DE3345530A1

DE3345530A1 - Gasentwickelnde metallelektrode fuer elektrolysezellen

Info

Publication number: DE3345530A1
Application number: DE19833345530
Authority: DE
Inventors: Heinz 6700 Ludwigshafen Kilthau; Hans Dr. 6702 Bad Dürkheim Roos; Dieter Dr. Schläfer; Dieter 6701 Fußgönheim Spohn
Original assignee: BASF SE
Current assignee: BASF SE
Priority date: 1983-07-13
Filing date: 1983-12-16
Publication date: 1985-06-27
Also published as: US4557818A; EP0135687B1; DE3460986D1; EP0135687A1

Description

BASF Aktiengesellschaft _ΛΛ/ί^_Λ« 0.Z. 0050/36864

Gasentwickelnde Metallelektrode für Elektrolysezellen Zusatz zu Patent (Patentanmeldung P 33 25 187.8)

Gegenstand des Patents (P 33 25 187.8) ist eine gasentwickelnde

Metallelektrode für Elektrolysezellen, insbesondere Anode für Amalgamzellen für die Chloralkalielektrolyse, die aus in einer horizontalen Ebene parallel zueinander angeordneten Profilen besteht, wobei die der Gegenelektrode zugekehrte wirksame Elektrodenfläche gekrümmt ist und die mit quer zu den Profilen verlaufenden, mit einer Stromzuführung versehenen Stromverteilern miteinander verbunden sind. Die Elektrode ist dadurch gekennzeichnet, daß die Profile Hohlprofile sind, und daß die Krümmung der wirksamen Elektrodenfläche im Bereich der Spalte in eine solche mit kleinerem Radius (r) übergeht, wobei der die Krüummung der wirksamen Elektrodenfläche bestimmende Radiums (R) von 7 bis 180 mm und der kleinere Radius (r) 0,5 bis 4 mm beträgt, und daß die Profile nach oben abgeschlossen werden durch zwei aus der Krümmung tangential hervorgehende Seitenflächen (22, 23), die an ihrem Schnittpunkt einen Winkel (alpha) von 20 bis 120° einschließen.

Es wurde nun gefunden, daß diese Elektroden auch dann vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, wenn die parallel zueinander angeordneten Profile Vollprofile sind.

Zwar wird bei den erfindungsgemäßen Elektroden, bei denen die Profile ays Vollprofilen bestehen, mehr Titan benötigt, jedoch steht diesem Nachteil der Vorteil gegenüber, daß der Widerstand herabgesetzt und der Spannungsabfall verringert wird. Darüber hinaus lassen sich Vollprofile leichter verarbeiten.

Im folgenden sei die erfindungsgemäße gasentwickelnde Metallelektrode an Hand der Figur 1, die eine perspektivische Ansicht und der Figur 2, in der zwei Profile aus Blickrichtung X vergrößert dargestellt sind, erläutert.

Die wirksame Elektrodenfläche besteht aus parallel zueinander angeordneten Vollprofilen. Die mechanische und elektrische Verbindung dieser Elektrodenprofile untereinander erfolgt durch Verschweißen mit einem oder mehreren Titanstegen (2), die eine speziell für den beschriebenen Zweck entwickelte Form besitzen. Auf diesen Stegen werden Titankörper (3) mit einem Innengewinde angebracht. Das Innengewinde dient zur Aufnahme einer Stromzuführung (4), z.B. einem Kupferbolzen. Dieser kann bei Bedarf durch ein aufgeschweißtes Titanrohr (5) vor der Elektrolytlösung (und somit

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anodischer Auflösung) geschützt werden. Die Stromzuführung zu 'den einzelnen Elektrodenprofilen erfolgt ausschließlich durch ein einfaches primäres Leitersystem aus Titanstegen (2). Dieses ist aus käuflichen Titanblechen entsprechender Dicke (abgestimmt auf die Strombelastung) durch einfaches Ausstanzen leicht herzustellen. Da mit zunehmendem Abstand von der Kontaktierung durch dieses Leitersystem immer weniger Strom zu den Elektrodenprofilen transportiert werden muß, da die Anzahl der noch zu versorgenden Profile sich verringert, nimmt auch der Leitungsquerschnitt dieses Bauteils ab. In Figur 1 ist dies daran erkenntlich, daß sich die Breite des Titanstegs (2) verringert. Dies trägt ebenfalls zur Minimierung des Materialaufwandes'bei.

In Figur 2 sind zwei erfindungsgemäße, entsprechend Blickfichtung X aus Figur 1 nebeneinanderliegende Elektrodenprofile, gegenüber Figur 1 ver-U größert, schematisch dargestellt.

