DE1467233A1 - Anodenhalterung fuer Anoden in elektrolytischen Alkali-Chlorzellen mit Quecksilberkathode - Google Patents

Description

DR. ELISABETH JUNG, DR. VOLKER VOSSIUS, DIPL.-ING. GERHARD COLDEWEY

PATENTANWÄLTE M.DNCHEN23 · S I E G ES ST R ASSE 26 · TELEFON 346067 · TELEGRAMM-ADRESSE: INVENT/M ONCH EN

o Z,j C 046 München, d. 27. Sept. 1968

Cy/Es_e

Olia jilathieson Chemical Corporation 460 Park ATenue, New York, N,Y., USA

.für Aa ο el er in elektrolytisches. Al&ali-Chlorseilen mit Quecksi.lberl^athocie.·■

Hie ErfinduSj "betriff*'· eine Anoäeahalterujcg für Cliloralka*!.i"-Elektrö'J.yssi3el.\en rn.lt, einer elektrisob. leite-ijdes, an einer? /mode befestigten;, TeT.-.-ilcal lauf enden statart,igen «letalliaohexi 2uleitu?.ig aus Chlor angreifbar"esn Metall_r ws'J.ahe an :Ub.rsm olsersn ■ Ende aiii: einer A...he"ös« nüä Absenksinri^ir^ms ts?,·- Runden iß'S ^ einer die SiVAeitung uxrjgebenaeia Hülse aus gegen Oh:^v beatä^äigem ^aterißX. deren uatecöB Bßae »3127071 gasdichten Abschluß für di-a Zuleitung bilde ν_Γ u-id eilasr das ofrero Exiüq der Hülse &iofe'-^: UHige"benden C!hQtt0_r deren uyjterar l'sll gasdicht g-sgen χ·:-ο eines ilellsn

l'■?.;■:■& solche Aufjo-^ivv. ^!'■'■■-.vax-y., ist beraits bo.-'axjris - Bei

n AKOu.s^h.u"^t.te;^!:'Ui% ■ .:-'··..«"·"'; <ii« alle rungo'bonüo Hülse aus Porssj Ia^ '!.^rA

Ifcirem κυ"'·&ϊ:ϋ*ι Er-Ie U^erc ογ·λϊ&- RiKgu;? öer 0"o'3rao:'^; ·---- Ίο.?? getal^sn^i Arc^;le a^v-

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Keue Unterlagen (Art. 7 § 1 Abs.τ Kr. 1 Sat* 3 _Ui.. '· .. ;*3. v. 4.9. is· ^

SAD ORSGiNAt

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nach unten gegen die Ringdichtung angepreßt _t um eine Abdichtung des Hülseninneren su bewirken=

Da bei dieser bekannten Anordnung die Hülse über die Ringdichtung auf der Anodenoberseite aufruht und mittels der Spannfutter in Richtung zur Anode hingedrückt \vird_? ergibt sieb, der Haehtsil_? daß die Verbindungsstelle zwischen der Stromsuleitung und der Anode selbst mechanisch Terhältnismäßig stark beansprucht \virä₅ zumal diese Verbindungsstelle schon das Gewicht der Anode aufnehmen muß« Außerdem ist bei dieser bekannten Anordnung die Abdichtung nicht als absolut sicher anzusehen, da das Material der Ringdichtung enEüden kann_P v/as eine Terßchlechterung der Abdichtwirkung aur Folge hatο ferner benteh^ die Gefahr^ daß die Porzellanhülse zerbricht _? was insbesondere durch die beia Betrieb häufig auftretende ungleichmäßige Erwärmung derselben begünstigt wird_e Auch lcaön eine Zerstörung der Por·= {2ellanhülae beim Versuch eintreten_? aufgetretene Gasdurchlaßstellen am oberen und unteren Hülsenende abzudichten=

Durch die hohe mechanische Beanspruchung der bindungssteile zwischen Stromzuleitung und Anode kann es bei der bekannten Anordnung vorkommen, daß sich die Anode entweder schrägstellt oder aogar auf den Boden der Zelle fällt» Im ersterea lalle bringt die Anodenschrägstellung einsrseits eine beträchtliche Erhöhung des Ühergangsraiderstandes der Verbindungsstelle zwischen Stromzuleitung und Anode mit siciu Andererseits können Kursschlüsse auftreten? da die Anode leicht mit der Quecksilberkathode in Berührung gelangen kann«

