[实用新型]用于高温高压实验的外置压力平衡式Ag/AgCl参比电极系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及用于高温高压实验的外置压力平衡式Ag/AgCl参比电极系统。

背景技术

目前，材料在高温高压水溶液中的电化学行为备受关注，其涉及领域可主要归结为以下三个方面。(1)材料基础性能研究：由于高温高压水溶液的物理化学性质较室温下有很大变化，科学技术的发展迫切需要开展材料在高温高压水溶液中的基础性能研究。现在我国正处于工业蓬勃发展时期，由于缺乏关键材料尤其是国产材料在高温高压水溶液服役过程中的基础电化学数据，只能进口国外材料或依赖国外标准，阻碍了我国科研及工业自主化的进程。(2)高温高压设备的安全评估：高温高压水溶液具有很强的侵蚀性。在现代工业中，有不少装置以高温高压水溶液作为工作介质，如火力发电站的高温循环水体系，超临界水处理工业废水，地热利用系统，深海设备，油气田高温高压钻采体系，核电站原子能反应堆等。以石油行业为例，在油气开发中，伴生气中多含有一定量的H₂S与CO₂，对油管、套管的腐蚀给油开发造成了巨大损失，极大地制约了H₂S与CO₂共存条件下的油气开发。另外，我国核电站目前主要采用压水堆。核电关键材料的失效可能会造成十分严重的后果，不仅引发核电站的安全事故，甚至影响民众安全并造成环境污染，殃及国民经济的可持续发展。保障核电站的安全首先需要深入了解核电关键材料在高温高压水溶液中的环境损伤行为与机制，并能进行检测和监测损伤的状态。(3)湿法冶金工业：湿法冶金是金属矿物原料在酸性介质或碱性介质的水溶液中进行化学处理或有机溶剂萃取、分离杂质、提取金属及其化合物的过程。现代的湿法冶金几乎涵盖了除钢铁以外的所有金属提炼。目前，世界上约有90％的金和约80％的锌都是用湿法冶金方法生产的。大部分金属湿法冶金原理都是电化学反应。在高压湿法冶金中，高温和高压的应用提供了超过常规湿法冶金的许多优点。在某些情况下，反应可大为加速，使这种方法在经济上具有较大竞争力；而在另一些情况下，所希望的化学反应只有在高温高压下才能发生。与此同时，冶金电化学的研究可以为湿法冶金工业提供大量的实用信息，如最佳的冶金电解质组成，以及如何尽可能提高电解过程的电流效率和降低电能消耗。

参比电极是测量电极电势时作参照比较的电极。参比电极的稳定性对电化学及其相关研究都是至关重要的。随着电化学技术的快速发展，电化学测量已不仅限于实验室，已经扩展至工程现场检测与检测应用领域。参比电极的应用环境越复杂，对参比电极的技术及性能要求越高。当前高温高压用参比电极按电极放置方式可分为内置式和外置式参比电极两大类，两者各有其优缺点。内置式参比电极与工作电极处于相同的温度、压力和溶液环境。内置式参比电极最大的优点在于，用它测试所得的电极电位在热力学上可以很方便地换算成以标准氢电极为基准的电位值；但存在电极材料溶解或水解，污染溶液等问题。外置式参比电极是置于测试体系外部，通过盐桥和高温溶液连通。外置式参比电极的选择和结构设计不再受温度的限制，并且测试溶液和电极溶液问的相互污染几乎可以忽略不计；但是温度差异和热扩散会导致测量电位与真实电位有偏差，并且其偏差值会随着温度以及电极材料成分等因素而变化。国内外已对高温高压环境中的参比电极进行了广泛的研究。最常用的常温参比电极是甘汞电极，当温度大于60℃时其性能不稳定。标准氢电极的性能稳定但使用上不方便。Ag/AgCl电极由于在高温高压水溶液体系中具有很小的溶解度、极高的热稳定性，并且即使在有氢存在的情况下电极表面也会得到很好的保护，这些特性都是其他电极无法比拟的。因此，人们对Ag/AgCl电极的研究更为深入和细致，同时Ag/AgCl电极被认为是高温高压情况下最适用的参考电极系统。

由于国内长期未能很好地解决高温高压参比电极的制备难题，国内有关科研及工业单位使用了Cortest，Cormet，Corr等公司生产的高温高压Ag/AgCl参比电极。国外公司商业化生产的高温高压Ag/AgCl参比电极大多为内置式参比电极，由其测量的电极电位在热力学上可以很方便地换算成以标准氢电极为基准的电位值，但价格昂贵且一旦污染后维修费用昂贵。在通常情况下，内置式参比电极多用于电极热力学行为的研究；外置式参比电极则多用于电极动力学方面的研究，在工业上的应用会更广泛。目前，国内还没有商业化生产的外置式高温高压参比电极。