DE1965412C3

DE1965412C3 - Electrolytic cell arrangement

Info

Publication number: DE1965412C3
Application number: DE1965412A
Authority: DE
Inventors: Paul Flers-Lez-Lille Collon; Maurice Saint-Germain Leroy; Jean-Marie Martigues Pigeaud
Original assignee: Produits Chimiques Pechiney Saint Gobain
Current assignee: Produits Chimiques Pechiney Saint Gobain
Priority date: 1968-12-31
Filing date: 1969-12-30
Publication date: 1975-03-27
Also published as: FR1600249A; DE1965412B2; DE1965412A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Eleki.rolysezellenanordruing mit Metallkathoden, Diaphragmen und senkrechten McUillanoden. die je /wei parallele Seitenwiindc aufweisen, von denen mindestens eine gitterartig «lurchbrochen ist.The invention relates to an Eleki.rolysezelleanordruing with metal cathodes, diaphragms and vertical McUillanodes. each parallel side wind have, of which at least one is perforated like a grid.

Eine solche Elektrolysc/ellcnanordnung ist aus der CH-PS 98 305 bekannt. Die Elektroden sind dort an einem Deckel aufgehängt und münden oben in je ein Leitungsrohr, das in einen Sammler für die ;in den Anoden bzw. Kathoden frei werdender Gase endet. Die l'lektrolysezellenanordnung wird zur Wassereleklroly- *e verwendet. Für die Elektrolyse von .Ukalimetallhalogcnidcn ist es erforderlich, die mit den Lösungen in Beführung stehenden Oberflächen aus Metallen mit den !modischen Eigenschaften des Titans oder aus Legierungen solcher Metalle herzustellen, wie aus der CB-PS 8% 912 bekannt. Bei Verwendung solcher Ant>den in Elektrolyse/eilen für die Elektrolyse wäßriger Lösungen von Älkalimetallhalogeniden stellt sich das Problem, wie die Elektrolysezellcnanordnung ausgebildet sein muß. damit sie möglichst leistungsfähig ist. Bei «len bekannten Anordnungen ist entweder die Stromzuführung z.u den Elektroden derart, daß die Leistungslähigkeit der Anordnung begrenzt ist, oder die Geometrie der Elektrolysezelle zusammen mit der Elektroden-Unordnung ist derart, daß durch den verwickelten Kreislauf des Elektrolyten und das Freiwerden von Casblasen im Bereich der Anoden der spezifische Widerstand des Elektrolyten stark erhöht wird und tiohe Spannungen erforderlich macht.Such an electrolysis unit is known from CH-PS 98 305. The electrodes are on there suspended from a cover and open at the top into a pipe that leads into a collector for the; in the anodes or cathodes of released gases ends. The electrolysis cell arrangement becomes the water electrolysis * e used. For the electrolysis of alkali metal halides it is necessary to be familiar with the solutions standing surfaces made of metals with the fashionable properties of titanium or of alloys to produce such metals, as known from the CB-PS 8% 912. When using such responses in electrolysis / rushes for the electrolysis of aqueous solutions of alkali metal halides this arises Problem of how the electrolytic cell assembly is formed have to be. so that it is as efficient as possible. In the case of known arrangements, either the power supply is z.u the electrodes in such a way that the performance of the arrangement is limited, or the geometry the electrolytic cell along with the electrode disorder is such that through the entangled Circulation of the electrolyte and the release of Casbubbles in the area of the anodes of the specific The resistance of the electrolyte is greatly increased and requires tiohe voltages.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst leistungsfähige Elektrolysezcllenanordnung für jiie Elektrolyse wäßriger Lösungen von Alkalimetalllogeniden zu schaffen, bei der mit hohen Stromstärken gearbeitet werden kann und eine nur geringfügige Erhöhung der Spannung eine starke Erhöhung der Stromstärke im Vergleich zu bekannten Anordnungen mit Metallanoden nach sich zieht.The invention is based on the object of providing an electrolysis cell arrangement that is as powerful as possible for jiie electrolysis of aqueous solutions of alkali metal logins to create that can work with high currents and only a slight increase the voltage a strong increase in the amperage compared to known arrangements with Metal anodes.