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Der Erfindung liegt die Aufgabe sugrun.de _f Anoäenlia3 terung der eingangs "beschriebenen Art su schaffen? die einmal einen gana sioheren Schutz der Stromzuleitung gegen die V/irkung der Zellengase ergibt unö darüberhinaue eine mechanische Entlastung der Verbindungsstellen zwischen den Strom» Zuleitungen und der betreffenden Anode gegenüber der bekannten Anordnung erbringt _c

Disse Aufgabe ist bei der Anodenhalterung der eingangs beschriebenen Art gern« der Erfindung dadurch gelöst? daß die Hülse unten abgeschlossen ist und mit ihrem unteren Ende zumindest in reibachlüssiger Verbindung in eine Sar'bohrung der Anode ragt» und daß das untere Ende dieser Hülse einen gegenüber deren übrigem Teil veriainde^'ten Innenquerschnitt aufweist, in ^eichen sich aas untere Ende der Zuleitung zumindest Hit Eeibschliiß hineinerstreckt..

Da erfindungsgaifläß die die Jeweilige Stromzuleitung umschließende Hülse am unteren Ende abgeschlossen ist_;!ißt es bei der arfinduiigsgeniäßen Anodenhalterung unnötig.- eine besondere Ringdichtung am unteren Hülsenende au verwenden/ dia Ermüdungserscheinungen unterworfen ist und dadurch eine Verschlechterung der AbaieJitwirkung herbeiführen viürde Kin weiterer Vürv:oi'· der erfindungsgemäßerj Anodenhalterung besteht darin, daJ3 die Verwendung einer besonderen Sρ;ιητιschraube überflüssig ia-'z, woraus auch resultiert, deß die Verbindungsstelle Zwischen der Jeweiligen ^tvo^uTeifung der knode nur das .'.aodengewiolit und /T.eiiic weitere tiUöä'f-alicha Spannkraft aufzunehmen hat Dadurch tritt eine v;eBsntliche IXtItastung dieser Verbiiif-'ungSB'vai.leii aui, die eine vie3. zuverlässigere iiral^:orung <3er Anoc^; an den Stromzuleitungen mit sich bri^vi;rt Außoröeru eA^iot sich axt der erfindungsgemäßen

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Anordnung duroh die Einsparung einer speziellen .Ringdichtung und einer zusätzlichen Spannmutter ein ganz besonders einfacher Aufbau»

Duroh die kraftschlüssigen Verbindungen zwischen der Hülse und der Graphitanode einerseits unä der Stromzuleitung und dieser Hülse andererseits ergibt sich der zusätzliche Vorteil? daß auf eine zwischen Graphitanode und Stromzuleitung eingebrachte Bleieinschmelzung gum Verbinden dieser beiden Seile verzichtet werden kann, wie sie bei der bekannten Anodenhalterung Anwendung findet und die immer eine Quelle für elektrische und meohanisohe Fehler ist_e

Bei der erfindungsgemäßen Anodenhalterung besteht die die Stromzuleitung umgebende Hülse vorzugsweise aus Titan, Tantal oder legierungen hiervon mit ,zumindest 45 # des reinen Metalle ο · ·

Vorzugsweise ist das untere Ende der Hülse dickwandiger als deren übriger Teil ausgeführte Bei einer praktischen Ausführungsform besitzt dieser dickwandige Teil bei einer Gesamtlänge der Hülse zwischen 7,6 cm und 20,5 cm eine Länge von 12,7 mm - 38,1 mm. Zwischen dem dünnwandigen Hülsen teil und der Stromzuleitung wird dabei ein konzentrischer Luftspalt vorgesehen des= im allgemeinen 1j6 - 9_P5 mm Btark ist,

Um die Hülse mit der Anode zu verbinden_ρ kann das untere Hülsenende auch mit einem Außengewinde und die Sackbohrung in der Anode mit einem Innengewinde versehen sein*

In äquivalenter Weise kann zur Verbindung der Strom zuleitung mit der diese Zuleitung umgebenden Hülse das ..-'vtere Hülsenende mit Innengewinde und die Zuleitung mit einem Außengewinde versehen sein..

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Vorzugsweise wird bei dor erfindung3.gemäS3:Q A&ouen~ halterung das. untere Hülsenende ml'; einem gegen die Anode anliegenden Plansch versehen«

^:,7e»n bei der erfindungsgemäßen A_noäenhalterung Hülsen aus Titan,, Tantal, legierungen, deren Hauptbestandteile Titan oder Tantal slnä_g oder Titansilikat mit einem Titangehalt von mehr als 45 $ Verwendung finden? haben diese. Hülsen gegenüber Hülsen aus Porzellan oder Aluminium den Vorteil, daß sie unzerbrechlich und gegenüber Temperatursohwankungen.unempfindlich sind sowie bequem mit der erforderlichen Präzision hergestellt werden können« Sie sind in ihrem Widerstand gegenüber ;}eder Einwirkung, durch feuchte Chlorgase anderen Hülsen aus Metall überlegen» Gegenüber Hülsen aus Kunststoff haben sie den Vorteil, daß sie sich nicht in der Wärme dehnen oder flüssig werden können,

Obwohl sich die erfindungsgemäße Anodenhalterung insbesondere für die Halterung von G-raphitanpden eignet, können auch Anoden aus anderen Werkstoffen einschließlich der idetalle gehalten werden₉ Von denen insbesondere Platin, Titan«, Tantal und platiniertes Titan beispielsweise erwähnt werden sollen»

In der Zeichnung sind einige Ausführungsformen der Anodenhalterung gemäß der Erfindung dargestellt„

Figur 1 zeigt ein AusführungsbeiBpielj bei der die stabartige Stromzuleitung sich mit Festsitz in der Hülse befindet_r und.die Hülse ihrerseits mit Preßsitz in eine Sackbohrung in die Graphitanode eingesetzt isto Die Hülse besteht aus einem das untere Hülsenende abschließenden Boden 11A» aus einem dickwandigen Teil-12A mit kleinerem Innenquerschnitt und einem dünnwandigen Teil 13A mit einem größeren Innenquerschnitt„

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BAD ORIGINAL

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Die Stromzuleitung 21A ist mit Ihrem unteren Ende mit Preßsitz konzentrisch in den Teil 12Δ eingesetzt 5 Ms der Kontakt mit dem Boden 11A der Hülse hergestellt ist« Die Anordnung aus Stromzuleitung 21A und Hülse ist als Ganzes mit Preßsitz in die Graphitanode .14A eingesetzt₃ von der ein Teil 2OA mit Öl imprägniert ist., Eine Diohtmansohette 15A aus Gummij welche im Querschnitt die Porm einer. Kapp?- besitzt, ist auf dem Zellendeckel 16A und .andererseits mit Hilfe einer Klammer 1?A, die mit der Schraube 18A angezogen werden kann*, an dem oberen Teil der Hülse befestigte

Figur 2 se igt eine Ausführungsform "bei der die mit dem BeZugszeichen 21B bezeichnete Stromzuleitung wie bei ä&m Ausführmigsbeispiel von Mgur 1 mit Presssitz in den dickwandigen Seil 12B der Hülse eingesetzt ist j deren dünnwandiger Teil 13B dia Stroiazuleitung axt Abstand umschließt« Γ ? dickwandig? Teil 12B trägt Außengewinde und ist in eine entsprechende Gewindebohriing in der Aaode 14B eingeschraubt ο Der Boden ItB der Hülse hat dabei keines uaiaitteibaren Kontakt mit der Bodenfläche der Aus= nehmung in der Anode 14B₀

Bei dem in 3PigUr 5 gezeigten weiteren Ausftihniiigslieispiel greift die Stromzuleitung 210 in den aiit Innengewinde versehenen dickwandigen Teil 12C der Hülse ein-Dieser dickwandige Teil 12C ist auf seiner Außenseite bo bearbeitet, daß er mit Preßsitz in eine Ausnehmung in der Anode 14C eingesetzt werden kann«, Der Boden der Hülse berührt wie bei dem Ausführungsbeispiel von Pigur 1 das untere Ende der Ausnehmung in der Anode₉ und der dünnwandige Hülsenteil 13C umschließt die Stromzuleitung mit einigem Abstand_ö

