DE1571741A1 - Anodenanordnung - Google Patents

Description

Beschreib u ag

der Firma IMPERIAL· CHMICAL INDUSTRIES LUJiITED, London, S.W.1., GR0S3BRITANNIEN..

betreffend

"Anodenanordnung'¹.

PRIOREPÄTEHt 20. April 1965 und 8. Biära 1966 - GHOSSBRrPABHIEN.

Die Erfindung betrifft ei.ne verbesserte Anodenanordnung zur Verwendung in elektrolytiechen Zellen mit Horisontalkatho» den, inabesondere Zellen vom Quockailberkathodentyp zur Hor-•tellung von Chlor und kaustischem. Alkali aus Alkalichloridlösungen·

Jn olektrolytiachon Zollen mit Korizontalkathoden sind die Anoden gewöhnlich über der Kathodonoberfläche mittels leitender Stäbe aufgehängt, welche durch den Zellendeckel go-

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hen und auch als Leiter für den Stromtransport zu den Anoden und als Mittel zur Einstellung der Anodenlage relativ zur Kathode von außerhalb der Zelle dienen. Bei Zellen dieser Art, die zur Elektrolyse von AlkalichloridlSsungen verwendet werden, ist die Anode gewöhnlich eine Graphitplatte, und seit vielen Jahren ist der leitende Stab, welcher in einer Bohrung der Anodenplatte endigt und die Anode trägt, ebenfalls aus Graphit. Es wurde kürzlich vorgeschlagen, den Graphitstab durch ein Metall zu ersetzen, -das höhere elektrische Leitfähigkeit hat als Graphit, wobei das Metall innerhalb der Bohrung in der Graphitanodenplatte geschützt wird, indem die Platte um die Bohrung imprägniert wird, so daß sio gegen den korrosiven Elektrolyten und das Gas in der Zollo.undurchlässig wird. So kann beispielsweise der Graphit mit einem Wachs imprägniert worden, wie es in der

Patentschrift (Patentanmeldung I 25 757 IVa/12h)

beschrieben 1st.

Die vorliegende Erfindung liefert eine verbesserte Anodenanordnung, worin ein Metall von hoher elektrischer Leitfähigkeit zum Stromtransport in die Zelle verwendet wird, wobei jedoch vermieden wird, daß die Anodenplatte zum Schutz des Metalleiters jedesmal imprägniert werden muß, wenn eine vorbraucht ο Anode ersetzt wird.

Erfindungsgemäß wird eine Anodenanordnung vorgeschlagen,

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welche eine eich horizontal erstreckende Graphitanodenplatto, einem leitenden Graphitteil, der durch und durch mit einem Wachs oder Harz imprägniert ist, und in einer Bohrung in der oberen Oberfläche dieser Platte endigt und innigen elektrischen Kontakt mit den Wänden dieser Bohrung herstellt, einem zylindrischen Metalleiter, der in einer Bohrung in der oberen Oberfläche dos leitenden Graphitteils endigt und eich nach oben aus dieser Bohrung erstreckt, wobei die Wände in der Bohrung des leitenden Graphitteils mit einem lotbaren Metall beschichtet sind, und der Metalleiter mittels oinoB schmelzbaren Metallots oder Metallegierungslots daran befestigt ist, und eine Hülae von Titan mit zylindrischem Querschnitt diesen eich nach oben erstreckenden Teil des Motalleitors eng umgibt und einen nach außen und unten gerichteten flanschenartigen Teil am unteren Ende hat, der mit dem obefren Rand des leitenden Graphitteils durch eine ztri~ schengelcgte Schicht von Dichtungsmaterial und οin Bindemittel abgedichtet ist, umfaßt.

Der Ausdruck "Titan" umfaßt itf.er nicht nur Titan selbst, . sondern auch Legierungen auf der Basis von Titan mit Eigenschaften der anodieohen Polarisation, die mit denjenigen von Titan vergleichbar sind. Beispiele für letztere sind Titan-Zirkon-Legierungen mit bis zu 14· % Zirkon, Legierungen von Titan ait bis zu 5 % eines Platinmetalle, wie Platin, Rhodium oder Iridium, und Legierungen von Titan mit Niob oder

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Tantal« mit bis zu 10 % des legierenden Beetandteiles·

Unter dem Auedruck "flachs" ist ein Kohlenwasserstoff oder oin chlorierter Kohlenwasserstoff zu vorstehen, welcher bei dor Arbeitstemporatur dor Zelle fest ist, jedoch boi irgendeiner höheren Temperatur oinen Schmelzpunkt hat. Das Wachs kann beispielsweise ein vollständig chlorierter Kohlenwasserstoff sein, weloher daher vollständig gegen weitere Chlorierung beständig ist, wenn or Chlorierungebedingungen in oinor Zolle ausgesetzt wird, oder es kann ein nicht-chlorierter oder teilweise chlorierter Kohlenwasserstoff sein, dessen Chlorierungsprodukte bei der Arbeitetemperatur der Zelle feet bleiben und dadurch die Ündurchlässigkeit des imprägnierten leitenden Graphitteils für den Zollenelektrolyton und die Elektrolysoprodukte aufrechterhält. Das bevorzugte Wachs ist Hexachlorbenzol* Zu anderen geeigneten Wachsen gohören feste aliphatische Kohlenwasserstoffe, und zwar sowohl natürliche als auch synthetische, feste aromatische Kohlenwasserstoffe und höhere chlorierte Naphthaline.

Der leitende Graphitteil kann mit dem Wachs vor oder nach dem Einlöten des Metalleitere in die Bohrung im Graphit imprägniert werden. Wenn gewöhnliches eutektisches Zinn/Bleilot (P. - 183°C) verwendet wird, wird das Imprägnieren vorzugsweise nach dem Löten durchgeführt, so daß das Schmelzen des Wachses während des Lötens vormieden wird. Wenn die ffaohs-

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imprägnierung zuerst durchgeführt wird, wird vorzugsweise ein niedrig schmelzendes Let verwendet, wie eine Vismut/ Blei-Legierung, die 55,5 Gew.-^ Wiemut und 44,5 Gew.-# Blei enthält und bei 124⁰G schmilzt.

Ein geeignetes Harz zur Imprägnierung des leitenden Graphittoils ist ein Polyesterharz, das kalt in flussigern Zustand eingeführt und danach durch Erhitzen des imprägnierten Graphite gehärtet werden kann.

Bor Metalle!tor kann zweckmäßig eine Kupfer- oder kohlenstoffdme Stahletange sein, und er kann nit einem Abschnitt von vergrößertem Durchmesser am Ende versehen sein, welcher in den Graphitleiter eintreten soll, so daß die Verbindungefläche zwischen diesen beiden Teilon größer ist. Der Metalleiter kann auch ein zusammengesetzter Aufbau aus zwei Metal- . len aoin. Beispielsweise kann eine Kupferstange oder ein Kupferrohr an einem Ende in einer Bohrung in einem kohlenstoffarmen Stahlblock von größerem Durchmesser befestigt sein, beispielsweise durch eine Schraub- und Lötverbindung, und der kohlenstoffarme Stahlblock wird dann in eine Bohrung im Graphitleiter eingelötet.

Bei einer bevorzugten Methode zur Herstellung der Anodenanordnung, wird ein zylindrischer leitender Graphitteil, zweckaäßigerwoiee von etwa 7,5 - 10 cm Durchmesser und etwa 58 mm

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lange ait Hexachlorbenzol imprägniert, indem der Graphit in eine erhitzte Kammer so eingesetzt wird, daß er eine Temperatur von etwa 25O⁰C erreicht, d. h. etwas höher als der Schmelzpunkt des Wachses, die Kammer evakuiert wird, in die Kammer geschmolzenes Hexachlorbenzol ebenfalls bei etwa 250⁹C einlaufen gelassen wird, so daß der Graphit im geschmolzenen Wachs eingetaucht ist, der Graphit im Wachs eine Stunde einweichen gelassen wird, die Kammer und ihr Inhalt auf Zimmertemperatur abgekühlt, der Graphit aus dem Wachs entnommen und überschüssiges Wachs.von seiner Oberfläche beseitigt wird· Dann wird eine Bohrung in das Zentrum, eines JEtodee des Graphitzylinders eingearbeitet, um einen Hohlzylinder mit Wandungen und einem geschlossenen Ende von etwa 9,5 mm Dik-3ce zu bilden. Die Innenwände des Zylinders werden mit einem lötbaren Metall, zweckmäßig Kupfer, beispielsweise durch Elektroabscheidung, Metallspritzen oder stromlose Plattio-* rung, bedeckt« Sine kohlenstoffarme Stahlacheibe von gleicher Sicke wie die Zlofe der Bohrung im Graphit wird so bearbeitet, daß sio in don Graphitzylinder mit einem Spielraum von etwa 0,5 mm, zur Aufnahme des Lots, paßt« eine Bohrung wird im Zentrum einer fläche dioser kohlenstoff armen Stahlscheibe hergestellt und eino Kupferstange wird in dieser Bohrung mittels einer Schraub- und Lötvorbindung unter Verwendung von gewöhnlichem eutektische* Zinn/Blei-Lot befestigt. Die kohlenstoffarme Stahlscheibe wird dann in der Bohrung im leitenden Graphitteil durch LSten unter Verwendung eines

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Lotes von niedrigem Schmelzpunkt befestigt, nachdem zuerst die Oberflächen des kupforpl at tierton Graphite und des kohlenstoff amen Stahle mit dem gewählten Lot verzinnt wurden. Ein dünnwandiges Titanrohr, das eng auf den Kupferetab paßt, wird an oinem Endo an einen Titanflansch mit umgebogenem Hand, um um doη oberen Hand des Graphitzylinderβ zu passen, geschweißt. Das Titanrohr wird dann über den Kupferstab geschoben und der Titanflansch an den oberen Band des Graphitzylinders gedichtet, wobei eine Zwischenschicht aus Sichtungsmaterial verwendet wird, nachdem das Titan und der Graphit mit einem Bindemittel beschichtet wurden, und die Verbindung wird unter Druck hergestellt. Geeignete Sichtungsmaterialien sind ungehärteter weicher Kautschuk, flüssiger ungehärteter depolymerisierter Kautschuk und flüssiges ungehärtetes Ebonit. Biese können unter Druck an das Titan und den Graphit gebunden worden, nachdem diese Teile mit einen üblichen Kautschukbindemittel, überzogen sind, und werden dann vorzugsweise in situ durch sechsstündiges Erhitzen der Anordnung bei 70⁹C gehärtet. Die Anodenanordnung wird fertiggestellt, indes das geschlossene Ende dos Graphitzylindera unter Druck in eins Bohrung von etwa 19 an Tiefe in einer Graphitanodenplatte eingepaßt wird, die ausgearbeitet ist, um eine ineinander greifende Verbindung von 0,12 - 0,23 mm zu ergeben·

Innerhalb des Bereichs dor Erfindung kann die Dichtungeverbindung zwischen dem Titanflansch und dem leitenden Gr&phit-

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toil gewünschtenfalls durch Zuftigen einer einstellbaren Titanklainter verstärkt ?/erdon, welche den umgebogenen Hand dee Flansches umgibt und so angezogen wird, daß die Verbindung un (Jon oberen Rand des Graphits unter Druck gehalten wird.

Die leitendem Graphitteile dor Anordnung werden am bequemsten erhalten, indem kurze zylindrische Längen von einer Graphitatango abgeschnitten worden· Solche Graphitstangen worden in Längsrichtung fortig für das Graphitisieren extrudiert und es wurdo gefunden, daß sie einige große Foren enthalten können» die in der Ertrudierrichtung laufen, und daß diese Foren möglicherweise durch das anschließende Imprägnieren Bit Wßohfl nicht ausreichend abgediohtot werden. Vorzugsweise wird daher erfindungsgemäß eine elastische Dichtungsmeubranfe «wischen den Motslleiter und die Graphitanodonplatto eingebracht, um allo liese Poren ia leitenden Graphitteil abzuschließen.

