DE1592015B1 - Anode fuer diaphragmazelle - Google Patents

Description

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Widerstand bilden, der vergleichbar mit dem an Titan tenden Metalls, in welches die Anode gegossen ist,

unter identischen Bedingungen erzeugten oder größer erstrecken. Die genauen Dimensionen solcher Rillen

als dieser ist. oder Sickung werden von der Größe der Anode selbst

Unter dem hier gebrauchten Ausdruck »Metall aus und der Tiefe, zu welcher die Anode in den Metall·

der Platingruppe« sind Platin, Palladium, Rhodium, 5 guß getaucht ist, abhängen. So wird man z. B. bei

Ruthenium, Osmium oder Iridium oder Legierungen einer Anode, welche parallele Platten besitzt, die

zweier oder mehrerer solcher Metalle zu verstehen. etwa 45,7 cm im Quadrat messen, und eine Gußtiefe

Die bevorzugten Metalle sind Platin, Palladium oder von etwa 2,54 cm aufweist, eine Tiefe der Sickung

Iridium. oder Rille von bis zu etwa 12,7 cm oberhalb der

Der schachtelähnliche Bau der Anode kann in be- ίο Metalloberfläche des gegossenen Grundes als ausliebiger geeigneter Weise geschaffen werden, bei- reichend finden, um Deformierung während des Einspielsweise durch Faltung aus einem einzelnen Blech laufes des Gußmetalls im wesentlichen zu verhüten, aus Titan oder ähnlichem Metall, um die beiden par- Überdies sollen bei Verwendung von Rillen diese von allelen Platten zu liefern, wobei das gefaltete Blech solcher Breite sein, daß sie den Durchgang geschmolentlang den der Faltung gegenüberliegenden Rändern 15 zenen Metalls während des Gießens in das leitende in geeigneterWeise geschweißt, z. B. punktgeschweißt Metall und auch den Durchgang von Schutzüberzugswird, um eine starre Einheit zu bilden. Alternativ masse, z. B. Bitumen oder Beton, die hernach auf kann die Anode aus zwei Teilen bestehen, welche den Grund aufgebracht wird, gestatten. Jedoch sollen durch Punktschweißen oder andere geeignete Maß- solche Rillen nicht zu breit sein, weil dies zu einer nahmen miteinander verbunden werden können. Die ao unerwünschten Erhöhung der Stromdichte je Flä-Struktur kann durch Rippung der parallelen Platten cheneinheit führt. Das würde den Spannungsabfall oder durch Umbiegen der parallelen Platten an den erhöhen, wenn der Elektrolysestrom durch das AnRändern und/oder durch Anbringung innerer Ab- odenmaterial geleitet wird, und folglich die Betriebsstandselemente in der Struktur, z. B. Elemente von spannung der Zelle erhöhen. Bei einer Anode der U-Querschnitt, verstärkt werden. 25 oben angeführten Dimensionen kann eine Rillenbreite

Es sind Mittel erforderlich, um Deformierung der von etwa 3,2 bis etwa 6,4 mm geeignet sein. Die

Anodenstruktur infolge ungleichmäßiger Temperatur- unteren Ränder der Anodenstruktur können auch mit

verteilung, die in dem Anodenmaterial während des Löchern versehen sein, um die Anode in das leitende

Gießens oder Lötens in die Metallbasis zustande Metall zu verkeilen. Das Gußmetall ist geeigneterweise

kommt, zu vermeiden. Wenn z. B. der untere Teil 30 Blei oder eine Bleilegierung.

