DE1099507B - Elektrolysezelle - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine verbesserte Elektrolysezelle, insbesondere zur Zersetzung von Salzlösungen, bei der die Kathode unten liegt und eine waagerechte Oberfläche hat, z. B. aus einer Quecksilberschicht im Unterteil der Zelle besteht, während die Anode eine waagerechte Unterseite hat und, in den Elektrolyten von oben eintauchend, der Kathode nahe gegenüberliegt. Da die Anode bei Gebrauch erodiert wird, z. B. bei der Elektrolyse einer Alkalichloridlösung, wird der Abstand zwischen den beiden Elektroden mit der Zeit immer größer, und die Anode muß deshalb in der Weise beweglich sein, daß ihre Unterseite wieder auf einen entsprechenden Abstand zur Kathode nachgesenkt werden kann. Beide Elektrodenflächen sollen möglichst parallel bleiben und einen geringen Abstand voneinander haben. Praktisch erreicht man dies dadurch, daß man die Anode auf Stützmitteln ruhen läßt, die sich zwischen den beiden Elektroden befinden und die Unterseite der Anode berühren.

Nach vorliegender Erfindung bestehen die Stützmittel aus praktisch nicht korrodierharen Fäden, die an ihren entgegengesetzten Enden so aufgehängt sind, daß die mit der Unterseite der Anode in Berührung stehenden Fadenteile oberhalb und im Abstand von dem Boden der Zelle liegen.

Man hat schon zur Halterung der obenliegenden Anode Klemmvorrichtungen oberhalb des Zellendeckels vorgeschlagen, mit denen entweder die von einem Schaft getragene waagerechte Anodenplatte oder auch der diese Platte tragende Zellendeckel durch Nachstellen von Schrauben nachgesenkt wurde. Es ist jedoch sehr schwer, auf diese Weise eine genaue Höhenregelung der Anodenunterseite zu erreichen, da diese nicht von außen sichtbar ist und der Grad der Erosion durch Verkrustungen schwer erkennbar ist, die aus Verunreinigungen des elektrolysierten Salzes stammen. Auch ist es dabei mitunter schwierig, überall den Abstand zwischen Anode und Kathode gleichzuhalten; bei nicht paralleler Lagerung kann es zu ungleichmäßiger Erosion kommen, und die Folge davon ist dann unter Umständen bei noch weiterem Absenken ein plötzlicher Kurzschluß zwischen den Elektroden.

Es wurde deshalb auch schon vorgeschlagen, zum Abstützen der Anode konische Stützen in die Zelle einzusetzen, die mit ihren Enden in entsprechend angebrachte Bohrungen der Anode von etwas größerem Durchmesser eingreifen, wobei die Anoden durch ihr eigenes Gewicht so weit absinken, daß sie immer auf den Stützen ruhen und von diesen in gleichbleibendem Abstand von der Queoksilberöberfläche gehalten werden. Auch hier treten ähnliche Schwierigkeiten auf, insofern nämlich, als an den Auflagestellen durch auf-Elektrolysezelle

Anmelder:

Columbia-Southern Chemical Corporation, Pittsburgh, Pa. (V. St. A.)

Vertreter: Dr. W. Beil, Rechtsanwalt,
Frankfurt/M., Antoniterstr. 36

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 5. Oktober 1955

Sydney Forbes, Pittsburgh, Pa. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

tretende Verkrustungen die Abstände der Elektroden vom Zellenboden nicht immer gleich hoch sind, und ferner ist eine Nachstellung nicht möglich. Weiterhin sind die Auflageflächen der Anode auf den Stützsäulen immer verhältnismäßig groß, so daß an diesen Stellen kein Stromdurchgang möglich ist und dadurch das Nachsinken der Anode erschwert wird, weil von der Erosion gerade diese Auflage- und Berührungsstellen ausgespart werden.

