DE2315526C2 - Bipolare Zelle - Google Patents

Description

Osmium, Palladium und/oder deren Oxiden, oder einem anderen Metall oder einer anderen Verbindung, die als Anode dienen und der elektrochemischen Auflösung in der Zelle widerstehen kann wie Titannitrid, Boriden, Phosphinen oder Suiziden von Metallen der Platingruppe. Der Überzug kann ebenfalls elektrisch nichtleitende Oxide umfassen und insbesondere Oxide von filmbildenden Metallen wie Titan und/oder Oxide anderer Metalle, welche die Verankerung des Überzuges dem Träger begünstigen und seine Beständigkeit gegenüber der Auflösung im Verlauf der Elektrolyse verbessern.

Insbesondere wird die Verwendung eines Überzuges bevorzugt, der Ruthendioxid enthält, das aus gasförmigem Ruthentetraoxid erhalten wurde, z. B. nach der in der belgischen Patentschrift 7 60 507 der Anmelderin beschriebenen Verfahrensweise. Als andere Beispiele für gleichwertige Überzüge können die Überzüge aus Verbindungen der Formel A2BO6, A2BO6 · MO2 oder A2BO6 · M'M"O₄ genannt werden, die in der belgischen Patentschrift 7 69 677 der Anmelderin beschrieben sind, die Überzüge der Formel ABO₄ ■ χ MOz, die in der belgischen Patentschrift 7 85 605 der Anmelden·-, beschrieben sind, die Überzüge auf Basis von Iridium und wenigstens einem Nichtedelmetall (belgische Patentschrift 7 84 255 der Anmelderin), die Telluroxid enthaltenden Überzüge (belgische Patentschrift 7 69 680 der Anmelderin), Überzüge aus Rhodiumtellurat. -wolframat und -molybdat, die in den belgischen Patentschriften 7 69 678, 7 69 679 und 7 76 709 der Anmelderin beschrieben sind.

Der starre Rahmen kann aus jedem beliebigen, geeigneten Material hergestellt werden wie beispielsweise Beton oder gegebenenfalls auf der Innenseite mit Kautschuk, Ebonit überzogenem Stahl, aus Titan oder einem anderen Material, das vor Korrosion schützen kann, jedoch kann er auch aus einem Kunststoffmaterial hergestellt werden, das eine geeignete Festigkeit gegenüber der Korrosion durch den Elektrolyten und die Elektrolyseprodukte sowie eine gute Dimensionssta-. bilität unter den Betriebsbedingungen der Zelle aufweist.

Die dichte, die bipolare Zelle in zwei übereinander angeordnete Räume aufteilende Trennwand kann jede Form besitzen, die mit dem guten Funktionieren der Zelle verträglich ist. Beispielsweise kann sie eben oder gewellt sein. Sie kann zur Versteifung dienende Falten bzw. Sicken aufweisen, sie kann jedoch auch flexibel sein. Vorzugsweise ist sie, bezogen auf die parallelen, aktiven Oberflächen, geneigt. Ihre Neigung kann von 3 bis 30% variieren, vorzugsweise liegt diese zwischen 5 und 15%. Die Neigung dieser Trennwand, welche beispielsweise aus Titan, aus mit Titan überzogenem Stahl oder einem Kunststoffharz hergestellt sein kann, weist wesentliche Vorteile auf. Außer daß hierdurch ein besseres Fließen der Fluide in der Zelle ermöglicht und die Abführung der Elektrolyseprodukte begünstigt wird, kann die Anordnung der Zirkulationsleitungen für die Fluide, weiche die beiden übereinander angeordneten Räume ein und derselben bipolaren Zelle versorgt in derselben waagerechten Ebene durchgeführt werden, wodurch eine merkliche Verminderung der Höhe dieser Zelle und als Folge hiervon der durch Aufstapelung solcher Zellen gebildeten Mehrfachzelle möglich wird, oder auch, falls man dies bevorzugt, eine merkliche Steigerung der aktiven Oberflächen der Elektroden bei einem vorgegebenen Rauminhalt

In allen Fällen mit filtrierendem Diaphragma ist es vorteilhaft zwischen dem Anodenraum und dem Kathodenraum einen Druckunterschied aufzubauen, welcher das Durchdringen des Elektrolyten durch das Diaphragma während der gesamten Lebensdauer hiervon sicherstellt. Bei der Elektrolyse von wäßrigen s Alkalimetallhalogenidlösungen muß man beispielsweise zur Aufrechterhaltung der Konzentration an Alkalihydroxid in dem im Kathodenraum enthaltenen Elektrolyten auf einem gewünschten Wert einen zunehmenden Druckunterschied aufbauen, um den allmählichen

κι Verlust der Durchlässigkeit bzw. Permeabilität des Diaphragmas auszugleichen, welcher aus dem Verstopfen seiner Poren herrührt. Insbesondere im Falle einer Mehrfachzelle mit bipolaren Zellen bzw. Elementen, bei welcher unvermeidlich die Veränderung der Durchlässigkeit des Diaphragmas von einer Zelle zur anderen differiert, ist es zur Sichersteiiung ein und derselben Konzentration an Alkalihydroxid in allen Kathodenräumen vorteilhaft, den auf jedes Diaphragma angelegten, hydrostatischen Druck einzeln regeln zu können, indem

2(i z. B. auf die Höhe der Salzlösungssäulen in den Anodenräumen eingewirkt wird. Bei einer Zelle mit waagerechten Diaphragmen, welche flache, bipolare Zellen umfaßt, wird dies vorteilhafterweise so durchgeführt, daß jeder Anodenraum mit einem äußeren, für ihn

2·> bestimmten Vorratsbehälter verbunden wird, dessen Höhe oberhalb derjenigen der bipolaren Zelle liegen kann.

Bei jeder bipolaren Zelle kann die Abführung des Halogengases aus dem Anodenraum (dem unteren Raum) durch eine unabhängige Leitung durchgeführt werden, jedoch erfolgt sie vorteilhafterweise durch den individuellen bzw. unabhängigen Vorratsbehälter für die Einspeisungen der Salzlösung, welcher gleichzeitig die Rolle eines Wärmeaustauschers durch direkten Kontakt zwischen Halogengas und frischer Salzlösung, des Separators Gas—Flüssigkeit, des Sammlers für Halogengas und des Beladungskopfes für die Regelung bzw. Steuerung des hydrostatischen Druckes der Salzlösung in dem Anodenraum, dessen Höhe als Folge hiervon stark vermindert werden kann, spielt. Andererseits kann der obere Raum der Zelle, der Kathodenraum, getrennte Ausgänge für Natronlauge und den gebildeten Wasserstoff besitzen oder auch einen gemeinsamen Ausgang, der ebenfalls eine Verminderung der Höhe dieses Raumes ermöglicht, wobei die Trennung Gas—Flüssigkeit sich wenigstens teilweise außerhalb der Zelle vollzieht.

Die beiden aktiven Oberflächen einer jeden bipolaren Zelle sind elektrisch untereinander mittels leitender Organe verbunden, welche gleichförmig auf ihrer Oberfläche verteilt sind und die die Trennwand zur Aufteilung der zwei Räume abgedichtet durchqueren und an der Aufrechterhaltung der Ebenheit und der Parallelität der durchbrochenen, aktiven Oberflächen teilnehmen. In dem Anodenraum sind diese leitenden Organe bzw. Teile vorzugsweise wenigstens oberflächlich aus Titan hergestellt

Vorzugsweise ruht die obere, aktive Oberfläche auf Querstreben aus leitendem Material, z. B. aus Stahl, an denen sie für gewöhnlich festgeschweißt ist wobei diese Querstreben mit den leitenden Organen zusammenwirken, um den elektrischen Kontakt zwischen zwei aktiven Oberflächen der bipolaren Zelle sicherzustellen. Die Erfindung betrifft ferner eine Mehrfachzelle mit waagerechten Diaphragmen zur Elektrolyse von wäßrigen Alkalimetallhalogenidlösungen, welche eine Aufstapelung von waagerechten, bipolaren Zellen umfaßt die zwischen zwei unipolaren Endzellen, die mit einer

Gleichstromquelle \ crbunden sind, angeordnet ist, wobei diese beiden unipolaren Zellen den unteren Teil und den oberen Abschluß der Mehrfachzelle bilden, mit Einrichtungen zum Festmiteinanderverbinden der Aufstapelung ausgerüstet sind und seitlich durch einen starren und dichten Rahmen begrenzt werden, der mit demjenigen der bipolaren Zellen vergleichbar ist, wobei jedoch jede nur eine durchbrochene, waagerechte Oberfläche, welche die Rolle der aktiven Elektrode spielt und einen einzigen Raum umfaßt, der mit Einrichtungen für die Zirkulation von Elektrolyt und zur Herausnahme des im Verlauf der Elektrolyse gebildeten Gases ausgerüstet ist, wobei jede dieser bipolaren Zellen von der unmittelbar oberhalb angeordneten Zelle und der unmittelbar unterhalb angeordneten Zelle getrennt ist durch ein poröses, lediglich für Flüssigkeiten permeables, waagerechtes Diaphragma, welches sich über die gesamte aktive Oberfläche der Elektrode erstreckt, und durch eine die Dichtigkeit zwischen den Rahmen benachbarter Elemente sicherstellende und in Betrieb einen Abstand von weniger als 4 mm zwischen der aktiven Kathodenoberfläche der unteren Zelle und der aktiven Anodenoberfläche der oberen Zelle, die ihr gegenüberliegt, gewährleistende, am Umfang starke Dichtung.

Die Anzahl der aufgestapelten, bipolaren Zellen ist beliebig. Aus praktischen Gründen werden jedoch Mehrfachzellen bevorzugt, welche aus etwa 20 solcher Einzelzellen zusammengesetzt sind.

Die bipolaren Zellen sind untereinander vollkommen identisch oder sie können sich von den unmittelbar benachbarter, durch die Anordnung des einzelnen Vorratsbehälters für die Einspeisung der Salzlösung unterscheiden, so daß bei ihrem Aufeinanderstapeln eine Ubereinanderanordnung aller dieser Vorratsbehälter vermieden wird, deren Höhe sonst zwangsweise auf diejenige der bipolaren Zelle begrenzt wäre. Eine Ubereinanderanordnung von Vorratsbehältern, jeweils zwei zu zwei oder drei zu drei beispielsweise, ermöglicht es, ihnen eine doppelte oder dreifache Höhe derjenigen Zelle zu geben. Ebenfalls kann man die Ubereinanderanordnung der Vorratsbehälter für die Einspeisung von zwei aufeinanderfolgenden, identischen Zellen vermeiden, indem sie unterschiedlich bei der Stapelung orientiert werden. Beispielsweise kann man sie im Fall von bipolaren Zellen mit viereckigen oder quadratischen Elektroden um einen Winke! von 45 oder 90° bei ihrer Aufstapelung so verdrehen, daß eine Ubereinanderanordnung der Vorratsbehälter jeweils zwei zu zwei oder vier zu vier möglich wird.

Bei einer MenrfachzeMe mii waagerechten Diaphragmen, welche durch Aufstapelung von bipolaren Zellen mit geneigten Trennwänden gebildet wird, kann die Richtung der Neigungen von zwei aufeinanderfolgenden Zeilen identisch sein, d.h. parallele Trennwände, oder sie können zwischen sich einen konstanten Winkel bilden, so daß eine regelmäßige Verteilung der Vorratsbehälter für die Einspeisung, welche eine hohe Form aufweisen, vollständig rings um die Zelle sichergestellt wird. Ohne diese Anordnung bestünde die Gefahr, daß diese Vorratsbehälter sich gegenseitig stören wurden. Beispielsweise können die Neigungen von zwei aufeinanderfolgenden Zellen entgegengesetzt sein, hierdurch wird eine Ubereinanderanordnung der Vorratsbehälter von geradzahligen Zellen der einen Seite der Mehrfachzelle und der Vorratsbehälter der ungeradzahligen Zellen der anderen Seite sichergestellt Falls die Richtungen der Neigungen von zwei aufeinanderfolgenden Zellen zwischen sich einen Winkel von 2π/η bilden, erhält man eine Ubereinanderanordnung von Vorratsbehältern für die Einspeisung von nin η Zellen.

Die lediglich für Flüssigkeiten permeablen, porösen Diaphragmen können aus jedem Material hergestellt werden, welches das gute Funktionieren der Zelle nicht behindert und dem Angriff des Chlors widersteht, beispielsweise aus Kunststoffmaterial, insbesondere aus Polytetrafluoräthylen oder aus Asbestfasern, welche gegebenenfalls eine Dispersion von Eisen und/oder Kupfer oder deren Oxiden in feinverteiltem Zustand enthalten, wie dies in der belgischen Patentschrift 7 73 918 der Anmelderin beschrieben ist. Die Diaphragmen ruhen vorteilhafterweise auf den aktiven Kathodenoberflächen (Stahlgittern), entweder direkt im Kontakt mit diesen oder vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines durchbrochenen Bauteiles aus nichtleitfähigem und inertem Material beispielsweise unter Zwischenschaltung eines Kunststoffgitters. Dieses nichtleitende Gitter, welches das Diaphragma von der aktiven Kathodenoberfläche etwas abspreizt, setzt die Chloratbildung, die für einen niedrigen Wert der Stromausbeute verantwortlich ist, beträchtlich herab, vermeidet die Ausbildung von Taschen im Diaphragma und sein Aufquellen durch Wasserstoffdiffusion und erhöht beträchtlich die Lebensdauer von Diaphragmen, insbesondere von Asbestdiaphragmen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert, wobei die F i g. 1 eine Aufsicht einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen, bipolaren Zelle wiedergibt, während die F i g. 2 und 3 senkrechte, an dieser Zelle ausgeführte Schnitte längs der Schnittlinien A-A bzw. ß-ßder F i g. 1 wiedergeben. In der Fig.4 ist eine perspektivische Ansicht einer Mehrfachzelle wiedergegeben, welche durch Übereinanderlagerung von 20 bipolaren Zellen gemäß der Erfindung erhalten wurde.

Aus Gründen der Übersichtlichkeit wurde das Traggitter aus Kunsist^/fmaterial in den Figuren nicht wiedergegeben. Dieses Gitter wird aus Polypropylen hergestellt, und die Abmessung der Maschen ist etwa 1 mm. Aus demselben Grunde ist das Asbestdiaphragma

(1) lediglich in der Fig. 1 dargestellt, wobei sein teilweises Weglassen das es tragende Kathodengitter

(2) aus Stahl erscheinen läßt, welches im Schnitt in den F i g. 2 und 3 sichtbar ist.

Der Rahmen 3, der die bipolare Zelle mit parallelepipedischer Form seitlich begrenzt, ist aus Stahl hergestellt. Ein vergleichbarer Rahmen begrenzt die unipolaren Zeilen 4 und 5 ιιϊι oberen Teil und im linieren Teil der in der F i g. 4 dargestellten Mehrfachzelle seitlich. Durch Übereinanderlagerung bilden diese Rahmen die Seitenwände der Zelle. Die Dichtigkeit wird mit Hilfe am Umfang angeordneter, nicht gezeigter, endloser, starker Dichtringe aus elastomerem Material erreicht

Die aktive Anodenoberfläche 6 der bipolaren Zelle und der unipolaren Zelle 4 besteht aus einem Titangitter, das einen Oberzug von Titan- und Ruthenoxiden trägt Eine ebene, geneigte Trennwand 7 aus Stahl, weiche an ihrem Umfang an dem Rahmen 3 festgeschweißt ist teift die bipolare Zelle in zwei übereinander angeordnete Räume 8 und 9 auf. In dem Anodenraum 9 sind der Rahmen 3 und die Trennwand 7 mit Titan 10 bedeckt Ober seine höchste Stelle steht der Anodenraum 9 mit einem geschlossenen Vorratsbehälter 11 in Verbindung, der mit zwei Rohrleitungen versehen ist Die eine

Rohrleitung 13 dient aer Einführung konzentrierter Salzlösung und die andere Rohrleitung *2 zur Abführung des erzeugten Chlors. Dieser großdimensionierte Vorratsbehälter erlaubt es, die Höhe des Anodenraumes zu reduzieren. Gleichzeitig spiel! er die Rolle eines Separators Gas — Flüssigkeit, des Wärmeaustauschers durch direkten Kontakt von Chlor-konzentrierter Salzlösung, des Chlorsammlers und des Zuführungsendes bzw. -kopfes zur Steuerung des hydrosphatischen Druckes der Salzlösung in dem Anodenraum 9, d.h. auf das Diaphragma 1. Unter diesem Druck durchquert die Salzlösung die Anode 6, das Diaphragma 1, das nicht dargestellte Gitter aus Kunststoffmaterial und das Kathodengitter 2 aus Stahl der Zelle, um sich in den Kathodenraum 8 hiervon zu ergießen, aus dem sie gleichzeitig mit dem Wasserstoff durch den Rohransatz 14, in dem sich wenigstens teilweise die Trennung Wasserstoff—Natronlauge vollzieht, herausgenommen wird. Durch Übereinanderanordnung von Zellen befindet sich das Anodeng'tter 6 einer beliebigen Zelle in einem Abstand von 3 mm von dem Kathodengitter 2 der unmittelbar darunterliegenden Zelle.

Die Gesamtheit der 19 bipolaren Zellen und der 2 unipolaren Zellen 4 und 5 an den äußeren Enden, welche mit ihrer jeweiligen waagerechten oberen bzw. waagerechten unteren Fläche den oberen Abschluß und den unteren Abschluß der in der Fig. 4 dargestellten Mehrfachzelle bilden, wird durch Gewindestangen 15 zu einer Einheit fest verbunden, wobei diese Gewindestangen mit Schrauben 16 versehen sind, die sich auf Querstreben 17 unter Ausübung eines Druckes auf dem oberen Abschluß und dem unteren Abschluß der Zelle aufstützen.

Um diese angenäherte Anordnung von Zellen mit reduzierter Höhe (150 mm) zu ermöglichen, wodurch Abstände von Anode zu Kathode unterhalb 4 mm sichergestellt werden, ist es erforderlich, die Anordnung der Vorratsbehälter ti zu alternieren, die sich sonst gegenseitig stören würden. Diese Vorratsbehälter sind, obwohl sie alle auf derselben Seite der Zelle, d. h. am oberen Punkt der Anodenräume 9 angeordnet sind, für

ίο geradzahlige Zellen nach der Vorderseite der Zelle zu angeordnet und für ungeradzahlige Zellen nach der Rückseite der Zelle oder umgekehrt (siehe F i g. 4). Dies ist das einzige Merkmal, in welchem sich geradzahlige und ungeradzahlige Zellen unterscheiden.

um die Handhabung der Elemente zu erleichtern, sind die Rahmen 3 mit Stahlösen 18 ausgerüstet.

Die unipolaren Zellen 4 und 5 tragen jeweils auf ihrer oberen Fläche bzw. ihrer unteren Fläche anodische Stromzuführungsleisten 19 bzw. kathodische Stromabführungsleisten 20.

Die strenge Ebenheit und Parallelität der aktiven Elektrodenoberflächen ein und derselben bipolaren Zelle werden durch ein Spiel der leitfähigen, mit Stahl überzogenen Querstreben 21 auf der Kathodenseite und aus Titan 22 auf der Anodenseite gewährleistet, welche eine elektrische Verbindung zwischen der aktiven Kathodenoberfläche 2 und der aktiven Anodenoberfläche 6 sicherstellen.
Die zuvor beschriebene Ausführungsform bezog sich auf eine Chloridsalzlösung. Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Zelle auch zur Elektrolyse anderer Lösungen als von Natriumchloridlösungen verwendet werden.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (16)

Patentansprüche:

1. Bipolare Zelle in Form eines stapelbaren Gefäßes für Mehrfachzellen mit waagerechten Diaphragmen, insbesondere für die Elektrolyse wäßriger Alkalimetallhalogenidlösungen, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden waagerechten, den Unterteil und den oberen Abschluß ein und desselben Kastens bildenden Wände aus durchbrochenen, untereinander leitend verbundenen, metallischen Oberflächen bestehen, welche einmal in Betrieb die aktiven Oberflächen von Elektroden entgegengesetzter Polarität bilden, wobei die Seitenwand des Kastens aus einem starren und dichten Rahmen besteht, der zum Tragen der durchbrochenen, metallischen Oberflächen eidgerichtet ist und an der Bildung des Behälters der Mehrfachzelle teilnimmt, und wobei der Kasten eine zwischen den durchbrochenen, metallischen Oberflächen angeordnete, von diesen getrennte, hermetisch auf ihrem gesamten Umfang am Rahmen befestigte, dichte Trennwand umfaßt, welche die bipolare Zelle in zwei übereinander angeordnete Räume aufteilt, wovon jeder mit Einrichtungen zum Einführen oder Herausnehmen von Elektrolyt versehen ist.

2. Bipolare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Räume zusätzlich besondere Einrichtungen zum Herausführen von im Verlauf Elektrolyse gebildeten Gasen besitzen.

3. Bipolare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zum Herausführen des Elektrolyten gleichzeitig zum Herausführen von in dem Austrittsraum im Verlauf der Elektrolyse gebildetem Gas dienen, wobei sich die Trennung Gas—Elektrolyt wenigstens teilweise außerhalb der bipolaren Zelle vollzieht.

4. Bipolare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtungen zu»n Einführen von Elektrolyt gleichzeitig zum Herausführen von in dem Eintrittsraum im Verlauf der Elektrolyse gebildetem Gas dienen und gleichzeitig die Rolle von Wärmeaustauschern durch direkten Kontakt, von Gassammlern und von Zuführungsköpfen, welche den hydrostatischen Druck des Elektrolyten in dem Eintrittsraum bestimmen, dienen.

5. Bipolare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbrochenen, metallichen Oberflächen, welche den unteren Teil und den oberen Teil des Kastens bilden, gleichzeitig die aktive Anodenoberfläche und die aktive Kathodenoberfläche der bipolaren Zelle darstellen, deren untere und obere Räume jeweils die Anoden- bzw. Kathodenräume sind.

6. Bipolare Zelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Anodenoberfläche aus einem Titanträger besteht, der mit einem elektrochemischen Katalysator bedeckt ist, der die Entladung von Anionen begünstigt und gegenüber Korrosion unter den in der Zelle herrschenden Bedingungen beständig ist.

7. Bipolare Zelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die aktive Kathodenoberfläche aus einem Stahlgitter besteht, welches an dem b5 starren Rahmen festgeschweißt ist und ein poröses, waagerechtes Diaphragma trägt, das die betreffende bipolare Zelle von der unmittelbar darüberliegenden

bipolaren Zelle trennt

8. Bipolare Zelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Stahlgitter das poröse Diaphragma unter Zwischenschaltung eines durchbrochenen Teiles aus nichtleitendem Material trägt, das gegenüber dem Elektrolyten und den Elektrolyseprodukten inert ist und zwischen dem Stahlg^:tter und dem Diaphragma eingesetzt ist.

9. Bipolare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte Trennwand schräg angeordnet ist.

10. Bipolare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte Trennwand flexibel ist.

11. Bipolare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte Trennwand wenigstens auf der Anodenseite aus Titan hergestellt ist.

12. Bipolare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die dichte Trennwand wenigstens oberflächlich aus einem gegenüber dem Elektrolyten und den Elektrolyseprodukten inerten Kunststoffharz hergestellt ist.

13. Bipolare Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die durchbrochenen, metallischen Oberflächen untereinander durch leitfähige Organe bzw. Bauteile verbunden sind, welche gleichmäßig auf ihrer Oberfläche verteilt sind und die die Trennwand abgedichtet durchqueren und an der Aufrechterhaltung der Ebenheit und der Parallelität der durchbrochenen Oberflächen teilnehmen.

14. Bipolare Zelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens der Teil der leitenden Organe, der sich in dem Anodenraum befindet, wenigstens oberflächlich aus Titan hergestellt ist.

15. Mehrfachzelle mit waagerechten Diaphragmen zur Elektrolyse von wäßrigen Alkalimetallhalogenidlösungen, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Aufstapelung von waagerechten, bipolaren Zeilen nach einem der vorhergehenden Ansprüche umfaßt, welche zwischen zwei unipolaren Endzellen angeordnet ist, die mit einer Gleichstromquelle verbunden sind und den unteren Abschluß und den oberen Abschluß der Mehrfachzelle bilden und die mit Einrichtungen zum Festrr.iteinanderverbinden der Aufstapelung versehen i;nd seitlich durch einen starren und dichten, demjenigen der bipolaren Zellen ähnlichen Rahmen begrenzt sind, jedoch nur eine einzige durchbrochene, waagerechte Oberfläche, die die Rolle der aktiven Elektrode spielt und einen einzigen Raum, der mit Einrichtungen für die Zirkulation von Elektrolyt und zur Herausnahme des im Verlauf der Elektrolyse gebildeten Gases ausgerüstet ist, umfassen, wobei jede dieser bipolaren Zellen von der unmittelbar darüber angeordneten Zelle und der unmittelbar darunter angeordneten Zelle durch ein waagerechtes, nur für Flüssigkeiten permeables, poröses Diaphragma, welches sich über die gesamte aktive Oberfläche der Elektrode erstreckt, und durch eine die Dichtigkeit zwischen den Rahmen benachbarter Zellen sicherstellende und in Betrieb einen Abstand unterhalb 4 mm zwischen der aktiven Kathodenoberfläche der unteren Zelle und der aktiven Anodenoberfläche der oberen Zelle, die ihr gegenüberliegt, gewährleistende, am Umfang starke Dichtung, getrennt ist.

16. Mehrfachzelle nach Anspruch 15, dadurch

gekennzeichnet, daß das poröse Diaphragma auf der aktiven Kathodenoberfläche der unteren Zelle unter Zwischenschaltung eines Gitters aus Kunststoffmaterial aufliegt.

Die Erfindung betrifft eine bipolare Zelle und eine eine solche Zelle umfassende Elektrolysezelle und insbesondere eine Diaphragmazelle zur Elektrolyse von wäßrigen Alkalimetalihalogenidlösungen.

Die modernen, industriell angewandten Zellen dieses Typs umfassen eine Reihe von Anoden und eine Reihe von Kathoden, welche zueinander parallel angeordnet π und voneinander durch ein in wesentlichen senkrechtes Diaphragma im allgemeinen aus Asbest getrennt sind, wie dies in der belgischen Patentschrift 7 73 918 der Anmelderin beschrieben ist.

Solche Zellen sind bereits ausführlich in der technischen Literatur beschrieben worden, insbesondere in den belgischen Patentschriften 6 39 094, 6 74 452, 7 08 888, 7 26 223 und 7 55 900 der Anmelderin. Bei diesem Zellentyp bedeckt das gasförmige Halogen, welches sich an der Anode bildet, diese teilweise, r> wodurch ihre aktive Oberfläche in beträchtlichem Ausmaß reduziert wird. Um die Hemmung der Freisetzung von Blasen im oberen Teil der Zelle zu vermeiden, ist man darüber hinaus gezwungen, einen minimalen Abstand zwischen Anode und Diaphragma ju aufrechtzuerhalten, wodurch jede Annäherung Anode — Kathode ausgeschlossen wird, die die Erhöhung der Stromdichte und insbesondere der Reduktionskapazität der Zelle ermöglichen würde. Ein weiterer, nicht zu vernachlässigender Nachteil von Zellen mit senkrech- j> tem Diaphragma ist die ungleichmäßige Verteilung des hydrostatischen Druckes auf der Diaphragmaoberfläche in Abhängigkeit von der Höhe und als Folge hiervon der Aufbau eines Gradienten beim Herausströmen des Elektrolyten, dessen Diffusion durch das Diaphragma unterschiedlich entsprechend der betrachteten Höhe erfolgt.

Zellen mit horizontalem Diaphragma weisen alle diese Nachteile nicht auf. Wenn sie in der Vergangenheit nur eine begrenzte Entwicklung erfahren haben, so 4ϊ ist dies hauptsächlich die Folge ihres enormen Raumbedarfs im Vergleich zu Zellen mit derselben Elektrodenoberfläche und senkrechtem Diaphragma. Um im technischen Maßstab anwendbar zu sein, müßte eine Zelle mit horizontalem Diaphragma daher eine große Anzahl von übereinander angeordneten Elementarzellen umfassen.

Eine solche Lösung wurde bereits in der belgischen Patentschrift 4 89 606 vorgeschlagen, jedoch leidet die praktische Durchführung an einem größeren Nachteil: Die Gefahr der Herbeiführung von Kurzschlüssen durch unvermeidlich von den Anodenplatten herabfallende Graphitbruchstücke bedingt die Aufrechterhaltung eines wesentlichen Abstandes zwischen den Graphitanoden und dem kathodischen, das Diaphragma bo tragenden Gitter, wodurch die Elektrolysespannung beträchtlich erhöht wird und ein Arbeiten bei hoher Stromdichte verhindert wird.

Der Ersatz für Graphit durch Titan als Baumaterial für Anoden ermöglichte eine merkliche Herabsetzung to deren Stärke, wodurch dies kein bestimmender Faktor mehr bei dem Platzbedarf von Vielfachzellen ist, der derzeit eher von ihrer technologischen Konzeption und insbesondere von den angewandten Lösungen abhängt, um hierin die Zirkulation der Fluide zu begünstigen, wobei diese Lösungen ebenso die Einspeisungssysteme für den Elektrolyt und die Ableitungssysteme der gebildeten Produkte wie auch den inneren Aufbau der Zelle oder die Form ihrer Elektroden betreffen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer stapelbaren, bipolaren Zelle von sehr vermindertem Raumbedarf, welche durch Anordnung übereinander die praktische Herstellung von äußerst kompakten Mehrfachzellen mit waagerechten Diaphragmen ermöglicht, die einen Abstand Anode—Kathode unterhalb 4 mm aufweisen und Stromdichten oberhalb von 4,5 kA/m² unter einer Spannung von 3,4 V ermöglichen.

Die erfindungsgeniäße bipolare Zelle weist die Form eines flachen Kastens auf, dessen beide waagerechte Wände aus durchbrochenen, untereinander leitend verbundenen, metallischen Oberflächen bestehen, die, einmal in Betrieb, die aktiven Oberflächen von Elektroden entgegengesetzter Polarität bilden, während die Seitenwand des Kastens aus einem starren und dichten Rahmen besteht, der zum Tragen der durchbrochenen, metallischen Oberflächen und zum Halten des Elektrolyten eingerichtet ist und an der Bildung des Behälters der Mehrfachzelle teilnimmt, wobei der Kasten eine zwischen den durchbrochenen, metallischen Oberflächen angeordnete, von diesen getrennte, hermetisch auf ihrem gesamten Umfang am Rahmen befestigte, dichte Trennwand umfaßt, welche die bipolare Zelle in zwei übereinander angeordnete Räume, wovon jeder mit Einrichtungen zum Einführen oder Herausnehmen von Elektrolyt versehen ist, aufteilt.

Unter »flachem Kasten« ist ein Körper mit reduzierter Höhe zu verstehen, der zwei waagerechte, entgegengesetzt angeordnete, untereinander durch eine seitliche Oberfläche beliebiger, beispielsweise zylindrischer oder prismatischer Form verbundene Flächen aufweist. Im Fall eines Zylinders ist seine Höhe beispielsweise geringer als ein Zehntel seines Durchmessers; im Fall eines rechteckigen Parallelepipeds ist seine Höhe beispielsweise geringer als ein Zehntel seiner Basisdiagonalen.

Die »durchbrochenen, metallischen Oberflächen« sind perforierte oder mikroperforierte Platten, Siebe, gegebenenfalls gewalzte Streckmetallgitter oder -bleche. Die zwei waagerechten Flächen einer bipolaren Zelle, welche sich auf demselben elektrischen Potential befinden, spielen jeweils die Rolle der Anode und der Kathode während der Elektrolyse. Für die Elektrolyse von wäßrigen Alkalimetalihalogenidlösungen besteht die obere, waagerechte Fläche, die als Kathode dient, aus einem Stahlgitter und trägt ein poröses Diaphragma, während die untere, waagerechte Fläche, die als Anode dient, aus einem Metall hergestellt ist, das einen Film zu bilden vermag, wie Titan, Zirkonium, Niob, Tantal, Wolfram oder aus einer Legierung, die hauptsächlich von wenigstens einem dieser Metalle gebildet wird und vergleichbare Eigenschaften der anodischen Polarisation aufweist, wobei sie auf einer ihrer Flächen einen Überzug trägt, der eine aktive Elekirodenmasse aufweist, der die Entladung von Halogenionen begünstigt und gegenüber elektrochemischer Korrosion beständig ist.

Das bevorzugte Metall für die Anode ist Titan, und die aktive Elektrodenmasse besteht vorteilhafterweise aus einem oder mehreren Metallen der Platingruppe, wie beispielsweise Platin selbst, Rhodium, Iridium, Ruthen,