DE1467233B2 - Anodenhalterung für Anoden in elektrolytischen Alkali-Chlorzellen mit Quecksilberkathode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Anodenhalterung für Chloralkali-Elektrolysezellen mit einer elektrisch leitenden, an einer Anode befestigten, vertikal verlaufenden stabartigen metallischen Zuleitung aus durch Chlor angreifbarem Metall, welche an ihrem oberen Ende mit einer Anhebe- und Absenkeinrichtung verbunden ist, einer die Zuleitung umgebenden Hülse aus gegen Chlor beständigem Material, deren unteres Ende einen gasdichten Abschluß für die Zuleitung bildet, und einer das obere Ende der Hülse dicht umgebenden Dichtmanschette, deren unterer Teil gasdicht gegen die Oberseite eines Zellendeckels anliegt.

Eine solche Anodenhalterung ist bereits bekannt. Bei dieser bekannten- Anodenhalterung besteht die die Stromzuleitung umgebende Hülse aus Porzellan und stützt sich mit ihrem unteren Ende über eine Ringdichtung auf der Oberseite der gehaltenen Anode ab. Diese Hülse wird über eine Spannmutter, welche auf die mit Außengewinde versehene Stromzuleitung aufgeschraubt ist und gegen das obere Hülsenende andrückt, nach unten gegen die Ringdichtung angepreßt, um eine Abdichtung des Hülseninneren zu bewirken.

Da bei dieser bekannten Anordnung die Hülse über die Ringdichtung auf der Anodenoberseite aufruht und mittels der Spannmutter in Richtung zur Anode hingedrückt wird, ergibt sich der Nachteil, daß die Verbindungsstelle zwischen der Stromzuleitung und der Anode selbst mechanisch verhältnismäßig stark beansprucht wird, 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 ermüden kann, was eine Verschlechterung der Abdichtwirkung zur Folge hat. Ferner besteht die Gefahr, daß die Porzellanhülse zerbricht, was insbesondere durch die beim Betrieb häufig auftretende ungleichmäßige Erwärmung derselben begünstigt wird. Auch kann eine Zerstörung der Porzellanhülse beim Versuch eintreten, aufgetretene Gasdurchlaßstellen am oberen und unteren Hülsenende abzudichten.

Durch die hohe mechanische Beanspruchung der Verbindungsstelle zwischen Stromzuleitung und Anode kann es bei der bekannten Anordnung vorkommen, daß sich die Anode entweder schrägstellt oder sogar auf den Boden der Zelle fällt. Im ersteren Falle bringt die Anodenschrägstellung einerseits eine beträchtliche Erhöhung des Übergangswiderstandes der Verbindungsstelle zwischen Stromzuleitung und Anode mit sich. Andererseits können Kurzschlüsse auftreten, da die Anode leicht mit der Quecksilberkathode in Berührung gelangen kann.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anodenhalterung der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die einmal einen ganz sicheren Schutz der Stromzuleitung gegen die Wirkung der Zellengase ergibt und darüber hinaus eine mechanische Entlastung der Verbindungsstellen zwischen den Strom-Zuleitungen und der betreffenden Anode gegenüber der bekannten Anordnung erbringt.

Diese Aufgabe ist bei der Anodenhalterung der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Hülse unten abgeschlossen ist und mit ihrem unteren Ende zumindest in reibschlüssiger Verbindung in eine Sackbohrung der Anode ragt, und daß das untere Ende dieser Hülse einen gegenüber deren übrigem Teil verminderten Innenquerschnitt aufweist, in welchen sich das untere Ende der Zuleitung zumindest mit Reibschluß hinein erstreckt.