Diese Aufgabe wird bei einer Elektrolysezellenanordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Seitenwände der Anoden — wi« an sich bekannt — von Streckmetallplatten gebildet sind, aus Titan oder einem anderen Metall oder einer Metallegierung mit den anodischen Eigenschaften des Titans bestehen, oben durch Abstandhalter miteinander verbunden und paarweise mit jeweils einer Bodcnplnttc verschweißt »ind. die ihrerseits «m Boden der Flektrolyse/elle befestigt und Bestandteil der Verbindung dei-Anode mit der Stromzuführung ist.This task is performed with an electrolytic cell arrangement of the type described at the outset, according to the invention, in that the side walls of the anodes - as is known per se - formed by expanded metal plates are made of titanium or another metal or metal alloy with the anodic properties of titanium, connected to one another at the top by spacers and in pairs, each with a base plate welded »ind. which in turn «m the bottom of the Flektrolse / elle attached and part of the connection dei-anode is connected to the power supply.

In der erfindungsgeniäßcn üektrolysezellenanord-„ung erfolgt die Stromzufuhr zu den Anoden über die Bodenplatte, an der die Anode bildenden Streckmetall-Dlatten restgeschweißt sind und die gleichzeitig zur Hilterung der Anode am Boden der Elektrolyse/eile dient· die Sromzuführung kann somit sehr niederohmig ausgebildet werden. Der Aufbau der Anode aus zwei durchbrochenen Seitenwänden, die oben nur durch Abstandhalter miteinander verbunden sind, ermöglicht anodische Produkte aus der Entstehungszune zu eliminieren, indem sie in der von jeder Anode gebildeten Kammer gesammelt werden und mit dorthin eingeleiteten Stoffen reagieren. Geschieht dies nicht, so können die an den großflächigen Anoden entstehenden Gase schnell strömen, so daß der Elektrolyt auch bei hohen Stromstärken niederohmig bleibtIn the electrolysis cell arrangement according to the invention The power is supplied to the anodes via the base plate on the expanded metal laths that form the anode are residual welded and at the same time to support the anode at the bottom of the electrolysis / rush serves · the power supply can thus be very low-resistance be formed. The construction of the anode from two openwork side walls, the above only are interconnected by spacers, allows Eliminate anodic products from the genesis by adding them to the formed by each anode Chamber are collected and initiated with there Substances react. If this does not happen, the large-area anodes can develop Gases flow quickly so that the electrolyte remains low-resistance even at high currents

Die Erfindung wird im folgenden an Hand sehematischcr Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In denThe invention is illustrated below with reference to the schematic diagram Drawings of exemplary embodiments explained in more detail. In the

F i «. ! bis J sind drei verschiedene Ausführungsformen jeweils in einem zur Ebene der Anoden senkrechten Schnitt dargestellt.F i «. ! through J are three different embodiments each shown in a section perpendicular to the plane of the anodes.

Die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform weist als Seitenwändc 1 Strcckmetallplatten au* Titan auf. die mit einer dünnen Schicht aus Platin bedeckt und an ili rein oberen Ende mit einem als Titansiüek ausgebildeten Abstandhalter 2 verbunden sind. An ihrem unteren Ende sind die Seitenwände 1 mit einer Bodenplatte 3. ebenfalls in Form eines entsprechenden Titanstückes verschweißt. Die Bodenplatte 3 weist Löcher 4 auf. durch die sich Schäfte von Gewindebolzen 5 aus Titan erstrecken: diese Gewindebolzen sind mit dem eben falls aus Titan bestehenden Boden 6 der Zelle verschweißt. Die aus den Teilen I. 2 und 3 bestehenden Anoden sind durch Muttern 7 mit dem Boden 6 verspannt. Der Stromanschluß un die Zelle ist dadurch hergestellt, daß nicht dargestellte Kupferschienen mit Titanstreifen 8 verschraubt oder verbolzt sind, die mit der Unterseite der Bodenplatte 6 verschweißt sind.The in F i g. The embodiment shown in FIG. 1 has, as side walls 1, expanded metal plates made of titanium. the covered with a thin layer of platinum and attached to ili purely upper end with one designed as a titansiüek Spacers 2 are connected. At their lower end are the side walls 1 with a base plate 3. also welded in the form of a corresponding piece of titanium. The base plate 3 has holes 4. through which the shafts of threaded bolts 5 made of titanium extend: these threaded bolts are level with the if the bottom 6 of the cell made of titanium is welded. Those consisting of parts I. 2 and 3 Anodes are clamped to the base 6 by nuts 7. The power connection to the cell is thereby made that copper bars, not shown, are screwed or bolted with titanium strips 8, which with the underside of the base plate 6 are welded.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 ist die aus Titan bestehende Bodenplatte 3. die die Seitenwände I miteinander verbindet, unmittelbar mit dem ebenfalls aus Titan bestehenden Boden 6 verschweißt. Diese Anordnung vermeidet weitgehend die Nachteile, die bei einer mit einer Vielzahl von Bolzen hergestellten Klemmverbindung entstehen können; in diesem Fall erhalten die Sireckmctallteile ihre Plalinschichl zweckmäßigerweise nach dem Zusammenbau der gesamten Anodenanordnung, wozu beispielsweise Behälter von entsprechender Form, in denen die Platinierlösungen enthalten sind, oder ein metallisierender Anstrich verwendet wird.In the embodiment according to FIG. 2 is the base plate 3, which is made of titanium connects with each other, welded directly to the base 6, which is also made of titanium. This arrangement largely avoids the disadvantages associated with one made with a plurality of bolts Clamping connection can arise; In this case, the Sireck metal parts get their Plalinschichl expediently after the assembly of the entire anode assembly, including, for example, containers from corresponding form in which the platinum plating solutions or a metallizing paint is used.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 sind Bolzen 5 aus Titan, die an ihrem Ende ein Gewinde aufweisen, mit der Bodenpluttc 3 aus Titan verschweißt, die ihrerseits die unteren Enden der SeitenwlSnde 1 miteinander verbindet; diese Seitenwände bestehen auch hier aus Titan, sind mit einer dünnen Platinschicht bedeckt und sind an ihren oberen Enden mit einem Abstandhalter 2 aus Titan versehweißt. Die Gewindebolzen 5 erstrecken sich durch die hier aus Stahl mit Hartgummibeschichtung bestehende Grundplatte 6 und sind durch Dichtungen 9 abgedichtet, die durch Festziehen von Muttern 10 zwischen dem Kopf jedes Gewindebolzens 5 und dem Boden 6 eingespannt sind. Weitere MutternIn the embodiment according to FIG. 3 are bolts 5 made of titanium, which have a thread at their end, welded to the Titanium Bodenpluttc 3, the in turn, the lower ends of the side walls 1 together connects; these side walls are also made of titanium here and are covered with a thin layer of platinum and are welded at their upper ends with a spacer 2 made of titanium. The threaded bolts 5 extend through the base plate 6, which is made of steel with a hard rubber coating, and are through Seals 9 sealed by tightening nuts 10 between the head of each threaded bolt 5 and the floor 6 are clamped. More nuts

I 965412I 965412

It dienen zum Festklemmen von Stramanschiüssen 12. tue nil!» gut leitendem Metall bestehen, Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die verwendete Menge Titan auf ein Minimum beschränkt ist und die Anoden gleichzeitig leicht auszubauen sind.They are used to clamp the connector 12. do nil! " good conductive metal, this arrangement has the advantage that the amount of titanium used is limited to a minimum and the anodes are kept at the same time are easy to expand.

Bei einer vierten nicht dargestellten Ausführungsform sind die oben miteinander verbundenen Strecknietallteile bzw. Seitenwände aus Titan in derselben Ebene in ihrem unteren Teil durch senkrechte Planen aus Titan verlängert, die sich durch Schlitze in dem aus Titan bestehenden Boden der Elektrolysezelle hindurcherstrecken und mit dieser verschweißt sind, so daß sich eine mechanisch starre und dichte Konstruktion ergibt. Die Stromanschlüsse sind dadurch hergestellt, daß Kupferschienen mit den durch den Boden der Zelle hindurchragenden Enden der senkrechten Titanplatten verschraubt sind. Bei dieser Ausführungsform erhalten Streckmetallteile ihre Platinschicht zweckmäßigerweise so. wie es für die Ausführungsform gemäß Γ i g. 2 beschrieben worden ist.In a fourth embodiment, not shown, the above interconnected stretch rivet parts or side walls made of titanium in the same plane in their lower part by vertical tarpaulins made of titanium, extending through slots in the Titanium extend through the existing bottom of the electrolytic cell and are welded to this, so that a mechanically rigid and tight construction results. The power connections are made that copper bars with the ends of the vertical titanium plates protruding through the bottom of the cell are screwed. In this embodiment, expanded metal parts are expediently given their platinum layer so. as it is for the embodiment according to Γ i g. 2 has been described.

Bei allen beschriebenen Ausführungsformen der Anodenanordnung wird der Aufbau der Zelle durch Kathoden vervollständigt; diese Kathoden sino hohl und bestehen aus einem Gitter oder Geflecht aus Eisen, d;.\s mit einem Diaphragma aus Asbest bedeckt und sorgfällig isoliert ist. Ferner weist die Zelle einen Deckel aus Beton oder aus Polyester sowie die verschiedenen erforderlichen Leitungen auf. Diese Teile von Zellen mit Diaphragma sind bekannt und bilden keinen Gegenstand der Erfindung.In all of the described embodiments of the anode arrangement the structure of the cell is completed by cathodes; these cathodes are hollow and consist of a grid or mesh made of iron, d;. \ s covered with a diaphragm made of asbestos and carefully is isolated. Furthermore, the cell has a cover made of concrete or polyester and the various required Lines on. These parts of cells with a diaphragm are known and do not constitute an object the invention.

Die Anoden lassen sich zwar außer aus Streckmet«·!! aus gelochten Blechen oder aus Gitterwerk oder Geflecht herstellen, doch hat Streckmetall den Vorteil, daß man sich die natürliche Rautenform der Maschen zunutze machen kann, bei der die Metallzungen, von denen die Maschen gebildet sind, auf ihre Länge eine merkliche Neigung gegenüber der Ebene des Blechs aufweisen. Diese Form erleichtert, wenn man die Streckmetailbleche entsprechend anordnet, das Aufsteigen der Halogenblasen im Inneren der Kammer, die von den beiden Streckmetallboden begienzt ist: infolgedessen verstärkt sich der Umlauf des Elektrolyten. Der Umlauf kann darüber hinaus beschleunigt werden, wenn man den Elektrolyten im Inneren des Zwischenraumes zvfischen den beiden Streckmetallboden durch nicht dargestellte Leitungen hindurchpumpt, die an das Innere der Anoden angeschlossen sind.The anodes can be made from expanded metal «· !! made of perforated sheet metal or of latticework or mesh produce, but expanded metal has the advantage that you use the natural diamond shape of the mesh can make, in which the metal tongues from which the meshes are formed, a have a noticeable inclination with respect to the plane of the sheet metal. This shape makes it easier if you have the Expanded metal sheets accordingly arranges the ascending of the halogen bubbles inside the chamber, which is surrounded by the two expanded metal floors: as a result the circulation of the electrolyte increases. The circulation can also be accelerated, if you fish the electrolyte inside the space between the two expanded metal bases pumped through lines, not shown, which are connected to the interior of the anodes.

Eine Zelle mit Asbestfilter und mit dem Aufbau gemäß F i g. I mit 10 m² scheinbarer Anodenfläche ermöglicht beispielsweise den Durchgang von HOOOA bei einer Spannung, die im wesentlichen bei 3,4 V gehalten wird; die 1 emperatur der Lösung in der Zelle betragt ungefähr 90" C und die Laugenkonzent. ation beträgt etwa 150 g/l NaOH.A cell with an asbestos filter and with the structure according to FIG. For example, I with 10 m ^{2 of} apparent anode area allows HOOOA to pass through at a voltage maintained substantially at 3.4 V; the temperature of the solution in the cell is about 90 ° C and the alkali concentration is about 150 g / l NaOH.

