DE1665266B2 - Verbindung einer Graphitanode für die horizontale Anordnung in einer elektrolytischen Zelle - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbindung einer Graphitanode für die horizontale Anordnung in einer elektrolytischen Zelle, insbesondere der Chloralkalielektrolyse, mit einem metallischen Leiter als Anodenstromzuführung und einer Lötverbindung im Bereich der Einsatzstelle der Anodenstromzuführung in die Graphitanode.

Bei einer bekannten Verbindung dieser Art (britische Patentschrift I 069 605) weist die Graphitanode in ihrer oberen Fläche eine Bohrung auf, in die ein hohlzylindrischer Graphitstopfen eingepreßt ist. Dieser *° Stopfen nimmt seinerseits einen Weicheisenkern auf, welcher in seiner oberen Mäche eine Gewindebohrung trägt. In diese Gewindebohrung ist ein Leiter eingeschraubt und dort verlötet.

Ein derart komplizierter Aufbau war bisher erfor- +5 derlich, um der Verbindung neben ihrer Leitfähigkeit eine ausreichend hohe Festigkeit zum Tragen und Aufhängen der Graphitanode zu verleihen. Gleichzeitig nahm man in Kauf, daß sich der elektrische Widerstand der Verbindung häufig änderte, und zwar zwischen der Anode und dem Graphitstopfen, zwischen dem Graphitstopfen und dem Weicheisenkern sowie schließlich zwischen dem Weicheisenkern und dem Leiter. Diese Widerstandsänderungen führten dazu, daß sich die Anode in ungleichmäßiger Weise verbrauchte. Die ungleichmäßige Abnutzung der Anode brachte ihrerseits Wartungsprobleme im Zusammenhang mit der elektrolytischen Zelle, in welcher die Anode aufgehängt war, mit sich, beispielsweise häufiges Nachstellen und häufige Demontage.

Weiterhin bestand bei der bekannten Anordnung nicht die Möglichkeit, die Wandstärke der Anode unter ein bestimmtes Maß abzusenken, da auf jeden Fall ausreichend Platz zur Aufnahme des hohlzylindrischen Graphitstopfens vorhanden sein mußte. Beim Betrieb ^6s elektrolytischer Zellen zur Herstellung von Halogenen oder Natronlauge ist man hingegen bestrebt, die Wandstärke der Graphitanode möglichst klein zu

60 halten, um elektrische Energie zu sparen, das Ansteigen der Zellentemperatur zu steuern und den Verbrauch an Graphit herabzusetzen.

Schließlich sei noch erwähnt, daß die bekannte Verbindung aufwendig in der Herstellung und in der Montage ist. Auch ist eine hohe Anfälligkeit gegen Korrosion gegeben, die Veränderungen in der Leitfähigkeit mit sich bringen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, die Verbindung der eingangs genannten Art so auszubilden, daß bei hoher Festigkeit und optimalem elektrischen Verhalten eine einfache, leicht herstellbare Konstruktion entsteht

Überraschenderweise wurde gefunden, daß eine auf die Graphitanode galvanisch abgeschiedene Metallschicht mit einer Dicke von 10 bis 30 μ die Herstellung einer Lötverbindung ermöglicht, deren Festigkeit zum Tragen der schweren Anode aus Graphit ausreicht. Man kann also den plattierten Stab des metallischen Leiters direkt auf die aufplattierte Metallschicht auflöten, ohne festigkeitstechnische Nachteile in Kauf nehmen zu müssen. Auf diese Weise ergibt sich eine sehr gut leitende Verbindung, die auch über lange Zeiträume ihren geringen elektrischen Widerstand beibehält.

Die Erfindung betrifft daher eine Verbindung einer Graphitanode für die horizontale Anordnung in einer elektrolytischen Zelle, insbesondere der Chloralkalielektrolyse, mit einem metallischen Leiter als Anodenstromzuführung und einer Lötverbindung im Bereich der Einsatzstelle der Anodenstromzuführung in die Graphitanode, die gekennzeichnet ist durch eine auf die Oberfläche der Graphitanode z. B. galvanisch abgeschiedene Metallschicht 7 einer Dicke von 10 bis 30 μπ-ι, die mit einer Metallplattierung der stabförmigen Anodenstromzuführung an der Stelle verlötet ist.

Ls wurde gefunden, daß ganz besonders gute Ergebnisse dann erzielbar sind, wenn die Metallschicht auf der Oberfläche der Graphitanode 6 erfindungsgemäß aus Kupfer besteht. Gleiches giit für ein weiteres Merkmal der Erfindung, daß nämlich oie Metallschicht flach ausgebildet ist.

Die Verbindung nach der Erfindung ist weiterhin gekennzeichnet durch ein aus antikorrosivem Kunststoff, wie Polyvinylchlorid bestehendes Rohr 10, das die Anodenstromzuführung 1 und die Lötstelle 8 umgibt. Auf diese Weise läßt sich die Verbindung sehr wirksam gegen korrosive Angriffe innerhalb der elektrolytischen Zelle schützen.

Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Verbindung liegt darin, daß die Verbindung lediglich aus zwei Teilen bestehen kann, nämlich aus der Anode mit der Metallschicht und aus dem Stab des Leiters. Im Hinblick auf die Fertigung und die Montage liegen also sehr günstige Verhältnisse vor. Hinzu kommt, daß keinerlei Bohrungen in die Graphitanode hingetrieben werden müssen. Es entfallen also mechanische Vorbereitungsbearbeitungen vor der endgültigen Montage.

Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen im Zusammenhang mit der beiliegenden Zeichnung. Die Zeichnung zeigt, in:

Fig. 1 eine Draufsicht auf einen Leiter, der mit einer Graphitanode verbunden ist;

Fig. 2 einen senkrechten Schnitt durch den Leiter nach Fig. 1 der Linie ¹I-II;

3 4

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen metallischen Leiter, der Graphitanode ausgeglichen und das Einspritzen des , mit einer Graphitanode verbunden ist; Öls ermöglicht werden kann.

Fi. 4 5 und 6 senkrechte Schnitte durch die Anord- Nach der Erfindung kann die auf die Oberfläche der

n„ne nach Fig. 3 entlang der Linie IV-IV mit einigen elektrisch leitenden nichtmetallischen Anode aufgefnderungen in der Form der Eingriffsflächen; 5 brachte Metallschicht aus Chrom Zinn N ekel,

^Apt ₇ und 8 senkrechte Schnitte durch Anoden mit ££-<££££ gjSZ? ÄSTE ihrem Zither zum E.nsetzen ,n e.ne elektrolyüsche ^ _beispidswef_{se im Hin} ^S _{blick auf} die Bindungs-Zelle, eigenschaft mit dem Lötmetall.

In Fig. 4 bis 8 ist die Plattierungsschicht 5 einfach- _io °_{Es kann entwe(}j_{er e}ine saure oder eine basische heitshalber nicht gezeichnet. ^l0 pi_attierungslösung Verwendung finden. Die saure

Alle Verbindungen nach der Erfindung weisen das Piattierungslösung ist jedoch im Hinblick auf das Aus-Merkmal auf daß Leiter, von denen zumindest die sehen und den Zustand der aufplattierten Metall-Fnden oder Eingriffsteile mit Metall plattiert sind, schicht vorzuziehen und zwar auf Grund der Bmdemit einer mit Metall beschichteten Fläche einer elek- ₁₅ kraft des Films und aus wirtschaftlichen Erwägungen, »risch'leitenden, nicht-metallischen Mnode verlötet Die Plattierung ist beinahe als gleichmäßige metallische sind Das Metall, aus denen die Leiter hergestellt wer- Fläche auf dem Graphit sichtbar und wirksam genug, den ist im allgemeinen Kupfer oder eine Kupferlegie- die Lötverbindung herzustellen, wobei die Starke der runs und besitzt in einigen Fällen Anteile an Alumi- plattierten Metallschicht mit 10 bis 30 μ betragt. Sm und Silber. *o Eine schnelle Bindung der galvanisch abgesch.ede-

Die Leiter bestehen aus einer stabförmigen Anoden- nen Metallschicht bringt schwache Bindungskraue stromzuführung 1, die mit einem Anschluß für eine durch wenig starke Adhesion zwischen der plattierten äußere Anodenstromzuführung versehen ist, und zwar Metallschicht und dem elektrisch leitenden nicht beispielsweise mit einer Gewindebohrung 2, einem metallischen Material wie Graphit mit sich iä Gewindeansatz 3 od. dgl. Die Anodenstromzuführung ₂₅ Plattierung soll daher allmählich wahrend einer ausist weiterhin einen Eingriffsteil oder eine Fläche 4 reichenden Zeitspanne durchgeführt werden um die Lf die mit einer Metallplattierung 5 verseilen ist. Ausnehmungen des porösen Materials zu plattieren Außerdem ist die Oberfläche einer Anode 6, die aus Ein Ausführungsbeispiel für die Bedingungen unter dektrisch leitendem nichtmetallischem Material wie denen das galvanische Abscheiden des Kupfers am Graphit besteht, mit einer galvanisch abgeschiedenen 30 dem Graphit erfolgen kann, ist in der nun folgenden Metallschicht 7 versehen, wobei der Stab und die Tabelle I veranschaulicht. Anode 6 über eine Lötstelle 8 verbunden sind. -run

Die Fläche 4 der Anodenstromzuführung 1 ist im Tabelle 1

wesentlichen kreisförmig ausgebildet. Bei einer bevor- _{CuSO m der} p|_attj_erungs-

zugten Ausführungsform stellt sie eine ebene Fläche 35 lösung · · ■ ²⁵° 8/'

dar. Sie kann auch ein wenig wulstig oder eingedrückt ⁶ . ·, _Pi_aUierunes.

oder aber völlig entsprechend der Oberfläche der H₂SO₄ in der Plattierungs ^

Anode 6 geformt sein, wie dies in den Fig. 5 und 6 ^losung

veranschaulicht ist. Die Oberfläche der Anodenstrom- Temperatur ^ Dis ju v,

zuführung und ihrer Eingriffsteile kann mit einem ₄° Elektrische Stromdichte .. 1,8 bis 1,U amp/cim

Anti-Korrosionsbelag 9, beispielsweise einem Kunst- _Zeit 3 bis 4 h

stoff, überzogen sein, um eine Korrosion durch eine Stärke der Kupferschicht, etwa 30 μ

l aiiue und oder durch Halogene im Bedarfsfall zu

verhindern Ein weiteres Verfahren zur Verhütung Das erf.ndungsgemäß verwende e

und dem Rohr 10 kann durch ein entsprechendes, einer Konorion entgegenwirkendes Klebm.tte, .1 -^

* Die'Gräphitanode ist etwas porös., so daß Lauge im

bevorzugt ^w'^ «"Sf^^^h Lnn 300 C Verwendeng finden

SsrSSSSSSS

Chlorona'phthalen behandelt, um die Porosität und die 60 Permeabilität des Graphits aufzuheben. Das Einspritzen von Öl in die Graphitanode kann durch geeignete Löcher von Vertiefungen erfolgen, be.sp.elsweise von Vertiefungen, die dazu dienen, das Ende des Rohres mit der Anode zu verbinden. Im Bedarfsfall 65

Lot überdie.Flachen der
Jenach Bedarf ^n" jme
lotenden Flachen vorgenommen
weise ^
nichtionischen
w,e Salzsäure

_{der zu} w ae P

wSoff, Säuren ^Γ« ' _{oder Ammo}.

5 6

Auf diese Weise erreichen die erfindungsgemäßen Zusammensetzung des Lotes Blei 65 %

Verbindungen mit planen Flächen ohne weiteres Zinn 35 %

20 kg/cm* mehr Zugfertigkeit und 0,64 Ohm/cm² oder _Physikali_sche Eigenschaften

weniger elektrischen Widerstand. d_er verbindung

Ergebnisse von physikalischen Versuchen mit Ver- 5

bindungen zwischen Kupferstäben und Graphitanoden Berührungsfläche (cm²) 28 157

sowie Ergebnisse von Betriebsversuchen einer Anode ^f^'l J, !^ > λ '

mit den gleichen Verbindungen in einer elektrolytischen bieKtrischer widerstand

Zelle sind in Tabelle 2 zusammengefaßt, und zwar im (Milliohm) ι / δμ

Vergleich zu bekannten Verbindungen, bei denen die »» Arbeitsergebnisse der Anode

Enden von Graphitstiften in konische Ausnehmungen Elektrischer Strom

der Graphitanode getrieben sind, sowie im Vergleich _Sta^ (Amp) 750 750

zu Betriebsergebnissen derartiger Anoden. durchschnittliche Spannung der

elektrolytischen Zelle (Volt). 4,15 4,40 ¹⁵ Graphitverbrauch der Anode

Tabelle 2 (kg/NaOH · ton) 2,5 3,5

Erfin- Hieraus ergibt sich eindeutig, daß die erfindungs-

. . ..... ^dan&- "f^r" .. . gemäße Verbindung eine sehr hohe Zugfestigkeit und

Art der Verbindung gemäß kommhch ⁶. , . °. . , . 1 ,. ■ ■ „,·.

ao einen bemerKenswert niedngen elektrischen Wider-Art der galvanisch gleiche stand aufweist, und daß die erfindungsgemäße Anode abgeschiedenen wie in bei niedriger Spannung arbeitet und einen extrem Metallschicht Tabelle I hohen Wirkungsgrad zeigt.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verbindung einer horizontal angeordneten Graphitanode mit einem metallischen Leiter der Anodenstromzuführung, gekennzeichnet durch eine auf die Oberfläche der Anode (6) aufplattierte Metallschicht (7) einer Dicke von 10 bis 30 μ, die mit einer Metallplattierung (5) des Stabes (1) der Anodenstromzuführung an der Stelle (8) verlötet ist.

2. Verbindung einer Graphitanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (7) aus Kupfer besteht.

3. Verbindung einer Graphitanode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallschicht (7) flach ausgebildet ist.

4. Verbindung einer Graphitanode nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch ein aus nntikorrosivem Kunststoff, wie Polyvinyl- »0 Chlorid bestehendes Rohr (10), das den Stab (1) der Anodenstromzuführung und die Lötstelle (8) umgibt.