DE2328769B2

DE2328769B2 - Improved electrical connections for metal electrodes

Info

Publication number: DE2328769B2
Application number: DE2328769A
Authority: DE
Inventors: John Edward Southgate Schmidt; Orlando Worth Ann Arbor Stephenson Iii
Original assignee: BASF Wyandotte Corp
Current assignee: BASF Corp
Priority date: 1972-06-07
Filing date: 1973-06-06
Publication date: 1979-02-01
Also published as: JPS5046576A; GB1435130A; IT986113B; ZA733829B; DE2328769A1; FR2187414A1; NO138115C; BE800600A; US3788966A; DE2328769C3; NO138115B; SE393638B; FR2187414B1; JPS535864B2; CA1009182A

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Elektrolysezellen mit einer Metallanode und einer Metallkathode und insbesondere Elektrolysezellen für die Herstellung von Chlor und Ätzalkali. Ein neues Verfahren für die Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen Metallkathode und Metallanode wird aufgezeigtThe present invention relates to electrolytic cells with a metal anode and a metal cathode and especially electrolysis cells for the production of chlorine and caustic alkali. A new process for the Establishing an electrical and mechanical connection between metal cathode and metal anode is shown

Normalerweise wurde bisher für die Herstellung von Chlor und Ätzalkali aus einer wäßrigen Alkalichloridlösung eine Membranzelle mit Graphitanode verwendet. Neuerdings wurden auch praktisch brauchbare formbeständige Metallanoden für den Einsatz in Membranzellen entwickelt. Diese Metallanoden haben es auch ermöglicht, für die Membranzelle die Filterpressenanordnung in Erwägung zu ziehen. Für die Entwicklung einer praktisch brauchbaren, kompakten Filterpressen-Zelle sind jedoch innere elektrische Verbindungen erforderlich. Da im Innern der Zellen Bedingungen herrschen, die auf viele Metalle stark korrodierend wirken, ist es notwendig, stabile elektrisch-mechanische Verbindungen zu schaffen, die leicht zu schützen sind.Normally, a membrane cell with a graphite anode has previously been used for the production of chlorine and caustic alkali from an aqueous alkali metal chloride solution. Recently, practically usable dimensionally stable metal anodes for use in membrane cells have also been developed. These metal anodes have it too allows the filter press arrangement to be considered for the membrane cell. For the development of a practical, compact filter press cell, however, are internal electrical connections necessary. As conditions prevail inside the cells that are highly corrosive to many metals work, it is necessary to create stable electrical-mechanical connections that are easy to protect.

Gegenstand der Erfindung ist eine Verbesserung einer zweipoligen Filterpressen-Elektrolysezelie für die Herstellung von Chlor aus einer wäßrigen Alkalichloridlösung, in der die Anode aus einem Ventilmetall und die Kathode aus Eisen oder auch einer Eisenlegierung besteht und Anode und Kathode durch eine Schraubverbindung elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine der Elektroden ein mit Gewinde versehener Bolzen aus im wesentlichenThe invention is an improvement of a two-pole filter press electrolysis cell for the Production of chlorine from an aqueous alkali metal chloride solution in which the anode consists of a valve metal and the Cathode consists of iron or an iron alloy and anode and cathode are electrically connected to one another by a screw connection, thereby characterized in that through one of the electrodes a threaded bolt consists essentially of

demselben Metall wie die Elektrode hindurchgeführt ist und die andere Elektrode mit einer entsprechenden öffnung mit Innengewinde versehen ist wobei das Gewinde aus Eisen mit einem Münzmetall und das Gewinde aus dem Ventilmetall mit wenigstens einem Metall der Platingruppe überzogen istthe same metal as the electrode is passed through and the other electrode with a corresponding one Opening is provided with an internal thread, the thread made of iron with a coin metal and the Thread is coated from the valve metal with at least one metal of the platinum group

Auf diese Weise werden bei Herstellung der elektrischen Verbindung das weichere Platinmetall und das Münzmetall in festen Kontakt miteinander geIn this way, when the electrical connection is made, the softer platinum metal and the coin metal is in firm contact with one another bracht wodurch eine feste elektrische Verbindung und eine gegenüber Schwerbeanspruchungen stabile mechanische Verbindung entstehtbrings about a solid electrical connection and a mechanical connection that is stable against heavy loads is created