BAD ORiGiN/

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Pigur 4 gibt eine Ausführungsform wieder, bei welcher der dickwandige Teil 12D der Hülse sowohl ein Innengewinde als auch ein Außengewinde trägt, so daß dieser 5e.ll einerseits die gleichfalls mit Gewinde versehene Stromzuleitung 21D aufnehmen und selbst in eine entsprechende Gewindebohrung in der Anode 14D eingeschraubt werden kann. Der Boden 11D der Hülse hat hier keinen unmittelbaren Kontakt mit dem unteren Ende der Gewindebohrung in der Anode« Der dünnwandige Teil *5D der Hülse umgibt auch hier die Stromzuleitung 21D in einem bestimmten Abstand„

Bei der Ausführungsforiu nach figur 5 trägt der dickwandige Teil 12E der Hülse an der Außenseite als zusätzlichen Schuta einen Flansch 19E. Der dickwandige Teil 12B besitzt ferner ein Außengewinde, welches in eine entsprechende Gewindebohrung in der Anode 14E eingreift. Die Stromzuleitung 21E ist mit Preßsitz in den dickwandigen Teil 12E der Hülse eingesetzt, deren Boden 1IE das unsere Ende der Gewindebohrung in der Anode 14E nicht berührte Der dünnwandige Teil 15B der Hülse berührt gleichfalls nicht die Außenseite der Stromzuleitung 2TE.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Figur 6 ist das untere Ende der Stromzuleitung als Abschnitt 22F verringerten Durchmesserβ ausgebildet_?und der Boden 113? der Hülse besitzt gleichfalls einen verringerten Außendurchmesser«· Wird die mit Gewinde versehene Stromzuleitung fest in den mit Gewinde versehenen dickwandigen Teil 123? der Hülse eingeschraubt, dann gelangt der Abschnitt 22!? in guten elektrischen Kontakt mit dem Boden 11P der Hülse. Auf ähnliche Weise stellt sich zwischen dem Boden 111? und dem Graphit der Anode ein guter elektrischer Kontakt her, wenn der dickwandige Te\l 12P der Hülse in das Gewinde in ö.e:: öraphitanode ',*;-£' eingeschraubt ist« Auch bei

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diesem Ausführungsbeispiel umschließt der' dünnwandige Teil 13F der Hülse die Stromzuleitung 21F in Abstand«,

Im folgenden soll anhand von zwei Beispielen kurz der Herstellungsvorgang gemäß der Erfindung auage« bildeten Anodenanordnung beschrieben.werden ₀

Beispiel I.:

Es wird angenommen, daß die Anodenanordnung die in Figur 2 dargestellte Ausführungeform erhalten soll. Zu diesem ^weck wird ein den dünnwandigen Teil 13B der Hülse bildendes Titanrohr mit einem Außendurohmaaser von 5>715cm und einer Wandstärke von 2,4 mm verwendet, an dessen eines Ende ein dickwandigerer Abschnitt eines Titanrohres angeschweißt wird, dessen Außendurohmesser 6_P35 om beträgt₀ Dieser dickwandige Teil wird durch Aufsohweißen einer kreisförmigen Platte aus Titan in einer Dicke von %2 mm verschlossen „ Der dickwandige Teil hat ein AußengewindSjr mit dem der Teil in eine entsprechende Gewindebohrung der Graphitanode eingedreht werden kann* Nach diesem Eindrehen wird ein die Stromzuleitung bildendes ^essingrohr mit einem Durchmesser von 44?45 mm mit einem Druck von 3500 kp/cm^ in aas Innere des dickwandigen Teiles hineingepreßt» Anschließend wird eine Dichtmanschette an das obere Ende des dünnwandigen Rohrteiles angebracht und diese Anodenanordnung in eine Quecksilberzelle eingehängt= Während des Betriebes wurden die Titanhülsen und die Stromzuleitung aus Messing auch über längere Zeit hinweg nicht angegriffen. Auch traten keine vertikalen Verschiebungen oder Schräglagen der an den Stromzuleitungen hängenden Anoden auf_β Um Anodenanordnungen der in Figur 4 gezeigten Abführung herzustellen, werden aus einem Titanrohr ORIGJN/