der Anode, anfänglich von atmosphärischer Tempe- Bei einer bevorzugten Ausführungsform sind die ratur, in geschmolzenes Blei von angenommen 350° C unteren Ränder der parallelen Platten mit einer Reihe getaucht wird, wird sich die erhitzte Partie um mehr von Rillen versehen, und eine Schiene aus festem als etwa 0,8 mm pro etwa 30,5 cm ausdehnen. Da Material niedrigen thermischen Expansionskoeffizien-Titan kein guter Wärmeleiter ist, verglichen mit an- 35 tens ist an die Enden des gerillten Teiles verbolzt, deren Metallen wie z. B. Kupfer, wird sich zwischen Zu den geeigneten Materialien zählen Sinterkohle der Anode unten und der Anode oben ein Tempe- und Graphit. Diese Schiene leistet der Kontraktion raturgradient ausbilden, der das dünne Blattmaterial, des leitenden Metalls Widerstand und eliminiert groaus dem die Anode gefertigt ist, zu verziehen be- ßenteils Verziehung der Anode während der Kühstrebt sein wird. Auch nachdem das leitende Metall, 40 lungsperiode nach der Verfestigung des gegossenen in welches die Anode gegossen ist, fest geworden ist, Metalls. Um relative Bewegung des Titans und des wird es sich kontrahieren, bis es Zimmertemperatur Graphits zu verhindern, ist es möglich, entweder erreicht hat. Diese Kontraktion wirkt sich auf den Toleranzlöcher und Reibungsklemmbolzen oder Paßunteren Teil der Anode aus. Der Hauptteil der Anode löcher mit Präzisionsbolzen oder -stiften anzuwenden, wird folglich unter Kompression in einer Querrich- 45 Als weitere Abwandlung kann es wünschenswert sein, tung kommen und dazu neigen, sich zu werfen. Ver- Präzisionsbolzen oder -stifte mit Toleranzlöchern, die Ziehungen der Anode bedingen genaue parallele Aus- begrenzte Bewegung gestatten, anzuwenden. Dies richtung der Anoden- und Kathodenelemente, die kann aus folgendem Grunde erwünscht sein: Der Exschwierig sind. Die Mittel, um Deformierung der pansionskoeffizient von Graphit ist so niedrig, daß Anodenstruktur beim Gießen des Metalls in die 50 er im Grunde genommen jegliche relative Bewegung Metallbasis im wesentlichen zu vermeiden, können der Teile der Anode, die in das leitende Metall, z. B. verschieden sein. Zum Beispiel kann ein horizontales Blei, eingelassen sind, während des Gießens und Ab-Abstandselement zwischen die zwei parallelen Platten kühlens des Bleis verhindert. Wenn jedoch die Anode in einem Niveau gerade oberhalb des Niveaus der in Betrieb gesetzt wird, steigt die Temperatur der Oberfläche des leitenden Metalls, in welches die 55 ganzen Anordnung auf 90 bis 95° C. Die Haupt-Anoden gegossen sind, aber nicht wesentlich ober- partie der Anode wird sich daher ausdehnen, wähhalb des Niveaus der unteren Grenze der Kathoden- rend der untere Rand durch den Graphit daran geelemente in der zusammengebauten Zelle, geschweißt hindert wird. Wenn Toleranzlöcher im Graphit anwerden. Weitere horizontale Abstandselemente kön- gewendet werden, kann der Spielraum so berechnet nen auch in höheren Niveaus anmontiert werden. 60 werden, daß, während die äußeren Teile an dem Alternativ oder zusätzlich können die unteren Rän- unteren Rand der Anode nach Abkühlung auf Zimder der parallelen Platten gesickt oder mit einer Reihe mertemperatur eingeklemmt sein werden und eine von Rillen versehen werden, welche bestrebt sind, die gewisse Spannung erzeugt sein wird, dieser Spannung in der Struktur während des Gießens in das leitende bei Erhitzung auf Betriebstemperatur dank dem Metall erzeugte Spannung zu beseitigen oder auszu- 65 hohen thermischen Expansionskoeffizienten von Blei gleichen. Die Tiefe der Sickung oder Rillen oberhalb verglichen mit Titan genau abgeholfen wird,
dem unteren Rand der Anodenstruktur soll genügend Wenn z. B. der untere Rand des Titans und die sein, damit sie sich oberhalb der Oberfläche des lei- Graphitschiene mit Löchern mit genauen Abständen

des Elektrolyten durch die Zelle während des Betriebes zu gestatten. Dieser offene Zugang kann in geeigneter Weise dadurch vorgesehen werden, daß man die Seitenteile der Anodenstruktur bis zu einem pas-5 senden Niveau oberhalb der Oberfläche der obersten Schutzschicht wegschneidet.

Die Kathode und die allgemeine Zellenkonstruktion sind herkömmlich. Der Zellengrund kann aus Beton, geeignet geschütztem Schmiedeeisen oder ge-

raturbereich hin ausdehnen (Durchschnittskoeffizient linearer thermischer Ausdehnung von Graphit 29,4· 10-6 mm/° C).

Das Blei wird sich also um 0,15 mm mehr als das Titan ausdehnen. Das Titan wird einer Spannung bei Betriebstemperatur nicht unterworfen sein, wenn der untere Rand der Anode in diesem Ausmaß während

versehen sind und wenn die Löcher im Titan auf genaue Größe, dagegen die Löcher im Graphit mit einem Spiel von α mm am Durchmesser in bezug auf die Bolzen gebohrt sind, dann wird die zugelassene Meßgenauigkeit α mm in jeder Richtung betragen.

