DE2019806A1

DE2019806A1 - Elektroden fuer elektrochemische Verfahren

Info

Publication number: DE2019806A1
Application number: DE19702019806
Authority: DE
Inventors: Warne Michael Anthony; Guthrie John Kirk
Original assignee: Marston Excelsior Ltd
Current assignee: Marston Excelsior Ltd
Priority date: 1969-04-28
Filing date: 1970-04-23
Publication date: 1970-11-26
Also published as: DE2019806B2; FR2040315A1; GB1267993A; DE2019806C3; CH513672A

Description

PATENTANWÄLTE

Dr. D. Thomsen Dipi.-mg. H. Tiedtke G. Bühling

W. Weinkauff

MÜNCHEN

TAL 33

TEL, 0811/226094 29 CO 31

GABLES: THOPATtNT TELEX: FOLGT

FRANKFURT (MAIN) Si FUCHSHOHL 71

TEL. 0611/514666

Antwort erbeten nach: Please reply to:

8000 München 2 ²3· Apri: case M.21859 / T 3587

1970

Marston Excelsior Limited Wolverhampton, Großbritannien

Elektroden für elektrochemische Verfahren

Die Erfindung bezieht sich auf Elektroden zur Verwendung bei elektrochemischen Verfahren. Ein typisches, jedoch nicht ausschließliches Beispiel für ein solches Verfahren ist die Chlor-Alkalyelektrolyse von Lauge in Chlorgas und Natriumhydroxyd in einer -Quecksi'lberzelle» Die Erfindung befaßt sich insbesondere mit Elektrodenanschlußteilen für das Anschließen von als .Anoden in elektrochemischen Verfahren zu verwendenden Elektroden und für deren Belieferung mit elektrischem Strom.

Bei Graphitanoden ist es häufig üblich, diese in Cuecw-

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Silberzellen an den Enden von Stromleitern aus einem Metall anzuordnen, das eine hohe Leitfähigkeit und einen niedrigen elektrischen Kontaktwiderstand wie zum Beispiel Kupfer aufweist, wodurch jede Anode in ihrer Lage festgelegt und mit einer Quelle für elektrische Energie versehen wird. Die elektrischen Anschlüsse zwischen dem Kupfer und dem Graphit sollten einen kleinstmöglichen elektrischen Widerstand haben und sollen für das Ersetzen oder Austauschen der Anode schnell und leicht lösbar sein. Der Anschlußteil kann die Form eines Druckanschlusses oder einer Schraubverbindung zwischen dem Graphit und dem Ende des Kupferstromleiters haben. Das Kupfer wird von der korrosiven Lauge und der Chlorumgebung durch jede geeignete Einrichtung geschützt, beispielsweise allein durch einen bituminösen Kitt oder in Verbindung mit einem den Stromleiter oder Stromzuführer umgebenden Keramikrohr.

Bei dem Wechsel in der Chlor-Alkali-Industrie von Graphitelektroden zu Elektroden in Form eines Körpers aus einem filmbildenden Material (hiermit sind gemeint Titan, Niobium und Tantal sowie Legierungen auf der Basis dieser Metalle, im folgenden insgesamt als "Titanmetall" bezeichnet), die mit einem geeigneten überzug versehen sind (zum Beispiel Metalle der Platingruppe und deren Oxyde), brachte die Anordnung eines ElektrodenanschliißteilSj das analog demjenigen für Graphi^elektroden ist, das Problem^ daß ein lösbarer Anschluß, bei dem eines der Metalle Titan ist, Schwierigkeiten in Hinsicht auf den elektrischen Widerstand des Anschlusses bringt,

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die sich aus dem Oxydfilm ergeben, der sich auf dem Titanmetall bildet. Dies wurde unter Anwendung sehr hoher Klenundrücke zum Teil beseitigt, wodurch der elektrische Widerstand des Anschlusses verringert wurde.

Es wurde zuvor als Metall mit hoher Leitfähigkeit und niedrigem Kontaktwiderstand Kupfer angeführt; als Metall mit derartigen Eigenschaften kann zum Beispiel auch Silber, Kupfer oder Aluminium oder Aluminium mit einem seine Oberflächenleitfähigkßit verbessernden metallischen überzug aus beispielsweise Silber oder Zinn dienen.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein elektrisches Anschlußteil zu schaffen, das nicht unter diesem Problem leidet.

Erfindungsgemäß besitzt ein Elektrodenanschlußteil oder ein Elektrodenstecker einen Vorsprung, der aus einem hochleitfähigem Metall mit niedrigem elektrischen Kontaktwiderstand besteht und mit vernachlässigbarem elektrischen Widerstand an einen Elektrodenkörpör aus einem "Titanmetall" befestigt ist, einen vom elektrischen Kontakt mit dem Vorsprung lösbaren Stromzuführer aus einem Metall hoher Leitfähigkeit und niedrigem

elektrischen Kontaktwiderstand sowie eine Einrichtung für das Anklemmen des Stromzuführers in elektrischen Kontakt mit dem Vorsprung sowie für das Isolieren des Vorsprungs und des Stromzuführers gegen jeglichen korrosiven Angriff.

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Vorteilhaft wird das Metall für den Vorsprung aus den Metallen hoher Leitfähigkeit wie Kupfer, Aluminium, Aluminium mit einem metallischen Überzug aus Silber, Aluminium mit einem metallischen Überzug aus Zinn, und Silber gewählt.

Vorteilhaft ist der Vorsprung mit vernachlässigbarem elektrischen Widerstand durch Schweißen an dem Elektrodenkörper angebracht. Vorteilhaft erfolgt das Anschweißen durch Reibungsschweißen.

Durch das Anbringen des Vorsprungs hoher Leitfähigkeit und niedrigem elektrischen Kontaktwiderstands an das Titanmetall und durch das in Kontakt bringen des Vorsprungs mit dem Stromzuführer erfolgt das Lösen des elektrischen Steckers bei einem niedrigen Kontaktwiderstand/Grenzfläche niedrigen Kontaktwiderstands, wodurch wenig Schwierigkeit besteht, über diese Grenzfläche einen ausreichend niedrigen elektrischen Widerstand zu erhalten.

Vorteilhaft hat die Einrichtung, die den Stromzuführer in elektrischen Kontakt mit dem Vorsprung klemmt und den Vorsprung und den Stromzuführer vor jeglichem korrosiven Angriff isoliert, die Form eines Rings aus dem "Titanmetall", der um den Vorsprung an dem Elektrodenkörper befestigt ist, eines Rohrs aus dem ."Titanmetall¹¹, d_as den Stromzuführer umgibt und einer Schraubverbindung zwischen ihnen. Die Schraubverbindung besitzt vorteilhaft ein Dichtmedium, das jegliche Möglich-

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keit des Eindringens eines korrosiven Mittels durch die Schraubverbindung unterbindet. ■

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen an mehreren Ausführungsbeispielen näher erläutert.

Pig. 1 bis 4 zeigen in Schnittansicht vier Ausführungsformen der Erfindung.

In Fig. 1 ist ein Elektrodenkörper 10 gezeigt, der aus einem Titanmetall, vorzugsweise aus Titan selbst, besteht. Die Vorderfläche 11 des Körpers 10 ist mit einem Körper versehen oder an einem Körper befestigt, der mit einem geeigneten elektrisch leitenden Überzug versehen ist, der beispielsweise aus einem Metall der Platingruppe oder einer Legierung oder einem Oxyd aus einem Metall der Platingruppe besteht.

An der Rückseite 12 des Körpers 10 ist ein zylindrischer Vorsprung 13 befestigt. Der Vorsprung kann aus einem beliebigen Metall hoher Leitfähigkeit und niedrigem elektrischen Kontaktwiderstand bestehm, zum Beispiel aus hoehleitfähigem Kupfer oder Aluminium; bei der vorliegenden Ausfuhrungsform wurde Aluminium gewählt, da der Vorsprung durch Reibungsschweißen an der Rückseite 12 befestigt ist, was sich leichter bei Verwen dung von Aluminium durchführen läßt.

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Den Vorsprung 13 umgibt ein Ring aus dem Titaranetall, das in diesem Fall Titan selbst ist. Auch dieser Ring ist durch Reibungsschweißen an seiner Stelle festgelegt. Der obere Abschnitt des ümfangs des Rings 14 ist unter Lieferung eines im Durchmesser verringerten Abschnitts 15 bearbeitet, während der untere Umfaagsabschnitt bei 16 mit Gewinde versehen ist.

Der Elektoodenkörper"IO ist mit einem Stromzuführer I?

versehen, äer aas einem Metall hoher Leitfähigkeit und niedrigem Kontatetwidei'stand bestellt; bei diesem Beispiel besteht der Stromzufuhr^ aus hoelile.itfähigem Kupfer, obwohl auch Aluminium ohne Schwierigkeit beimfest werden kann. Der Strorasuführer 17 hat die Form eines Stabs, der an seinem Ende mit einem sich radial ausdehnenden Planseh 18 Yersehen ist, dessen Durchmesser gleich demjenigen des Vorsprungs 13 ist.

Der Stromauf (ihrer 17 ist von seiner Umgebung durch ein

Rohr 19 aus Titan geschützt₅ an das ara unteren Ende bei 20 ein rohrförmig©!⁵ Körper 21 angeschweißt ist, ds-r einen Aufiendui'chmesser aufweist,» welches³ größer" als derjenige des Gewindeabschnitts 16 des Hings ±§ ist; und der auf den Abschnitt 16 aufgeschraubt IsIj₆ Ewi-s©h©n üqb Abschnitt 15 verringerten Durchmessers und dez? sageüEa^'äeß zylindrischen Fläche des Rohrs 21 befindet sieä ®in Biohtmitisffin^ 22«.

Bei Gebrauelt mm Eoispäs^ is?\ siß©2? Slilo^-ilkali-Queck-

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silberzelle ist jede Elektrode 10 in Abhängigkeit von einem (nicht gezeigten), im Deckel oder oberhalb des Zellendeckels sitzenden elektrischen Verteilungssystem mit einem Stromzuführer 17 versehen. Die Elektrode 10 wird dadurch an das Ende des Stromzuführers 17 angebracht, daß man die Elektrode an den rohrförmigen Körper 21 heranführt und durch Drehen des Rohrs 19 und des rohrförmigen Körpers 21 zusammenschraubt. Der Flansch 18 wird durch eine Innenschulter 23 des Rohrs 21 gegen die Oberseite 2k des zylindrischen Vorsprungs 13 geklemmt. Auf diese Weise wird eine gute elektrische Verbindung an der Grenzfläche zwischen dem Flansch 18 und dem Vorsprung 13 erhalten, wobei diese nach Bedarf noch dadurch verbessert werden kann, daß man eine eigene Leitschienenverbindungspaste anordnet.

Die Ausführungsform nach Fig. 2 unterscheidet sieh von derjenigen nach Fig. 1 dadurch, daß man zum Anschrauben des Elektrodenkörpers an den Stromzuführers keine Drehung des Rohrs 19 und des rohrförmigen Körpers 21 nach Fig. 1 braucht.

Die Rückseite 25 des Elektrodenkörpers 26 nach Fig. 2 ist mit einem Kupfer- oder Aluminiumvorsprung 27 versehen, wobei die Höhe des Vorsprungs 27 wesentlich kleiner als diejenige des Vorsprungs 13 nach Fig. 1 ist.

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Im Radialabstand umgibt den Vorsprung 27 ein Titänring 28, der dieselbe Aufgabe wie der Titanring 14 nach Fig. 1 hat, wobei der gesamte Außenumfang 29 des Rings 28 mit Schraubgewinde versehen istj die Innenfläche 30 ist mit einem Paar ringförmiger Kanäle 31 versehen, die jeweils einen von zwei O-Ringdichtungen 32 aufnehmen.

Der Kupfer- oder Aluminiumstromzuführer 33 hat dieselbe Form wie der Zuführer 17 nach Pig. 1 und wird über Druck in seiner Lage festgelegt, der von einer Schulter 34 ausgeübt wird, die sich an einem bei 36 an ein Titanrohr 37 angeschweißten rohrförmigen Titankörper 35 befindet, wobei dieser Druck mit Hilfe einer ringförmigen Titankiemmutter 39 ausgeübt wird, die sich in Schraubgewindeeingriff mit dem Schraubgewindeabschnitt 29 des Rings 28 befindet, wobei ein radial nach innen gerichteter Plansch 39 auf die Außenschulter 40 des Titanrohrs 35 drückt.

Beim Anbringen des Elektrodenkörpers 26 ist es lediglich notwendig, die Kiemmutter 38 zu drehen, beispielsweise unter Ansetzen eines Schraubenschlüssels an geeignete Flächen(nicht gezeigt), um die Oberseite 41 des Vorsprungs 27 gegen das untere Ende 42 des StromzufÜhrers 33 zu klemmen.

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Die O-Ringe dichten gegen die äußerste Fläche 43 des rohrförmigen Titankörpers 35·

Die Ausführungsform nach Fig. 3 ist eine Abwandlung derjenigen nach Fig-. 2,· wobei gleiche Bezugszeichen für einander entsprechende Teile verwendet wurden. Die Abwandlung besteht darin, daß die zusammengeklemmten Flächen 41 und 42 des Vorsprungs 27 bzw. des Stromzuführers 33 durch eine stumpfkegelförmige Grenzfläche ersetzt sind, die zwischen einer konvergierenden stumpfkegelförmigen Vertiefung 47 im Stromzuführer 33 und einer komplementären, an dem Vorsprung 37 ausgebildeten Fläche 48 mit etwas Übergröße gebildet wird. Bei dieser Ausführungsform ist es möglich, den elektrischen Widerstand des Anschlusses zwischen den Flächen 47 und 48 auf einen Wert herabzusetzen, der für einen beliebigen gegebenen Klemmdruck noch kleiner als der zwischen, den Flächen 41 und 42 ist.

Die Fig. 4 zeigt einen Elektrodenkörper 50 aus Titan, auf dessen Oberseite 51 ein ringförmiger Kupfervorsprung 52 durch Reibungsschweißen befestigt ist* Innerhalb des Vorsprungs 52 ist durch Reibungsschweißen ein Gewindestift 53 aus Titan hoch stehend aa Körper 50 befestigt.

Auf der Oberfläche 51 befindet sich ein der·. Vorsprung 52 umgebender Dichtungsring 54, der zum Beispiel aus Gummi besteht und in Bedarfsfall durch Kitt 55 unterstütz wird und ale

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wirsl dadurch in seines» Lage festgelegt, daß an seinem oberen Ende ein EIeIBE³IsIg 57 vorgesehen wird» der auf einen Gewindeabschnitt 58 siiass Kupferstromauführers 61 aufgeschraubt ist₉ wobei sich des³ lil-saim^ing 5? auf einem e-iiigekröpften Ende des Rohrs 56 absteifest«.

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Bei einer Abwandlung der vierten Ausführungsform kann das Rohr 56 aus Keramik- oder Plastikmaterial bestehen, das den Stromzuführer 6l vor Korrosion schützen kann.

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Claims

2019808 Patentansprüche

1. Elektrodenanschlüßteil öder -stecker, gekennzeichnet durch einen Vorsprung (13) aus einem Metall hoher Leitfähigkeit und niedrigem elektrischen Kontaktwiderstand, der mit vernachlässigbarem elektrischen Widerstand an einem Elektrodenkörper (10) aus einem "Titanmetall¹¹ befestigt ist und mit dem sich ein Stromzuführer (17) aus einem Metall hoher Leitfähigkeit und niedrigem elektrischen Kontaktwiderstand in lösbarem elektrischen Kontakt befindet und durch eine Einrichtung (16,19, 21) für das Anklemmen des Stromzuführers in elektrischen Kontakt mit dem Vorsprung und das Isolieren des Vorsprungs und des Stromzuführers gegen korrosiven Angriff.

2. Stecker nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall für den Vorsprung (13) aus den Metallen wie hochleitfähiges Kupfer, Aluminium, Aluminium mit einem metallischen überzug aus Silber, Aluminium mit einem metallischen überzug aus Zinn, und Silber ausgewählt ist.

3. Stecker nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung (13) an den Elektrodenkörper (10) angeschweißt ist.

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4. Stecker nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß der Vorsprung durch Reibungsschweißen an den elektrischen Körper angeschweißt ist·

5. Stecker nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung für das Anklemmen des Stromzuführers (17) in elektrischen Kontakt mit dem Vorsprung (13) und für das Isolieren des VorSprungs und des Stromzuführers gegen korrosiven Angriff die Form eines Rings (14) aus "Titanraetall" hat, der um den Vorsprung an dem Elektrodenkörper (10) befestigt ist, wobei der Stromauführer von einem Rohr aus "Titanmetall" umgeben ist und zwischen den Teilen eine Schraubverbindung vorgesehen ist.

6. Stecker nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Schraubverbindung ein Dichtmittel (22) aufweist, das jegliches Eindringen von korrosiven Mitteln durch die Gewindeverbindung verhindert.

7. Stecker nach Anspruch 1 bis 6, gekennzeichnet durch die Kombination einte Elektrodenkörpers (10) aus einem "Titannetall", ein·» Vorsprungs (13) aus einem Metall hoher Leitfähigkeit und niedrigem elektrischen Kontaktwiderstands, der . nit vernaohläesigbarera elektrischen Widerstand an den Elektrodenkörp«r angeschweiftt ist» eines Stromzuführers (17) aus einem Metall hoher Leitfähigkeit und niedrigem Kontaktwiderstand in lösbar·» elektrischen Kontakt nit dem Vorsprung und einer Έir-