DE1082237B

DE1082237B - Metallische Stromzuleitung zu waagerechten Graphitelektrodenplatten in elektrolytischen Zellen

Info

Publication number: DE1082237B
Application number: DEF27706A
Authority: DE
Inventors: Dr Karl Hass; Dr Herbert Ottersky; Kurt Stoelzel
Original assignee: Feldmuehle AG; Feldmuehle Papier und Zellstoffwerke AG
Current assignee: Feldmuehle AG; Feldmuehle Papier und Zellstoffwerke AG
Priority date: 1959-02-14
Filing date: 1959-02-14
Publication date: 1960-05-25
Also published as: GB936966A; FR1235178A; CH374369A

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft die Stromzuleitung zu waagerechten Graphitelektroden in elektrolytischen Zellen, also beispielsweise zur Anode einer Chloralkalielektrolysezelle, die eine Quecksilberkathode aufweist. Die Stromzuleitungen dienen meistens gleichzeitig als Halterung der Elektrodenplatten; sie sollen also als Stromleiter einen möglichst geringen elektrischen Widerstand aufweisen und müssen außerdem die nötige mechanische Festigkeit zum Halten der Elektrode besitzen. Meistens sind sie mit Einrichtungen versehen, die eine genaue Einstellung der Lage der Elektrode und eine Nachstellung während des Betriebes entsprechend der Abnutzung der Elektrodenplatte gestatten. Zu fordern ist außerdem, daß sie unempfindlich gegen die Einwirkungen der Flüssigkeiten und Gase innerhalb der Zelle sind.

Bisher benutzte man als Stromzuleitung Graphitstäbe, die getrennt von der Elektrodenplatte hergestellt und mit dieser Platte etwa durch ein Gewinde oder einen Konus verbunden werden. Der Werkstoff Graphit weist eine ausreichende chemische Resistenz gegen den Zelleninhalt auf. Zur Erhöhung der Leitfähigkeit ist es bekannt, eine mehr oder weniger tiefe Bohrung in der Achse des Stabes vorzusehen und diese mit Kupferlitzen oder -stäben auszufüllen, die mit dem Graphitkörper des Stabes durch Einzinnen verbunden werden. Die bekannten Stromzuleitungen haben im wesentlichen zwei Nachteile. Der eine Nachteil besteht darin, daß am Übergang vom Graphitkörper des Haltestabes zur eigentlichen Graphitelektrodenplatte ein erhöhter Widerstand unvermeidlich ist, der zweite Nachteil besteht darin, daß beim Einbau neuer Platten die Stäbe nicht beliebig oft wiederverwendbar sind, also nach ein- oder zweimaligem Gebrauch neu beschafft werden müssen.

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in erster Reihe in der Vermeidung dieser Nachteile. Bei Elektrolysezellen, die nicht mit waagerechten Graphitelektrodenplatten ausgerüstet sind, ist es auch bereits bekannt, das Ende der metallischen Zuleitung unmittelbar in die Elektrodenplatte einzulöten und auf diese Weise den Widerstand beim Stromübergang von Graphit auf Graphit in der Zuleitung zu vermeiden. Bei dieser Anordnung wird der aus der Elektrode herausragende Teil des Metalleiters gegen die Einwirkung des Zelleninhalts durch eine aufgebrachte Gummierung bzw. andere festhaftende Schutzschichten geschützt. Auch bei dieser Ausführungsform sind die Teile der Zuleitung zur Elektrode nur teilweise bei einem Elektrodenwechsel wieder verwendbar.

