DE1467075A1 - Anode zur elektrolytischen Herstellung von Chlor - Google Patents

Description

Die Priorität der Anmeldung in Orossbritannien Nr. I6592/6I vom 8. Hai I90I wird in Anspruch genommen.

Die vorliegende Erfindung bezieht sloh auf Anoden zur Herstellung von ChIo.' durch Elektrolyse von Salzlösungen» insbesondere in Zellen, welche eine im wesentlichen waagerechte ßlch bewegende Quecksilberkathode besitzen.

Seit vielen Jahren werden die Castner-Kellner-Zellen weitgehend zur Salzlösungselektrolyse benutzt, und zwar hauptsähhllch auf Grund der Tatsache, dass diese Zellen Verhältnismassig einfach und zuverlässig sind, obwohl bei solchenZellen eine Schwierigkeit darin besteht, dass die Anoden Üblicherweise aus Kohle bestehen. Aus verschiedenen QrUnden erodieren diese Kohleanoden beim Gebrauch und die Wirtschaftlichkeit der !eile wird daher nach und nach schlechter, insbesondere im

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Hinblick auf die grundlegenden Arbeitakosten, näalloh die Blektrizltätskoaten, die in Oroaabritannlen auf. Orund von Einheiten des Board of Trade errechnet werden» und zwar bezogen sowohl auf die Stromstärke als auch dta Stroaapannung. Die Stromstärke, diesur Elektrolyse einer beetlaaten Lösung benötigt wird, 1st la wesentlichen unveränderlich, jedoch hängt die Spannung von dea Abstand zwischen der Kohleanode und dem Quecke über In der Zelle ab und diese wird aäss alt wachsender Anodenerosion grSaser.

'Es sind sohon Versuche unternoaaen worden, ua diesen Nachteil der steigenden Kosten bei der Anodenabnutzung zu begegnen, indem beispielsweise die Anodenabnutzung durch Verwendung anderer Werkstoffe verringert wurde, jedoch 1st die Auswahl geeigneter Mater la Ilen in dieser Hinsicht sehr beschränkt infolge der in der Zelle vorliegenden Verhältnisse, näalloh dea naezierenden feuchten Chlor, Quecksilber und Natrluahydroxyd.

Die letzten Forschungen auf dea Gebiet der Blektrooheale und Metallurgie haben gezeigt, dass Titanaetall, das auf einea Teil seiner Oberfläche alt elnea Platinbelag versehen lat, als wirksame Anodenoberfläche dient und ein sehr befriedigendes Material als Anoden für diesen Zweck darstellen. Die an sich hohen Anfangskosten dieses Materials werden durch die auasero rd en ti ich lange Lebensdauer bei Gebrauch ausgeglichen und ein weiterer Vorteil besteht darin, dass die Abfallzeit (down time) der Zellen verringert werden kann.

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Versuche haben Jedoch gezeigt« das·« iodine maxlnale Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit zusammen mit geringen Kosten zu erreichen» es nicht ausreichend 1st» die Kohleanoden elnfaoh durch ein Stück platinisiertee Titan zu ersetzen. Trotzdem ist es wünschenswert« schon bestehende Zellen auf platinlslerte Titananoden soweit möglich umzustellen und durch die vorliegende Erfindung wird nunmehr eine Anode vorgeschlagen« die besonders für diesen Zweck ausgebildet ist.

Qeraäss der vorliegenden Erfindung besteht ein Titananodenaufbau zur Herstellung von Chlor durch Chloralkalielektrolyse aus einer wirksamen Anodenoberfläohe aus Platinmetall« das sich auf einem Netz oder Sieb aus Titan oder einer Titanlegierung befindet* wobei dieses Netzwerk sloh am Ende einer SSuIe befindet und durch diese In der Zelle aufgehängt ist, die gleichzeitig den Strom dem Netzwerk zuführt. Das Ende der Säuie i.st von dem Netzwerk In einem Abstand angebracht, so dass Chlor, welches durch die Elektrolyse in der Nähe des Säulen- «Kdes freigemacht wird, nicht gefangen wird sondern durch das Netzwerk hinduroh treten kann und durch die Säule hindurch der Auslassöffnung der Zelle zugeführt wird« indem es durch den Zwischenraum zwischen den Netzwerk und dem Säulenende hindurohi;ritt.

Der Belag aus dem Platlnmetall, der die ArbeltsoberfÄehe der Anode darstellt., kann aus Platin selbst bestehen oder aus ■ iroenrieinem anderen Edelmetall oder einer Legierung derselben, die In ähnlicher Welse wirken» Es wird vorgezogen, Platin,

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Rhodium, Iridium oder Legierungen von zweien dieser Metalle vorzugsweise solchen zu verwenden, die Platin salbet enthalten. Das Platinmetall kann auf einer oder beiden Fliehen des Netzwerks abgeschieden werden»

Wenn in der vorliegenden Beschreibung von "Netzwerk" die Rede ist, so wird darunter jede dünne Blechform des Tltanmetalles verstanden, wobei in dem Blech eine grosso Anzahl von Löchern oder Zwischenräumen vorgesehen sind, die duroh die ganze Stärke des Bleches zwischen den beiden gegenüberliegenden Blechen hindurchgehen. Der Ausdruck Netzwerk schlleest also auch Gebilde in fceivebter Form ,beispielsweise Drahtmasohengewebe und Qaze, durchstanztes oder geschlitztes Metallblech und das als Streckmetall bekannte Material ein, das dadurch hergestellt wird, das' in ein Blech eine Anzahl von Schlitzen gestanzt werden, worauf dann das Blech auf seiner ganzen Fläche gestreckt wir* und hierdurch in dem Blech sehr grosse Zwischenräume gebildet werden.

Die Salzlösungen, welche unter Anwendung der Anöden geaäss der Erfindung elektrolysiert werden, sind diejenigen der bekannten Art und sie bestehen im allgemeinen aus wässrigen Lösungen von Natrium- oder Kaliumchloriden, die natürlich oder künstlich sein können und die in irgendeinem gewünschten Ausmass entsprechend behc.p.rtelt worden sind, um unerwünschte Verunreinigungen zu entfernen.

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Die Säule kenn Irgendeine geeignete For« besitzen and sie kann an der Zelle befestigt und In üblicher Welse mit einer S.tromqujLle fUr den Elektrolyse strom verbunden sein. Die Säule kann beispielsweise aus einer massiven Stange bestehen« vorzugsweise ist sie jedoch aus einem Rohr aus Titan oder einer Titanlegierung hergestellt.

Der Abstand des S&ulenendes von dem Netzwerk kann in besonders geeigneter Weise daduroh hergestellt werden, dass die 8IuIe an einer Endplatte oder einem Block befestigt wird« welche In einem Abstand an dem Metzwerk angebracht wird und die an den Kanten von Versteifungsrippen befestigt wird» welche an dem Netzwerk angebracht sind. .. ■

Die Versteifungsrippen kennen selbst sum Anbringen der Bndplatte oder des Blockes dienen, und zwar in einem gewissen Abstand zu dem Netzwerk. Besonders geeignete Versteifungsrippen sind sowohl hinsichtlich der Wirtschaftlichkeit als auch der Wirksamkeit entsprechende Streifen, die mit ihren Kanten an dem Netzwerk angebracht sind. Solohe Streifen kttanen gebogen sein.und zwei oder mehr derselben kennen In beliebiger Weise miteinander verbunden werden, um so den gewUnsohten Orad der Versteifung für das Netzwerk zu liefern und auaserdem eine entsprechend starke Verbindung mit der Endplatte oder dem Block herzustellen.

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Um zu vermeiden, dass die Versteifungsrippen Oas In dem Zwischenraum zwischen dem Säulenende und dem Netzwerk fangen» sollte darauf geachtet werden« dass jeweils ein Zwischenraum geschaffen wird« der eine Verbindung zwischen dem Hauptkörper des Salzelektrolyten und dem Raum sohafft, der das Säulenende und das Netzwerk trennt. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass das Säulenende bzw. die Endplatte oder der Block nur teilweise durch die Stutzglieder umgeben werden oder indem Zwischenräume zwischen den Sttttzgliedem oder In der Endplatte oder dem Block geschaffen werden.

Es wird vorgezogen, dass, abgesehen von der Platinmetalloberfläohe, sämtliche Teile des Anodenaufbaus, welche mit dem Zelleninhalt in Berührung kommen, aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen. Hierdurch wird sämtliohen Korrosions-Problemen wirksam begegnet. Wenn es als unwirtschaftlich angesehen wird, die massiveren Teile, insbesondere die Säule, auch aus massivem Titan oder einer Titanlegierung herzustellen, so kann ein Kern aus einem billigeren Metall verwendet werden, vorausgesetzt, dass dieses nicht den Korrosionseinflttssen des Zelleninhalts ausgesetzt wird.

Die Anoden gemäss der Erfindung können leicht die Üblichen Qraphltanoden ersetzen und sie besitzen für diesen Zweck einen elnfaohen kräftigen und befriedigenden Aufbau. Das Titannetzwerk, auf dem die wirksame PlatlnoberflSohe aufgebracht ist, tauoht in die Salzlösung ein und kann in dieser leicht und genau eingestellt und in einer parallelen Ebene zu der Kathoden·

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- 7 oberfläche aus Queokellber gehalten «erden*

Die Erfindung 1st auf den Zeichnungen nKher erläutert, und «war

Fig. 1 einen Schnitt durch eine Anode genäse der Erfindung, Fig. 2 einen Grundriss einer AusfUhrungaform einer Anode« Pig. 5 einen Schnitt und
Fig. 4 einen Grundriss einer AusfUhrungeform einer Anode, die

a^g^Hnriert ist gegenüber derjenigen der Pig. I und 8.

.''5$ 5 und 6 neigen teilweise im Schnitt und teilweise In Ansioi't eine weitere Ausf Uhr mgs form einer Anode, und zwar In der ')?he d«r StUtneUule.

'<*?. I'i;, T ur-i 8 zeigen elie andere AusfUhrungsfora, wie die c;: j?i'i. κ tu; .1 6 und

■■■'.τ ο ?<-1gt; «inen Grundriss einer Anode entsprechend den rHKm «f.er FIg:. 5 bis 8.

ν-;: in con Flg. 1 und 2 dargestellte Anode besteht aus eines vrirwevlr 10 r.us'JJitp.n, das seitliche Randteile 11 besitzt, die vi ftV: cw '.ükllg sur Ebene des Netzwerkes abgebogen sind, wobei

• 'we*. aneirmnderstossendsn Seltenteilen 11 an den Ecken Aus- ;jt'<-\i t?,e 12 angebracht sind. Dieses Netzwerk 1st auf seiner .te und an der Fläche, die mit der Salzlösung In Be- % kommt, mit einer Schicht aus Platinmetall versehen, die nuf der Zeichnung nicht dargestellt 1st.

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An der Oberfläche des Bleches IO und innerhalb der durch die Seitenteile 11 begrenzten Fläche sind vier U-förmige Versteifungsrippen 13 angebracht» von denen jede aus einem Titanbleohstreifen besteht. Diese Versteifungsrippen 13 sind paarweise angeordnet und liegen mit den etwas abgeflachten Ecken aneinander» so dass sie einen Hohlraum oder eine Tasche 14 bilden. Vorzugsweise ist das untere Blech 10 und der Hohlraum 14 quadratisch oder rechteckig.

Innerhalb des Hohlraumes Ik befindet sich eine Titanplatte 15, welche nach oben abgebogene Kanten 16 besitzt. Die so gebildeten Seikenflächen 16 sind an den entsprechenden Flächen der Versteifungsrippen 13 angebracht. Die Platte 15 befindet rri.eh in einem Abc i>d von dem Netzwerk oder Blech 10 und die Ecken der Platte sind abgeschnitten, so dass eine Verbindung zwischen der. Räumen ober- und unterhalb der Platte 15 durch die «ο gebildeten Öffnungen 17 yescheffen wird.