Die Arbeitsfläche 21, d.h. die auf die Gegenelektrode projizierbare Fläche, ist erfindungsgemäß in der Weise gekrümmt, daß die Krümmung an den Seiten, d.h. zum Nachbarprofil bzw. zur Zellenwandung stärker wird.

Die Krümmung wird bestimmt durch den Radius R und die beiden kleineren Radien r. Nach oben wird das Hohlprofil abgeschlossen durch die beiden zusammentreffenden Seitenflächen 22 und 23, die aus der gekrümmten Arbeitsfläche tangential fortgeführt werden. Auf diese Weise erhält der Querschnitt der Spaltzone zwischen zwei Profilen das Profil einer düsen-

2S förmig abgerundeten Einlaufzone und nach oben diffusorartig sich erweiternden Beruhigungszone. Die an der Arbeitsflache gebildeten Gasblasen bewegen sich infolge der leichten Krümmung zu den Rändern der Profile hin und erfahren dort, durch die sich verstärkende Krümmung, eine erwünschte gleichmäßige Beschleunigung im Gegensatz zu einem abrupten Abreißen der Gasblasen an einem kantenförmigen Profil, was mit einem höheren Druckverlust verbunden ist. Hierdurch wird das Gas mit einem minimalen Druckverlust auf die zum Passieren der engsten Stelle des Spaltraumes zwischen zwei Profilen erforderliche Geschwindigkeit gebracht. Bedingt durch den geringeren Druckverlust erreichen die Gasblasen eine höhere Geschwindigkeit, wodurch eine größere Flüssigkeitsmenge mitgerissen wird. Dies führt zu einem verbesserten Austausch der Elektrolytlösung vor der Arbeitsfläche. Unmittelbar anschließend an die engste Stelle strömt das Gas in die sich erweiternde Beruhigungszone, deren Öffnungswinkel so ausgelegt ist, daß die Gasblasen weitgehend ohne Druckverlust ihre normale Auftriebsgeschwindigkeit erreichen.

Durch die oben beschriebenen, den Gasabzug begünstigenden Effekte ist es ferner möglich, Profilkonstruktionen mit relativ großen Stegbreiten S

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zuzulassen, die 6 bis 30 mm betragen können, während die Stegbreiten bei den bisher bekannten Konstruktionen z.T. erheblich unter 6 mm liegen. Der Vorteil der Verwendung eines Profils mit großer Stegbreite liegt auf der Hand, da man bei gegebenen Zellenabmessungen mit weniger Profilen auskommt.

Damit die oben beschriebenen Wirkungen voll zur Geltung kommen können, sollten die Profile bestimmte geometrische Abmessungen aufweisen, die in Abhängigkeit von den Zellenbedingungen gewählt werden.

Wie oben bereits erwähnt, weist die Arbeitsfläche in der Mitte eine geringere Krümmung auf als an den Rändern. So wird die Krümmung im mittleren Teil durch eine Kreislinie bestimmt, deren Radius R 7 bis 180 mm, vorzugsweise 15 bis 25 mm, beträgt, während an den beiden Seiten die Krümmung stärker wird und in eine Kreislinie mit dem Radius r von 0,5 bis 4 mm übergeht. Die beiden Radien sollten so gewählt werden, daß R/_ = 5 ist.

Durch die erfindungsgemäSe Ausgestaltung der Arbeitsfläche wird einerseits erreicht, daß infolge des relativ großen Radius der Kreislinie im mittleren Bereich, ein nahezu optimaler gleichmäßiger Abstand der Arbeitsfläche zur Gegenkathode gewährleistet ist, dessen relativ geringe KrOm* mung aber bereits für einen raschen Abtransport der gebildeten Gasblasen ausreicht. Durch die stärkere Rundung beim Übergang der Arbeitsfläche in die tangential verlaufenden Seitenflächen sind an dieser Stelle Kanten vermieden, die, wie bekannt, einem verstärkten Verschleiß unterliegen.

In Abhängigkeit von dem Radius R der mittleren Kreislinie und der Stegbreite S ergibt sich die Höhe des Kreisbogens (d.h. der größte Abstand zwischen der Stegbreite S und der Arbeitsfläche 21), die allerdings der

Bedingung genügen sollte, daß £. von 5 bis 1800 beträgt.

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Die Neigung der Seitenflächen kann ebenfalls innerhalb weiter Grenzen variiert werden. Diese Neigung wird bestimmt durch den Winkel, mit dem sie zusammentreffen und der zweckmäßig von 20° bis 120° betragen kann.

Der technische Aufwand zur Herstellung der erfindungsgemäßen Metall-Elektroden, die insbesondere als Anoden für die Chloralkali-Elektrolyse geeignet sind, ist gering. Zu ihrer Herstellung müssen lediglich die einzelnen Elektrodenprofile (3) mit den Verteilerstegen (2) durchgehend verschweißt werden. In diesen Stegen können zur besseren Fixierung Kerben eingearbeitet sein, in die die Profile eingeführt werden. Die relativ lange Schweißnaht sichert einen guten Stromübergang vom Verteilersteg zu den Profilen.

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Obwohl die erfindungsgemäße Elektrodenkonstruktion sich durch einen auQerordentlich einfachen Aufbau auszeichnet, ist ihre mechanische Festigkeit hervorragend. Die Elektroden zeichnen sich damit verbunden auch durch eine große Reparaturfreundlichkeit aus. Bei Beschädigung eines Profiles, z.B. durch Kurzschluß, können die jeweiligen Elektrodenprofile leicht einzeln ausgewechselt werden oder durch entsprechendes Nachrichten auf die erforderliche PlanaritMt gebracht werden.

Der außerordentlich geringe Verschleiß der Elektroden infolge Fehlens von Kanten ist oben bereits erwähnt worden.

Durch den oben beschriebenen raschen Abtransport der Gasblasen können Profile mit Breiten an wirksamer Elektrodenfläche realisiert werden, wie sie bisher noch nicht bekannt waren. In anderen Worten ausgedrückt kann hierdurch das Verhältnis von wirksamer Elektrodenfläche, in der eine weitgehend gleichmäßige Stromdichtenverteilung gegeben ist, zu geometrischer Elektrodenfläche deutlich verbessert werden.

Aus der Beschreibung der beanspruchten Elektrode folgt weiterhin, daß vom

Elektrodengrundkörper nur die eigentlich wirksame Fläche mit einer Aktivschicht versehen werden muß, da hier eine Konstruktion vorliegt, bei der verschiedene Teilbereiche der Profile jeweils bezüglich der zu erfüllenden Aufgabe optimiert sind. So ist die der Gegenelektrode gegenüberliegende Seite so ausgebildet, daß die arbeitende Elektrodenfläche opti- mal ihre Funktion im Elektrolysevorgang erfüllen kann» Die anderen Abschnitte des Elektrodenprofils sind nach hydrodynamischen und eine einfache Herstellung betreffenden Kriterien optimiert. Die Konstruktion eignet sich somit sehr gut für ein Aufbringen der Aktivierungsiösung durch Tauchen, Walzen oder Streichen. Da es relativ einfach ist, nur die arbeitende Elektrodenfläche zu beschichten (was angestrebt wird, aber nicht Voraussetzung ist), wird die erforderliche Menge an Aktivierungslösung auf ein Mindestmaß reduziert. Dies ist insbesondere bei der Verwendung von Aktivierungslösungen, die teure Edelmetalle bzw. Edelmetallverbindungen enthalten, von Vorteil, z.B. bei den bekannten RUO2 enthalten- den Aktivschichten zur anodischen Chlorabscheidung.

Nicht zuletzt läßt sich diese Konstruktion sehr gut mit Hilfe von Spritzverfahren - insbesondere thermischen Spritzverfahren - beschichten, da die arbeitende Elektrodenfläche keine scharfen Kanten aufweist und da keine schwer zugänglichen Seitenflächen beschichtet werden müssen.

Zeichn.

-C-

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Claims

BASF Aktiengesellschaft 0.Z. 0050/36864

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Patentanspruch

Gasentwickelnde Metallelektrode für Elektrolysezellen, insbesondere Anode für Amalgamzellen für die Chloralkalielektrolyse, die aus in einer horizontalen Ebene parallel zueinander angeordneten Profilen besteht, wobei die der Gegenelektrode zugekehrte wirksame Elektrodenflache gekrümmt ist und die mit quer zu den Profilen verlaufenden, mit einer Stromzuführung versehenen Stromverteilern miteinander verbunden sind, wobei die Krümmung der wirksamen Elektrodenfläche im Bereich der Spalte in eine solche mit kleinerem Radius (r) übergeht, wobei der die Krümmung der wirksamen Elektrodenfläche bestimmende Radius (R) von 7 bis 180 mm und der kleinere Radius (r) 0,5 bis 4 mm beträgt, und wobei die Profile nach oben abgeschlossen werden durch zwei aus der Krümmung tangential hervorgehende Seitenflächen (22, 23), die an ihrem Schnittpunkt einen Winkel (alpha)

von 20 bis 120° einschließen, nach Patent (P 33 25 187.8),

dadurch gekennzeichnet, daß die Profile Vollprofile sind.

559/83 Ki/Ke 15.12.1983