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Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers6 der aus einem
Trägerkörper aus Titan und einem Überzug aus
Platinmetallen besteht vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers, der aus einem
Trägerkörper aus Titan und einem Überzug aus Platinmetallen besteht, insbesondere zur Verwendung als
Anode in Chloralkali-Elektrolysezellen bzw. als Trennwand und Anode in derartigen Zellen.
In der österr. Patentschrift Nr. 212338 wird z. B. unter anderem eine Anodenanordnung für Alkali-
Chlor-Elektrolysezellen mit einer wirksamen Anodenoberfläche aus Platinmetall oder Platinmetallen unter
Schutz gestellt. Die Anode kann also eine wirksame Oberfläche aus einem Edelmetall der Platingruppe oder einer Legierung von zwei oder mehreren dieser Metalle aufweisen, wobei die innerhalb der Zelle dieser Oberfläche stromzuführende elektrische Zuleitung aus Titan oder aus einer im wesentlichen aus Titan bestehenden Legierung besteht.
In dieser Patentschrift wird auch eine Anodenanordnung, die für eine Zelle zur Elektrolyse von wäs- serigen Lösungen von Alkalimetallchloriden zwecks Herstellung von Chlor- und Ätzkali bestimmt ist, beschrieben, bei der die aus Titan oder einer Titanlegierung bestehende elektrische Zuleitung als Zellendeckel samt Träger für die wirksame Anodenoberfläche ausgebildet ist undnuranihrer der Kathode zugekehrten Fläche einen Überzug aus Platinmetall aufweist.
In der belgischen Patentschrift Nr. 576843 wird z. B. unter anderem eine verbesserte Anode unter Schutz gestellt, welche ein durchlochtes Metallblech aufweist, das auf zumindest einem Teil seiner Oberfläche mit einem Überzug aus einem Platinmetall oder aus einer Legierung aus zwei oder mehreren dieser Metalle versehen ist. In dieser Patentschrift wird aufgezeigt, dass das durchlochte Metall ein Streckblech und das Platinmetall oder die Legierung von zwei oder mehreren Platinmetallen Platin oder Rhodium oder eine Legierung dieser Metalle sein kann.
In der brit. Patentschrift Nr. 845, 043 wird z. B. unter anderem eine aus mehreren. Elektrolysezellenbe- stehende Anlage beschrieben, die sich z. B. zur Herstellung von Chlor, einem Hypochlorit oder einem Chlorat aus wässerigen Lösungen eines Alkalimetallchlorids eignet, wobei eine inerte Trennwand die Anode einer Elektrolysenzelleneinheit von der Kathode der benachbarten Einheit trennt ; diese Anlage ist insbesondere dadurch gekennzeichnet, dass die inerte Trennwand eine chemisch inerte Trennwand aus Titanblech ist.
In dieser Patentschrift wird auch eine Elektrolyseanlage unter Schutz gestellt, in welcher in jeder Zelleneinheit die Anode aus einer Platinmetallschicht gebildet wird, welche auf einer Seite des Titanblechs ist, wobei die Kathode die gegenüberliegende Seite des nächsten Titaablechs ist, die keine Platinmetallschicht aufweist.
Ferner wird in dieser Patentschrift ausgesagt, dass diese Platinmetallschicht ein Überzug aus einem auf einer Seite des Titanblech niedergeschlagenen Platinmetall sein kann und dass dieser aus einem Platinmetall bestehende Überzug durch Beschichten mit einem platintragenden Präparat und anschliessendem Erhitzen hergestellt sein kann.
Nichtsdestoweniger wurde bisher als der beste Weg zur Herstellung eines Platinüberzugesaufeinen
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Träger aus Titan angesehen, das Platin auf das Titan elektrolytisch niederzuschlagen ; es wurde jedoch nunmehr gefunden, dass bessere Anordnungen mit einer Oberflächenschicht aus einem Platinmetall auf einem Träger aus Titan hergestellt werden können, wenn zumindest die letzte Platinmetallschicht so hergestellt wird, dass eine aufgetragene Schicht eines platinhaltigen Präparats, das noch später definiert werden soll, auf zumindest 500 C erhitzt wird ; so sind z. B. die für jede, über einem Minimum gelege- ne Stromdichte erforderlichen Spannungen bei Verwendung derart überzogener Anoden in Quecksilberzellea zur Elektrolyse von Salzlösungen niedriger als z.
B. die Zellspannung, die für eine elektrolytisch nieder- geschlagene Platinschicht erforderlich ist.
Gemäss vorliegender Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Anordnung mit einer Platin- metalloberfläche auf einem Träger aus Titan angegeben, das darin besteht, dass auf den Träger aus Titan eine Schicht eines platinhaltigen Präparats, das eine Platinverbindung in einem organischen Trägerstoff enthält, die beim Erhitzen auf zumindest 5000C einen im wesentlichen aus Platin bestehenden Nieder - schlag bildet, aufgetragen wird, wonach der Überzug auf zumindest 5000C erhitzt wird, um diesen im wesentlichen aus Platin bestehenden Niederschlag zu bilden.
