счет использования серо-графитового суспензионного электрода, т.к. частицы электрода постоянно находятся во взвешенном состоянии. 6. Значительное повышение выхода тока по току вещества за счет того, что тонкодисперсные частицы серо-графитового суспензионного электрода полностью увлекаются потоком электролита и равномерно распределяются в объеме суспензии. Т.е. средний потенциал частиц в различных точках серографитового суспензионного электрода одинаков. 7. Экономичность процесса за счет снижения расхода электроэнергии, увеличения выхода по току и повышения производительности электролизера. 8. Достижение значительного экономического эффекта за счет использования в промышленном масштабе серо-графитового суспензионного электрода, изготавливаемого из существующих огромных отвалов серы, и следовательно, снижение вредного воздействия ее на окружающую среду. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ Способ изготовления серо-графитового суспензионного электрода из смеси серы и графита,включающий смешивание измельченной серы с графитовым порошком с соотношением компонентов,мас. графит 20-35, сера 65-80, медленное нагревание до температуры плавления серы, охлаждение,отличающийся тем, что полученную однородную массу измельчают и фракцию 25-50 мкм используют как насыпной электрод.