Исследования углеродных материалов и их ресурсные испытания в качестве анодов при производстве фтора

Abstract

Актуальность. На сегодняшний день основным промышленным способом получения фтора является электролиз фтороводорода из расплавов гидрофторидов калия. При этом чаще всего используют среднетемпературные (до 105 °С) электролизеры с электролитом состава KF∙2HF, рассчитанные на силу тока до 40 кА, в которых основополагающими элементами являются жалюзийный стальной катод и коксовый анод. Единственное оставшееся российское предприятие, производящее коксовые пластины, пригодные для использования в качестве анодов при электрохимическом производстве фтора (АО «Донкарб Графит») с целью снижения их стоимости, стало применять вместо нефтяных каменноугольные кокс и пек, что привело к существенному снижению качества и срока их работы. Поэтому существует необходимость поиска и разработки новых более устойчивых во фторидных средах анодных материалов. Цель. Оценка различных новых углеродсодержащих материалов, пригодных для изготовления анодных пластин и электрохимического производства фтора, проведение ресурсных испытаний данных материалов в непрерывном режиме в течение продолжительного времени (до 3360 часов). Методы. Технические условия, кажущуюся плотность, предел прочности на сжатие, содержание золы, пористость и удельное электросопротивление материалов композиционных коксовых пластин определяли согласно ГОСТ 23775-79, 22692-77, 22898-78, 23776-79. Объект. Материалы на основе коксо-пековых соединений, углеродуглеродные композиционные материалы. Результаты. В условиях получения фтора проведены исследования и ресурсные испытания ряда новых композиционных материалов на основе углерода, разработанных ООО «Научнотехнологический центр углеродных и композиционных материалов» (г. Челябинск) и Северским технологическим институтом - филиалом национального исследовательского ядерного университета «МИФИ». При этом определены следующие физико-механические и физико-химические свойства композиционных материалов: кажущаяся плотность, предел прочности на сжатие, содержание золы, пористость и удельное электрическое сопротивление. Сформированы рекомендации для дальнейших производственных испытаний ряда новых материалов

Relevance. Today, the main industrial method for producing fluorine is the electrolysis of hydrogen fluoride from potassium hydrofluoride melts. Most often, they use the medium-temperature (up to 105°C) electrolyzers with a KF∙2HF electrolyte designed for a current of up to 40 kA, in which the fundamental elements are a louvered steel cathode and a coke anode. The only remaining Russian enterprise producing coke plates suitable for use as anodes in the electrochemical production of fluorine (JSC Donkarb Graphite) began to use coal coke and pitch instead of petroleum coke and pitch in order to reduce their cost. This led to a significant decrease in their quality and service life. Therefore, there is a need to search for and develop new anode materials that are more stable in fluoride environments. Aim. Evaluation of various new carboncontaining materials suitable for manufacturing anode plates and electrochemical production of fluorine, carrying out resource tests of these materials in a continuous mode for various periods of time (up to 3360 hours). Methods. Technical conditions, apparent density, compressive strength, ash content, porosity and specific electrical resistance of composite coke plate materials were determined according to SS 23775-79, 22692-77, 22898-78, 23776-79. Object. Materials based on cokepitch compounds, carbon-carbon composite materials. Results. Under conditions of fluorine obtaining the authors have conducted the research and resource testing of a number of new carbon-based composite materials developed by the Scientific and Technological Center of Carbon and Composite Materials (Chelyabinsk) and the Seversk Technological Institute, a branch of the National Research Nuclear University MEPhI. They determined the following physical, mechanical and physical and chemical properties of the composite materials: apparent density, compressive strength, ash content, porosity and specific electrical resistance. The paper introduces the recommendations for further production testing of a number of new materials