Die Zeichnung zeigt einen Schnitt ausgeführt entlang der Längsachse der Schraube, durch eine EisenkathodeThe drawing shows a section made along the longitudinal axis of the screw through an iron cathode und eine Ventilmetallanode, die erfindungsgemäß elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird eine Metaiianode 1 verwendet die wie üblich ein Blech (entweder geschlossen oder mit öffnungen verschiedener Formen versehen) oder ein aus einem Ventilmetall bestehendes Streckgeflecht sein kann. Als zweite Elektrode der zweipoligen Zelle ist eine Kathode 6 aus Eisen oder auch einer Eisenlegierung vorgesehen. Wie die Anode 1 kann die Kathode 6 entweder aus Blech (geschlossen oder mit öffnungen verschiedener Formen versehen) oder Streckmetall bestehen. Aus Gründen der Zweckmäßigkeit wird die zwischen den Elektroden befindliche und parallel zu ihnen verlaufende Trennwand in der Zeichnung nicht gezeigt, da die vorliegende Erfindung keine spezielle Zelle betrifft, die Verwendung von Trennwänden bekannt ist und durch das Weglassen der Trennwand in der Zeichnung größere Deutlichkeit in der Darstellung der Einzelheiten der Erfindung erreicht wird.and a valve metal anode which, according to the invention, are electrically and mechanically connected to one another. In the embodiment of the invention shown in the drawing, a metal anode 1 is used which as usual a sheet (either closed or provided with openings of various shapes) or a can be made of a valve metal stretch braid. As the second electrode of the bipolar cell is a cathode 6 made of iron or an iron alloy is provided. Like the anode 1, the cathode 6 either made of sheet metal (closed or provided with openings of various shapes) or expanded metal exist. For the sake of convenience, the one located between the electrodes and parallel to They extending partition wall is not shown in the drawing, since the present invention is not a special one Cell concerns, the use of partitions is known and by the omission of the partition in of the drawings, greater clarity in showing the details of the invention is achieved.

An einer der Elektroden muß ein Zapfen mit einem Innengewinde zur Aufnahme der Schraube 5 befestigt werden, z. B. durch Schweißen. Im Hinblick auf die geringe Dicke üblicher Elektroden ist es zu empfehlen, beide Elektroden mit einem Zapfen zu versehen, so daß,A pin with an internal thread for receiving the screw 5 must be attached to one of the electrodes be e.g. B. by welding. In view of the small thickness of common electrodes, it is recommended to to provide both electrodes with a pin so that,

to wenn Anode 1 und Kathode 6 zueinander richtig ausgerichtet sind, die beiden Zapfen aufeinander liegen und den richtigen Abstand der Elektroden von der Trennwand zwischen Anolyt- und Katholyt-Kammer sicherstellen. Der mit einem Innengewinde verseheneto when anode 1 and cathode 6 are correctly aligned with each other, the two pins are on top of each other and the correct distance between the electrodes and the partition between the anolyte and catholyte chambers to ensure. The one provided with an internal thread

4^r> Zapfen kann an der einen oder der anderen Elektrode befestigt werden.4 ^r > Spigot can be attached to one or the other electrode.

In der Zeichnung ist der mit Innengewinde versehene Zapfen 2 an der Anode 1 befestigt. Das Innengewinde des Zapfens 2 ist mit einer dünnen, aber zusammenhän-In the drawing is the one with internal thread Pin 2 attached to anode 1. The internal thread of the pin 2 is with a thin, but coherent

¹M) genden Schicht 3 überzogen. Zapfen 2 besteht aus im wesentlichen demselben Metall wie die Anode 1, d. h. er besteht ebenfalls aus einem Ventilmetall. Der Überzug 3 besteht aus einem Platinmetall, das nach einer für das Platinieren üblichen Methode aufgebracht wurde. Nach ¹ M) layer 3 coated. Pin 2 consists essentially of the same metal as the anode 1, ie it also consists of a valve metal. The coating 3 consists of a platinum metal which has been applied by a method customary for platinum-plating. To

^r)> einem zweckmäßigen Verfahren dieser Art wird eine durch Erhitzen reduzierbare Platinierlösung mit dem Pinsel aufgebracht und dann mit Hilfe einer kleinen Lötlampe zu einem fest haftenden Überzug reduziert. Der Zapfen 7 auf der Kathode 6 besteht aus im ^r )> An expedient method of this type is to apply a platinum plating solution that can be reducible by heating with a brush and then reduce it to a firmly adhering coating with the aid of a small blowtorch. The pin 7 on the cathode 6 consists of im

w) wesentlichen demselben Metall wie Kathode 6, nämlich aus Eisen oder einer Eisenlegierung.w) essentially the same metal as cathode 6, viz made of iron or an iron alloy.

