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Anodenanordnung für Alkalichlor-Elektrolysezellen
Im Patent Nr. 212338 ist eine Anodenanordnung für Alkali-Chlor-Elektrolyse-Zellen mit einer wirksamen Anodenoberfläche aus Platinmetall oder Platinmetallen geschützt, die dadurch gekennzeichnet ist, dass als elektrische Zuleitung zu der Platinmetalloberfläche, gegebenenfalls auch als mechanischer Träger für das Platinmetall, Titanmetall oder eine im wesentlichen aus Titan bestehende Legierung vorgesehen ist.
In der Patentschrift ist u. a. angegeben, dass die mit Graphitanoden verbundenen Schwierigkeiten dadurch überwunden werden können, dass man in Zellen zur Elektrolyse von Salzlösungen zwecks Herstellung von Chlor und Ätzkali eine Anode verwendet, die aus einem Edelmetall der Platingruppe besteht, welche die in der genannten Patentschrift als "Platinmetalle" bezeichneten Metalle Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium oder Platin umfasst, oder aus einer Legierung von zwei oder mehreren dieser Metalle, und wobei zu dieser Anode eine aus Titan oder einer im wesentlichen aus Titan bestehenden Legierung bestehende elektrische Zuleitung führt.
Dort ist ferner angegeben, dass Titan oder eine im wesentlichen aus Titan bestehende Legierung ein Konstruktionsmaterial darstellt, das geeignet ist, als mechanischer Träger und elektrische Zuleitung für ein sehr dünnes Blech oder einen Überzug aus Platinmetall verwendet zu werden, und dass die Kombination einer Platinmetalloberfläche zur Bildung der eigentlichen Anode mit einem Bauteil aus Titan oder einer Titanlegierung zur Bildung des mechanischen Trägers und der elektrischen Zuleitung für die Anode die meisten derzeit bei der Konstruktion der Anoden für Elektrolysezellen für die Herstellung von Ätzkali und Chlor durch Elektrolyse von Salzlösungen bestehenden Probleme löst.
Dort ist auch auf die äusserst wichtig erscheinende Tatsache hingewiesen, dass die Anode aus Platinmetall und ihr Träger aus Titan oder einer Titanlegierung mit viel grösserer Präzision hergestellt werden können als eine Graphitanode. Wenn sie einmal in der richtigen Beziehung zur Kathode angeordnet ist, ist ein periodisches Nachstellen nicht mehr erforderlich, weil die neue Anode sich viel langsamer abnutzt und diese Abnutzung den Elektrodenabstand nicht wesentlich vergrössert.
In der genannten Patentschrift ist ferner angegeben, dass die Abdeckung oder der Überzug aus Platinmetall, welches die eigentliche Anodenfläche bildet, gegebenenfalls aus einem dünnen Blech oder einer Folie bestehen kann, das bzw. die mit dem Träger aus Titan verschweisst ist, wobei jedoch vorzugsweise eine elektrolytisch auf dem Titan abgeschiedene Platinmetallschicht verwendet wird, weil auf diese Weise ein gegebenes Platinmetallgewicht über eine grössere Titanfläche verteilt werden kann.
Dort ist jedoch auch festgestellt, dass gegebenenfalls auch andere Verfahren zur Aufbringung des erforderlichen Platinmetallüberzuges auf den Träger aus Titan verwendet werden können, beispielsweise Aufwalzen, Kathodenzerstäubung, Aufdampfen im Vakuum, Metallspritzen, Einwalzen eines Platinmetallpulvers in die Oberfläche eines Titanblechs und Anstreichen eines Titanbauteils mit einer üblichen Metallisierungslösung mit anschliessendem Erhitzen, wie dies in der Keramikindustrie üblich ist.
Es wurde nun gefunden, dass bei einer Anodenanordnung, bei der als Metallträger für den die wirksame Anodenoberfläche bildenden Platin-Metall-Überzug, Ti-Metall oder eine wesentlich aus Ti bestehende Legierung vorgesehen ist, die Ansammlung von Gasbläschen auf der Oberfläche der Anode verhindert oder auf ein Minimum reduziert, und dass mit einer solchen Anode eine Abscheidung von Chlor bei niedrigeren Zellenspannungen erzielt werden kann, wenn der aus Titan oder einer Titanlegierung bestehende Träger des Platinmetalls nicht massiv, sondern als durchbrochener oder durchlöcherter Körper ausgebildet ist, d. h. beispielsweise ein perforiertes Blech, eine Gaze oder ein Streckmetall ist.
Eine verbesserte erfindungsgemässe Anode besteht daher aus einem durchlöcherten Flächengebilde aus Titanmetall, das wenigstens auf einem Teil seiner Oberfläche mit einem Überzug aus einem Platinmetall oder einer Legierung von zwei oder mehreren dieser Metalle versehen ist.
Um Zweifel zu vermeiden, sei ausdrücklich festgestellt, dass mit dem Ausdruck durchlöchertes Flächengebilde"ein perforiertes oder ein netz-odermaschenförmiges Flächengebilde, beispielsweise ein perforiertes Blech, Streckmetall oder eine Gaze verstanden wird. Ein an der Unterseite eines solchen Flächengebildes freigewordenes gasförmiges Anodenprodukt findet sofort einen ungehinderten Weg zum Aufsteigen durch den Elektrolyten und durch das Flächengebilde zum oberen Teil der Zelle. Dagegen schliesst
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der Ausdruck jene Gebilde aus, die zutreffender als porös bezeichnet werden, beispielsweise nach pulvermetallurgischen Verfahren hergestellte Flächengebilde.
In solchen porösen Gebilden wird der Weg eines das Flächengebilde von seiner Unterseite zur Oberseite durchsetzenden Gases von zahlreichen miteinander in Verbindung stehenden mikroskopisch kleinen Kanälen gebildet, während er bei einem durchlöcherten, d. h. einem perforierten oder einem netzförmigen Flächengebilde aus einem einfachen, hindernisfreien Kanal besteht, der direkt durch die ganze Dicke des Flächengebildes führt.
Der Ausdruck Flächengebilde aus Titanmetall"umfasst auch ein Flächengebilde aus einer im wesentlichen aus Titan bestehenden Titanlegierung.
Das durchlöcherte Flächengebilde aus Titan kann aus einem mit zahlreichen Löchern ausgebildeten oder perforierten Blech, einer Gaze oder Streckmetall bestehen, das gegebenenfalls auch abgeflacht sein kann. Ein Flächengebilde aus Titanmetall wird beispielsweise durch Schlitzen eines Titanbleches und Strecken desselben zu einem Streckmetall erhalten.
Der Ausdruck "Platinmetall" wird in derselben Bedeutung verwendet wie im Stammpatent, und das Platinmetall kann nach irgendeinem der vorstehend und in der Patentschrift zum Stammpatent erwähnten Verfahren auf das Flächengebilde aus Titan aufgebracht werden. Vorzugsweise werden als Platinmetalle Platin oder Rhodium oder eine Legierung derselben verwendet, da es scheint, dass sie von diesen Metallen unter den Verwendungsbedingungen, besonders in Zellen zur Elektrolyse von Salzlösungen, am beständigsten sind.
In der nachstehenden Tabelle sind die Zellenspannungen angegeben, bei denen in vier Salzlösung enthaltenden Quecksilberzellen, die im wesentlichen horizontale Quecksilberkathoden aufweisen, eine Chlorabscheidung bei verschiedenen Stromdichten erhalten wurde, wobei diese Zellen im wesentlichen ähnlich ausgebildet sind, jedoch eine von ihnen eine übliche Graphitanode mit einem Längsschlitz in der Anodenfläche und einer Reihe damit in Verbindung stehender vertikaler Gasabzugskanäle aufweist, die zweite eine Anode aus einem platinüberzogenen gewöhnlichen Titanblech, die dritte eine Anode aus einem platinüberzogenen Titanblech mit mehreren Löchern von einem Durchmesser von 3, 2 mm und eine Lochteilung von 19 mm, und die vierte eine Anode aus platinüberzogenem Titaniumstreckmetall,
EMI2.1
EMI2.2
<tb>
<tb> 2Anode <SEP> aus <SEP> platinüberzogenem <SEP> Titan
<tb> Stromdichte <SEP> I <SEP> Übliche <SEP> I <SEP> I <SEP>
<tb> geschlitzte <SEP> Biech <SEP> mit
<tb> KA/m2 <SEP> Graphit-Anode <SEP> glattes <SEP> Blech <SEP> mehreren <SEP> Streckmetall
<tb> Löchern
<tb> 3 <SEP> 3, <SEP> 95 <SEP> 4, <SEP> 20 <SEP> 4, <SEP> 00 <SEP> 4, <SEP> 04 <SEP>
<tb> 4 <SEP> 4, <SEP> 22 <SEP> 4, <SEP> 60 <SEP> 4, <SEP> 35 <SEP> 4, <SEP> 22 <SEP>
<tb> 6 <SEP> 4, <SEP> 75 <SEP> 6, <SEP> 00 <SEP> 5, <SEP> 00 <SEP> 4, <SEP> 60 <SEP>
<tb>
Bekannterweise ist es erwünscht, dass die der Zelle zugeführte Salzlösung ein oberflächenaktives Mittel enthält. Die in der Tabelle für die ersten der drei vorstehend erwähnten Anoden angegebenen Werte wurden bei einer derartigen Arbeitsweise erhalten.
Bei einer Zelle, deren Anode aus platinüberzogenem Titaniumstreckmetall besteht, erhält man jedoch durch Verwendung eines oberflächenaktiven Mittels in der der Zelle zugeführten Salzlösung keine Verbesserung der Zellenspannung.
Die vorstehend angegebenen Ergebnisse zeigen die mit den durchlöcherten Anoden aus platiniertem Titan erzielten Vorteile, die darin bestehen, dass bei höheren Stromdichten die Anode aus dem platinierten Streckmetall mit niedrigeren Spannungen arbeitet als die Graphitanode, und dass bei allen Stromdichten die beiden erfindungsgemässen Anoden mit niedrigeren Spannungen arbeiten als das glatte platinüberzogene Titanblech.
Die durchlöcherten Anoden aus Flächengebilden aus platinmetallüberzogenem Titanmetall habenweitere Vorteile in andern als den vorstehend erwähnten Anwendungen. Beispielsweise weisen sie bei dem kathodischen Schutz von in Seewasser eingetauchten Konstruktionen eine niedrigere Chlorüberspannung auf als eine Anode aus glattem Blech. Sie haben ferner den wirtschaftlichen Vorteil, dass eine kleine Menge Platinmetall über eine viel grössere Anodenfläche verteilt wird. Dieser Vorteil ist sehr wichtig, weil bei dem kathodischen Schutz von grossen Konstruktionen, wie z. B. Brückenpfeilern und Schiffsrümpfen, einer der den Wirkungsgrad des Verfahrens begrenzenden Faktoren in dem grossen Flächenunterschied zwischen der schützenden Anode und der zu schützenden kathodischen Konstruktion besteht.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Anodenanordnung für Alkali-Chlor-Elektrolysezellen nach Patent Nr. 212338, bei der als Metallträger für den die wirksame Anodenoberfläche bildenden Platin-Metall-Überzug, Ti-Metall oder eine wesentlich aus Ti bestehende Legierung vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Ti-Metall oder Ti-Legierung bestehende Träger nicht massiv, sondern als durchbrochener oder durchlöcherter Körper ausgebildet ist.