Da erfindungsgemäß die die jeweilige Stromzuleitung umschließende Hülse am unteren Ende abgeschlossen ist, ist es bei der erfindungsgemäßen Anodenhalterung unnötig, eine besondere Ringdichtung am unteren Hülsenende zu verwenden, die Ermüdungserscheinungen unterworfen ist und dadurch eine Verschlechterung der Abdichtwirkung herbeiführen würde. Ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen Anodenhalterung besteht darin, daß die Verwendung einer besonderen Spannschraube überflüssig ist, woraus auch resultiert, daß die Verbindungsstelle zwischen der jeweiligen Stromzuleitung der Anode nur das Anodengewicht und keine weitere zusätzliche Spannkraft aufzunehmen hat. Dadurch tritt eine wesentliche Entlastung dieser Verbindungsstellen auf, die eine viel zuverlässigere Halterung der Anode an den Stromzuleitungen mit sich bringt. Außerdem ergibt sich mit der erfindungsgemäßen Anordnung durch die Einsparung einer speziellen Ringdichtung und einer zusätzlichen Spannmutter· ein ganz besonders einfacher Aufbau.

Durch die kraftschlüssigen Verbindungen zwischen der Hülse und der Graphitanode einerseits und der Stromzuleitung und dieser Hülse andererseits ergibt sich der zusätzliche Vorteil, daß auf eine zwischen Graphitanode und Stromzuleitung eingebrachte Bleieinschmelzung zum Verbinden dieser beiden Teile verzichtet werden kann, wie sie bei der bekannten Anodenhalterung Anwendung findet und die immer eine Quelle für elektrische und mechanische Fehler ist.

Bei der erfindungsgemäßen Anodenhalterung besteht die die Stromzuleitung umgebende Hülse vorzugsweise aus Titan, Tantal oder Legierungen hiervon mit zumindest 45 % des reinen Metalls.

Vorzugsweise ist das untere Ende der Hülse dickwandiger als deren übriger Teil ausgeführt. Bei einer praktischen Ausführungsform besitzt dieser dickwandige Teil bei einer Gesamtlänge der Hülse zwischen 7,6 und 20,3 cm eine Länge von 12,7 bis 38,1 mm. Zwischen dem dünnwandigen Hülsenteil und der Stromzuleitung wird dabei ein konzentrischer Luftspalt vorgesehen, der im allgemeinen 1,6 bis 9,5 mm stark ist.

Um die Hülse mit der Anode zu verbinden, 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 Stromzuleitung mit der diese Zuleitung umgebenden Hülse das untere Hülsenende mit Innengewinde und die Zuleitung mit einem Außengewinde versehen sein.

Vorzugsweise wird bei der erfindungsgemäßen Anodenhalterung das untere Hülsenende mit einem gegen die Anode anliegenden Flansch versehen.

Wenn bei der erfindungsgemäßen Anodenhalterung Hülsen aus Titan, Tantal, Legierungen, deren Hauptbestandteile Titan oder Tantal sind, 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 Temperaturschwankungen unempfindlich sind sowie bequem mit der

erforderlichen Präzision hergestellt werden können. Sie sind in ihrem Widerstand gegenüber jeder 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 Graphitanoden eignet, können auch Anoden aus anderen Werkstoffen einschließlich der Metalle gehalten werden, 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.

F i g. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei der die stabartige Stromzuleitung sich mit Festsitz in der Hülse befindet und die Hülse ihrerseits mit Preßsitz in eine Sackbohrung in die Graphitanode eingesetzt ao ist. Die Hülse besteht aus einem das untere Hülsenende abschließenden Boden 11 A, aus einem dickwandigen Teil 12^4 mit kleinerem Innenquerschnitt und einem dünnwandigen Teil 13 A mit einem größeren Innenquerschnitt.

Die Stromzuleitung 21A ist mit ihrem unteren Ende mit Preßsitz konzentrisch in den Teil 12^4 eingesetzt, bis der Kontakt mit dem Boden 11^4 der Hülse hergestellt ist. Die Anordnung aus Stromzuleitung 21A und Hülse ist als Ganzes mit Preßsitz in die Graphitanode 14 A eingesetzt, von der ein Teil 20^4 mit Öl imprägniert ist. Eine Dichtmanschette 15^4 aus Gummi, welche im Querschnitt die Form einer Kappe besitzt, ist auf dem Zellendeckel 16A und andererseits mit Hilfe einer Klammer 17 A, die mit der Schraube 18 Λ angezogen werden kann, an dem oberen Teil der Hülse befestigt.

