DE1903806A1

DE1903806A1 - Metallanode fuer elektrochemische Prozesse

Info

Publication number: DE1903806A1
Application number: DE19691903806
Authority: DE
Inventors: Dipl-Chem Konrad Koziol; Dr Rer Nat Dipl-Chem Zoellner
Original assignee: Facconradty
Current assignee: Facconradty
Priority date: 1969-01-25
Filing date: 1969-01-25
Publication date: 1970-08-27

Description

Metallanode für elektrochemische Prozesse ========================================= Gegenstand der Erfindung ist eine Metallanode für elektrochemische Prozesse, insbesondere für die Chloralkalielektrolyse.
Technische Anodenmaterialien müssen eine Reihe von Forderungen erfüllen. Der Anodenwerkstoff muß aus Gründen der Haltbarkeit nicht nur ausreichend korrosionsbeständig sein, sondern der Anodenprozeß muß auch mit genügender Geschwindigkeit ablaufen können. Die Blektronenleitfähigkeit des Anodenkerns und der Oberflächenschicht muß aus energetischen Grunde hoch und die Prozeßüberspannung tief sein. Eventuelle Korrosionsprodukte der Anode dürften den normalen Ablauf des Elektrolyseprozesses nicht stören.
Darüber hinaus sollte der Anodenwerkstoff selbstverständlich preisgünstig sein.
Die bisher bekannten Anodenmaterialien erfüllen diese hohen Anforderungen nur teilweise.
Platin, Platinmetall oder deren Legierungen sind seit langem als beständige Elektrodenmaterialien bekannt. Mit Anoden aus Platin und Platin/Iridium wurden beispielsweise die ersten horizontalen Quecksilberzellen zur elektrolytischen Gewinnung von Chlor und Natronlauge ausgestattet. Die sehr hohen Kapitalkosten für die Platindrahtanodenbestückung und nicht zuletzt auch die beachtlichen Korrosionsraten des wertvollen Edelmetalls - der spezifische Platinverlust bewegte sioh bei den damals noch sehr niedrigen Anodenstromdichten bereits zwischen 0,3 und 0,6 g Platin je Tonne erzeugten Chlors - machten sehr bald den uebergang auf die wirtschaftlicheren Graphitanoden notwendig.
Der Gedanke, ein unedles Grundmetall wie Kupfer, Eisen usw. mit Platin zu überziehen, um so ein preiswertes Anodenmaterial zu erhalten, ist auch schon sehr alt. Auf dem Gebiet der Chioralkalielektrolyse erlagen diese platinierten Metallanoden jedoch sehr bald den korrosiven Einflüssen der Zellenmedien.
Seit ca. i2 Jahren sind schließlich Anoden bekannt, deren Grundkörper aus einem passivierbaren unedlen Metall, z. B. Titan, Tantal, Zirkon, Niob, und deren aktive Deckschicht aus einem Platinmetall oder einer Platinmetallegierung besteht. Bekannt ist inzwischen auch, daß diese Metallanoden ebenso wie ihre plattierten Vorgänger für den Einsatz in der Chlor-Alkali-Industrie ungeeignet sind. Ihre kostspielige Edelmetailplattierung ist nämlich den vielfältigen intensiven Belastungen mechanischer, elektrischer, chemischer und elektrochemischer Art, die in den modernen Großzellen vorherrschen, auf die Dauer nicht gewachsen.
Die Wirksamkeit der aus preislichen Gründen dünn gehaltenen Platinmetallschicht läßt sehr bald nach, was einerseits zu laufenden Spannungserhöhungen führt und andererseits häufige Anodenwechsel notwendig macht. Im Falle der inzwischen weit verbreiteten horizontalen Quecksilberzelle, in der die Kurzschlußgefahr bekanntlich besonders groß ist und bei der jede Berührung mit dem Quecksilber das Platinmetall des Überzuges infolge seiner leichten Amalgamierbarkeit sofort entfernt und damit die Anode an dieser Stelle inaktiv macht, muß zwangsläuSig mit einem plötzlichen Ausfall der gesamten Metallanodenbestückung gerechnet werden.
Gegenstand der Erfindung ist eine Metallanode mit aktiver Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht vornehmlich oder ausschließlich aus Boriden der flbergangsmetalle der 4. bis 6. Gruppe des Perioden-Systems besteht.
Diese die neue Deckschicht tragende Metallanode erfüllt weitgehend die eingangs erwähnten Anforderungen.
Zu ihren besonderen Vorteilen zählen: Lange Lebensdauer, völlige Unempfindlichkeit gegen Quecksilber und Metall-Amalgame, weitgehende Kurzschlußfestigkeit, hohe Betriebssicherheit, da die Deckschicht keine schädlichen Sreudionen liefert, geringe Abscheidungsüberspannung für Chlor und hohe Wirtschaftlichkeit, nachdem die Preise der Metallboride weit unter denen der ständig teuerer werdenden Platinmetalle llSgen.
Als Grundkörper für die erfindungsgemäße Metallanode kommen in erster Linie passivierbare Metalle, wie Z. B. Titan, Tantal, Zirkon Niob, oder deren passivierbare Legierungen in Frage. Je nach Verwendungszweck kann der Anodenkern selbstverständlich auch aus einem Metall der Platingruppe oder einer Platinmetalllegierung bestehen. Plattierte Metalle, wie z. B.7Titan, Tantal, Zirkon, Niob oder deren passivierebaren Legierungen plattiertes Kupfer oder Eupfer/Platinmetall, Titan/Platinmetall, Tantal/Platinmetall usw. kommen als Anodenkern selbstverständlich ebenfalls in Betracht.
Je nach Grundkörper und Verwendungszweck kann die Deckschicht neben den Metallboriden Binder, Haftungsvermittler und Stabilisatoren, z. B. Edelmetalle und/oder passivierbare unedle Metalle, Metallcarbide und/oder Metallnitride und/oder Metalloxyde enthalten.
Als Binder und Stabilisatoren kommen außerdem weitere die Sinterung und Haftung fördernde anorganische und/oder organische Zusätze, wie z. B. niedrig schmelzende Gläser, Metallhydride, chemisch beständige Kunstharze und Kunststoffe in Frage.
Der günstige Preis und die besonders vorteilhaften physikalischen, chemischen und elektrischen Eigenschaften der Boride der Übergangsmetalle ermöglichen auch deren Einbau in den Anodenkern.
Letzter kann daher auch aus einer gepreßten und/oder gesinterten Mischung aus passivierbarem Metall und Metallborid mit und ohne obengenannte Zusätze bestehen.

Claims

Ansprüche:

1. Metallanode mit aktiver Deckschicht, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht vornehmlich oder ausschließlich aus Boriden der Übergangsmetalle der 4. bis 6. Gruppe des Perioden-Systems besteht.

2. Metallanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Deckschicht neben den Metallboriden Binder, Haftungsvermittler und Stabilisatoren, z. B. Edelmetalle und/oder passivierbare unedle Metalle, Metallcarbide und/oder Metallnitride und/oder Metalloxyde enthält.

3. Metallanode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkern aus einem passivierbaren Metall, z. B.

Titan, Tantal usw., besteht.

4. Metallanode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkern aus einer gepreßten und/oder gesinterten Mischung aus passivierbarem Metall und Metallborid mit und ohne Zusätze besteht.

5. Metallanode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkern aus einem Platinmetall oder einer Platin-Metallegierung besteht.

6. Metallanode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenkern aus einem plattierten Metall, z. B. Kupfer/ Titan, Kupfer/Tantal, Kupfer/Platinmetall, Titan/Platinmetall, Tantal/Platinmetall usw., besteht.