DE1467075B2 - Anode zur elektrolytischen Herstellung von Chlor - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anode für die Herstellung von Chlor durch Chloralkalielektrolyse, welche aus einem Netzwerk aus Titan oder einer Titanlegierung besteht, wobei die Arbeitsoberfläche des Netzwerks mit einem Platinmetall beschichtet ist.

Seit vielen Jahren finden die Castner-Kellner-Zellen ausgedehnte Verwendung zur Elektrolyse von Kochsalzlösungen, und zwar hauptsächlich auf Grund der Tatsache, daß diese Zellen verhältnismäßig einfach und zuverlässig sind, obwohl die bei diesen Zellen üblicherweise verwendeten Kohleanoden Schwierigkeiten .machen. Aus verschiedenen Gründen werden diese Kohleanoden beim Gebrauch abgebaut, wodurch die Wirtschaftlichkeit der Zelle wegen des steigenden Energiebedarfs nach und nach schlechter wird. Die Stromstärke, die zur Elektrolyse einer bestimmten Lösung benötigt wird, ist im wesentlichen unveränderlich, jedoch hängt die Spannung von dem Abstand zwischen der Kohleanode und dem Quecksilber in der Zelle ab; diese wird mit wachsendem Anodenabbau größer.

Es sind schon Versuche unternommen worden, diesem Nachteil der steigenden Kosten zu begegnen, indernf^beispielsweise der Anodenabbau durch Verwendung anderer Werkstoffe verringert wurde, jedoch ist die Auswahl geeigneter Materialien in dieser Hinsicht seßr beschränkt, und zwar wegen der in der Zelle vorliegenden aggressiven Bedingungen (naszierendes feuchtes Chlor, Quecksilber und Natriumhydroxyd).

Auf dem Gebiet der Elektrochemie und Metallurgie hat sich ergeben, daß Titanmetall, das auf einem Teil seiner Oberfläche mit einem Platinbelag versehen ist, als wirksame Anode verwendet werden kann und ein sehr befriedigendes Material für diesen Zweck darstellt. Die an sich hohen Anschaffungskosten dieses Materials werden durch die außerordentlich lange Lebensdauer beim Gebrauch ausgeglichen. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß. die Ausfallzeit der Zellen verringert werden kann, d. h. die Zeitdauer, während der die Zellen durch Reparatur- oder Reinigungsarbeiten außer Betrieb sind.

Versuche haben jedoch gezeigt, daß, um eine maximale Wirtschaftlichkeit und Zuverlässigkeit zusammen mit geringen Kosten zu erreichen, es nicht ausreichend ist, die Kohleanoden einfach durch ein Stück platiniertes Titan zu ersetzen. Trotzdem ist es wünschenswert, schon bestehende Zellen auf platinierte Titananoden soweif möglich umzustellen. Durch die vorliegende Erfindung wird nunmehr eine Anode vorgeschlagen, die besonders für diesen Zweck ausgebildet ist.

Gegenstand der Erfindung ist also eine Anode für die Herstellung von Chlor durch Chloralkalielektrolyse, welche aus einem Netzwerk aus Titan oder einer Titanlegierung besteht, wobei die Arbeitsoberfläche des Netzwerks mit einem Platinmetall beschichtet ist, welche dadurch gekennzeichnet wird, daß das Netzwerk von einer gleichzeitig als Stromzuführung dienenden Säule getragen wird, an deren Ende eine Abschlußplatte befestigt ist, deren Kanten wiederum mit auf dem Netzwerk angebrachten Versteifungsrippen derart verbunden ist, daß die Abschlußplatte einen Abstand vom Netzwerk aufweist.

Der Belag aus dem Platinmetall, der die Arbeitsoberfläche der Anode darstellt, kann aus Platin selbst oder einem anderen Platinmetall oder einer Legierung derselben, die in ähnlicher Weise wirkt, bestehen. Es wird vorgezogen, Platin, Rhodium, Iridium oder Legierungen von zweien dieser Metalle zu verwenden, und zwar vorzugsweise solche, die Platin selbst enthalten.

Das Platinmetall kann auf einer oder beiden Flächen des Netzwerks abgeschieden sein.