F i g. 2 zeigt eine Ausführungsform, bei der die mit dem Bezugszeichen 21B bezeichnete Stromzuleitung wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 mit Preßsitz in den dickwandigen Teil 125 der Hülse eingesetzt ist, deren dünnwandiger Teil 13 B die Stromzuleitung mit Abstand umschließt. Der dickwandige Teil 125 trägt Außengewinde und ist in eine entsprechende Gewindebohrung in der Anode 14 B eingeschraubt. Der Boden 11 B der Hülse hat dabei keinen unmittelbaren Kontakt mit der Bodenfläche der Ausnehmung in der Anode 145.

Bei dem in F i g. 3 gezeigten weiteren Ausführungsbeispiel greift die Stromzuleitung 21C in den mit Innengewinde versehenen dickwandigen Teil 12 C der Hülse ein. Dieser dickwandige Teil 12 C ist auf seiner Außenseite so bearbeitet, daß er mit Preßsitz in eine Ausnehmung in der Anode 14 C eingesetzt werden kann. Der Boden 11C der Hülse berührt wie bei dem Ausführungsbeispiel von Fig. 1 das untere Ende der Ausnehmung in der Anode, und der dünnwandige Hülsenteil 13 C umschließt die Stromzuleitung mit einigem Abstand.

Fig. 4 gibt eine Ausführungsform wieder, bei welcher der dickwandige Teil 12 D der Hülse sowohl ein Innengewinde als auch ein Außengewinde trägt, so daß dieser Teil einerseits die gleichfalls mit Gewinde versehene Stromzuleitung 21D aufnehmen und selbst in eine entsprechende Gewindebohrung in der Anode 14 D eingeschraubt werden kann. Der Boden UD der Hülse hat hier keinen unmittelbaren Kontakt mit dem unteren Ende der Gewindebohrung in der Anode. Der dünnwandige Teil 13 D der Hülse umgibt auch hier die Stromzuleitung 21D in einem bestimmten Abstand.

Bei der Ausführungsform nach F i g. 5 trägt der dickwandige Teil 12 E der Hülse an der Außenseite als zusätzlichen Schutz einen Flansch 19 E. Der dickwandige Teil 12 E besitzt ferner ein Außengewinde, welches in eine entsprechende Gewindebohrung in der Anode 14 £ eingreift. Die Stromzuleitung 21 E ist mit Preßsitz in den dickwandigen Teil 12 E der Hülse eingesetzt, deren Boden HE das untere Ende der Gewindebohrung in der Anode 14 E nicht berührt. Der dünnwandige Teil 13 £ der Hülse berührt gleichfalls nicht die Außenseite der Stromzuleitung 21E.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 6 ist das untere Ende der Stromzuleitung als Abschnitt 22 F verringerten Durchmessers ausgebildet, und der Boden 11 F der Hülse besitzt gleichfalls einen verringerten Außendurchmesser. Wird die mit Gewinde versehene Stromzuleitung fest in den mit Gewinde versehenen dickwandigen Teil 12 F der Hülse eingeschraubt, dann gelangt der Abschnitt 22 F in guten elektrischen Kontakt mit dem Boden HF der Hülse. Auf ähnliche Weise stellt sich zwischen dem Boden HF und dem Graphit der Anode ein guter elektrischer Kontakt her, wenn der dickwandige Teil 12 F der Hülse in das Gewinde in der Graphitanode 14 F eingeschraubt ist. Auch bei diesem Ausführungsbeispiel umschließt der dünnwandige Teil 13 F der Hülse die Stromzuleitung 21F in Abstand.

Im folgenden soll an Hand von zwei Beispielen kurz der Herstellungsvorgang gemäß der Erfindung ausgebildeten Anodenanordnung beschrieben werden.

Beispiel

Es wird angenommen, daß die Anodenanordnung die in F i g. 2 dargestellte Ausführungsform erhalten soll. Zu diesem Zweck wird ein den dünnwandigen Teil 13 B der Hülse bildendes Titanrohr mit einem Außendurchmesser von 5,715 cm und einer Wandstärke von 2,4 mm verwendet, an dessen eines Ende ein dickwandigerer Abschnitt eines Titanrohres angeschweißt wird, dessen Außendurchmesser 6,35 cm beträgt. Dieser dickwandige Teil wird durch Aufschweißen einer kreisförmigen Platte aus Titan in einer Dicke von 3,2 mm verschlossen. Der dickwandige Teil hat ein Außengewinde, mit dem der Teil in eine entsprechende Gewindebohrung der Graphitanode eingedreht werden kann. Nach diesem Eindrehen wird ein die Stromzuleitung bildendes Messingrohr mit einem Durchmesser von 44,45 mm mit einem Druck von 3500 kp/cm² in das 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.

