1. РЕСПУБЛИКА КАЗАХСТАН
(19) KZ (13) A4 (11) 28464
(51) C25B 11/00 (2006.01)
C25B 11/02 (2006.01)
КОМИТЕТ ПО ПРАВАМ
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ
МИНИСТЕРСТВА ЮСТИЦИИ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К ИННОВАЦИОННОМУ ПАТЕНТУ
(21) 2013/0363.1
(22) 26.03.2013
(45) 15.05.2014, бюл. №5
(72) Нағ ман Пахчан Негмутула лы; Токаева Зухра
Мажитовна; Нагуманова Сабира Бахчановна; Бекова
Динара Хамитовна; Ауелбекова Арайлым Жоровна
(73) Нағ ман Пахчан Негмутула лы
(56) Инновационный патент РК №21223, кл. С25В
11/00, С25В 11/04, опубл. 15.05.2009г
(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
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 серо-
графитовом 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%.
(19)KZ(13)A4(11)28464

2. 28464
2
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/см2
(Баешов А.,
Жданов С.И., Тулебаев А.К. и др. Электрохимия
серы и ее соединений, Алматы: Гылым, 1997. с.133-
134).
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. С25В 11/0, С25В 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 110-
120°С. Полученную однородную массу наносят на
сетчатую рамку из нержавеющей стали и
выдерживают до отвердения при нормальных
условиях (Инновационный патент РК №21223, кл.
С25В 11/0, С25В 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 серо-
графитовом 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

3. 28464
3
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 серо-
графитового и серо-графитового суспензионного
электродов при плотности постоянного тока 200 А/м2
.
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 Плотность тока, А/м2
Ток, А Выход по току, %
50 5 56,7
200 10 60,4
400 15 67,5
700 17 68,8
Серо-графитовый электрод
1000 20 70,6
10 30 97,9
50 50 98,5
100 70 99,0
150 80 99,4
Серо-графитовый
суспензионный электрод
200 100 99,8
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 серо-
графитового суспензионного электрода.
Предлагаемый способ изготовления серо-
графитового суспензионного электрода имеет
следующие преимущества:
1. Упрощение изготовления электрода, т.к. серо-
графитовый 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 серо-
графитового 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.
Верстка Ж. Жомартбек
Корректор Е. Барч