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5 j7 on» AußeiQauroiiüj.eBssx-' und einer V/aaästärke 2_f4 aiffi -iielirere Hülßan erstellt. An das eisae Snde Hülse wird äarni ein tassenförmiger Seil aus mit eisern Außer-aurejameseer von 6,3!S. om angeschweißt_? der aus sinem I'itarfblock wurde« Paa Innenteil dieses tasseiförmigen Seiles v/ird so weit ausgedreht., daß dessen Boden eine Stärke τοπ 3» '58 JDJTi besitst» Innen«· und Außenlandung des taseenformigen Sßi.lea visrdea dann mit Gewinde

rai·"; 3-sv;inde verssasxss fi.ad m:⁵.t öl imprägnierte

in ein©?.¹ &rapMtanode Mneingodreht werden In das Innengewinde des taseenföraiigen Teiles vii:;?ä da»¹? fflit Gewinde versehene untere Ende eines die Stromg'alöitung bilösnden Messingrohres mit einem Aufiössdurehinesser von 4?44 cm hineingedreht. An= sohließenfi wird eiae biegsame Bichtmarischette an das obere Ende der Hülse sav^ebraoht und die so gesohaff?'.?_;e_? eine Anode tragende ,iiaordnung in eine eingesetzt* Jede einaelne Verbindung von einer btilse zu der Graphitanode konnte dabei einen von annahernd ">000 Amp übertragen,.

3er Spannimgsabfall an diesen Verbindungsatellen ändert sich während des Betriebes folgendermaßen:

Zg 1t^in ,Tagen :^ S.ESBBiS£§§£i&üi.

Anfangs 0, 000 222

67 0. 001 130

98 0« 00t 180

133 0« 000 986

162 O₀ 001 000

tfach. einer anfänglichen änderung dea Spannungsabfalls iy?tt während dieser Versuohss-rsifes dann kein zusätzlicher Spannungsabfall auf., Diese S^abilita's stellt einen großen

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-. ίο - ■

Vorteil gegenüber dem ständigen Ansteigen des Spannungsabfalls dar_? den man häufig anden züge=· hörigsn Terbindungsstsllen von anderen bekannten derartigen Anodenanordnungea feststellen kamu

BAD

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Claims (1)

1. H67233

   Patentanmeldung 09234 IYa/12 1
   Olin Mathieson Chemical Coi^poration

   u.Z:: 0 046 - USSiT 175 070-0

   Patentansprüche

   1 ο Anodenhalterung für Chloralkali-Elektrolysezellen mit einer elektrisch leitend an einer Anode befestigten j, vertikal verlaufenden stabartigen metallischen Zuleitung aus durch Chlor angreifbarem Metall, welohe an ihrem oberen E_nde mit einer Anhebe- und Absenkeinrichtung verbunden ist, einer die Zuleitung umgebenden Hülse aus gegen Chlor beständigem Material? deren un« teres Ende einen gasdichten Abschluß für die Zuleitung bildet« und einer das obere Ende der Hülse dicht umgebenden Dichtmanschette_f deren unterer Teil gasdicht gegen die Oberseite eines Zellendeckels anliegt _f dadurch gekennzeichnetρ daß die Hülse (13) unten abgeschlossen ist und mit ihrem unteren E_nde zumindest in reibschlüssiger Verbindung in eine Sackbohrung der Anode !.H) ragt, und daß. das untere Ende der Hülse (13) einen gegenüber deren übrigem Teil verminderten Innenquerschnitt aufweist, in welchen sich das untere Ende der Zuleitung (2\) zumindest mit Reibsohluß erstreckt-

   2 c Aijodenhalterung nach Anspruch 1_r daduroh gekennzeichnet, daß die Hülse (13) aus Titan, Tantal oder Legierungen hiervon mit zumindest 45 $ des reinen Metalls besteil·;,-

   3- Anodenhalterung nach einem der Ansprüche 1-2, dadurch ßekennseichne:_? daß das untere Ende der Hülse (13) dickwandiger als deren übriger Teil ausgeführt ist_c

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   4ο Anodeahalterung nach einem der Ansprüche 1-3" _t dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Hülse mit einem Außengewinde und die Saokbohrung in der Anode (14) mit einem Innengewinde versehen sind.

   5«. Anodenhalterung nach einem der Ansprüohe 1-4, da«, durch gekennzeichnet? daß das untere Ende der Hülse (15) mit einem Innengewinde und die Zuleitung (21) mit .einem Außengewinde versehen sind₀

   6. Anodenhalterung nach' einem der Ansprüche 1-5» dadurch gekennzeichnet* daß das untere Ende der Hülse (13) mit einem gegen die Anoda anliegenden Plansch (19) versehen ist _o

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