Demgegenüber werden die genannten Nachteile nach der Erfindung dadurch vermieden, daß der Metalleiter, dessen freies Ende unmittelbar in die Elektrodenplatte eingelötet ist, eine Hülle erhält, die aus

Metallische Stromzuleitung

zu "waagerechten Graphitelektrodenplatten

in elektrolytischen Zellen

Anmelder:
Feldmühle Papier- und Zellstoffwerke

Aktiengesellschaft,
Düsseldorf-Oberkassel, Burggrafenstr. 7

Dr. Karl Hass, Dr. Herbert Ottersky,

Lülsdorf über Troisdorf,
und Kurt Stölzel, Ranzel (Siegkr.),
sind als Erfinder genannt worden

einem chemisch und thermisch resistenten Rohr von ausreichender Festigkeit (beispielsweise aus einem Porzellan- oder auch Kunststoffrohr) besteht, das von dem Metalleiter durch einen Luftspalt getrennt ist. Das untere Ende dieses Rohres ist mit dem Graphit der Elektrodenplatte verkittet, während sein oberes Ende durch den Deckel der Zelle hindurchgeführt ist, wobei die Abdichtungsvorrichtung für den Zellenraum das Rohr unterhalb seines oberen Endes umschließt. Diese Anordnung hat also zunächst den Vorteil, daß sowohl der Metalleiter als auch das Schutzrohr beim Einbau einer neuen Elektrodenplatte ohne weiteres wieder verwendet werden kann, auch wenn im Betriebe etwa durch einen Kurzschluß eine zeitweilige Überhitzung des Metalleiters stattgefunden hat. Dem Metalleiter ist ja durch den gegenüber dem Schutzrohr gegebenen Luftspalt eine genügende Ausdehnungsmöglichkeit verblieben. Dieser Luftspalt schützt auch das Schutzrohr gegen übermäßige Erwärmung.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus dem in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiel, das einen mit der Graphitanodenplatte einer Chloralkalielektrolysezelle mit Quecksilberkathode verbundenen Stromzuleiter in der Ausführung nach der Erfindung zeigt.

Fig. 1 zeigt den senkrechten Schnitt durch diese Ausführungsform. Als Stromzuleitung und als Halter der Graphitplatte dient der Metallstab 1, zweckmäßig als Kupferstab ausgebildet. Am oberen Ende dieses Stabes ist eine Stahlgewindebuchse 2 hart aufgelötet, mit der die Höheneinstellung der Anode durchführbar

OOT 5271/285

ist. Zur Verhinderung der Verdrehung des Stabes ist , in die Gewindebuchse 2 eine Nut 3 eingefräst, in die ein am Haltegerüst des Stabes fest angeordneter Keil 4 eingreift. Zur Höhenverstellung der Elektrode dient die Sechskantmutter 5, die in ihrer Höhe durch einen vom Haltering 6 umfaßten Flansch gesichert ist. Dieser Haltering ist an einem mit dem Zellendeckel verbundenen Rahmen 7 befestigt, an dem eine Vielzahl von Elektroden gemeinsam gehalten sein kann. Gemäß der Erfindung ist der Metallstab 1 von einem Porzellanrohr 8 umgeben. Dieses Rohr steht mit seinem unteren Ende auf einer Asbestscheibe 9, sein oberes Ende ist durch eine auf der Gewindebuchse 2 drehbare Kordelmutter 16 gehalten. Mit dem unteren Ende des Metallstabes 1 ist eine Nockenscheibe 10 durch Hartlötung verbunden, die Form dieser Nockenscheibe ist aus Fig. 2 ersichtlich, die einen Schnitt durch den Metallstab 1 und die Porzellanhülse 8 nach der Linie A-B in Fig. 1 zeigt.