Um Anodenanordnungen der in F i g. 4 gezeigten Ausführung herzustellen, werden aus einem Titanrohr von 5,7 cm Außendurchmesser und einer Wandstärke von 2,4 mm mehrere Hülsen erstellt. An das eine Ende jeder Hülse wird dann ein tassenförmiger

Teil aus Titan mit einem Außendurchmesser von 6,35 cm angeschweißt, der aus einem Titanblock herausgedreht wurde. Das Innenteil dieses tassenförmigen Teiles wird so weit ausgedreht, daß dessen Boden eine Stärke von 3,18 mm besitzt. Innen- und Außenwandung des tassenförmigen Teiles werden dann mit Gewinde versehen, wobei das Außengewinde in eine entsprechende, mit Gewinde versehene und mit Öl imprägnierte Ausnehmung in einer Graphitanode hineingedreht werden kann. In das Innengewinde des tassenförmigen Teiles wird das mit Gewinde versehene untere Ende eines die Stromzuleitung bildenden Messingrohres mit einem Außendurchmesser von 4,44 cm hineingedreht. Anschließend wird eine biegsame Dichtmanschette an das obere Ende der Hülse angebracht und die so geschaffene, eine Anode tragende Anordnung in eine Quecksilberzelle eingesetzt. Jede einzelne Verbindung von einer Titanhülse zu der Graphitanode konnte dabei einen Strom von annähernd 1000 Ampere übertragen.

Der Spannungsabfall an diesen Verbindungsstellen ändert sich während des Betriebes folgendermaßen:

Zeit in Tagen	Spannungsabfall
Anfangs 67 98 133 162	0. 000 222 0. 001130 0. 001180 • 0. 000 986 0. 001 000

Nach einer anfänglichen Änderung des Spannungsabfalls trat während dieser Versuchsreihe dann kein zusätzlicher Spannungsabfall auf. Diese Stabilität stellt einen großen Vorteil gegenüber dem ständigen Ansteigen des Spannungsabfalls dar, den man häufig an den zugehörigen Verbindungsstellen von anderen

bekannten derartigen Anodenanordnungen feststellt kann.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anodenhalterung für Chloralkali-Elektrc lysezellen mit einer elektrisch leitend an eine Anode befestigten, vertikal verlaufenden stat artigen metallischen Zuleitung aus durch Chic angreifbarem Metall, welche an ihrem obere Ende mit einer Anhebe- und Absenkeinrichtun verbunden ist, einer die Zuleitung umgebende, Hülse aus gegen Chlor beständigem Material, de ren unteres Ende einen gasdichten Abschluß fii die Zuleitung bildet, und einer das obere End der Hülse dicht umgebenden Dichtmanschette deren unterer Teil gasdicht gegen die Oberseitt eines Zellendeckels anliegt, dadurch ge kennzeichnet, daß die Hülse (13) unten abgeschlossen ist und mit ihrem unteren Ende zumindest in reibschlüssiger Verbindung in eine Sackbohrung der Anode (14) ragt und daß da? untere Ende der Hülse (13) einen gegenüber deren übrigem Teil verminderten Innenquerschniti aufweist, in welchen sich das untere Ende ■ der Zuleitung (21) zumindest mit Reibschluß erstreckt.

2. Anodenhalterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Hülse (13) aus Titan. Tantal oder Legierungen hiervon mit zumindest 45 % des reinen Metalls besteht.

3. Anodenhalterung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Hülse mit einem Außengewinde und die Sackbohrung in der Anode (14) mit einem Innengewinde versehen sind.

4. Anodenhalterung nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das untere Ende der Hülse (13) mit einem gegen die Anode anliegenden Flansch (19) versehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen