DE1251285B - Kammartige Metallanode - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

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DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

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Deutsche Kl.: 12h-2

C 2 5 B - 1/38/

Nummer: 1 251 285

Aktenzeichen: D 43678 VI b/12 h

Anmeldetag: 20. Februar 1964

Auslegetag: 5. Oktober 1967

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Metallanode und eine Anordnung von Metallanoden in Elektrolysezellen mit flüssiger Kathode, insbesondere in Zellen für die Chlor-Alkali-Elektrolyse, wobei die Anode aus einem Metallblech, z. B. aus Titan, Tantal oder Zirkonium, besteht und die wirksame Anodenfläche mit einem Edelmetall, z. B. mit Platin, bedeckt ist.

Es sind Metallanoden und Anodenanordnungen bekannt, bei denen als Stromzuführung zu der wirksamen Anodenfläche titanummantelte Kupferzuführungen, z. B. in Form von Rohren, Stäben oder Schienen, verwendet werden, die von außen in die Zelle eingeführt und mit der eigentlichen Titanblechanode, gegebenenfalls in mehrfachen Windungen, z. B. durch Verschweißen elektrisch leitend verbunden werden. Die Herstellung solcher Anoden wird durch die Schweißverbindungen und die notwendige Titanummantelung der Stromzuführung kompliziert und teuer, und die spezifische Strombelastung der wirksamen Anodenfläche ist ungleichmäßig.

Es ist auch bekannt, Titanbleche selbst für die Stromzuleitung zur wirksamen Anodenfläche zu benutzen. In diesem Fall ragen die Bleche aus dem Elektrolyseraum der Zelle heraus und übernehmen die Stromzuführung nach innen. Im Innern der Zelle dienen sie als Anodenfläche.

Für die Durchführung von Elektrolyseprozessen, bei denen an der Anode Gase entwickelt werden, ist es besonders wichtig, für eine schnelle Abführung dieser Gase aus dem Anodenraum zu sorgen, da sich sonst leicht Gaspolster auf der Anodenfläche ausbilden, die, wie bekannt, den Stromfluß von der Anode zur Kathode innerhalb des Elektrolyten erheblich beeinträchtigen und zu einer unerwünschten Erhöhung der Zellenspannung und damit des Energieverbrauchs führen.

Man hat deshalb bei den bekannten Anodenausführungen die Anodenbleche mit Schlitzen oder Löchern versehen. Bei solchen Elektroden ist aber durch den Herstellungsprozeß stets ein gewisser Abfall an teurem Elektrodenmaterial bedingt.

Es sind auch Anoden aus Streckmetall bekannt, die aber den großen Nachteil haben, daß der für die Stromleitung in der Anode selbst ursprünglich zur Verfügung stehende Querschnitt durch den Herstellungsprozeß stark verringert wird, besonders wenn die Streckrichtung in der Richtung des Stromdurchganges liegt.

Weiterhin sind Metallanoden bekannt, die eine kammartige Form besitzen. Bei diesen bekannten Anoden werden Blechstreifen auf einem Träger be-Kammartige Metallanode

Anmelder:

Deutsche Gold- und Silber-Scheideanstalt

vormals Roessler,

Frankfurt/M., Weißfrauenstr. 9

Als Erfinder benannt:

Dr.-Ing. Edgar Hausmann, Berlin

festigt, wobei die Zähne auch senkrecht auf der gemeinsamen Stromzuführung stehen können. Eine derartige Ausführung ist bei der Anwendung von Titan als Trägermetall sehr schwer herzustellen.

Gegenstand der Erfindung ist eine Ausführungsform einer derartigen kammartigen Metallanode, die in sehr einfacher Weise herstellbar ist. Erfindungsgemäß besteht der die einzelnen Zähne tragende, der Stromzuführung dienende Steg und die Zähne selbst aus einheitlichem Material und sind aus einem Stück gefertigt, wobei die Zähne und der Steg in solchem Winkel zueinander abgebogen sind, daß die Zähne parallel zur Kathodenoberfläche angeordnet werden können und gleichzeitig der Steg aus dem Elektrolysierbad herausragen kann.

Die Herstellung einer solchen Anode ist außerordentlich einfach und gestattet, den Strom gleichmäßig der gesamten wirksamen Anodenfläche zuzuführen. Es wird beispielsweise nach Abb. 1 ein Titanblech 1 mit geeigneten Abmessungen auf einer Längsseite bis zu einem gewissen Teil seiner Breite in entsprechend kleinen Abständen mit gleichmäßigen Einschnitten versehen. Die einzelnen sich ergebenden Zungen 2 werden abwechselnd um einen bestimmten Winkel, beispielsweise 90°, nach rechts und links umgebogen.

Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Metallanode nach A b b. 2 werden nach dem Einschneiden des Anodenbleches die Einzelzungen 3 nach der gleichen Seite umgebogen und dann um einen kleinen Winkel um ihre Längsachse gedreht.