Bei der Aufhängung der Anodenplatte an Fäden, die praktisch sehr dünn sein können, tritt eine derartige ungleichmäßige Erosion nicht auf, denn die Fäden sind im allgemeinen nur wenige Millimeter dick und verschieben sich, wenn wirklich die linienförmigen Auflagestellen der Anode auf ihnen örtlich weniger erodiert sein sollten, von selbst etwas nach den Seiten, so daß auf diese Weise ein Ausgleich geschaffen wird. Praktisch hat sich gezeigt, daß irgendwelche Störungen durch ungleichmäßige Erosion bei der Aufhängung nach vorliegender Erfindung nicht vorkommen und daß auch Verkrustungen die Erosion nicht beeinflussen. Auch eine Erosion an den Seitenflächen der Anodenplatte, die ein Absinken der Anodenplatte hervorrufen würde/kommt nicht vor; denn die Erosion tritt praktisch nur dort nennenswert auf, wo die Stromdichte am höchsten ist, also auf der Unterseite, jedoch nicht oberhalb der Unterkanten.

Vorzugsweise wird die Elektrolysenzelle in bekannter Weise mit abnehmbarem Deckel gestaltet, wobei die Anode aus einem plattenförmigen Graphitblock mit einem davon senkrecht nach oben, durch den Zellendeckel gehenden Stromzuführungsschaft besteht,

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wobei die Enden der Fäden an dem Zellendeckel befestigt sind, z. B. durch ein Klebemittel. Die Enden der Fäden können alber auch in senkrechter Richtung durch den Deckel und zwischen zwei äußeren Flanschen an diesem Deckel hindurchgehen, wobei die Enden der Fäden in ihrer Stellung durch Keile festgehalten werden, die zwischen diesen Flanschen eingesetzt sind und die Enden der Fäden zwischen sich und einem dieser Flansche festhalten.

Der Stromzuführungsschaft ist auf der Oberseite des Anodenblockes angebracht und geht senkrecht nach oben durch den Deckel hindurch und ragt über ihn hinaus; er ist mit einer elastischen, undurchlässigen Dichtung gasdicht gegen den Deckel abgedichtet. Diese Dichtung soll eine Auf- und Abwärtsbewegung des Schaftes gegenüber dem Deckel ermöglichen und gleichzeitig den ringförmigen Raum abschließen, der von der Öffnung im Deckel gebildet wird. Der Strom wird dem Schaft in bekannte Weise zugeführt.

Die Aufhängefäden für den Anodemblock können aus dünnen Glas-, Quarz-, Asbest-, Nylon- oder ZeI-lulosetriacetatfasern bestehen und brauchen im allgemeinen nur einen geringen Durchmesser zu haben, z. B. unter 3 mm, vorteilhaft ungefähr 0,8 mm. Die Fäden sollen gasdicht durch den Deckel geführt sein, tun ein Entweichen von Gasen zu vermeiden.

Die obenerwähnte undurchlässige Dichtung in der Zellendeckelöffnung, die den Anodenschaft durchläßt, kann eine biegsame Hülse sein, z. B. aus wachsbezogenem Glasgewebe oder aus irgendeinem gegen die Reaktionsprodukte inerten Werkstoff, die über den Schaft gezogen und an einem Flanschkragen befestigt ist, wobei dieser Kragen am Deckel befestigt ist und vom Rand der Deckelbohrung nach oben ragt. Ein Ende der Hülse kann sich dichtpassend über den Kragen erstrecken, das andere über den Schaft bis zu einer Stelle unter dem Ende des Schaftes reichen. XJm einen dichten Sitz zu erreichen und eine Verschiebung der Hülse zu vermeiden, kann eine metallische Kragenklammer an der Stelle über die Hülse gezogen werden, wo sie den Zellendeckelkragen umhüllt; eine zweite Kragenklammer kann über der Hülse an einer Stelle angebracht werden, wo sie den Schaft unmittelbar umgibt.

Aus den Zeichnungen sind erfindungsgemäße Ausführungsformen ersichtlich.

In Fig. 1 ist der Boden 1 der elektrolytisehen Zelle mit einer Quecksilberschicht 2 bedeckt. Auf dem ■Quecksilber befindet sich der Elektrolyt. Direkt über dem Quecksilber und im Abstand davon hängt der aus Graphit hergestellte Anoder]!block4; ein Graphitschaft 5 erstreckt sich senkrecht von diesem nach oben ■durch den Zellendeckel 6. Die Öffnung im Deckel für den Graphitschaft ist von einem geflanschten Kragen 7 umgeben, an welchen eine undurchlässige elastische Dichtung 8 mittels einer metallischen Kragenklammer 9 gepreßt wird; die Dichtung wird ferner mittels ■einer zweiten metallischen Kragenklammer 10 an •einer Stelle an den Gnaphitschaft gedrückt, die ungefähr ein Drittel der Schaftlänge vom oberen Ende entfernt ist.

Am oberen Ende des Graphitschaftes ist eine Vorrichtung 11 vorgesehen, durch die der Anode in der üblichen Weise Strom zugeführt wird.

Die Fäden 12 erstrecken sich nach unten um den Anodenblock und sind am Zellendeckel zwischen den Flanschen 13 und 14 und den· Keilen 15 und 16 festgeklemmt, wobei sie den Flansch 14 überragen.

Der Flansch 13 des Deckels 6 umfaßt den anliegenden senkrechten Flansch des Teils 19, während der entsprechende Flansch 13 α des Deckels 6 α eines angrenzenden Zellendeckels den gegenüberliegenden senkrechten Flanschteil des Teils 19 umfaßt. In den Zwischenraum kann ein Haftmittel 20, wie Kitt, gebracht werden, um die Deckel gegeneinander abzudichten.

So wird eine deckelverbindende Vorrichtung geschaffen, die gasdichte Abdichtungen zwischen den in Reihe angeordneten Zellendeckeln und außerdem einen beweglichen Anadenaufibau gewährleistet. So kann z. B. der Zellendeckel 6 am Flansch 13 von dem Teil 19 losgelöst wenden, indem man das Haftmittel 20 entfernt und den Deckel nach oben hebt. Auf diese Weise werden der Anodenblock 4 und der Schaft 5 leicht zugänglich und können zwecks Ersatzes oder aus einem anderen Grund leicht entfernt werden. Die Innenflächen des Zellendeckels 6 sind durch ein Isoliermaterial 21 geschützt; hierfür kann ein elastisches Material, oder irgendein Material, das gegenüber den Reaktionsteilnehmern oder den Reaktionsprodukten in der Zellenkammer inert ist, verwendet werden. Das Teil 19 ist ebenfalls durch ein Isoliermaterial 22 geschützt, das die Flächen des Teils 19, die dem Zelleninneren zugekehrt sind, vor Korrosion schützt, und außerdem eine bessere Abdichtung gegen die Flansche 13 und 13 a bewirkt.

In Fig. 2 ist eine andere Ausführungsform der Anodenanordnung gezeigt, in der die Fäden 12 am Zellendeckel 6 und dem Anodenblock 4 auf andere Weise befestigt sind. Die Enden der Fäden werden nach oben an die Außenfläche des Zellendeckels geführt und dort mittels eines Haftmittels 28, z. B, eines Harzes vom Epoxy-Typ oder eines Polyurethan-Harzes od. dgl., befestigt. Einschnitte, z, B. Sägeschnitte, werden senkrecht über die ganze Höhe gegenüberliegender Seiten des Anodenblocks angebracht, um die Fäden darin einzulassen, wie bei 29 gezeigt ist. Die genannten Einschnitte verhüten, daß die Fäden längs der Seiten des Anodenblocks verschoben werden.

Die Fig. 3 und 4 zeigen einige bevorzugte Anordnungen der Fäden. Fig. 3 zeigt Fäden, die alle parallel angeordnet sind. Fig. 4 zeigt einen starken Faden 25, der sich in mehrere Fäden 26 auf spleißt.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung kann die Öffnung, durch welche der Faden 12 (Fig. 1) durch den Deckel 6 geführt wird, aus einem einzigen langen, engen, sich durch den Zellendeckel erstreckenden Schlitz bestehen, durch welchen die Enden der Fäden geführt und dann zwischen den Flansch 14 und die Keile 15 und 16 geklemmt werden; die Flansche und Keile sollten sich dabei wenigstens in Schlitzesbreite über die Zelle erstrecken.