Das platinhaltige Präparat enthält vorzugsweise Platinverbindungen die chemisch äquivalent sind mit 4-9 Gew.'p/oPlatin. Ein geeignetes Präparat dieser Art wird unter der Markenbezeichnung Hanovia Liquid Bright Platinum Grade 05-X von Engelhard Industries Limited auf den Markt gebracht.
Vorzugsweise wird die Oberfläche eines Platinmetalls gebildet, indem eine Anzahl solcher Niederschläge durch mehrmalige Beschichtungen mit einem platinhaltigen Präparat der genannten Art mit anschliessendem Erhitzen auf zumindest 5000C vorgenommen werden.
Ferner wird vorgezogen, die erste Beschichtung mit einem platinhaltigen Präparat der genannten Art auf eine Oberfläche eines Trägers aus Titan aufzutragen, welcher zuvor zwecks Entfernung der hauptsächlich aus Oxyden bestehenden Haut, z. B. nach dem in der brit. Patentschrift Nr. 758, 013 beschriebenen und unter Schutz gestellten Verfahren, vorbehandelt wurde.
Wenn gewünscht, kann auf den Träger aus Titan auch zuerst Platin elektrolytisch niedergeschlagen werden, bevor die erste Schicht mit einem platinhaltigen Präparat der genannten Art aufgetragen wird.
Gewünschtenfalls kann die erste Schicht mit dem platinhaltigen Präparat auf eine Oberfläche eines Trägers aus Titan aufgetragen werden, die zuerst zwecks Entfernung der oben erwähnten Haut vorbehan- delt und dann mit einer Schicht aus einem elektrolytisch niedergeschlagenen Platin versehen worden war.
Gemäss einer Ausführungsweise vorliegender Erfindung werden z. B. die Teile der Oberfläche des Trägers aus Titan, die mit einer Platinschicht versehen werden sollen, entfettet, 4 Tage in analytisch reiner konzentrierter Salzsäure gebeizt, trocknen gelassen, mit einem platinhaltigen Präparat der genannten Art bestrichen, die erhaltene Schicht z. B. durch Infrarotbestrahlung getrocknet und die getrocknete Schicht dann noch 10 Minuten in einem Ofen auf 5000Cerhitzt. DasBestreichen, Trocknen und Erhitzen wird dann so oft wiederholt, als es zur Bildung einer Platinschicht der gewünschten Dicke erforderlich ist. Zum Beispiel können fünf Beschichtungen mit dem platinhaltigen Präparat aufgetragen werden, wobei jede Schicht separat getrocknet und erhitzt wird.
Die nach dem Erhitzen zurückbleibende Platinschicht ist fein verteilt und weist eine lichtgraue matte Oberfläche auf. Bei Verwendung als Anode ist diese Schicht dunkelgrau oder schwarz. Vermutlich ist es die feine Verteilung der Platinschicht, welche die erfindungsgemässe Herstellung einer verbesserten Anordnung mit einer Platinmetalloberfläche auf einem Träger aus Titan ermöglicht.
Das platinhaltige Präparat wird vorzugsweise auf gebeiztes Titan aufgetragen, da auf diese Weise eine noch stärker anhaftende Platinschicht erhalten wird. Dies ist von besonderem Wert, wenn jede erhaltene Anordnung als eine Anode in jeder Zelle einer Serie von Alkalimetallamalgam-Kathodezellen verwendet werden soll, weil es in solchen Serien erwünscht ist, jede einzelne Zelle ausschalten zu können, indem deren Anode mit deren Kathode verbunden wird, wobei der Rest der Zellen in Betrieb gelassen wird.
Dieses Verfahren der Ausschaltung von Alkalimetallamalgam-Kathodezellen bewirkt, dass Wasserstoff augenblicklich von der Anode abgegeben wird. Es wurde gefunden, dass diese Anordnungen der plötzlichen, hiedurch entstehenden-kathodischen Polarisation standhalten.
Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren hergestellten Anordnungen können z. B. als verbesserte Anoden in elektrolytischen Zellen zur Herstellung von Chlor und Ätzkali durch Elektrolyse wässeriger Lösungen von Alkalimetallchloriden verwendet werden, so z. B. als eine Anode der Art, die in. der österr.
Patentschrift Nr. 212338 oder ia der belgischen Patentschrift Nr. 576843 beschrieben ist, oder als eine undurchlässige Trennwand, die mit einer Anode aus einer Platinmetallschicht versehen ist, die im wesentlichen aus einer erhitzten Schicht eines platinhaltigen Präparats besteht, in einer Elektrolyseanlage gemäss der brit. Patentschrift Nr. 845, 043.