Der Zusammenbau der Stromzuleitung mit der Graphitelektrodenplatte 14 erfolgt zweckmäßig in einer Bauvorrichtung, die einerseits aus einer Halterung für die Graphitplatte besteht und diese Platte in einer bestimmten Lage zu halten vermag, und andererseits aus einer damit verbundenen Halterung für den Metalleiter 1, die dessen richtige axiale Lage zur Graphitplatte bei freier Beweglichkeit in der Achsenrichtung und bei freier Drehmöglichkeit sichert. Beim Zusammenbau erfolgt zuerst das Einzinnen der Nockenscheibe 10 in die Graphitplatte 14, wobei die beiden durch die Lötung zu verbindenden Teile entsprechend vorgewärmt werden. Dann wird eine genau abgemessene Zinnmenge in die Mittelöffnung der Elektrodenplatte gebracht und der Metallstab 1 in die öffnung eingeführt und so weit verdreht, daß seine vier einzelnen Nocken unter entsprechenden Vorsprüngen eines in der Graphitplatte 14 vorgesehenen Flansches liegen. Bevor das Zinn festgeworden ist, wird in die Nut 3 mit einer am Halter angeordneten zusätzlichen Vorrichtung ein Keil eingeführt, der eine erneute Drehung des Stabes 1 zur Graphitplatte 14 verhindert und sicherstellt, daß die Nut 3 beim Einbau der Elektrode in die Zelle die richtige Lage zur Graphitplatte 14 aufweist. Nach dem Erstarren des Lötzinns wird zuerst der Asbestring 9 in seine endgültige Lage gebracht und dann das Porzellanrohr 8 über den Metallstab geschoben und in seiner Lage durch Aufsetzen der Kordelmutter 16 gesichert. Anschließend daran wird das untere Ende des Porzellanrohres mit der Graphitplatte in der in Fig. 1 dargestellten Weise verkittet. Das Schutzrohr 8 ist zweckmäßig außen geglättet bzw. glasiert, wobei die Außenfläche lediglich am unteren Ende des Rohres aufgerauht ist, um eine feste Bindung zwischen dem Kitt und dem Schutzrohr zu sichern. Als Kitt wird zweckmäßig eine kunststoffhaltige Mischung verwendet, die gegen die Einwirkung von Chlor und Sole beständig ist. Zweckmäßig wird in bekannter Weise auch die Graphitplatte 14 in der Umgebung der Einsetzöffnung für den Metallstab 1 so imprägniert, daß sie hier für Sole und Chlor undurchlässig ist. Als Kittmasse eignen sich alle chlorbeständigen Kitte, beispielsweise auch Phenolharzkitte. Die Befestigung der Anodenplatte am Zellendeckel wird wie folgt vorgenommen: Durch die fest eingebaute chlorbeständige Stopfbuchse 13 wird der Stab mit Schutzrohr 8 geschoben. Dabei wird das Gewinde 2 des Kupferstabes 1 von der ebenfalls dauernd installierten Verstellmutter 5 erfaßt und mittels Spezialschlüssel auf die richtige Höhe eingestellt. Der in die Stopfbuchse eingelegte Rundgummi wird dann durch die Stopfbuchsbrille 11 zusammengedrückt. Das obere Ende des Stabes 1 kann dann an die Stromzuleitung mit einer der an sich bekannten Armaturen angeschlossen werden.

Ist die Anodenplatte auszuwechseln, so erfolgt der Ausbau der Platte sinngemäß in umgekehrter Reihenfolge, wie der Zusammenbau beschrieben wurde. Die Schutzhülse 8 wird durch eine Fräsvorrichtung von der Kittmasse getrennt und läßt sich dann ohne weiteres vom Stab 1 abziehen. Ebenso kann die Nockenscheibe 10 durch Erhitzen von überflüssigem Zinn befreit werden. Beide Teile stehen dann zum Einbau in eine neue Graphitanode zur Verfügung.

Die Vorteile der geschilderten Anordnung sind im wesentlichen folgende:

1. Der Spannungsverlust in der Zuleitung ist um ein Vielfaches geringer als der Spannungsverlust bei Verwendung von Graphitstäben zur Halterung der Elektrodenplatte; es tritt auch während der ganzen Benutzungszeit einer Graphitanodenplatte keine Erhöhung des Widerstandes ein.

2. Einbau und Ausbau sind verhältnismäßig einfach und alle Teile der Stromzuleitung sind wieder verwendbar.

3. Die Vorrichtung zur Verstellung der Anode läßt sich in besonders einfacher Weise mit den Teilen der Stromzuführung vereinen.

4. Die äußere glatte Fläche des Schutzrohres ermöglicht ein leichtes Verschieben der Stromzuleitung in der Stopfbuchse und verhindert gleichzeitig ein Verkrusten der Außenfläche durch Salzkristalle u. dgl.

5. Der metallische Leiter ist in seiner ganzen Länge und auch an der Kontaktstelle mit der Graphitelektrode gegen chemische oder elektrolytische Angriffe mit Sicherheit geschützt.

6. Es ergibt sich auch eine neuartige Sicherheit gegen die Folgen etwaiger Kurzschlüsse. Erhitzt sich nämlich der Metalleiter 1 durch einen Kurzschluß, so überträgt sich die Erhitzung nicht auf die Stopfbuchse oder andere Teile. Auch die bei der Erwärmung eintretende Ausdehnung des Metallleiters kann wegen des verbleibenden Zwischenraumes zwischen Metalleiter und seiner Schutzhülse nicht zu Beschädigungen dieser Hülse führen. Sollte die Erhitzung so weit führen, daß das Zinn an der Kontaktscheibe zwischen der Nockenscheibe 10 und der Graphitplatte 14 zum Schmelzen kommt, so kann trotzdem die Anodenplatte nicht herabfallen, da die Platte 14 mit dem Stab 1 immer durch die gegenseitige Verriegelung nach der Art eines Bajonettverschlusses verbunden bleibt.

Claims

Patentansprüche:

1. Metallische Stromzuleitung zu waagerechten Graphitelektrodenplatten einer elektrolytischen Zelle, bei der das untere Ende der metallischen Zuleitung unmittelbar in die Elektrodenplatte eingelötet ist und der aus der Platte herausragende Teil des Metalleiters durch eine inerte Hülle gegen die Einwirkung der Flüssigkeiten und Gase innerhalb der Zelle geschützt ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülle aus einem chemisch und thermisch resistenten Rohr (8) von ausreichender Festigkeit besteht, das von dem Metalleiter (1) durch einen Luftspalt getrennt ist und dessen unteres Ende

mit dem Graphit der Elektrodenplatte (14) verkittet ist, wahrend das obere Ende durch den Deckel der Zelle hindurchgeführt ist, wobei die Abdichtungsvorrichtung für den Zellenraum das Rohr unterhalb seines oberen Endes umschließt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende des Metallleiters (1) als Nockenscheibe (10) ausgebildet ist, deren Nocken ähnlich einem Bajonettverschluß in der endgültigen Stellung unter entsprechenden Vorsprüngen eines in der Graphitplatte vorgesehenen Flansches liegen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, bei der an dem aus dem Schutzrohr herausragenden Teil des Metalleiters eine Verstellvorrichtung zur Einstellung der Höhenlage der Graphitplatte vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Schutzrohr an seinem oberen Ende durch einen lösbar am Metalleiter angeordneten Halter, vorzugsweise durch eine Mutter (16), gegen Verschiebungen gegenüber dem Metalleiter gesichert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche des Schutzrohres (8) völlig glatt ausgeführt und lediglich am unteren in der Verkittung liegenden Ende aufgerauht ist.

5. Einrichtung für den Zusammenbau einer metallischen Stromzuleitung gemäß den Ansprüchen 1 bis 4 mit einer Graphitelektrodenplatte, dadurch gekennzeichnet, daß sie aus einer Halterung besteht, die die Graphitplatte in bestimmter Lage hält, und aus einer damit verbundenen Halterung für den Metalleiter, die dessen richtige axiale Lage zur Graphitplatte bei freier Beweglichkeit in der Achsenrichtung und bei freier Drehmöglichkeit um die Achse zu sichern vermag und zusätzlich eine Sperrung der Drehmöglichkeit in der endgültigen Winkellage zur Graphitplatte aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen