DE1592443C

DE1592443C - Electrode system in an electrolysis cell for manganese dioxide electrolysis

Info

Publication number: DE1592443C
Authority: DE
Inventors: Ludwig Dipl.-Ing. 5040 Brühl; Harnisch Heinz Dipl.-Chem. Dr. 5023 Lövenich; Diskowski Herbert Dipl.-Chem. Dr. 5033 Knapsack; Frorath Friedrich-Karl Dipl.-Chem. Dr. 5041 Kierdorf Bender
Original assignee: Knapsack AG, 5033 Hürth-Knapsack
Publication date: 1972-11-23

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Elektrodensystem in einer Elektrolysezelle zur Braunsteinelektrolyse, welches aus einem Kathoden- und einem Anodensystem besteht.The present invention relates to an electrode system in an electrolysis cell for manganese dioxide electrolysis, which consists of a cathode and an anode system.

Bei einem Elektrodensystem kommt es in erster Linie darauf an, eine große wirksame Elektroden-5 Oberfläche in einem kleinen Raum unterzubringen, so daß auch die Abstände zwischen den einzelnen Elektroden klein werden und infolgedessen keine unnötigen Stromwärmeverluste entstehen.In an electrode system, the most important thing is to have a large, effective electrode-5 To accommodate surface in a small space, so that the distances between the individual Electrodes become small and, as a result, there are no unnecessary heat losses.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein ίο Elektrodensystem zur Braunsteinelektrolyse zu schaffen, welches diese Forderungen erfüllt.It is the object of the present invention to create an ίο electrode system for manganese dioxide electrolysis, which meets these requirements.

Das erfindungsgemäße Elektrodensystem sei zunächst an Hand der Zeichnungen erläutert. Dabei zeigtThe electrode system according to the invention will first be explained with reference to the drawings. Included indicates

Fig. 1 einen Querschnitt durch das Kathodensystem nach der Schnittebene I-I in F i g. 3,1 shows a cross section through the cathode system according to the section plane I-I in FIG. 3,

F i g. 2 eine Draufsicht auf das Kathodensystem, F i g. 3 einen Längsschnitt durch das Kathodensystem nach der Schnittebene III-III in den F i g. 1 und 2,F i g. 2 shows a plan view of the cathode system, FIG. 3 shows a longitudinal section through the cathode system according to the section plane III-III in FIGS. 1 and 2,

F i g. 4 die rechte obere Ecke der F i g. 3 in vergrößertem Maßstab,F i g. 4 the upper right corner of FIG. 3 on an enlarged scale,

F i g. 5 eine Längsansicht des Anodensystems,
F i g. 6 einen Querschnitt durch das Anodensystem nach der Schnittebene VI-VI in F i g. 5,F i g. 5 a longitudinal view of the anode system;
F i g. 6 shows a cross section through the anode system according to the section plane VI-VI in FIG. 5,

F i g. 7 das obere Ende eines Anodenrohres vor der Zurichtung,F i g. 7 the upper end of an anode tube before finishing,

F i g. 8 das obere Ende eines Anodenrohres nach der Zurichtung,F i g. 8 the upper end of an anode tube after finishing,

Fig. 9 die linke Hälfte der F ig. 6 in vergrößerter Darstellung.9 shows the left half of FIG. 6 in enlarged Depiction.

Der Kathodenrahmen als Träger der Kathoden ist nach den F i g. 1 bis 4 als rechteckiger Rahmen aus den hochkant gestellten Flachstahlprofilen 3 zusammengesetzt, wobei an den Schmalseiten ein nach außen weisender Flansch 4 vorgesehen ist, der die Auflageflächen für den Kathodenrahmen beim Einbau in die Elektrolysezelle bildet. Innerhalb des Kathodenrahmens sind, parallel zu den Schmalseiten und mit Abstand voneinander, aus Flachstahlprofilen bestehende Roststäbe 2 festgeschweißt. Auf jeden der beiden Flansche 4 ist, senkrecht nach oben weisend, ein aus Kupfer gefertigter Stromzuführungsbolzen 5 aufgesetzt und hart festgelötet. Die Anordnung, soweit sie bis jetzt beschrieben ist, wird mit einer homogenen Verbleiung 14 versehen. Anschließend werden die streifenförmigen, aus einer Bleilegierung bestehenden Kathodenbleche 1 an den Roststäben 2 angelötet, und zwar aus technologischen Gründen an den Oberkanten derselben, wie F i g. 4 zeigt. Die vorgesehene Belassung von Lücken zwischen den einzelnen Kathodenblechen begünstigt die Entstehen einer Strömung innerhalb des Elektrolyten, die zum Ausgleich von Konzentrationsunterschieden erwünscht ist.
Das Anoderisystem des erfindungsgemäßen Elektrodensystems ist im Hinblick auf die Eigenschaften des an ihm abzuscheidenden Braunsteins andersartig ausgebildet. Die Anode ist aus Anodenrohren 6 zusammengesetzt. Die F i g. 7 zeigt einen Abschnitt eines solchen Anodenrohres 6, das aus einer Bleilegierung angefertigt ist. Das am unteren Ende offene oder auch geschlossene Anodenrohr 6 ist am oberen Ende, wie Fig. 8 zeigt, auf einem Teil seiner Länge zunächst flachgedrückt und dann hakenförmig umgebogen. 5 bis 35, vorzugsweise 23, solcher Anodenrohre 6 sind mit einem lichten Abstand von 5 bis 50 mm, vorzugsweise 15 mm, parallel nebeneinander angeordnet. Einzelne Anodenrohre können dabei zurThe cathode frame as the support for the cathodes is shown in FIGS. 1 to 4 as a rectangular frame composed of the upright flat steel profiles 3, with an outwardly facing flange 4 being provided on the narrow sides, which forms the support surfaces for the cathode frame when installed in the electrolytic cell. Within the cathode frame, grate bars 2 consisting of flat steel profiles are welded in parallel to the narrow sides and at a distance from one another. A power supply bolt 5 made of copper is placed on each of the two flanges 4, pointing vertically upwards, and is hard-soldered. The arrangement, as far as it has been described so far, is provided with a homogeneous lead 14. Then the strip-shaped cathode sheets 1 made of a lead alloy are soldered to the grate bars 2, for technological reasons on the upper edges of the same, as shown in FIG. 4 shows. The intended leaving of gaps between the individual cathode sheets favors the creation of a flow within the electrolyte, which is desirable to compensate for differences in concentration.
The anode system of the electrode system according to the invention is designed differently with regard to the properties of the manganese dioxide to be deposited on it. The anode is composed of anode tubes 6. The F i g. 7 shows a section of such an anode tube 6, which is made from a lead alloy. The anode tube 6, which is open or closed at the lower end, is initially pressed flat over part of its length at the upper end, as shown in FIG. 8, and then bent over in the shape of a hook. 5 to 35, preferably 23, such anode tubes 6 are arranged parallel to one another with a clearance of 5 to 50 mm, preferably 15 mm. Individual anode tubes can be used to

Begünstigung der Elektrolytbewegung weggelassen werden. Die dabei entstehenden,Lücken sollen in den sich ergebenden Rohrwänden gegeneinander versetzt sein. Zur gemeinsamen Halterung einer Anzahl von Anodenrohren 6 dienen Anodenhalter 7. Bei diesen Anodenhaltern 7 handelt es sich um aus einer Bleilegierung im einfachen Herdguß hergestellte Barren, an deren Ende aus dem gleichen Werkstoff ein Stromzuführungsbolzen 8 angegossen ist. Parallel zu jeder der beiden oberen Längskanten ist bereits im Gußstück eine Rille 11 vorgesehen, in die die Anodenrohre 6 mit dem hakenförmig, umgebogenen oberen Ende nebeneinander eingehängt werden, um schließlich mittels eines Lötbrenners 13 ohne weiteren Zusatzwerkstoff mit dem Anodenhalter 7 verlötet zu werden. Entsprechend der Anbringung von zwei Rillenil je Anodenhalter7 entstehen dabei zwei Reihen von Anodenrohren 6, wie.es aus Fig. 6 ersichtlich ist. Diese ganze Anordnung liegt lose auf dem Anodenfragbalken 9,10 auf, der seinerseits mit seinen beiden Enden, ebenso wie der Kathodenrahmen, unter Zwischenschaltung von Leisten aus Holz oder Kunststoff, auf dem Tragrahmen der Elektrolysezelle ruht und immer wieder verwendet werden kann. Mit Rücksicht auf das hohe Gewicht des Anodenhalters mit den beiden Rohrwänden besteht der Anodentragbalken aus einem beispielsweise rechteckigen Stahlprofil 10, das mit Blei oder einer Bleilegierung 9 umgössen ist. Um ein Verbiegen der Anodenrohre 6 zu verhindern, sind mehrere, vorzugsweise drei, übereinanderliegende Reihen von Lochstreifen 12 aus einer Bleilegierung über die Anodenrohre 6 geschoben.Favoring the movement of the electrolyte can be omitted. The resulting gaps should be in the resulting pipe walls be offset from one another. For holding a number together of anode tubes 6 are used anode holders 7. These anode holders 7 are made of one Ingots made of lead alloy in simple hearth casting, at the end of which are made of the same material a power supply bolt 8 is cast. There is already parallel to each of the two upper longitudinal edges A groove 11 is provided in the casting, into which the anode tubes 6 with the hook-shaped, bent over upper end are hung next to each other, to finally by means of a soldering torch 13 without further Filler material to be soldered to the anode holder 7. According to the attachment of two Grooved part per anode holder 7 results in two rows of anode tubes 6, as can be seen from FIG is. This whole arrangement lies loosely on the anode question bar 9.10, which in turn comes with its two ends, as well as the cathode frame, with the interposition of strips Wood or plastic, rests on the support frame of the electrolytic cell and can be used over and over again can. With consideration of the high weight of the anode holder with the two tube walls the anode support beam made of, for example, a rectangular steel profile 10, which is made with lead or a lead alloy 9 is encapsulated. In order to prevent bending of the anode tubes 6, several are preferred three, one on top of the other rows of perforated strips 12 made of a lead alloy over the anode tubes 6 pushed.

Das Elektrodensystem gemäß der Erfindung ist im einzelnen dadurch gekennzeichnet, daß das Kathodensystem aus an Roststäben 2 in gemeinsamen Reihen hängend angelöteten Kathodenblechen 1 besteht und daß das Anodensystem aus in gemeinsamen Reihen hängend 'angeordneten Anodenrohren 6 gebildet ist, welche elektrisch gutleitend miteinander verbunden sind, wobei die Anodenrohre 6 an ihrem oberen Ende flach zusammengedrückt sowie hakenförmig umgebogen und mit ihren Umbiegungen beidseitig in in Anodenhaltern 7 eingearbeiteten Rillen 11 eingreifen sowie die Umbiegungen der Anodenrohre 6 mit den Anodenhaltern 7 verlötet sind.The electrode system according to the invention is characterized in detail in that the cathode system consists of cathode sheets 1 which are soldered to the grate bars 2 and are suspended in common rows and that the anode system is formed from anode tubes 6 which are suspended in common rows is, which are electrically connected to each other with good electrical conductivity, the anode tubes 6 at their upper end compressed flat and bent over like a hook and with their bends on both sides engage in grooves 11 machined into anode holders 7, as do the bends in the anode tubes 6 are soldered to the anode holders 7.

Weiterhin kann das Elektrodensystem noch wahlweise dadurch gekennzeichnet sein, daßFurthermore, the electrode system can optionally be characterized in that

a) die Kathodenbleche 1 aus einer Bleilegierung bestehen; a) the cathode sheets 1 consist of a lead alloy;

b) die Anodenrohre 6 aus einer Bleilegierung bestehen; b) the anode tubes 6 consist of a lead alloy;

c) Kathodenrahmen 2, 3 aus Flachstahl zusammengesetzt und homogen verbleit sind, wobei jeder der beiden an ihren Schmalseiten befindlichen Flansche 4 mit einem nach oben weisenden Stromzuführungsbolzen 5 versehen ist, welcher aus Kupfer besteht, hart aufgelötet und ebenfalls homogen verbleit ist;c) Cathode frames 2, 3 composed of flat steel and leaded homogeneously, each of the two flanges 4 located on their narrow sides with one facing upwards Power supply bolt 5 is provided, which consists of copper, brazed and also is homogeneously leaded;

d) Anodentragbalken 9 aus einem mit Blei oder einer Bleilegierung umgossenen Stahlprofil 10 von rechteckigem Querschnitt bestehen;d) anode support beam 9 made of a steel profile 10 cast around with lead or a lead alloy consist of rectangular cross-section;

e) die aus einer Bleilegierung bestehenden Anodenhalter? auf der Oberseite mit je einem nach oben weisenden, angegeossenen Stromzuführungsbolzen 8 versehen sind;e) the lead alloy anode holder? on the top each with a cast-on power supply bolt pointing upwards 8 are provided;

f) das in den Elektrolyt eintauchende Querschnittsprofil der Anoden nur konvexe Krümmungen aufweist, deren Krümmungsradius zwischen 5 und 75 mm, vorzugsweise 15 mm, beträgt; g) der lichte Abstand zwischen zwei Anodenrohren 6 zwischen 5 und 50 mm, vorzugsweise 15 mm, beträgt;f) the cross-sectional profile of the anodes immersed in the electrolyte has only convex curvatures has, the radius of curvature of which is between 5 and 75 mm, preferably 15 mm; g) the clear distance between two anode tubes 6 between 5 and 50 mm, preferably 15 mm;

h) die Anodenrohre 6 durch 1 bis 5, vorzugsweise 3, übergeschobene Lochstreifen 12 gegeneinander versteift sind.h) the anode tubes 6 through 1 to 5, preferably 3, pushed-over perforated strips 12 are stiffened against each other.

Bei dem erfindungsgemäßen Elektrolysesystem sindIn the electrolysis system according to the invention are

die Kathodenbleche mit Abstand voneinander gut-■ leitend an hochkant stehenden Roststäben befestigt, die parallel zueinander mit Abstand voneinander innerhalb eines rechteckigen, aus hochkant gestellten Stäben bestehenden, an der Oberkante der beiden Schmalseiten mit' nach außen weisenden Flanschen versehenen Kathodenrahmens angeordnet sind.the cathode sheets are fixed at a distance from one another with good ■ conductivity on upright grate bars, which are parallel to each other at a distance from each other within a rectangular, made upright posed Rods existing on the upper edge of the two narrow sides with 'outward-facing flanges provided cathode frame are arranged.

Als Anoden sind gruppenweise und parallel zueinander in den Zwischenräumen zwischen den einzelnen Reihen von Kathodenblechen Rohre an Anodenhaltern aufgehängt und gutleitend damit verbunden, die lose auf den Anodentragbalken aufliegen, welche mit Abstand über und parallel zu den zugehörigen Kathodenblechen angeordnet sind. Hierbei ruhen die obengenannten Flansche des Kathodenrahmens auf den Schmalseiten und die beidseitigen Enden der Anodentragbalken auf den Längsseiten des Tragrahmens der Elektrolysezelle, wobei elektrisch nichtleitende Leisten aus beispielsweise Holz oder Kunststoff zwischengeschaltet sind. Der Kathodenrahmen ist, einschließlich der Roststäbe, aus Flachstahl zusammengesetzt und homogen verbleit. Jeder der beiden an den Schmalseiten derselben befindlichen Flansche ist mit einem nach oben weisenden Stromzuführungsbolzen aus Kupfer versehen, der hart aufgelötet und in die homogene Verbleiung einbezogen ist. Beide Flansche ruhen unter Zwischenschaltung von Leisten aus Holz oder Kunststoff auf dem Tragrahmen der Elektrolysezelle.As anodes, tubes on anode holders are in groups and parallel to one another in the spaces between the individual rows of cathode sheets suspended and connected to it with good conductivity, which rest loosely on the anode support beam, which are arranged at a distance above and parallel to the associated cathode sheets. Here the rest Above-mentioned flanges of the cathode frame on the narrow sides and the ends on both sides of the Anode support beams on the long sides of the support frame of the electrolytic cell, whereby electrically non-conductive Bars made of, for example, wood or plastic are interposed. The cathode frame is composed of flat steel, including the grate bars, and is homogeneously leaded. Either of the two Flanges located on the narrow sides of the same have an upward-facing power supply bolt made of copper, which is hard soldered and incorporated into the homogeneous lead is. Both flanges rest on the support frame with the interposition of strips made of wood or plastic the electrolytic cell.

Die streifenförmigen Kathodenbleche sind an den Roststäben des Kathodenrahmens unter Belassung, von Lücken zwischeneinander angelötet.The strip-shaped cathode sheets are left on the grate bars of the cathode frame, soldered from gaps between each other.

Aus Festigkeitsgründen bestehen die Anodentragbalken aus einem mit Blei oder mit einer Bleilegierung umgossenen Stahlprofil von rechteckigem Querschnitt. For reasons of strength, the anode support beams consist of one with lead or with a lead alloy cast steel profile of rectangular cross-section.

Um die Strömung des Elektrolyten zum Ausgleich von Konzentrationsunterschieden zu begünstigen, sind in der Aneinanderreihung von Anodenrohren ein oder mehrere Anodenrohre in Abständen weggelassen. Die durch diese Maßnahme in den einzelnen Rohrwänden sich ergebenden Lücken sollen auf Luke zueinander stehen.In order to promote the flow of the electrolyte to compensate for differences in concentration, one or more anode tubes are omitted at intervals in the row of anode tubes. The gaps resulting from this measure in the individual pipe walls should open Luke stand to each other.

Der spezifisch schwere Braunstein wird bei der getroffenen Anordnung in dicker Schicht abgeschieden. Es wurde gefunden, daß die Abscheidung des Braunsteins an ebenen und konkaven Flächen zur Bildung von Rissen und Sprüngen in der aufgewachsenen Braunsteinschicht führt, die eine Gefährdung des Elektrodenmaterials durch Korrosion verursachen. Bei Abscheidung an konvexen Flächen mit Krümmungsradien zwischen 5 und 75 mm tritt diese Erscheinung jedoch nicht auf, wobei sich ein Krümmungsradius von 15 mm bewährt hat.The specifically heavy brownstone is hit with the Arrangement deposited in a thick layer. It was found that the deposition of the brownstone on flat and concave surfaces for the formation of cracks and fissures in the grown Brownstone layer leads, which cause a hazard to the electrode material through corrosion. This phenomenon occurs when deposited on convex surfaces with radii of curvature between 5 and 75 mm but not, a radius of curvature of 15 mm has proven itself.

Der lichte Abstand der einzelnen Anodenrohre voneinander ist kleiner als die Dicke der aufwachsen--The clear distance between the individual anode tubes is smaller than the thickness of the grow--

den Schicht, so daß der Braunstein zwischen den Anodenrohren allmählich zusammenwächst und nach und nach eine zusammenhängende Wand bildet.the layer so that the brownstone gradually grows together between the anode tubes and forms a continuous wall.

Wenn die Anodenrohre gegeneinander durch 1 bis 5, vorzugsweise 3, übergeschobene Lochstreifen aus Bleiblech versteift sind, wird verhindert, daß sich die Anodenrohre während der Elektrolyse verbiegen. Ein solches Verbiegen der Anodenrohre führt nämlich im abgeschiedenen Braunstein zur Bildung von Rissen und damit zu einer Korrosion der Anodenrohre. Ebenso kann durch das Verbiegen der Anodenrohre eine unmittelbar Berührung der Anodenrohre mit den Kathodenblechen eintreten, wodurch ein Kurzschluß innerhalb des Elektrodensystems hervorgerufen wird.When the anode tubes are pushed against one another by 1 to 5, preferably 3, perforated strips are stiffened from lead sheet, the anode tubes are prevented from bending during electrolysis. Such a bending of the anode tubes leads to the formation of in the separated manganese dioxide Cracks and thus corrosion of the anode tubes. Likewise, by bending the Anode tubes the anode tubes come into direct contact with the cathode sheets, thereby causing a short circuit within the electrode system.

Da die Anodenrohre bei der Braunsteinelektrolyse nur für eine Elektrolyseperiode evrwendet werden können, ist es von Vorteil, den' Anodentragbalken vom Anodenhalter und den Anodenrohren zu trennen. Der Anodentragbalken, der aus Festigkeitsgründen nicht nur aus einer Bleilegierung bestehen kann, wird in einfacher Weise durch Umgießen eines Stahlprofils mit einer Bleilegierung angefertigt und kann immer wieder verwendet werden.Since the anode tubes are only used for one electrolysis period in manganese dioxide electrolysis it is advantageous to separate the anode support beam from the anode holder and the anode tubes. The anode support beam, which for reasons of strength is not only made of a lead alloy can, is made in a simple manner by casting a steel profile with a lead alloy and can be used over and over again.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Electrode system in an electrolysis cell for manganese dioxide electrolysis, consisting of. one Cathode and an anode system, thereby characterized in that the cathode system consists of grate bars (2) in common rows hanging soldered cathode sheets (1) and that the anode system from in common Rows of hanging anode tubes (6) is formed, which electrically conduct well with one another are connected, the anode tubes

(6) pressed flat at its upper end and bent over in the shape of a hook and with their bends on both sides in anode holders

(7) incorporated grooves (11) engage and the bends of the anode tubes (6) with the Anode holders (7) are soldered.

2. Electrode system according to claim 1, characterized in that the cathode sheets (1) from consist of a lead alloy.

3. Electrode system according to claim 1, characterized in that the anode tubes (6) from consist of a lead alloy.

4. Electrode system according to one of claims 1 to 3, characterized in that Cathode frames (2,3) composed of flat steel and leaded homogeneously, with each of the two flanges (4) located on their narrow sides with one facing upwards Power supply bolt (5) is provided, which consists of copper, brazed and also is homogeneously leaded.

5. Electrode system according to one of claims 1 to 4, characterized in that Anode support beam (9) made of a steel profile cast around with lead or a lead alloy (10) consist of rectangular cross-section.

6. Electrode system according to one of claims 1 to 5, characterized in that the made of a lead alloy anode holder (7) on the top, each with an upward pointing, cast power supply bolts (8) are provided.

7. Electrode system according to one of claims 1 to 6, characterized in that the The cross-sectional profile of the anodes that is immersed in the electrolyte has only convex curvatures, whose radius of curvature is between 5 and 75 mm, preferably 15 mm.

8. Electrode system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the clear distance between two anode tubes (6) between 5 and 50 mm, preferably 15 mm.

9. Electrode system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the Anode tubes (6) by 1 to 5, preferably 3, perforated strips (12) pushed over one another are stiffened.