An der Platte 15 Ist eine Schale oder ein Topf 18 aus Titanblcch befestigt und an dein Rand 19 dieser Schale 18 1st das eine Ende einer zylindrischen Hülse SO aus Titanblech angebracht, beispielsweise durch eine Schweissverbindung. OeuUnscntenfalls können der Topf 18 und die Hülse 20 zusammen als eine Einheit hergestellt werden, um so die Verbindung derselben zu vermeiden.

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Bei der in den Fig« 3 und 4 dargestellten AusfUhrungsform ist eine Doppelanode vorgesehen, im wesentlichen von der Art» wie sie in den Flg. 1 und 2 dargestellt ist. Bei dieser AusfUhrungsform ist ein einziges Blech 10 mit zwei Säulen 20 versehen. Die Bezugszeichen der Pig. 3 und 4 entsprechen denjenigen der Fig. 1 und 2.

Sämtliche Teile dor Vorrichtung bestehen ebenfalls aus Titan oder einer Titanlegierung und die untere Fläche des Netzwo'ks 10 ist platinislert.

Innerhalb der Hülse 20 befindet sich eine mit ihr in elektrischer Verbindung stehende Kupferstange, die auf der Zeichnung nioht dargestellt i3t.

Die Verbindungen zwischen den Teilen 10 und 13» 11 und 12, 13 und 16 sowie 16 und l8 sind vorzugsweise durch Punktschweissen hergestellt, woil hierdurch in wirtschaftlicher Weise eine sehr befriedigende Verbindung geschaffen wird. Bei den Versteifungsrippen 13» welche mit ihren Kanten auf d«e Netzwerk 10 aufliegen, kann die Punkt3chweissverblndung dadurch herbeigeführt were¹ an, dass die Versteifungsrippen an beiden Seiten mit verhältnismässig massiven Stangen belegt werden» Vi ob ei die Kante der Versteifungsrippen zwischen diesen Stangen hervorragt, worauf dann auf diese Kante das Netzwerk gelegt wird und die Schweisselektroden mit den Metzwerk und den in einer Ebene liegenden Kantender Stangen und Versteifungsrippen

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angebracht werden.

Der Topf 18 und die Hülse 20» welche zusanmen die Säule bilden, mittels deren die Anode aufgehängt wird und gleichzeitig zum Leiten des elektrischen Stroms dient, sind vorzugsweise fest miteinander verschwelest, um so eine flUasigkeitsdlchte Verbindung zu bilden und zu verhindern, dass die Salzlösung oder ein anderes Innerhalb der Elektrolysezelle befindliches Medium In das Innere der Säule gelangt und mit der darin befindlichen Stange In Berührung tritt. Die Berührung zwischen der Kupferdrahtstange und der Säule kann an irgendeinem beliebigen Punkt erfolgen, entweder an der Ober- oder Unterseite oder an Irgendeiner Stelle.

Es 1st darauf hinzuweisen, dass die Säule verhältnismäßig; massiv sein kann, ohne da^JS die wirksame Fläche der Anode verringert wird, weil das an der Ancde in dar Nähe der Säule freigemachte Chlor durch das laschensieb in den Hohlraum V\ eintreten und hieraus durch die öffnungen IT austreten kann.

Bei der Ausf(ihrungsform, vilc sie In den Fig. 5 bis 9 dargestellt 1st, ist ein Blech oder ein Netzwerk 10 aus Titan mit Versteifungsrippen 21 versehen. Diese Versteifungsrippen liegen mit ihrer Kante auf der oberen Fläche des Netzwerks 10. Die Versteifungsrippen sind in der Längsrichtung rechtwinklig abgebogen, wie bei 22 aus Fig. 5 ersichtlich 1st» und sohllessen •Inen Tltanblook 23 ein» der in einem Abstand von der oberen Metswerkfläche angebracht ist, so dass ein Hohlraum 24 gebildet

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wird. Zentral In dem Block 23 1st eine Bohrung oder ein Hohlraum 25 vorgesehen. In den die auf der Zeichnung nicht dargenteile Tragstange hineinragt und befestigt 1st» beispielsweise durch Einschrauben und/oder Verschweissen. Wie sich aus PIg. (i ergibt, umfassen die entsprechend gebogenen Verstärkungsvippen den ganzen Block 23 und die unteren Teile derselben Hind unterhalb des Blockes mit Einschnitten versehen, damit die Elektrolytflüssigkeit in den Raum 24 eintreten kann. Das Ausmass dieser Einschnitte lcann verschieden sein. Beispiels- \:ef.se sind die Einschnitte auf zwei gegenüberliegenden Selten der. Blockes angebracht oder sie erstrecken eich vollkommen um äen Block herum.

Ηοϊ. dur Aus:ί "Uhr ungsform räch den Fig. 7 und 8 berühren die «iitspi.'tHihenß gebogenen Erden 22 der Versteifungsrippen nur /;ü£;en'ib«j»llegende Seiten des quadratischen Blockes 23 und in di«se;u Pail ist es nicht erforderlich, dass Ausschnitte an den Tepstiiifungsrippen vorgesehen werden. Das Tltannetzwerk 1st r.it einem auf der Zeichnung nicht dargestellten Auftrag aus u?.iiem Platirmetall versehen..

Viaim die beschriebene Anc.de in Betrieb ist, so tritt das an tier Anodenoberfl?' h frei werdende Qas durch die öffnungen des lietzwerks 10 hinduroh. Der Teil des Gases, der in unmittell:arer Nuohb«r3chnft des Elockes 23 gebildet wird, gelangt durch die öffnungen des Netzwerkes in den Raum 2h und tritt dann seitlich zwischen der unteren Kante des Blockes und/oder

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den Versteifungsrippen aus und gelangt so auf die obere Fläche des Metswerkes und In die Hauptmasse des Elektrolyten. Schließe-Hch tritt das Oas in den Hauptgasraun der Zelle.

Die Herstellungsverfahren zur Erzeugung der beschriebenen Anoden sind In wesentlichen die gleichen.

Patentansprüche:

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Claims (1)

1. Dr. Expl.

   - 13 Patentansprüche

   1.) Anoden zur Herstellung von Chlor durch Chloralkalieelektrolyse, dadurch gekennzeichnet, dass die wirksame Anodenober· fache ausjelnem Platinmete 11 besteht, das auf einem Netswerk aus Titan oder einer Titanlegierung abgeschieden ist, wobei das Netzwerk von einer gleichzeitig als Stromleiter dienenden Säule getragen wird und das Ende der Säule in einem Abstand von dem Netzwerk angebracht 1st, so dass das durch Elektrolyse freiwerdende Chlor In der Nähe der Säule nicht gefangen wird, sondern duroh das Netzwerk hindurchtritt, um aus der Zelle durch den Zwischenraum zwischen den Netzwerk und dem Säulenende hindurchzutreten.

   2.) Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das die wirksame Anodenoberfläohe bildende Platinmetall aus Platin, Rhodium, iridium oder einer Legierung von zwei oder mehreren dteser Metalle besteht.

   2.) Anode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Ende der Säule In der Nähe des Netzwerkes an einer Endplatte oder einem Block befestigt 1st, der In einem Abstand von dem Netzwerk angebracht 1st und mit seinen Kanten an Versteifungsrippen befestigt 1st, welche auf dem Netzwerk angebracht sind.

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   4») Anode naoh Anspruch 3» daduroh gekennzeichnet« dass die Versteifungsrippen die Endplatte oder den Block tragen, und zwar in einem Abstand von den Netzwerk.

   5.) Anode naoh Anspruch 3 oder 4, daduroh gekennzeichnet» dass die Versteifungsrippen aus Metallstreifen bestehen, die alt Ihrer Kante an dem Netzwerk angebracht sind.

   6.) Anode nach einem der Ansprüche 1 bis 5, daduroh gekennzeichnet, dass, abgesehen von der PlatinmetalloberflKche, sämtliche Teile des Anodenaufbaus, die mit dem Zelleninhalt In Berührung treten, aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen.

   7·) Anode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, daduroh gekennzeichnet, dass die Säule aus einem Titanrohr oder einem solchen aus einer Titanlegierung besteht.

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