FUr diesen Zweck kann eine Dichtungemembrane, wie eine Schicht von unvulkanisiortem weichen Kautschuk, in den Boden der Bohrung in Graphitsylinder vor dem !Einlöten in den Metalleiter eingebracht werden· Alternativ kann eine Dichtungsnesbrane Über den Boden der Bohrung in dor Graphitanodenplatte gelegt werden« Bei dieser letzteren Anordnung iet es auch vorteilhaft, den an die Membran angelegten Dichtungedruck Örtlich durch die Kraft zu erhöhen, die während des Einpassens der

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Anodenplatte ausgeübt wird. Dies kann beispielsweise erfolgen, indem eine konzentrisch, gewallte Dichtungemembrane mit abwechselnden dicken und dünnen Abschnitten verwendet wird» luden konzentrische Nuten in die äußere Oberfläche des Grundes des leitenden Graphittoils oder in die Basis der Bohrung in dor Anodenplatte eingearbeitet werden oder indem oin Druckring, zvf eckmäßig aus Ti tan, von etwas kleinerem Durchmesser αϊο die Bohrung in der Anodenplatto* unter die Dichtungsmombrane eingesetzt wird.

Bei einer erfindurigsgomäßen Anodenanordnung kann eine Anodenplatte« die verbraucht ist, von leitenden Grapoitteil entfernt werden, und die Anodenhalteanordnung kann wiederverwendet werden, ohne die Verbindung von Metall mit Graphit oder die Abdichtung von Titan zu Graphit zu stb'ran, indem lediglich eine noue Anodenplatte unter Druck eingepaßt wird, nachdem eine Bohrung in die neue Platte gearbeitet und der leitende Graphitteil zu einer geeigneten Bingriffapassung gearbeitet wurde.

Sie beigefügte sohematische Zeichnung erl&utort die Erfindung ohne sie tu beschranken. Bio zeigt bevorzugte Auaführungsforaen der Anodenanordnung und ist nicht maßstabsgerecht«

Ih ?ig. 1 der Zeichnung bedoutot 1 einen leitenden Graphitteil in Form eines Hohlaylindero, der durch und durch mit

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Hexachlorbenzol imprägniert ist und elektrolytisch auf den inneren senkrechten Wänden nit Kupfer bedeckt wurde. 2 ist ein zylindrischer Kern aus kohlenstoffarmen Stahl, der in den Graphitleiter mit einem niedrig schmelzenden Lot eingelötet ist, nachdem dio weiche nicht-vulkanisierte Kautschuk» dichtungomoiabrano 3 in die Bohrung im Graphitloiter einge-BOtst war. 4 ist oino Kupferstange, welche mit Gewinde versehen und in den ßtahlkern 2, wie bei 5 gezeigt, eingelötet ist· 6 let ein dünnwandiges Titaarohr, das eng um die Kupferstange 4 paßt und am unteren Ende einen aufgeschweißten ho« risontalen flansch 7 aufweist, der einen umgebogenen Rand hat» wie gezeigt, um um den Band des Graphitleiters 1 tu passen· (Per flansch 7 kann sich alternativ von der Mitte nach unten und außen neigen, d. h« in konischer Form, und wieder einen umgebogenen Hand haben, um um den Band des Graphit· loiters 1 zu passen.) 8 ist eine Schicht von Sichtungsmaterial, das um den oberen Rand dos Graphitleiters 1 gelegt wurde und unter Druck mit dem Graphit und der inneren Oberfläche dos Titanflansohea 7 rerbunden wurde, so daß es eine abgedichtete Verbindung «wischen diesen zwei Teilen herstellt. 9 ist eine Graphitanodenplatte, welche ausgebohrt let, um eine Passung im Eingriff mit dem unteren Ende des Graphitleitero 1 zu bilden, und diese zwei Teile sind, wie gezeigt, unter Kraftanwondung zusammengepaßt.

Venn eine Anodenanordnung dieser Art in eine elektrolytische

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Zelle eingebaut wird, wird daa obere Bade des Titanrohres S durch Dichtungsmittel geführt, die im Zollendeckel vorgesehen aind, so daß das Titanrohr den Kupforatab 4 vor dem Kontakt mit Elektrolyten und Gas innerhalb der Zelle schütjrfc, und dio Stromzufuhr für die Anode kann außerhalb der Zelle mit dom oboron Ende dor Kupferstange 4·, welche über das Sadc des Titanrohros 6 hinausragt, verbunden werden.

Fig. 2 aoigt die gleiche Anordnung wie Fig. 1, wobei die Teile gleich bezeichnet sind mit der Ausnahme, daß die weiche EAut a chukd ichtun garn ewbran 3 weggeläesen ist und statt dessen eine Diohtungsmembran 10 in die Bohrung in die Ano~ denplatto 9» mit einem Titandruckring 11 von etwas kleinerem Durchmesser als diese Bohrung darunter, eingesetzt ist, bovor dio Anodenplatto 9 und der Graphitleiter 1 unter Druck zusammengepaßt werden. Gemäß einem oben erwähnten wahlweisen Merkmal der Erfindung ist eine einstellbare Titanklammer aufgepaßt, welche den umgebogenen Hand des Titanflansches 7 im Kreis umgibt und angezogen wurde, um dio abgedichtet· Verbindung ζwischon dem Flansch und dem Graphitleiter 1 unter Druck su halten.

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Claims (8)

Patentansprüche

1. Anodenanordnung, gekennzeichnet durch eine horizontal sich erstreckende Graphitanodenplatte, einen leitenden Graphitteil, der durch und durch mit einem Wachs oder Hare, wie dofiniert, imprägniert ist und in einer Bohrung in der oberen Oberfläche dieser Platte endigt und innigen elektrischen Kontakt mit den Wänden dieser Bohrung herstellt, einen zylindrischen Hetalleiter, der in einer Bohrung in ier oberen Oberfläche des leitenden Graphitteils endigt und sich nach oben aus dieser Bohrung erstreckt, wobei dio Wandungen der Bohrung im leitenden Graphitteil mit einem lötbaren Metall bedeckt sind und dor Hetalleiter daran mittels eines schmolsbaren Metallots oder Metallogierungelote befestigt iat, und eino FdIββ von Titan mit zylindrischem Querschnitt, welche den sich nach oben erstreckenden Teil des Metalleitere eng umgibt und oinen nach außen und unten gerichteten flanschenartigen Teil am unteren Ende aufweist, der an den oberen Band des leitenden Graphitteile durch eine swischengelegte Schicht von Dichtungsmaterial und einem Bindemittel angedichtet ist·

2« Anodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Metalloiter ein zusammengesetzter Aufbau ist,

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der aua einen unteren StahXteil besteht« der in die Bohrung im leitenden Graphitteil oingoaet&t ist, und einem Kupforatiel, der in einer Bohrung im Stahl endigt·

3. Anodonanordnung nach einem dor vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet» daS der leitende Graphittoil mit Hexachlorbenzol imprägniert ist.

4. Anodenanordnung nach Anepruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet ι daß der leitende Qraphitteil mit einem Polyesterfcara imprägniert iet.

5» Anodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche* dadurch gekennzeichnet, daß der flanschenartige Titanteil an den leitenden Graphittoil durch eine Schicht von Kautschuk gedichtet iet, der durch Erhitzen vulkanisiert ist, nach·» dem or in weichem nicht-vulkanielertem Zustand mit dem Titan und dom Graphit durch ein Kautschukbindemittel verbunden wurde·

6·, Anodenanordnung nach oinea der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dichtung kriechen dem Titanflanschentell und dem leitenden Graphitteil durch eine Titanklammer unter Druck gehalten wird» welche den nach unten gerichteten Teil des Flansche· kreisförmig umgibt.

7* Anodenanordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche»

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dadurch gekennzeichnet, daß eine elastische Dichtungsmea· brano zwischen dor gesamten unteren Endoberfläche dea Metalleiters und dem leitenden Graphitteil liegt.

8. Anodenanordnung nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß oiuo elastische Dichtungsmembrane zwischen der gesamten unteren Endoberfläche de3 leitenden Graphitteils und der Graphitanodonplatto liegt.

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