Wenn in der vorliegenden Beschreibung von »Netzwerk« die Rede ist, so wird darunter jedes dünne Blech aus Titanmetall verstanden, wobei in dem Blech eine große Anzahl von Löchern oder Zwischenräumen vorgesehen sind, die durch die ganze Stärke de& Bleches zwischen den beiden gegenüberliegenden Oberflächen hindurchgehen. Der Ausdruck Netzwerk schließt auch

ίο Gebilde in gewebter Form, beispielsweise:} Drahtmaschengewebe und Gaze, durchstanztes {oder geschlitztes Metallblech und das als Streckmetall bekannte Material ein, das dadurch hergestellt wird, daß in ein Blech eine Anzahl von Schlitzen gestanzt

is werden, worauf dann das Blech auf seiner ganzen Fläche gestreckt wird und hierdurch in dem Blech Zwischenräume gebildet werden.

Die Kochsalzlösungen, welche unter Anwendung der erfindungsgemäßen Anoden elektrolysiert werden,

sind an sich bekannt. <'

Die Säule kann irgendeine geeignete Form besitzen und kann an der Zelle befestigt und in üblicher Weise mit einer Stromquelle für den Elektrolysestrom verbunden sein. Die Säule kann beispielsweise aus einer massiven Stange bestehen, vorzugsweise ist sie jedoch aus einem Rohr aus Titan oder einer Titanlegierung

• hergestellt.

Besonders geeignete Versteifungsrippen sind Streifen, die mit ihren Kanten an dem Netzwerk angebracht sind. Diese Streifen können gebogen sein, und zwei oder mehr derselben können in beliebiger Weise miteinander verbunden sein, um so den gewünschten Grad der Versteifung für das Netzwerk zu liefern und außerdem eine entsprechend starke Verbindung mit

der Endplatte oder dem Block herzustellen. Ί

Um zu vermeiden, daß die Versteifungsrippen Gas in dem Zwischenraum zwischen dem Säulenende und dem Netzwerk festhalten, können in der Abschlußplatte Aussparungen vorgesehen sein.

Es wird vorgezogen, daß, abgesehen von der Platinmetalloberfläche, sämtliche Teile des Anodenaufbaus welche mit dem Zelleninhalt in Berührung kommen, aus Titan oder einer Titanlegieryng bestehen. Hierdurch wird sämtlichen Korrosionsproblemen wirksam begegnet. Wenn es als unwirtschaftlich angesehen wird, die massiveren Teile, insbesondere die Säule, auch aus massivem Titan oder einer Titanlegierung herzustellen, so kann ein Kern aus einem billigeren Metall verwendet werden, vorausgesetzt, daß dieses nicht den Korrosionseinflüssen des Zelleninhalts ausgesetzt wird.

Die Anoden gemäß der Erfindung können leicht die üblichen Graphitanoden ersetzen, und sie besitzen für diesen Zweck einen einfachen kräftigen und befriedigenden Aufbau. Das Titannetzwerk, auf dem die wirksame Platinoberfläche aufgebracht ist, taucht in die Salzlösung ein und kann in dieser leicht und genau eingestellt und in einer parallelen Ebene zu der Kathodenoberfläche aus Quecksilber gehalten werden.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen näher erläutert, und zwar zeigt

F i g. 1 einen'Schnitt durch eine erfindungsgemäße Anode,

F i g. 2 eine Aufsicht auf die Anode von F i g. 1, ♦ F i g. 3 einen Schnitt einer abgewandelten erfingungsgemäßen Anode,

F i g. 4 eine Aufsicht auf die Anode von F i g. 3,
F i g. 5 eine teilweise Aufsicht auf eine weitere Ausführungsform einer Anode in der Nähe der Stützsäule,

F i g. 6 einen Schnitt der Anode von F i g. 5,

F i g. 7 und 8 zeigen eine gegenüber von F i g. 5 und 6 abgewandelte Ausführungsform und

F i g. 9 eine Aufsicht einer Anode entsprechend den Ausführungsformen der F i g. 5 bis 8.

Die in den F i g. 1 und 2 dargestellte Anode besteht aus einem Netzwerk 10 aus Titan, das seitliche Randteile 11 besitzt, die rechtwinklig zur Ebene des Netzwerkes abgebogen sind, wobei an zwei aneinanderstoßenden Seitenteilen 11 an den Ecken Ausschnitte 12 angebracht sind. Dieses Netzwerk ist auf seiner Unter-. seite und an der Fläche, die mit der Salzlösung in Berührung kommt, mit einer Schicht aus Platinmetall versehen, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist.

An: der Oberfläche des Bleches 10 und innerhalb der durch die Seitenteile 11 begrenzten Fläche sind vier U-förmige Versteifungsrippen 13 angebracht, von denen jede aus einem Titanblechstreifen besteht. Diese Versteifungsrippen 13 sind paarweise angeordnet und liegen mit den etwas abgeflachten Ecken aneinander, so daJLsie einen Hohlraum oder eine Tasche 14 bilden. r Vorzugsweise sind das untere Blech 10 und der Hohlraum 14 quadratisch oder rechteckig.

Innerhalb des Hohlraumes 14 befindet sich eine Titanpfatte 15, welche nach oben abgebogene Kanten 16 besitzt. Die so gebildeten Seitenflächen 16 sind an ' den entsprechenden Flächen der Versteifungsrippen 13 angebracht. Die Platte 15 befindet sich in einem Abstand von dem Netzwerk oder Blech 10, und die Ecken der Platte sind abgeschnitten, so daß eine Verbindung zwischen den Räumen ober- und unterhalb der Platte 15 durch die so gebildeten Öffnungen 17 geschaffen wird.

An der Platte 15 ist eine Schale oder ein Topf 18 aus Titanblech befestigt, und an dem Rand 19 dieser Schale 18 ist das eine Ende-einer zylindrischen Hülse 20 aus Titanblech angebracht, beispielsweise durch eine Schweißverbindung. Gewünschtenfalls können der Topf 18 und die Hülse 20 zusammen als eine Einheit hergestellt werden, um so die Verbindung, derselben zu vermeiden. ^r

Bei der in den F i g. 3 und 4 dargestellten Aush' führungsform ist eine Doppelanode vorgesehen, im wesentlichen von der Art, wie sie in den F i g. 1 und 2 dargestellt ist. Bei dieser Ausführungsform ist ein einziges "Blech 10 mit zwei Säulen 20 versehen. Die Bezugszeichen der F i g. 3 und 4 entsprechen denjenigen der F i g. 1 und 2.

Sämtliche Teile der Vorrichtung bestehen ebenfalls aus Titan oder einer Titanlegierung, und die untere Fläche des Netzwerks 10 ist platinisiert.

Innerhalb der Hülse 20 befindet sich eine mit ihr in elektrischer Verbindung stehende Kupferstange, die in der Zeichnung nicht dargestellt ist. ·

Die Verbindungen zwischen den Teilen 10 und 13, 11 und 12, 13 und 16 sowie 16 und 18 sind vorzugsweise durch Punktschweißen hergestellt, weil hierdurch in wirtschaftlicher Weise eine sehr befriedigende Verbindung geschaffen wird. Bei den Versteifungsrippen 13, welche mit ihren Kanten auf dem Netzwerk 10 aufliegen, kann die Punktschweißverbindung dadurch herbeigeführt werden, daß die Versteifungsrippen an beiden Seiten mit verhältnismäßig massiven Stangen belegt werden, wobei die Kante der Versteifungsrippen zwischen diesen Stangen hervorragt, worauf dann auf diese Kante das Netzwerk gelegt wird und die Schweißelektroden mit dem Netzwerk und den in einer Ebene liegenden Kanten der Stangen und Versteifungsrippen angebracht werden.

Der Topf 18 und die Hülse 20, welche zusammen die Säule bilden, mittels deren die Anode aufgehängt wird und gleichzeitig zum Leiten des elektrischen Stroms dient, sind vorzugsweise fest miteinander verschweißt, um so eine flüssigkeitsdichte Verbindung zu bilden und zu verhindern, daß die Salzlösung oder ein anderes innerhalb der Elektrolysezelle bejfmdliches Medium in das Innere der Säule gelangt uiid mit der darin befindlichen Stange in Berührung triitl Die Berührung zwischen der Kupferdrahtstange und der Säule kann an irgendeinem beliebigen Punkt:erfolgen, entweder an der Ober- oder Unterseite oder an irgendeiner Stelle.

Es ist darauf hinzuweisen, daß die Säule Verhältnismäßig massiv sein kann, ohne daß die .wirksame Fläche der Anode verringert wird, weil das an der Anode in der Nähe der Säule frei gemachte Chlor durch das Maschensieb in den Hohlraum 14 eintreten und hieraus durch die Öffnungen 17 austreten kann.

Bei der Ausführungsform, wie sie in den F i g. 5 bis 9 dargestellt ist, ist ein Blech oder ein Netzwerk 10 aus Titan mit Versteifungsrippen 21 versehen. Diese Versteifungsrippen liegen mit ihrer Kante auf der oberen Fläche des Netzwerks 10. Die Versteifungsrippen sind in der Längsrichtung rechtwinklig abgebogen, wie bei 22 aus F i g. 5 ersichtlich ist, und schließen einen Titanblock 23 ein, der in einem Abstand von der oberen Netzwerkfläche angebracht ist, so daß ein Hohlraum 24 gebildet wird,. Zentral in dem Block 23 ist eine Bohrung oder ein Hohlraum 25 vorgesehen, in den die in der Zeichnung nicht dargestellte Tragstange hineinragt und befestigt 1st, beispielsweise durch Einschrauben» und/oder Verschweißen. Wie sich aus F i g. 6 ergibt, umfassen die entsprechend gebogenen Verstärkungsrippen den ganzen Block 23, und die unteren Teile derselben sind unterhalb des Blockes mit Einschnitten versehen, damit die Elektrolytflüssigkeit in den Raum" 24 eintreten kann. Das Ausmaß dieser Einschnitte kann verschieden sein. Beispielsweise sind die Einschnitte auf zwei gegenüberliegenden Seiten des Blockes angebracht, oder sie erstrecken sich vollkommen um den Block herum.

Bei der Ausführungsform nach den F i g. 7 und 8 berühren die entsprechend gebogenen Enden 22 der Versteifungsrippen nur gegenüberliegende Seiten des quadratischen Blockes 23, und in diesem Fall ist es nicht erforderlich, daß Ausschnitte an den Versteifungsrippen vorgesehen werden. Das Titannetzwerk ist mit einem in der Zeichnung nicht dargestellten Auftrag aus einem Platinmetall versehen.

Wenn die beschriebene Anode in Betrieb ist, so tritt das an der Anodenoberfläche frei werdende Gas durch die Öffnungen des Netzwerks 10 hindurch. Dar Teil des Gases, der in unmittelbarer Nachbarschaft des Blockes 23 gebildet wird, gelangt durch die Öffnungen des Netzwerks in den Raum 24 und tritt dann seitlich zwischen der unteren Kante des Blockes und/oder den Versteifungsrippen aus und gelangt so auf die obere Fläche des Netzwerks und in die Hauptmasse des Elektrolyten. Schließlich tritt das Gas in den Hauptgasraum der Zelle.

Die Herstellungsverfahren zur Erzeugung der beschriebenen Anoden sind im wesentlichen die gleichen.

Claims (5)

i 467 Patentansprüche:

1. Anode für die Herstellung von Chlor durch Chloralkalielektrolyse, welche aus einem Netzwerk aus Titan oder einer Titanlegierung besteht, wobei die Arbeitsoberfläche des Netzwerks mit einem Platinmetall beschichtet ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Netzwerk' (10) von einer gleichzeitig als Stromzuführung dienenden Säule (20) getragen wird, an deren Ende eine Abschlußplatte (15) befestigt ist, deren Kanten (16) wiederum mit auf dem Netzwerk angebrachten Versteifungsrippen (13) derart verbunden ist, daß die Abschlußplatte (15) einen Abstand vom Netzwerk aufweist.

2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das die Arbeitsoberfläche bildende Platinmetall aus Platin, Rhodium, Iridium oder einer Legierung von zwei oder mehreren dieser Metalle besteht.

3. Anode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsrippen (13) aus Metallstreifen bestehen, die mit ihrer Kante an dem Netzwerk befestigt sind. :.;

4. Anode nach einem der Ansprüche^ bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß, abgesehe.4 von der Platinmetalloberfiäche, sämtliche Teilendes Anodenauf baus, die mit dem Zelleninhalt in !Berührung treten, aus Titan oder einer Titanlegierung bestehen. ;■

5. Anode nach einem der Ansprüche % bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die gleichzeitig zur Stromzuführung dienende Tragesäule (20) aus einem Rohr aus Titan oder einer Titanlegierung besteht.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen