DE1144237B - Diaphragma fuer Elektrolysierzellen - Google Patents

Description

• Diaphragma für Elektrolysierzellen Die Erfindung bezieht sich auf ein Diaphragnia, daß W der Durchführung von Elektrolysen verwendet wird.
• Bekanntlich hat ein solches Diaphragma die Aufgabe, die bei, der Elektrolyse gebildeten Produkte voneinander getrennt zu halten und unerwunschte Nebenmaktionen zu vermeiden. Das Diaphragma muß andererseits,die Ionen ungestört passieren lassen.
• Im aägemeinen werden für solche Diaphragmen Poröse Werkstoffe anorganischer oder organischer Art verwendet. Die DiapWagmen ersterer Art, weiche z. B. aus Asbest, gefrittetern Glas, Ton usw. bestehen, sind nicht, bruchsicher stark sein, damit sie genügend mechanische Festigkeit haben. Demzufolge entsteht ein großer Ohnischer Widerstand im Diaphragma, so daß die Potentialunterschiede beidseits des Diaphragmas nicht unwesentlich sind. Das verursacht wiederum große Stromverluste und unerwünschte Reaktionen. Organische Materialien, wie Cellophan, Pergament, Segeltuch, haben den Nachteil, gegen chernische Angriffe wenig beständig zu sein. Außerdem haben sie eine geringe mechanische Festigkeit, so daß die Diaphragmen nicht genugend dunn hergestellt werden können. Es wurde auch vorgeschlagei4 Diaphragmen aus thermoplastischen Kunststoffen, wie PolyvinylcWorid, in Form von gesinteden,Körnem, Vliesen oder Geweben herzustellen. Diese Kunststoffe haben jedoch den Nachteil, daß sie nicht wärmebeständig sind und insbesondere in der Wärme von konzentrierteren Säuren und Laugen sowie auch von gewissen organischen Stoffen angegriffen werden, wobei schon eine Quellung das Diaphragma unbrauchbar md,#hi. - Die 'meisten Metalle werden ebenfalls unter Elektrolysebedingungen angegriffen. Nickel ist z. B. nur in alkalischen Zellen brauchbar. Ausreichende chemische, Beständigkeit und mechanische Festigkeit haben die Edelmetalle. Man kann zwar aus diesen Metallen z. B. in Fonn eines dünnen gelochten Bleches Diaphragmen herstellen, die auch in dämer Ausbildung eine genügende mechanische Festigkeit haben. Solche Diaphragmen haben jedoch den Nachteil, daß Induktion auftritt, wodurch das Diaphragma aufgeladen wird und in der Elektrolysezelle an unerwünschten Stellen Entladung der Ionen und andere sekundäre Reaktionen erf olgen.
• Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, daß man Diephragmen vorteilhaft aus einem porosen Metall herstellen kann, dessen, Oberfläche sich leicht mit einer Schicht versehen läßt, welche das Metall der Unterlage, gegen den Stromdurchgang isoliert und welche in bezug auf den Elektrolyten ineit ist. Eine solche Schicht wird in der weiteren Beschreibung »Spe,rrhaut« genannt.
• Metalle, welche. diese Eigenschaft besitzen, sind Aluminium, Wismut, Zirkonium, Tantal und Titan. Wenn diese Metalle, mit einer dunnen Schicht Edelmetall überzogen werden, können sie als Anode zum Durchführen von Elektrolysen dienen, weil sich an den Stellen, .an denen, die Edelmetallschicht porös ist, eine inerte Sperrhaut bildet. Von obigen Metallen ist Titan vorzugsweise zu wählen, weil auf Titan in praktisch allen hlektrolytien eine Sperrhaut entsteht, nur mit Ausnahme von fluorhaltigen Elektrolyten.
• Auf den Übrigen genannten Metallen entsteht im allgemeinen nur dann eine gut abschließende und beständige Sperrhaut, wenn an der Anode Sauerstoff entwickelt wird.
• Ein aus porösem Metall bestehendes Diaphragma gemäß der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß, es aus Aluminium, Wismut, Zirkon, Tantal oder Titan besteht und durch Oxydation mit einer Sperrhaut versehen ist, die den Stromdurchgang völlig oder zu einem wesentlichen Teil verhindert.
• Die Sperrhaut kann in einfacher Weise, z. B. durch anodische Oxydation, erzeugt werden. Die auf diese Weise erhaltene Sperrhaut kann dann noch durch eine therniische und/oder chemische Behandlung verstärkt werden. Weiter kann die Sperrhaut völlig auf nichtelektrolytische-iii, Wege hergestellt werden.
• Das Diaphragma gemäß der Erfindung hat unter anderem nachstehende Vorteile. Es ist chemisch be-

  ständig, und die mechaih#ähä PütIgkeit # ist der'Art#

  daß die Stärke des Diaphragmas nur ein Bruchteil, vplA,

  1 Min zu bCÜagen boaucht. Dadurch sind die '#br6n

  ängemm

  und der Widerstand vergrößert wird. Außerdem kann

  ddg# Diäpliw ä," zu, der ge-

  wünschten Gestalt gefowmti#",wzzden"

  Bei der Durchführungemer#Blektrolyse unterVer-

  Wendung eines Diapbitgmää,tmäß der Erfindung

  d rMttezwi-

  ## e

  j,ektrolyten

  ,schen der Anode und, Kathode in den F

  eIngesetzt werden. Es kann von Vorteil sein, die eine

  g dr, zu p

  Seite dp,§lp# ',gegm lee *, z: Anode## ä kehrt

  ist, leitend mit dei Anode, zu verbinden, wodurch das

  Diaphragma wähiend, der "Elektrolyse fortwährend>

  unter Strom steht die Sperhaut kontinuierlich

  beibehalten wird. Eshat' 'lich ' '- Zei gt' daß im letzteren

  Falle die#Poren ih #dew. Diaphrägnig, groß sein können

  ' sl jp. 1

  und doch praktisch',keinr-Vegai#chung der Flüssigkeit

  auf beiden Seiten iap'h'#'ag'rüa',s stattfindet. infolge

  des, V,6rh##ä6=Ü"OÜf- ist . der - Vidrstand

  ,w ginbesr

  des Di gph ra-gma"s#:Ilignqr ".odü#rc ", ,ere N u tz

  effekt # erzielt Y&d.

  Selir gute , Eigäbnis-ge w#eu #wktör bei eüleT abge-

  ändM,e##Äüs'fü#rtingsfeim##d4#gDiaphraMw erhalt-en,

  , #a auf der einen Seite- mit einer

  nach der das Diaphragni

  dünnen Schicht häü.Getail Yeriehen ist. Dieses Dia-

  pir agbi#'wird##'Jbur8Üftä#r=g"d& Elektrolyse auf

  der Seite, auf welcher die, Edelmetalischicht angeord-

  net ist, an,.,4,en p ift

  # . m-v;en Pol der Stromquelle ange-

  schlossen. Pas-,Pia agm er[Ü>Rt dann auch die

  Funktion di#'Ano#di.##AÜch bei 'dieser Äusführungs-

  form sinkt infolge des Vorhandenseins großer Poren

  der Widerstand um 10 bis 40%. Die Wirkung als

  Diaphragina..wird-beibehalten weil bei der galvani-

  sehen 'Abla"gerä.ü,#il#' ' oder, chemischen Bedeckung mit

  einer Edelmetalischichtder Niede>Tschlag nicht in die

  i-oren#des K s:# eindringt sondern das Kein-

  metal, nur um di#l''Poren#,hiium mit einer Edelmetall-

  sicht'versehen wird. Bei einem solchen Diaphragma

  besorgt das Kerninetall', z. B # Titan, den Transport des

  Stromes in der Längsrichtung (welche sich z. B. auf

  40 cm erstreckt), während das:ab-gelagerte E&hnetall,

  dies nur in 'der Quf-i-richtuhg zu tun braucht (welche

  sich z. B. auf '/looü mm,erstreckt). -'

  E& hat sich gezeigt, daß bei d& Durchführung einer

  Elektroly§c,unter Anwendung eines Di#äragnias ge-

  mäß der Erfindung eine wesentliche Stromersparnis

  erhaltenwird.

  Das Kerninetall des Diaphiragnias gemäß der Erfin-

  dung kann in an sich bekannter Weise hergestellt wer-

  den, z. B. durch #Sintdrn von # Metallpulver, durch

  Ätzen , einer Me,tallplatte, durch >mechanische Durch-

  lochung usw. ' So kann man eineTitanplatte mit einer

  Dicke von 1/2o mm auf beiden Seiten mit einer Wachs-

  schicht versehen, die Wachsschicht an einer großen

  Anzahl von Stellen',auf mechanischem Wege entfernen

  und die entblößte Metallfläche mit einer Fluorwasser-

  stofflösung ätzen.' Näch,völlständiger Entfernung der

  Wachsschichtkaimmaii, die, Titänplatte, erwünschten-

  falls auf einer Seite mit einer Ed--Imetallschicht ver-

  sehen.

  Die Erfindung wird anschließend an Hand der

  Zeiohnung"..in dex mehrere Augührung&fQrmen eines

  Diaphragmas gemäA d,6t##l'Erfindüüg schematisch wie-

  de#rgeieben'sfnä, däho'r erläutert. In der Zeichnung bedeuten A A ' A A# ein Elektrolysegefäß, B eine Anode, 2 einle Zth de, D das Diaphragma gemäß der Erfindung und i.. den Flüssigkeltsspiegel des i Elektr6lyten ind Gefäß. Das Elektrolysegefäß ist in isoliertem Metall husgeführt. Die Elektroden be- stehen aus bekannten# Werkstoff.
• In Fig. 1 ist das Diaphragma nicht an die Anode angeschlossen. Das poröse Kerninetall des Diaphraginas, z. B. Titan, ist auf elektrolytischem Wege mit einer Sperrhaut versehen, z4 B. durch Elektrolyse einer wäßrigen Lösung von Näriumsulfat. oder Salzsäure mit der Titanplatte als Anode. Die, Sperrhaut ist gegebenenfalls durch eine- thernnsche und/oder - chemische Behandlung verstärkt.
• In Fig. 2 ist ein Diaphragma, wie nach Fig. 1, dargestellt; das.Diaphragma--ist'jodoch#'mit.'-der Anode verbunden, so daß es während der Elektrolyse unter Spannung steht und die Sperrhaut dauernd erhalten bleibt.
• In Fig. 3 ist eine gleitlie-Ausbildung wie in Fig. 2 wiedergegeben, mit.dem Unterschied, daß sich zwi-' sehen dem Diaphragnia, und der Anode ein fester oder regelbarer Widerstand befindet, wodurch die Spannung auf dem#Diaphragma nach Wunsch eingestellt werden kann. Ift Fig. 3 istdie Spannung auf dem Dia, phragma niedrigerals die auf der Anode. Wenn auf dem Diaphragma eine, -höhere-. Spannung als - auf der Anode: gewünscht ist, wird das Diaphragma an die Stromquelle angeschlossen und die - Spannung der Anode mit HiJfe des Widerstandes geregelt - - In Fig. 4'besteht das Diaphragma aus einer porösen Titanplatte, welche an der Anodenseite mit einer dünnen Edelmetallschicht versehen ist, so daß das Diaphragma auf dieser Seite leitend ist. Das Diaphragma ist über die Edelmetallschicht an den positiven Pol der Stromquelle angeschlossen, so daß das Diaphragma auf der Seite, auf der sich die Edelmetallschicht befindet, als Anode, dient. Demzufolge ist der Abstand vonder Anode zu der Kathode z. B. um 50 % verringert, wodurch der Nutzeffekt erheblich gesteigert wird.
• Die Erfindung ist nicht auf ein Diaphragma aus Titan beschränkt. Auch andere Metalle, die, eine Sperrhaut bilden, welche in dem angewendeten. Elektrolyten beständig ist, können gemäß der Erfindung verwendet werden.

Claims (2)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Diaphragma aus porösem Metall für Elektrolysierzellen, dadurch gekennzeichnet, daß es aus Aluminium, Wismut, Zirkon, Tantal oder Titan besteht und durch Oxydation mit einer Sperrhaut versehen ist, die den Stromdurchgang völlig oder zu einem wesentlichen Teil verhindert.
2. 2. Diaphragma nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrhaut durch anodische Oxydation aufgetragen ist. 3. Diaphragma nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Sperrhaut durch eine thermische und/oder chemische Behandlung verstärkt ist. 4. Diaphragina nach Ansprach 1, dadurch gekennzeichnet, daß die, Sperrhaut durch thermische und/oder chemisch-- Behandlung aufgetragen ist. 5. Diaphragma nach. Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß - das Kerntnetäll aus einer, Titanlegierungbesteht. 6. Diaphragma nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma nur auf seiner der Kathode zugekehrten Seite mit der Sperrhaut und auf der anderen Seite ganz oder teilweise mit einer dünnen porösen Schicht aus einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung versehen ist. 7. Anordnung des Diaphragmas nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma mit der Anode leitend verbunden ist. 8. Anordnung des Diaphragmas nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß in der leitenden Verbindung zwischen Diaphragma und Anode ein fester oder regelbarer elektrischer Widerstand angeordnet ist. 9. Anoidnung des Diaphragmas, nach Ansprach 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma auf der Seite, auf welcher die Edelmetallschicht aufgetragen ist an den positiven Pol der Stromqudle angeschlossen ist. In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 396 994, 878 049, 895146.