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Unter der Bezeichnung "Titan" soll auch eine im wesentlichen aus Titan bestehende Titanlegierung verstanden werden.
Platinhaltige Präparate werden z. B. in der "Platinum Metals Review", Oktober 1958, angegebenen dieser Zeitschrift wird ausgeführt, dass metallisierende Präparate, die aus Lösungen von Resinaten oder Sulforesinaten von Platin in ätherischen Ölen bestehen, zur Verzierung von Glaswaren und glasüberzogenen keramischen Waren viel verwendet werden und dass während des Erhitzens auf 550 - 8000C die Öle weggebrannt und die Resinate und Sulforesinate, unter Hinterlassung eines hellen zusammenhängenden Platinfilms, auf der Ware zersetzt werden.
Ein bei gegebenen Stromdichten durchgeführter Vergleich der Zellspannungen einer Quecksilberzelle mit einer elektrolytisch niedergeschlagenen Platinschicht auf einem Titanstreckmetallblech mit einer Quecksilberzelle der gleichen Dimensionen, die als Anode einen Bauteil aufweist, der gemäss vorliegender Erfindung hergestellt wurde und aus erhitzten Schichten eines platinhaltigen Präparats auf einem Titanstreckmetallblech besteht, wird wie folgt vorgenommen.
Es wird eine Anode hergestellt, indem 100 g Platin/m ? auf ein Titanblech elektrolyttsch niedergeschla- gen werden, das entfettet, 4 Tage in analytisch reiner konzentrierter Salzsäure gebeizt und schliesslich getrocknet worden war. Ferner wird eine Anode hergestellt, indem auf ein gleiches und in gleicher Weise behandeltes Titanblech zwei Schichten eines titanhaitigen Präparats von Platinresinat in einem organischen Trägerstoff, welches das Äquivalent von 8% Platin enthält, aufgetragen wird, wobei jede Schicht auf 5500C erhitzt wird, so dass ein Platinniederschlag von 25 g/r'der Kathodenfläche erhalten wird.
Eine Salzlösung, die 23 Gew./Gew.-% Natriumchlorid enthält, wird in jeder der beiden Quecksilberzellen bei 600C einer Elektrolyse unterworfen. Die Beziehung zwischen der Stromdichte und der Spannung der Quecksilberzelle für 2 kAXm2 überschreitende Stromdichten wird durch die Gleichung
V = A + bC ausgedrückt, wobei V die Spannung der Zelle,
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<tb> A <SEP> den <SEP> Abstand <SEP> auf <SEP> der <SEP> Spannungsachse,
<tb> C <SEP> die <SEP> Stromdichte <SEP> (kA <SEP> In <SEP> !). <SEP>
<tb> b <SEP> die <SEP> Neigung <SEP> der <SEP> Kurve <SEP> bedeutet.
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Für die Quecksilberzelle, die als Anode das auf dem Träger aus Titan galvanisch niedergeschlagene Platin aufweist, erhält man bei Gegenüberstellung von Spannung und Stromdichte V = 3, 48 + 0, 20 C.
Für die Quecksilberzelle, die als Anode eine Platinschicht aufweist, welche durch Erhitzen des platintragenden Präparats hergestellt worden war, erhält man durch Gegenüberstellung von Spannung und Stromdichte V = : 3, 18 + 0, 20 C.
Bei allen 2 kA/rn übersteigenden Stromdichten wird demnach bei Verwendung des erfindungsgemässen Bauteiles als Anode gegenüber der Verwendung einer Anode mit auf einem Träger aus Titan galvanisch niedergeschlagenem Platin 0, 3 V eingespart.
Der Verlust an Platin aus dem platinbeschichteten Titan, hergestellt nach den erfindungsgemässen Verfahren, entspricht, bei Verwendung als Anode in einer Quecksilberzelle bei der Elektrolyse von Salzlösungen, dem Verlust an galvanisch niedergeschlagenem Platin. Dieser Verlust beträgt ungefähr 1 g Platin pro Tonne Chlor, hergestellt mittels einer 4 kA/m betätigten Quecksilberzelle.
PATENTANSPRÜCHE ;
1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundkörpers, der aus einem Trägerkörper aus Titan und einem Überzug aus Platinmetallen besteht, insbesondere zur Verwendung als Anode in Chloralkali-Elektrolysezellen bzw. als Trennwand und Anode in derartigen Zellen, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Träger aus Titan eine Schicht eines platinhältigen Präparats, das eine Platinverbindung in einem organischen Trägerstoff enthält, die beim Erhitzen auf zumindest 5000C einen im wesentlichen aus Platin bestehenden Niederschlag bildet, aufgetragen wird, wonach der Überzug auf zumindest 5000C erhitzt wird, um den im wesentlichen aus Platin bestehenden Niederschlag zu bilden.