Angenommen, zwei Bolzen besitzen einen solchen
Abstand, daß ihre Mitten 100 mm voneinander entfernt sind. Wenn die Anordnung nach Gießen des
Bleis auf 25° C gekühlt ist und die Betriebstemperatur 95° C beträgt, wird sich die obere Partie der io eignet geschütztem Gußeisen hergestellt sein. Titananode, die in den Anolyten getaucht ist, um Erfindungsgemäße Anoden werden an Hand der

70 · 8,9 · 10~⁶ · 100 mm = 0,062 mm je 100 mm aus- Zeichnungen, welche perspektivische Teilansichten dehnen (Durchschnittskoeffizient linearer thermischer darstellen, detaillierter beschrieben. Ausdehnung von Titan beträgt 8,9 · 10-⁶mm/° C). In Fig. 1 ist ein Blech 1 aus Titan oder ähnlichem

Das Blei, in das der untere Rand der Anode gegos- 15 Metall vertikal umgeschlagen, um zwei vertikal angesen ist, wird sich jedoch um 70 · 29,4 · 10~⁶ · 100 ordnete parallele Platten 2 und 3 zu liefern. Zwei = 0,21 mm je 100 mm über den gleichen Tempe- überlappende Partien des Metallbleches gegenüber

der Faltung sind bei 4 punktgeschweißt, um eine starre Einheit zu geben. Diese Konstruktionsform ao wird besonders bevorzugt, da sie die Anwendung von Schmelzschweißung vermeidet, welche im Falle von Titan oder ähnlichem Metall schwierig und kostspielig ist. Die auswärts gehenden Oberflächen der parallelen Platten sind in dem allgemein als P bezeichder Kontraktion des Bleis nach dem Gießen einge- 25 neten Gebiet mit Platinmetall plattiert. Die nach klemmt ist. Dies wird erreicht, wenn z. B. Paßlöcher außen liegenden Ränder können auch platinisiert sein, im Titan und Toleranzlöcher im Graphit gebohrt sind, Die unteren benachbarten Ecken und ein Teil der die ein Spiel von 0,15 mm am Durchmesser je 100 mm Seitenstücke der schachtelähnlichen Struktur der Abstand zwischen den Bolzenmitten gestatten. Anode sind bei S weggeschnitten, um offenen Zugang

Guter elektrischer Kontakt zwischen dem unteren 30 in das Innere der Anodenstruktur zu gestatten. Die Teil der Anode und dem Metallguß wird Vorzugs- unteren Ränder der parallelen Platten sind mit Rillen 6 versehen, welche dahin wirken, Deformierung der Struktur beim Gießen in das leitende Metall (nicht gezeigt) im wesentlichen zu verhüten. Die 35 unteren Randpartien der parallelen Platten sind in den mit T bezeichneten Gebieten auch mit Platinmetall plattiert oder verzinnt, um für besseren elektrischen Kontakt zwischen dem Anodenmetall und dem leitenden Metall in der zusammengebauten Zelle

Oberfläche direkt gegenüber liegen, mit einem Metall 40 zu sorgen. Löcher 7 können in den oberen Partien aus der Plantingruppe, vorzugsweise mit Plantin selbst, der Seitenteile der Anodenstruktur vorgesehen sein plattiert. Eine geeignete Methode zur Ausführung und diese wirken als Halter zum Anbringen eines einer solchen Plattierung ist in der britischen Patent- Montagegestells an die Anode, damit man die Garschrift 885 819 beschrieben. nitur von Anoden heben kann, wenn das leitende

Die erfindungsgemäße Anode ist vorzugsweise 45 Metall gegossen wird.

auch mit Mitteln versehen, die ein Heben der An- Der Stab aus starrem Material am unteren Ende

odengarnitur nach dem Gießen des leitenden Metalls
ermöglichen. Dies wird beispielsweise durch ein Loch
oder Löcher in den Seitenteilen der Anodenstruktur
erreicht, die die notwendige Ausrichtung in einer 5°
Montagevorrichtung vor und während des Gießens
des leitenden Metalls erlauben. Anschließend kann
die Vorrichtung, noch an Anodengarnitur, Metallguß
und kupferner Schiene oder Schienen befestigt, durch
einen Laufkran oder Aufzug für den Zusammenbau 55 der weggeschnitten, um freien Zugang zum Inneren der Zelle transportiert werden. der Anode zu gestatten. Die unteren Ränder sind mit