Eine andere Ausführungsform besteht darin, daß im Deckel einzelne Löcher vorgesehen sind; durch welche jeweils ein oder mehrere Fäden gezogen sind. Wo ein Faden, wie er in Fig. 4 gezeichnet ist, verwendet wird, sind weniger größere Öffnungen im Zellendeckel erforderlich; die Fäden 26 können sich dann abwärts um den Anodenblock 4 herum ausbreiten und diesen in Art einer Hängematte tragen. Hierbei ist es nicht notwendig, daß der Flansch 14 und die Keile 15 und 16 über die Breite des Deckels reichen, sondern sie sollen nur groß genug sein, um einen gasdichten Verschluß an der Stelle, wo das Ende 25 aus dem Zellendeckel tritt, zu gewährleisten.

Um eine einheitliche Erosion der Graphitanode zu erzielen, soll der Durchmesser der Fäden verhältnismäßig klein sein. Obwohl man auch flache Fäden verwenden kann, wird eine gleichmäßigere Erosion des Anodenblocks durch Verwendung von Fäden mit

rundem Querschnitt, wie in Fig. 6, oder sechseckigem Querschnitt, wie in Fig. 5, erzielt. Unverkennbar führt die geringste Oberflächenberührung zwischen dem Faden und dem Anodenblock zur gleichmäßigsten Erosion des Anodenblocks. Der Durchmesser der Fäden sollte im allgemeinen weniger als 3,2 mm, vorzugsweise ungefähr 0,8 mm, betragen. Es liegt auch im Rahmen der Erfindung, alle oder einige der Fäden durch Platin- oder Siliberdraht mit etwa dem oben angegebenen Durchmesser zu ersetzen. In solch einem Fall sollte der Metalldraht an seinen Befestigungsstellen am Deckel gegen diesen isoliert werden.

Je weniger Fäden erforderlich sind, um den Anodenblock und den Schaft zu halten, um so besser ist es, da dann ein geringerer Teil der Bodenfläche des Anodenblocks abgeschirmt wird. In der Regel sollten weniger als etwa 0,4 % der gesamten unteren Anodenfläche von den über diese Fläche laufenden Fäden bedeckt sein.

Claims (5)

20 Patentansprüche:

1. Elektrolysezelle mit einer Kathode, deren Oberseite waagerecht ist, z. B. einer Quecksilberkathode im Unterteil der Zelle, und mit einer erodierbaren oberen beweglichen Anode mit einer waagerechten Unterseite, die parallel zu der Oberseite der Kathode und in einem geringen Abstand davon liegt, wobei die Anode auf Stützmitteln liegt, die sich zwischen Anode und Kathode befinden und die Unterseite der Anode berühren, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützmittel aus praktisch nicht korrodierbaren Fäden (12) bestehen, die an ihren entgegengesetzten Enden so aufgehängt sind, daß die mit der Unterseite der Anode (4) in Berührung stehenden Fadenteile oberhalb und im Abstand von dem Boden der Zelle (2) liegen.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Fäden (12) an dem Zellendeckel (6) befestigt sind.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Fäden (12) an dem Zellendeckel durch ein Klebemittel (28) befestigt sind.

4. Elektrolysezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Enden der Fäden (12) in senkrechter Richtung durch den Zellendeckel (6) und zwischen zwei äußeren Flanschen (13, 14) an diesem Deckel hindurchgehen, wobei die Enden der Fäden in ihrer Stellung durch Keile (15, 16) festgehalten werden, die zwischen diesen Flanschen (13, 14) eingesetzt sind und die Enden der Fäden zwischen sich und einem dieser Flansche festhalten.

5. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Fäden (12) aus nicht stromleitenden Glasfaserfäden bestehen.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Österreichische Patentschrift Nr. 163 180;
schweizerische Patentschriften Nr. 238 997,
826;

britische Patentschriften Nr. 627 349, 675 688.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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