Außer der Verwendung der verschiedenen für die Herstellung von Elektroden der beschriebenen Art in bekannter Weise geeigneten Metalle und Leiter ist es auch möglich, Metalle mit den anodischen Eigenschaften des Titans nur als Schutz für gebräuchlichere und besser leitende Metalle, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium zu verwenden. Es ist auch möglich, mit leitenden und von alkalischen Lösungen nicht angreifbaren Werkstoffen nur bestimmte Teile der Maschen derIn addition to the use of the various electrodes for the production of electrodes of the type described in known way of suitable metals and conductors, it is also possible to use metals with the anodic properties of titanium only as protection for more common and better conductive metals, such as copper or Use aluminum. It is also possible to use conductive and non-vulnerable alkaline solutions Materials only certain parts of the mesh

is gelochten Bleche oder Gitter zu bedecken, damit die Ablösung der Gase in der für ihre Wegförderung günstigsten Richtung möglichst weitgehend gefördert wird. Auch können andere Arten von Elektrolysezellen als die an Hand der Zeichnungen beschriebenen in der erfindungspemäßen Weise gestaltet werden; dies ist beispielsweise der Fall, bei Mehrfac¹-.teilen, deren Aufbau insgesamt demjenigen einer Filterpresse ähnelt, und die ebenfalls hohle, die Wegförderung der Gase erleichternden Anoden aufweisen kann, gleichgültig, obPerforated sheets or grids must be covered so that the detachment of the gases is promoted as much as possible in the direction that is most favorable for their removal. Other types of electrolytic cells than those described with reference to the drawings can also be designed in the manner according to the invention; this is the case, for example, with Mehrfac ¹ parts, the structure of which is overall similar to that of a filter press, and which can also have hollow anodes that facilitate the removal of the gases, regardless of whether

as die verschiedenen Einzelzellen in Serie oder parallel geschaltet sind. Bei verschiedenen dieser Anordnungen ist es erforderlich, daß eine der Flächen der Anoden dieser Mehrfachzellen von einem nicht gelochten Blech gebildet ist. das Kurzschlüsse infolge c'es Umlauts des Elektrolyten verhindert.as the various individual cells in series or in parallel are switched. Several of these arrangements require that one of the surfaces of the anodes this multiple cells is formed by a non-perforated sheet metal. the short circuit due to umlauts des Electrolytes prevented.

Schließlich ist es möglich. Elektrolysezellen, deren beispielsweise aus Eisen bestehende Kathoden voll sind zu verwenden, so daß nur die Anoden hohl sind: bei dieser Ausführungsform muß das Diaphragma auf den Anoden und nicht auf den Kathoden ruhen, damit der Wasserstoff an den Oberflächen der Kathoden ungehindert entweichen kann.After all, it is possible. Electrolytic cells, their For example, cathodes made of iron are to be used in full, so that only the anodes are hollow: at In this embodiment, the diaphragm must rest on the anodes and not on the cathodes, so that the Hydrogen can escape unhindered on the surfaces of the cathodes.

Erfindungsgemäße Zellen ermöglichen es infolge der hohlen Form der Anoden, anodische Produkte, insbe-'ondere Chlor, aus der Elektrolysezone dadurch zu eliminieren, daß sie in der inneren Kammer der Anoden gesammelt werden, wo sie mit verschiedenen Stoffen reagieren können, die zu diesem Zweck dort eingeführt werden. Das Volumen dieser Anoaenkammer läßt sich leicht an die Mengen der dort beizugebenden Stoffe anpassen, sowie auch an die verschiedenen Mengen suspendierter Uörnchcnförmiger Feststoffe, die dort, insbesondere als Katalysatoren, beigegeben werden, um bestimmte Reaktionen zu erleichtern.Due to the hollow shape of the anodes, cells according to the invention make it possible, in particular, to produce anodic products To eliminate chlorine from the electrolysis zone by keeping it in the inner chamber of the anodes are collected where they can react with various substances that are introduced there for this purpose will. The volume of this anoa chamber can easily be adapted to the quantities of substances to be added there adapt, as well as to the different amounts of suspended Uörnchcnformiger solids that there, in particular as catalysts, to facilitate certain reactions.

Hierzu 2 Blatt ZeichnungenFor this purpose 2 sheets of drawings

Claims

i 965412i 965412

Claim;

Electrolytic cell arrangement with metal cathodes. Diaphragms and vertical metal anodes, each of which has parallel side walls, of which at least one is perforated like a grid, thereby characterized in that the side walls (!) of the anodes - as is known per se - from Expanded metal plates are formed from titanium or another metal or metal alloy with the anodic properties of titanium, connected to one another at the top by spacers (2) and are welded in pairs to a base plate (3) each, which in turn is attached to the base (6) the electrolysis / rush attached and part of the connection between the anode and the power supply line (8) is.