Ein wesentliches Merkmal der erfindungsgemäßen Rillen 6 versehen, um Deformierung beim Gießen des Diaphragmazelle ist auch, daß die Anodenstruktur leitenden Metalls im wesentlichen zu verhüten, offenen Zugang zum Inneren der Anode gestattet. Löcher 7 sind vorgesehen, um als Halter zum An-Dies ist notwendig, um die Behandlung der Oberfläche 60 bringen eines Montagegestells an die Anode zu dieder Metallbasis innerhalb der schachtelähnlichen nen. Eine Graphitschiene 8 ist an die Enden der ge-Straktur der Anode mit einer oder mehreren Schutz- rillten Partie mittels Bolzen 9 verbolzt. Zwei Teile 10 schichten aus z. B. Beton oder Bitumen zu ermög- und 11 mit U-Querschnitt sind als innere Abstandslichen. Überdies ist es nötig, um leichte Zirkulation elemente zur Verstärkung der Struktur vorgesehen.

weise durch Verzinnen oder Platinisieren der unteren Teile der Anodenstruktur oder alternativ durch intensive Säuberung solcher Teile, z. B. durch Sand- oder Granaliengebläse oder durch Ätzen sichergestellt.

Die parallelen Platten aus Titan oder ähnlichem Metall haben zumindest einen Teil ihrer auswärts gerichteten Oberflächen, d. h. derjenigen Oberflächen, die in der zusammengebauten Zelle einer Kathoden-

der Anode, der an die Enden des geschlitzten Abschnitts angebolzt ist, ist in F i g. 1 aus Ubersichtlichkeitsgründen weggelassen.

F i g. 2 zeigt zwei ähnliche Bleche aus Titan oder ähnlichem Metall, die zwei vertikal angeordnete parallele Platten 2 und 3 liefern, welche miteinander punktgeschweißt sind. Die unteren benachbarten Ecken und ein Teil der Seitenstücke sind bei 5 wie-

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Graphitanoden angegriffen und infolge Verschleißes Patentansprüche: während des Gebrauches immer dünner werden. Ein solches Dünnerwerden der Anoden führt bei konstan-

1. Anode aus Titan oder ähnlichem Metall, von tem Strom zu fortschreitender Erhöhung der Zellenweicher mindestens ein Teil ihrer äußeren Ober- 5 spannung, weil der Querschnitt des Graphits, der flächen mit einem Metall der Platingruppe über- den Elektrolysestrom überträgt, reduziert wird, zogen ist, für eine Diaphragmazelle unter Benut- Überdies führt während der Elektrolyse unter Verzung einer Mehrzahl solcher paralleler senkrecht Wendung von Graphitanoden die Oberflächenverwitangeordneter Anoden für die Elektrolyse wäßriger terung des Graphits zur Verunreinigung des Elektro-Lösungen von Alkalihalogeniden, dadurch io lyten und Verstopfung des Diaphragmas oder der gekennzeichnet, daß die Anode ein kasten- Membran der Kathode, weil öliges und kohlehaltiges artiges, an jedem Ende offenes Gebilde mit min- Material das wirkungsvolle Arbeiten des Diaphragdestens zwei parallelen Platten (2, 3) umfaßt, mas beeinträchtigen und seine Lebensdauer verkürderen untere Ränder mit einer Reihe paralleler zen. Auch bildet sich Kohlendioxyd infolge Angriffs senkrechter Schlitze (6) versehen sind, und ein 15 auf die Anoden, und dieses verunreinigt das Chlorgas. Stab aus starrem Material mit niedrigem ther- Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Anode mischem Ausdehnungskoeffizienten an die Enden zur Verwendung in einer Elektrolyse-Diaphragmades geschlitzten Abschnitts angebolzt ist, wobei zelle zu schaffen, welche die obigen Nachteile im wedie unteren schmalen Seitenstücke (bei 5) fehlen, sentlichen vermeidet.

um einen offenen Zulaß zum Inneren der Anode 20 Aus der deutschen Patentschrift 1105 395 ist eine

zu erlauben. Metallanode für die Abscheidung von Chlor bei der

2. Anode aus Titan oder ähnlichem Metall Elektrolyse wäßriger Alkalichlorid- oder Salzsäurenach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß lösungen aus unedlem, gegen Chlor beständigem der Stab aus starrem Material von niedrigem Grundmetall mit einer Iridium-Deckschicht bekannt. Wärmeausdehnungskoeffizienten aus Sinterkohle 25 Darüber hinaus ist aus der deutschen Auslegeschrift oder Graphit besteht. 1182 210 eine eine Edelmetallauflage aufweisende,

aus einer Vielzahl von insbesondere aus einem Kupferkern und einem Titanmantel bestehenden Mantel-

drähten aufgebaute großflächige Elektrode bekannt,

30 die aus mehreren mit ihren Schenkeln in einer Ebene liegenden Manteldrahtschleifen besteht, die gegeneinander isoliert einen flächigen massiven Formkör-

Die vorliegende Erfindung betrifft Anoden für Dia- per, auf den die Edelmetallschicht aufgebracht ist, phragmazellen zur Elektrolyse wäßriger Lösungen bilden. Es ist also bekannt, in Diaphragmazellen zur von Alkalihalogeniden. 35 Verwendung für die Elektrolyse wäßriger Lösungen

Elektrolyse-Diaphragmazellen zur Anwendung bei von Alkalihalogeniden Graphitanoden durch solche der Erzeugung von Chlorgas und Wasserstoffgas zu- aus Titan mit dünnem Überzug eines Edelmetalls zu sammen mit Ätzalkali durch Elektrolyse wäßriger ersetzen. Wenn jedoch versucht wird, Graphitanoden Lösungen von Alkalihalogeniden, im besonderen Na- durch überzogene Titananoden ähnlicher äußerer triumchlorid, sind allgemein bekannt. Bestimmte Ar- 40 Abmessungen zu ersetzen, entstehen Schwierigkeiten ten von Zellen, z. B. die als »Hooker«-Zellen be- wegen Verzerrung und Verkrümmung der Anoden, kannten, besitzen eine Mehrzahl löchriger oder per- Die Erfindung löst nun die Aufgabe, eine Diaphragmaforierter Metallkathoden, z. B. aus Stahldrahtgeflecht zelle so zu konstruieren, daß diese Probleme nicht hergestellt, die mit einem flüssigkeitsdurchlässigen auftreten.

Diaphragma oder einer Membran bedeckt sind. Die 45 Demgemäß betrifft die vorliegende Erfindung eine Zelle enthält eine Mehrzahl von Anoden, welche im Anode aus Titan oder ähnlichem Metall, von welcher allgemeinen parallele, vertikal angeordnete flache mindestens ein Teil ihrer äußeren Oberflächen mit Graphitblätter sind, deren untere Enden in eine einen einem Metall der Platingruppe überzogen ist, für eine Teil der Zellengrundfläche bildende Platte aus einem Diaphragmazelle unter Benutzung einer Mehrzahl schmelzbaren Metall, wie z. B. Blei, gegossen sind. 5° solcher paralleler senkrecht angeordneter Anoden für Es ist üblich, auch eine oder mehrere leitende Schie- die Elektrolyse wäßriger Lösungen von Alkalihalonen aus Kupfer in die Bleiplatte zu gießen, um den geniden, welche dadurch gekennzeichnet ist, daß die Elektrolysestrom von einer äußeren Quelle zu den Anode ein kastenartiges, an jedem Ende offenes Ge-Anodeblättern zu leiten. Alternativ können, wie in bilde mit mindestens zwei parallelen Platten umfaßt, der britischen Patentschrift 880 838 beschrieben, die 55 deren untere Ränder mit einer Reihe paralleler senk-Anoden in Rillen montiert sein, die in einem oder rechter Schlitze versehen sind, und ein Stab aus mehreren Kupfergittern ausgebildet sind, welche als starrem Material mit niedrigem thermischem Ausdeh-Stromleiter dienen, wobei die elektrische Verbindung nungskoeffizienten an die Enden des geschlitzten Abzwischen den Graphitanoden und dem Gitter oder Schnitts angebolzt ist, wobei die unteren schmalen den Gittern durch Montierung der Einrichtung in 60 Seitenstücke fehlen, um einen offenen Zulaß zum einer flachen Mulde und Eingießen einer genügenden Inneren der Anode zu erlauben. Menge Schmelzmetalls, wie z. B. Blei, erreicht wird. In dieser ganzen Beschreibung sind unter dem Aus-

Um das Blei und den Kupferleiter gegen den korro- druck »Titan oder ähnliches Metall« Titan oder Ledierenden Angriff seitens der gechlorten Sole wäh- gierungen auf der Basis von Titan oder Niob oder rend der Betriebsdauer der Zelle zu schützen, wird 65 Tantal oder Legierungen von Titan, Niob oder Taneine Schutzschicht aus einem Material, wie z. B. Beton tal zu verstehen, die, wenn innerhalb einer Diaphrag- oder Bitumen, über die Bleiplatte aufgebracht. Beim mazelle der hier beschriebenen Art anodisch ge-Betrieb solcher Zellen ist gefunden worden, daß die macht, einen isolierenden Film mit einem elektrischen