DE1818035B1 - Anode zur stufenfoermigen Verteilung des elektrischen Stromes in einer Alkalichlorid-Elektrolysezelle - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Anode zur stufenförmigen Verteilung des elektrischen Stromes in einer Alkalichlorid-Elektrolysezelle mit einer Kathode aus fließendem Quecksilber und mindestens einem Anodenteil, das an Leiterstäben, die mit einer Stromzuleitung verbunden sind, höhenverstellbar aufgehängt ist.

Bei bekannten Anoden dieser Art (DE-AS 12 62 248; US-PS 29 58 635; US-PS 30 42 602) sind mehrere Anodenteile mit Abstand über einer Basisplatte angeordnet und an Leiterstäben, die mit einer Stromzuleitung verbunden sind, aufgehängt. Die Leiterstäbe sind an ihren oberen Enden höhenverstellbar an einem elektrisch leitenden Querträger angebracht und an ihren unteren Enden direkt mit den Anodenteilen verbunden. Jeder Leiterstab kann mit einer Schutzhülle umgeben sein, die zwischen zwei mit axialem Abstand auf dem Leiterstab befestigten Flanschteilen eingespannt ist und den Leiterstab mit radialem Abstand umgibt (DE-AS 12 62 248).

Bei der Elektrolyse von Alkalilösungen werden an die Verschleißfestigkeit und die Formstabilität der Anode hohe Anforderungen gestellt. Die mit der Alkalilösung in Berührung kommenden Teile bestehen daher aus hochwertigen Metallen wie Titan, Tantal oder Platin. Selbst bei diesen Metallen können infolge ungleichmäßiger Stromverteilungen Verformungen des Anodenteils auftreten, so daß der Abstand zu der fließenden Quecksilberkathode an verschiedenen Stellen differiert. Hierdurch entstehen örtliche Stromspitzen, die wiederum eine verstärkte Zerstörung der Anode zur Folge haben.

Ferner ist eine Titananode aus einem gitterförmigen Anodenteil bekannt (GB-PS 10 76 973), bei der mehrere beschichtete Titanstäbe parallel zueinander verlaufen und durch mehrere Querrippen miteinander verbunden sind. Damit wird zwar eine gleichmäßige Stromverteilung auf die Anodenstäbe erreicht, jedoch haben diese entweder so große gegenseitige Abstände, daß sie insgesamt keine Flächenelektrode mehr bilden, oder die Abstände sind so gering, daß das Aufsteigen des bei der Elektrolyse entweichenden Gases behindert wird.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Anode der eingangs genannten Art so auszubilden, daß als Anodenteil ein relativ leichtgewichtiges Gitter verwandt werden kann, das als echte Flächenelektrode wirkt, ohne den Gasdurchgang zu beeinträchtigen. Dieses Gitter soll formstabil zu befestigen sein, um über die gesamte Anodenfläche einen gleichmäßigen Abstand zu der Quecksilberkathode zu erhalten und außerdem an allen Stellen eine möglichst gleiche Stromdichte zu erhalten. Zu diesem Zweck muß die Stromverteilung zu dem Anodenteil über gleichmäßige und möglichst geringe Leitungswiderstände erfolgen.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist erfindungsgemäß vorgesehen, daß das an sich bekannte Durchbrechungen aufweisende Anodenteil an mehreren parallelen Sekundärleiterschienen befestigt ist, daß die Sekundärleiterschienen an im wesentlichen querverlaufenden Primärleiterschienen angebracht sind, und daß die Primärleiterschienen Verbindungsstücke aufweisen, an denen die Leiterstäbe lösbar befestigt sind.

Die quer zueinander verlaufenden Sekundärleiterschienen und Primärleiterschienen bilden eine mechanische Halterung, an der das die Anodenfläche bildende Anodenteil angebracht ist. Diese Halterung sorgt dafür, daß das Anodenteil die erforderliche mechanische Formsteifigkeit erhält und bewirkt andererseits die benötigte gleichmäßige Stromverteilung mit geringen Leitungswiderständen. Das Anodenteil selbst kann aus einem relativ leichtgewichtigen Gitter oder dgl. bestehen, das elektrisch die Eigenschaften einer Flächenelektrode hat und dennoch über die gesamte Fläche genügend gasdurchlässig ist.

Der Transport und die Montage werden dadurch erleichtert, daß die Leiterstäbe von der aus dem Anodenteil, den Sekundärleiterschienen und den Primärleiterschienen bestehenden Baugruppe lösbar sind, so daß die genannte Baugruppe als separate flache Einheit transportiert werden kann, an die erst bei der Endmontage die rechtwinklig abstehenden Leiterstäbe angesetzt werden.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert.

F i g. 1 zeigt einen Querschnitt durch eine Quecksilberelektrolysezelle mit der erfindungsgemäßen Anode, F i g. 2 zeigt die Anode in perspektivischer Darstellung, und

Fig.3 zeigt eine Teilansicht eines Anodenteiles in Form eines Maschenbleches mit den zugehörigen Sekundärleiterschienen.

Die Elektrolysezelle 10 enthält eine kontinuierlich strömende Quecksilberkathode 15c (F i g. 2), die über die Zellenbasis 15 fließt und über der mit Abstand die ortsfesten Anoden 36 angeordnet sind. Die Anoden 36 sind in eine Sole, ζ. B. eine Natriumchloridlösung, eingetaucht. Der ungefähre Solespiegel ist durch die Linie E-E angedeutet, er kann jedoch auch auf einer anderen Höhe zwischen den Anodenteilen und der Unterseite der Zellenabdeckung liegen. Den Anoden wird elektrischer Strom zugeführt und ein Rückführleiter 16, der über nicht dargestellte Verbindungen mit der Zellenbasis 15 verbunden ist, bewirkt, daß an dem Spalt zwischen den Anoden und der Kathode eine Spannungsdifferenz entsteht, durch die die Entladung der

Chloridionen an der Anode unter Gasbildung und die Wanderung der Natriumionen zu der strömenden Quecksilberkathode veranlaßt werden. Die Natriumionen bilden an der Quecksilberkathode ein Amalgam, das aus der Zelle zu einer nicht dargestellten Abtragungs- bzw. Zerlegungsvorrichtung herausgefördert wird. Die Chloridionen entladen sich an den Anoden und das erzeugte Chlorgas (Cl₂) steigt in Blasen durch die Maschenöffnungen der Anoden und durch den Elektrolyten zu einer Auslaßöffnung in der Zellendecke. Von dort strömt das Gas zu einem Chlorgasrückgewinnungssystem.
Die Elektrolysezelle 10 ist zwischen zwei I-Trägern

11 (Doppel-T-Trägern) angeordnet und schräggestellt, damit das Quecksilber unter Schwerkrafteinfluß von einem Zellenende zum anderen über die Zellenbasis 15 fließt. Die Elektrolysezelle weist eine Bodenwand 12 sowie hochstehende Seitenwände 13 auf, die aus Beton oder einem anderen festen Material bestehen. Die Seitenwände 13 sind mit einem korrosionsbeständigen Material 14 ausgekleidet bzw. überzogen, z. B. mit Naturstein oder einer Beschichtung aus Kautschuk, Harz oder dgl. Die elektrisch leitende Zellenbasis 15, die

z. B. aus Stahl besteht, begrenzt die innere Bodenfläche der Zelle. Der Rückführleiter 16, der an der Bodenwand

12 befestigt ist, ist an (nicht dargestellte) Verbinder angeschlossen, die nach oben führen und an die Zellenbasis 15 angeschlossen sind. Die Rückführleiter 16 sind an eine Sammelschiene angeschlossen und bilden die negativen Anschlüsse der Schaltung.

Die Elektrolysezelle wird von mehreren im Abstand voneinander angeordneten, querverlaufenden Stützen 17 überspannt, die oberhalb der I-Träger angeordnet und an höhenverstellbaren Säulen 17a befestigt sind. Die Säulen 17a stehen auf den I-Trägern 11, an denen sie lösbar befestigt sind. Durch Höhenverstellung der Säulen 17a kann der Abstand der Anoden 36 von der Kathode 15c eingestellt werden.· Die Säulen 17a tragen zwei in Längsrichtung verlaufende I-Träger 18, auf welchen eine darüberliegende langgestreckte Platte 19 befestigt ist. Längs der Platte 19 sind mit gegenseitigen Abständen Haken bzw. ösenteile 20 angebracht, die dazu dienen, die Dachkonstruktion der Zelle mit einem Hebezeug abzuheben, wenn im Zelleninneren Reparaturen erforderlich sind.

Zwischen den I-Trägern 11 verlaufen mehrere Anodentragbalken 21, die durch Schweißen an der Unterseite der I-Träger 18 befestigt sind. Sie dienen zum Tragen bzw. Halten des Anodenaufbaus in der Elektrolysezelle. An den Anodentragbalken sind mit gegenseitigen Abständen nach unten abstehende Leiterstäbe 22 aus Kupfer oder einem anderen gut leitenden Material lösbar befestigt, z. B. mit Muttern, die beidseitig der Anodentragbalken 21 auf die Leiterstäbe 22 aufgeschraubt sind. Den Sammelschienen 25 wird der Strom über Anschlußstücke 23 und 24 zugeführt, die mit dem Pluspol einer nicht dargestellten elektrischen Stromquelle verbunden sind. Die Sammelschienen 25 verlaufen quer durch die Elektrolysezelle hindurch und sind mit den Zuleitungen 22 verbunden. Die Elektrolysezelle ist mit einer flexiblen Abdeckung 26 abgeschlossen, die an ihren Längsrändern an den I-Trägern 11 befestigt ist. Die Abdeckung weist öffnungen auf, durch die die Leiterstäbe 22 hindurchführen.

Die Anode 36 weist mehrere Anodenteile 38 aus einem Netz aus Titan oder Tantal mit einer Stärke von etwa 0,5 bis 1,6 mm auf. Das Netz ist mit einer elektrokatalytischen Halbleiterbeschichtung aus keramischem Material versehen.

Die Anodenteile 38 sind durch Schweiß-, Niet- oder andere Verbindungen 39 mit mehreren Sekundärleiterschienen 36a verbunden. Diese sind wiederum an Primärleiterschienen 30 befestigt, die ihrerseits an den Leiterstäben 22 aufgehängt sind. Die Verbindung der Primärleiterschienen 30 mit den Leiterstäben 22 erfolgt durch Verbindungsstücke 29 in Form von Buchsen, die an die Primärleiterschienen 30 angeschweißt oder in Bohrungen der Primärleiterschienen eingeschraubt sind. Die Verbindungsstücke 29 haben Innengewinde, in das ein entsprechendes Gegengewinde am unteren Ende der Leiterstäbe 22 eingeschraubt ist.

In der Zeichnung sind acht Sekundärleiterschienen 36a und zwei Primärleiterschienen 30 dargestellt. Die Anzahl dieser Schienen kann jedoch verändert werden. Die Leiterschienen halten die Anodenfläche während des Einbrennens der Beschichtung steif, so daß selbst bei dünnen Anodenflächen und hohen Einbrenntemperaturen keine Verformungen erfolgen. Die Primärleiterschienen 30 können an der Oberseite der Sekundärleiterschienen 36a anliegen und festgeschweißt sein, oder sie können in Nuten der Sekundärleiterschienen 36a eingesetzt und verschweißt sein. Die Sekundär- und Primärleiterschienen sind vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet. Zur Erzielung einer günstigen Stromverteilung ist eine Abweichung von einer 90° -Verbindung zulässig.

Die Leiterstäbe 22 sind von Titanbuchsen 28 umgeben, die abdichtend auf den Verbindungsstücken 29 aufliegen und die Leiterstäbe vor den Gasen und Flüssigkeiten in der Zelle schützen. Jede der Primärleiterschienen 30 ist mit zwei Leiterstäben 22 verbunden.

Die aus Netzblech aus Titan oder einem anderen Röhrenmetall bestehenden Anodenteile 38 sind an der Unterseite der Sekundärleiterschienen 36a befestigt und ermöglichen das Durchlassen von Chlorblasen. Die Chloridionen, die zu den Anoden wandern, werden während der Elektrolyse unter Einwirkung eines Katalysators zu Cl₂ umgewandelt und abgeführt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Anode zur stufenförmigen Verteilung des elektrischen Stromes in einer Alkalichlorid-Elektrolysezelle mit einer Kathode aus fließendem Quecksilber und einem Durchbrechungen aufweisenden Anodenteil, das über Leiterschienen an Leiterstäben, die mit einer Stromzuleitung verbunden sind, höhenverstellbar aufgehängt ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Anodenteil (38) an mehreren parallelen Sekundärleiterschienen (36a) befestigt ist, daß die Sekundärleiterschienen an im wesentlichen querverlaufenden Primärleiterschienen (30) angebracht sind, und daß die Primärleiterschienen Verbindungsstücke (29) aufweisen, an denen die Leiterstäbe (22) lösbar befestigt sind.

2. Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindungsstücke (29) als Buchsen ausgebildet sind, die jeweils eine Gewindebohrung aufweisen, in die ein mit einem entsprechenden Gegengewinde versehenes Ende des betreffenden Leiterstabes (22) eingeschraubt ist.

3. Anode nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anodenteil (38) aus einem eine Beschichtung tragenden Netz besteht.