Dadurch entstehen ebenfalls Schlitze für die Gasabfuhr. Die Kombination zweier solcher Metallanoden zu einem spiegelbildlichen Paar ergibt wieder eine Anodenform mit einem Mittelsteg und einer Anodenfläche in Fischgrätenform. Durch eine derartige Kombination kann in einer Elektrolysezelle bei

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gleichem Platzbedarf eine doppelt so große Anodenfläche als bei der Ausführungsform nach A b b. 1 untergebracht werden. Die einseitig abgebogenen Metallanoden können ebenso wie die beidseitig abgewinkelten einzeln oder als Kombination mehrerer Einzelanoden zur Anwendung kommen.

Die beschriebenen Metallanoden eignen sich besonders zur Verwendung in Chlor-Alkali-Elektrolysezellen mit flüssiger Kathode. Sie lassen sich in Zellen

läuft.

Die Metallanode kann auch in vertikalen Elektro-

möglich, die beschriebene Metallanode in Zellen mit vertikalen oder geneigten Kathodenträgern einzubauen.

In Abb. 5 ist eine Anordnung der erfindungs-5 gemäßen Metallanode in einer Zelle mit geneigtem Kathodenträger dargestellt. Bei dieser Anordnung wird eine Anode verwendet, bei der der Winkel zwischen den Einzelzungen 32 der Anodenfläche und dem in dem Deckel 33 befestigten Mittelsteg der

mit horizontalen, vertikalen und geneigten Kathoden- io Anode 31 nicht 90° beträgt, sondern so gewählt ist, trägern einbauen und erlauben eine Vereinfachung daß nach dem Einbau der Anode die Anodenfläche der Zellenkonstruktion. parallel zum Träger 34 der flüssigen Kathode 36 ver-

Ein Beispiel für die Anordnung der erfindungsgemäßen Metallanode in horizontalen Quecksilberzellen für die Chlor-Alkali-Elektrolyse zeigt Abb. 3. 15 lysezellen angeordnet sein, ebenso ist es möglich, Hier wird der Mittelsteg 11 der Metallanode senk- den Mittelsteg durch eine Seitenwand der Zelle nach recht nach oben und elektrisch von der Kathodenseite außen zu führen.

isoliert, gasdicht durch den Zellendeckel 13 geführt Die erfindungsgemäße Metallblechanode und ihre

und mit den Einzelelementen des Deckels fest ver- Anordnung in Elektrolysezellen für die Chlor-Alkalischraubt. Die Zungen 12 liegen hierbei über der flüs- 2° Elektrolyse mit flüssiger Kathode gewährleistet durch sigen Kathode 10. Die Stromzuführung zum Mittel- die Fischgrätenform der Anodenfläche eine sehr gute steg 11 kann außerhalb des Zellenraumes in be- und schnelle Abführung der an der Anode entstehenkannter Weise erfolgen. Bei dieser Anodenform kann den Gase. Die Anode weist alle bekannten Vorteile eine Metallanode beliebiger Länge in die Elektrolyse- von Metallanoden gegenüber Elektroden aus anderen zelle eingebaut werden, wodurch sich auch die Ab- 25 Materialien auf und zeichnet sich weiter durch eine dichtung der Anodendurchführung gegenüber Zellen sehr einfache und deshalb billige Herstellungsweise mit einer Vielzahl von Einzelanoden vereinfacht. aus, bei der keinerlei Abfälle an kostspieligem

Ebenso entfallen Nachstellungsvorrichtungen zur Anodenmetall entstehen und bei der Schweißverbin-Einregulierung des Anodenabstandes. Das im Ver- düngen völlig vermieden werden. Bei der Herstellung gleich zu den früher in Chlor-Alkali-Elektrolyse- 30 der Anode tritt auch keine Verringerung des stromzellen verwendeten Graphitanoden geringe Gewicht leitenden Querschnittes des Anodenbleches ein. Die erlaubt es, den Zellendeckel 13 entsprechend leicht Anordnung der Anode in Elektrolysezellen für die auszuführen. Es ist z. B. möglich, ihn aus einem Chlor-Alkali-Elektrolyse mit flüssiger Kathode ist Kunststoff, wie Polyvinylchlorid, herzustellen. äußerst einfach und bringt wesentliche Vereinfachun-

Eine besonders einfache Zellenkonstruktion ergibt 35 gen in der Zellenkonstruktion mit sich. Die Zellen sich, wenn der Mittelsteg der beschriebenen Metall- können leichter und niedriger gebaut werden, und anode nach A b b. 4 durch den Zellenboden 24 geführt wird. Bei dieser Anodenanordnung kann die
Zelle sehr niedrig gebaut und einfach durch einen
glatten Deckel 23 aus Kunststoff abgedeckt werden. 40
Der Mittelsteg 21 der Metallanode 22 wird zwischen
den Einzelelementen des Zellenbodens 24 unter
Zwischenschaltung von Dichtungen 25 durchgeführt
und mit diesen verschraubt. Der Strom wird der

Zelle von unten zugeleitet; dadurch entfallen die 45 Graphitanode möglich ist. Es ist möglich, die Zelle bisher üblichen Aufbauten auf der Zelle für die mit einer Strombelastung von 80 bis 200Amp/dm² Stromzuleitung und Halterung der Anoden. Die zu betreiben. Der Vorteil des Betriebes mit einer elektrische Isolierung des Mittelsteges der Metall- derartigen Strombelastung besteht darin, daß kleinere anode gegen die flüssige Kathode 26 kann bei Zellen, Elektroden verwendet werden können und daher bei denen der Zellenboden mit einer Schutzschicht 50 auch ein entsprechend kleineres Volumen der Zelle versehen ist, z. B. in einfacher Weise so erfolgen, erforderlich ist. Entsprechend geringer wird auch der daß die Schutzschicht auf den einzelnen Bauelemen- Quecksilberbedarf.

ten des Zellenbodens 24 auf der der Anodendurch- Es zeigt sich, daß sich bei einer derartigen Stromführung zugewendeten Seite oder auf beiden Seiten belastung eine wesentlich höhere Elektrolyttemperaerhöht wird und Längsleisten bildet, in denen die 55 tür ohne zusätzliche Beheizung ergibt, so daß entflüssige Kathode 26 wie in einer Rinne durch die sprechend der höheren Löslichkeit des Alkalichlorids Zelle fließt. In Zellen, deren Boden nicht mit einer die Zelle mit einem hochprozentigeren Elektrolyten Schutzschicht bedeckt ist, kann in einfacher Weise betrieben werden kann. Auf der Oberflächenschicht der Mittelsteg der Metallanode mit einer elektrisch aus Platin bildet sich bei derartig hohen Stromdichten nichtleitenden Schutzschicht aus einem Material, wie 60 eine sehr gleichmäßige Platinoxydschicht, die eine z. B. Polyvinylchlorid, belegt werden, oder es kann hohe Lebensdauer der Elektroden gewährleistet, die zwischen den Mittelsteg und die Einzelelemente
des Zellenbodens eingelegte Dichtung bis zur eigentlichen Anodenfläche geführt werden. Dabei entsteht
zwangläufig auf beiden Seiten des Mittelsteges eine 65
Rinne für die flüssige Kathode. Es können auch
mehrere Metallanoden in analoger Weise nebeneinander in eine Zelle eingebaut werden. Weiter ist es

auf aufwendige Vorrichtungen für die Stromzuführung und Anodenhalterung auf den Zellen kann verzichtet werden.

Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anode und ihrer Anordnung in Elektrolysezellen für die Chlor-Alkali-Elektrolyse mit flüssiger Kathode besteht darin, daß eine wesentlich höhere Strombelastung gegenüber den üblichen Zellen mit

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Kammartige Metallanode aus Titan oder einem chemisch ähnlichen Metall oder einer Legierung eines solchen Metalls, deren wirksame Anodenfläche mit einer Schicht aus einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung versehen

ist und die mit einer flüssigen Kathode zusammenwirkt, dadurchgekennzeichnet, daß der die einzelnen Zähne (2, 3) tragende, der Stromzuführung dienende Steg (1, 11, 21, 31) und die Zähne selbst aus einheitlichem Material und aus einem Stück gefertigt sind, wobei die Zähne und der Steg in solchem Winkel zueinander abgebogen sind, daß die Zähne parallel zur Kathodenoberfläche angeordnet werden können und gleichzeitig der Steg aus dem Elektrolysierbad herausragen kann.

2. Kammartige Metallanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne spiegelbildlich und im gleichen Winkel wechselweise nach zwei Seiten vom Steg abgebogen sind.

3. Verfahren zur Herstellung einer Anode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blechstreifen aus Titan oder einem chemisch ähnlichen Metall oder einer Legierung eines solchen Metalls, deren wirksame Anodenfläche mit einer Schicht aus einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung versehen ist, in seiner Breite eingeschnitten wird und die sich ergebenden Einzelzungen abwechselnd und spiegelbildlich im gleichen Winkel gegen den Mittelsteg abgebogen werden.

4. Verfahren zur Herstellung einer Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die

ίο Form der Anodenfläche durch Einschneiden eines Blechstreifens aus dem Anodenmaterial in gleichmäßigen Abständen und bis zu einem gewissen Teil seiner Breite, Umbiegen aller sich ergebenden Einzelzungen nach einer Seite und Verdrehen der Einzelzungen um ihre Längsachse hergestellt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 1 269 128.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen