DE1271093C2

DE1271093C2 - Metallanode fuer elektrolysezellen

Info

Publication number: DE1271093C2
Application number: DE19661271093
Authority: DE
Inventors: Ernst Dr- 6000 Frankfurt; Hund Helmut Dr. 6230 Frankfurt Dönges
Original assignee: Hoechst AG
Current assignee: Hoechst AG
Priority date: 1966-09-30
Filing date: 1966-09-30
Publication date: 1977-04-28
Also published as: DE1271093B

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Mttallanode für horizontale Elektrolysezellen mit Quecksilberkathode zur Elektrolyse von wäßrigen Alkalichloriden.

Es sind bereits Anordnungen von Metallanoden bekannt, die aus ebenen horizontalen Flächen, U-förmigen oder V-förmigen Metallprofilen bestehen. Zur ungehinderten Gasabführung sind Löcher oder Schlitze an den Stellen angebracht, die der Kathode am weitesten entfernt liegen.

Es hat sich jedoch gezeigt, daß derartige Anodenflächen, auch wenn sie mit zahlreichen Löchern für den Gasabzug versehen sind, gegenüber Graphitanoden in der Abscheidungsspannung praktisch keinen Vorteil zeigen und vor allem bei höheren Stromdichten als bisher üblich ungünstiger arbeiten, da sich feste Gashäute bilden, wodurch an der Phasengrenzfläche zusätzliche Gasblasenwiderstände und damit verbunden Konzentrationspolarisationen auftreten, die die Zellenspannung und bei kleinen Elektrodenabständen auch die Stromausbeute vermindern.

Weiterhin ist nach der niederländischen Patentanmeldung 65 04 075 eine Anodenanordnung bekannt, bei der an der ebenen Metallanode ein Ansatzstück angebracht ist, das die Sole zum Durchfluß zwischen Anode und Kathode zwingen soll, um so eine genügende Solekonzentration im Elektrodenspalt zu erreichen. Die Gashaut aber wird hierdurch nur wenig beeinflußt, so daß auch diese Anordnung bei kleinen Elektrodenabständen eine Verminderung der Stromausbeute bewirkt.

Es wurde nun eine mit einer Deckschicht aus Platinmetall versehene Metallanode, vorzugsweise aus Titan, für die Elektrolyse von Alkalichloriden in Elektrolysezellen mit Quecksilberkathode gefunden, die

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60 aus mit kleinen Abständen aneinandergereihten U-för migen Schienen besteht, die dadurch gekennzeichnet isi daß die beiden Flansche der einzelnen U-förmigei Schienen jeweils zur Nachbarschiene hin symmetrise! abgekantete Teile aufweisen, wobei jedes abgekantet» Teil mit dem der benachbarten Schienen einen stumpfei Winkel bildet, dessen Scheitel einen Schlitz aufweist während die Stege der einzelnen Schienen mit eine Lochreihe oder einem Schlitz versehen *ind.

Die abgekanteten Teile zweier benachbarter Schie nen können jeden stumpfen Winkel im Bereich voi +120 bis -120° bilden. Der Schlitz längs des Scheitel ist 1 bis 4 mm, vorzugsweise 2 mm, breit. Der Steg de Schiene ist 2 bis 10 mm, vorzugsweise 3 bis 5 mm, breit und die Höhe des Flansches beträgt 5 bis 50 mm vorzugsweise 15 bis 25 mm. Zwei benachbarte Schiene! einer Metallanode weisen einen Abstand von 5 bi 30 mm, vorzugsweise von 12 bis 20 mm, auf. Die Löcher die der Steg einer Schiene aufweist und durch die da Gas und die verbrauchte Sole abfließen, haber vorzugsweise einen Durchmesser, der der StegbreiK entspricht Die der Kathode zugewandten Flächen dei abgekanteten Teile sind bis etwa 2 mm in die U-förmig( Schiene hinein mit einer Edelmetallschicht, vorzugswei se aus Platin, iridium oder Platin-Iridium, versehen.

Ausführungsformen der Erfindung sind sowoh Anoden, bestehend aus einer Anzahl U-förmigei Schienen, als auch Anoden, die aus einem Blech gefalte sind.

In den Fig. 1 bis 9 sind besonders vorteilhaft Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Anoder beispielsweise dargestellt.

F i g. 1 bis 3 zeigen einen Ausschnitt der Anode ir perspektivischer Darstellung;

FiZ-4 ^ze^S^l einen Schnitt der Anode gemäß Fig. 1 mit Stromzuführung;

F i g. 5 zeigt den Strömungsverlauf der Sole, wie ei b<;i den Anoden gemäß F i g. 1 und 2 vorliegt;

Fig.6 zeigt den Strömungsverlauf der Sole, wie ei bei der Anode gemäß F i g. 3 vorliegt;

F i g. 7 zeigt eine Aufsicht auf eine Anode mii Stromzuführung;

F i g. 8 und 9 veranschaulichen die beiden Extremwin kel, die die abgekanteten Teile 3 benachbarter Schiener miteinander bilden können.

In alien Figuren wird der Steg 1 durch die Flansche ί begrenzt, deren abgekantete Teiie 3 parallel zu ihrer Schnittlinie Schlitze 4 aufweisen, durch die die Sole strömt. Die Stege t sind mit Löchern 5 versehen, durcl· dh ebenfalls Sole strömt. Der Abstand der einzelner U-förmigen Schienen soll mit 6 angedeutet werden.

Bei der Ausführungsform der Anode gemäß F i g. 2 strömt die gasblasenarme, frische Sole zwischen den einzelnen U-förmigen Schienen in den Schlitz 4, teili dann in zwei Teilströme 7 und 8 auf, die an der Phasengrenzschicht entlangfließen, und sich innerhalb der U-förmigen Schienen zu einem gasblasenrcichen Strom 9 vereinigen, der durch die Löcher 5 wieder aus der Anode austritt

In dem nachstehenden Diagramm ist die Stromdichte gemessen an den einzelnen Elementen einer Anode über der Spannung aufgetragen. Die einzelnen Elemente hatten folgende Abmessungen: Länge der Schiene 250 mm, Stegbreite (1) 4 mm, Flanschhöhe (2) 15 mrn Schlitzbreite (4) 2 mm, abgekantetes Teil (3) bildet mit dem entsprechenden Nachbarteil einen stumpfen Winkel von -160°. Die Stromspannungskurve wurde bei einer Zellentemperatur von 70°C einer mittleren

Solekonzentration von 300 g NaCI/l Sole und einer A.malgamablaufkonzentration von 0,12% Natrium aufgenommen. Die Stromausbeute liegt bei 96,5%, wobei der Abstand des tiefsten Anoder punktes von der Kathode 2 mm beträgt Vergleicht man Kurve I, die an der erfindungsgemäßen Anode gemessen wurde, mit Kurve II, die an einer Anode gemessen wurde, bei der die Schlitze 4 fehlen, so beträgt z. B. die Zellenspannungsdifferonz zwischen 1 und II bei einer Stromdichte von 10 kA/m² 0,3 Volt. Das entspricht einer Energieersparnis von 7% bei der erfindungsgemäßen Anode gegenüber der Ve-gleichsanode.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Anode gegenüber den bisher bekannten Anoden sind die folgenden:

Die obenerwähnten Gasblasenwiderstände und die damit verbundenen Konzentrationspolarisationen treten nicht auf. Die Sole zirkuliert in dieser Anordnung zwangläufig um die einzelnen Schienen, aus denen die Anode zusammengesetzt ist auf Grund ihrer verschiedenen Partialdichten. Damit strömt ständig frische, gasblasenarme Sole in die Phasengrenzschicht ein, während die gasblasenreiche, verbrauchte Sole in gleichem Maße aus der Phasengrenzschicht ausströmt. In dieser kurzen Ausströmzeit sammeln sich die feinverteilten, kleinen Gasbläschen außerhalb der Phasengrenzschicht zu größeren Gasblasen, die dann in üblicher Weise abgezogen werden. Für den Elektrolysevorgang schädliche Turbulenzen in der Sole treten in dieser Anordnung nicht auf.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Eine mit einer Deckschicht aus Platinmetall versehene Metallanode, vorzugsweise aus Titan, für die Elektrolyse von Alkalichloriden in Elektrolysezellen mit Quecksilberkathode, die aus mit kleinen Abständen aneinandergereihten U-förmigen Schienen besteht, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Flansche (2) der einzelnen U-förmigen Schienen jeweils zur Nachbarschiene hin symmetrisch abgekantete Teile (3) aufweisen, wobei jedes abgekantete Teil (3) mit dem der benachbarten Schiene einen stumpfen Winke! bildet, dessen Scheitel einen Schlitz (4) aufweist, während die Stege (1) der einzelnen Schienen mit einer Lochreihe (5) oder einem Schlitz versehen sind.

2. Metallanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die abgekanteten Teile (3) zweier benachbarter Schienen einen stumpfen Winkel im Bereich zwischen +120 und - 120° bilden.

3. Metallanode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlitz (4) längs des Scheitels 1 bis 4 mm breit ist.

4. Metallanode nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Steg (1) einer Schiene 2 bis 10 mm breit ist und der Flansch (2) eine Höhe von 5 bis 50 mm aufweist.

5. Metallanode nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die benachbarten Schienen einen Abstand (6) von 5 bis 30 mm habcr..