DE1115722B - Metallanode fuer die elektrolytische Abscheidung von Chlor - Google Patents

Description

Es besteht heute ein großes Interesse daran, die bisher bei der Erzeugung von Chlor, z. B. bei der Elektrolyse wäßriger Chloralkalilösungen, in den Elektrolysezellen verwendeten Graphitanoden durch Metallanoden zu ersetzen, da Metallanoden hinsichtlich der charakteristischen Metalleigenschaften den Graphitanoden überlegen sind.

Wegen des starken chemischen Angriffsvermögens des Chlors kommen für Metallanoden nur chlorbeständige Metalle in Frage. So sind beispielsweise bereits massive Anoden aus Platin bzw. Platiniridium, insbesondere in Form von Netzen oder Blechen, erprobt worden, welche sich aber in der Technik, insbesondere auch wegen des hohen Platinpreises, nicht haben einführen können. Es wurden auch bereits Versuche unternommen, Platin in Form dünner Hüllen über Graphitanoden wie auch über Kupfer zu verwenden, um an dem teuren Edelmetall zu sparen. Diese Versuche sind insbesondere deswegen fehlgeschlagen, weil man ganz dünne Überzüge ohne Ziehprozeß nicht völlig lochfrei herstellen konnte, sondern nur bei Blechstärken, welche keine Metallersparnis mehr zuließen. Diese bekannten, mit einer dünnen Platindeckschicht überzogenen Metalle, z. B. Kupfer,erwiesensichsomitals unbrauchbar,daderviele Poren enthaltende Edelmetallüberzug Anolyt an das Grundmetall heranließ, wodurch dieses zerstört wurde.

Erst durch die Anwendung mehr oder weniger chlorbeständiger Metalle, z. B. Titan, Tantal, Wolfram und Zirkon, die mittels einer Edelmetallschicht überzogen sind, gelang es, geeignete Metallanoden für die Chloralkalielektrolyse zu finden.

Das Prinzip dieser Metallanoden liegt darin, daß der edelmetallische Überzug nicht mehr porendicht zu sein braucht und somit in äußerst dünner Schicht auf das Grundmetall aufgebracht werden kann, was gleichzeitig eine Materialersparnis im Hinblick auf die verwendeten Edelmetalle mit sich bringt. Der Vorteil derartiger Metallanoden liegt insbesondere darin, daß sich das Grundmetall an den nicht vom Edelmetall bedeckten Stellen durch eine mehr oder weniger starke Oxydschicht vor einem weiteren Angriff selbst schützt.

In der USA.-Patentschrift 1 477 099 wurde bereits platiniertes Tantal, in der schweizerischen Patentschrift 236 579 Zirkon oder Zirkonlegierungen, die mit Platin überzogen sind, in der niederländischen Patentanmeldung 216 199 mit Magnetit überzogenes und rhodiniertes Titan und in der russischen Patentschrift 58 774 platiniertes Wolfram beschrieben. Es sind außerdem auch bereits platinierte Titanelektroden bekannt.

Metallanode für die elektrolytische
Abscheidung von Chlor

Anmelder:

Farbwerke Hoechst Aktiengesellschaft

vormals Meister Lucius & Brüning,

Frankfurt/M., Brüningstr. 45

Dr. Heinz Schmidt, Dr. Franz Holzinger

und Dipl.-Ing. Waldemar Ziemer,

Frankfurt/M.-Unterliederbach,

sind als Erfinder genannt worden

Von den bisher für solche Metallanoden vorgeschlagenen Grundmetallen weist zwar das Titan eine sehr gute Beständigkeit auf, ist jedoch andererseits mit dem Nachteil einer relativ schlechten elektrischen Leitfähigkeit behaftet, so daß die mit Edelmetallen überzogenen Anodenbleche aus Titan eine hinreichende Dicke aufweisen müssen, um den Energieverlust durch Joulesche Wärme gering zu halten. Dies führt jedoch unweigerlich zu einem höheren Materialverbrauch und somit zu einem höheren Kostenaufwand.

Gegenstand der Erfindung ist eine Metallanode für die Abscheidung von Chlor bei der Elektrolyse wäßriger Alkalichlorid- oder Salzsäurelösungen oder Alkalichloridschmelzen aus unedlem, gegen Chlor beständigem Grundmetall mit einer ebenfalls gegen Chlor beständigen edelmetallischen Deckschicht, mit welcher der obengenannte Nachteil hinsichtlich der schlechten elektrischen Leitfähigkeit vermieden wird und die dadurch gekennzeichnet ist, daß das Grundmetall aus Niob bzw. Niob als Hauptbestandteil enthaltenden Legierungen besteht.

Infolge der guten elektrischen Leitfähigkeit des Mobs bzw. von Niob enthaltenden Legierungen, die etwa dreimal so groß wie die des Titans ist, und durch die ausgezeichnete Beständigkeit des Mobs bzw. der Moblegierungen unter den üblichen Elektrolysebedingungen ergibt sich ein wesentlich niedrigerer Materialverbrauch, als dies beispielsweise bei den bekannten mit Edelmetallen überzogenen Titananoden der Fall ist.

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Ein weiterer wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Metallanoden beruht auf dem geringen Chlorabscheidungspotential derselben gegenüber den bekannten Metallanoden, bei denen das Grundmetall aus Titan besteht.

Überraschenderweise hat sich nun ferner gezeigt, daß das Chlorabscheidungspotential von mit Iridium überzogenen Niobelektroden geringer ist als das von mit Iridium überzogenen Titanelektroden und die Verwendung der erstgenannten Elektroden somit eine weitere nicht unwesentliche Energieersparnis mit sich bringt.

In der nachfolgenden Tabelle sind die aus einer Reihe von Einzelmessungen gebildeten Mittelwerte der Chlorabscheidungsspannungen von mit Iridiummetall überzogenen Titan- und Niobelektroden und ferner zum weiteren Vergleich auch von normalen Graphitelektroden einander gegenübergestellt. Die Werte wurden unter den üblichen Bedingungen der Chloralkalielektrolyse und bei drei verschiedenen Stromdichten (Belastung) ermittelt.

Belastung A/m2	Abscheidungsspannung für Chlor in mV Iridium auf Titan! Iridium auf Niob I Graphit	1355 1370 1380	1490 1550 1580
3000 5000 8000	1390 1430 1430

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Aus der Tabelle ist zu entnehmen, daß bei einer Belastung von 8000 A/m² eine einen Iridiumüberzug enthaltende Niobanode ein um 0,2VoIt niedrigeres Abscheidungspotential als das einer üblichen Graphitanode aufweist.

Die Herstellung der vorgeschlagenen Metallanoden erfolgt durch das Aufbringen einer dünnen Edelmetallschicht auf das Grundmetall, wobei fast ausschließlich Metalle der Platingruppe, vorzugsweise Iridium, hierfür geeignet sind. Das Aufbringen dieser Deckschicht auf das Grundmetall kann in an sich bekannter Weise erfolgen, beispielsweise auf elektrolytischem Wege, durch Aufdampfen im Hochvakuum oder durch mechanisches Aufspritzen auf das Grundmetall. Als besonders vorteilhaft hat sich hierbei eine Edelmetalldeckschicht erwiesen, die ganz oder teilweise aus Iridium besteht.

Unter einer Deckschicht, die teilweise aus Iridium besteht, ist eine Schicht zu verstehen, die beispielsweise durch gleichzeitiges Aufdampfen von Iridium und einem oder mehreren anderen Metallen, beispielsweise Platin oder Rhodium, auf das Grundmetall erhalten wird, oder eine solche, die aus einer Iridiumlegierung besteht, z. B. aus Iridium—Rhodium.

Es haben sich aber auch erfindungsgemäß insbesondere solche Metallanoden als sehr vorteilhaft erwiesen, bei denen sich zwischen dem Grundmetall und der Deckschicht aus Iridium oder Iridiumlegierung eine oder mehrere andere Edelmetallschichten, beispielsweise solche aus Platin od. dgl., befinden. Die Verwendung von einer Deckschicht, die ganz oder teilweise aus Iridium besteht, ist deswegen sehr vorteilhaft, weil das Iridium ein äußerst geringes Abscheidungspotential für Chlor aufweist, so daß eine besonders wirtschaftliche Durchführung der Elektrolyse von wäßrigen Alkalichlorid- oder Salzsäurelösungen oder Alkalichloridschmelzen mit solchen Metallanoden ermöglicht wird.

Claims (4)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Metallanode für die Abscheidung von Chlor bei der Elektrolyse wäßriger Alkalichlorid- oder Salzsäurelösungen oder Alkalichloridschmelzen aus unedlem, gegen Chlor beständigem Grundmetall mit einer ebenfalls gegen Chlor beständigen edelmetallischen Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, daß das Grundmetall aus Niob bzw. Niob als Hauptbestandteil enthaltenden Legierungen besteht.

2. Metallanode nach Anspruch I₅ dadurch gekennzeichnet, daß die edelmetallische Deckschicht aus Metallen der Platingruppe besteht.

3. Metallanode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die edelmetallische Deckschicht ganz oder teilweise aus Iridium besteht.

4. Metallanode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich zwischen dem Grundmetall und der Deckschicht eine oder mehrere Edelmetallschichten befinden.

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