Auch Zapfen 7 ist angeschweißt oder in anderer geeigneter Weise befestigt. Zapfen 7 ist mit einer öffnung versehen, die sich in axialer Richtung mit einerPin 7 is also welded on or fastened in some other suitable manner. Pin 7 is with a provided opening that extends in the axial direction with a

«"' entsprechenden öffnung in der Kathode 6 deckt. Durch diese öffnungen wird eine Schraube 5 eingeführt die zur Herstellung der erfindungsgemäßen elektrisch-mechanischen Verbindung dient.«" 'Corresponding opening in the cathode 6 covers A screw 5 is inserted into these openings, which is used to establish the electrical-mechanical connection according to the invention.

Die Schraube 5 besitzt einen gewöhnlichen Kopf mit druckaufnehmender Schulter, einen Schaft und am anderen Ende ein Gewinde. Erfindungsgemäß ist dieses Gewinde mit einem Metallüberzug 4 vtxsehen. Die Schraube besteht aus einem ähnlichen Material wie die ·> Elektrode, durch die sie hindurchgesteckt ist Gemäß der Zeichnung wird die Schraube durch die Kathode 6 und den Kathodenzapfen 7 hindurchgefühlt; dementsprechend besteht die Schraube 5 aus Eisen oder einer Eisenlegierung und der Überzug 4 aus einem Münzmetall. Für die Zwecke dieser Erfindung kann der Kopf der Schraube 5 mit einem Schlitz für das Anziehen der Schraube mit einem Schraubendreher (siehe Zeichnung) versehen oder so beschaffen sein, daß man einen Inbus-Sclilüssel oder ein ähnliches Werkzeug verwen- r> den kann. Die Druckschulter des Schraubenkopfes ist in der Zeichnung konisch dargestellt, doch können auch andere Formen verwendet werden, z.B. eine flache Schulter, je nachdem welche Stärke die Elektrode besitzt und vorausgesetzt, daß jede Elektrode einen entsprechenden Zapfen aufweist Es ist natürlich ohne weiteres klar, daß bei zwischen der Schraube 5 und dem mit Innengewinde versehenem Zapfen hergestellter Verbindung der Kopf der Schraube 5 gegen Elektrode und/oder Zapfen anliegen muß, damit die Elektrode (in r> der Zeichnung Kathode 6) festgehalten wird.The screw 5 has an ordinary head with a pressure-absorbing shoulder, a shaft and am the other end has a thread. According to the invention, this thread is provided with a metal coating 4. the The screw is made of a material similar to the ·> Electrode through which it is inserted According to the drawing, the screw is passed through the cathode 6 and the cathode plug 7 felt through; accordingly, the screw 5 is made of iron or one Iron alloy and the coating 4 made of a coin metal. For the purposes of this invention, the head of the Screw 5 with a slot for tightening the screw with a screwdriver (see drawing) provided or made in such a way that one can use an Allen key or a similar tool can. The pressure shoulder of the screw head is shown conical in the drawing, but can also other shapes can be used, e.g. a flat shoulder, depending on the thickness of the electrode and provided that each electrode has a corresponding stud. It is of course without It is also clear that when produced between the screw 5 and the internally threaded pin Connection, the head of the screw 5 must rest against the electrode and / or pin so that the electrode (in r> the drawing cathode 6) is recorded.

Wenn die Schraube 5 in den mit Innengewinde versehenen Zapfen 2 eingeführt wird, so geben der Überzug 4 auf dem Schraubengewinde und der Überzug 3 auf dem Innengewinde des Zapfens gerade so viel ;o nach, daß die Schraube 5 eingedreht werden kann und dabei doch eine dichte, massive, unter mechanischer Spannung stehende elektrisch-mechanische Verbindung entsteht. Der auf den Widerstand der Verbindung zurückzuführende Verlust an elektrischer Energie wird daher auf ein vernachlässigbares Maß reduziert. Die Dichtheit der Anordnung gewährleistet darüber hinaus eine feste, nicht nachgebende mechanische Verbindung.When the screw 5 is inserted into the internally threaded pin 2, so give the Coating 4 on the screw thread and coating 3 on the internal thread of the pin just as much; o after that the screw 5 can be screwed in and still a dense, massive, under mechanical An electrical-mechanical connection under voltage is created. The one on the resistance of the connection The loss of electrical energy that can be traced back is therefore reduced to a negligible level. the The tightness of the arrangement also ensures a firm, non-yielding mechanical connection.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß der Anodenzapfen 2 mit Bezug auf die Kathode 6 (oder den -m Kathodenzapfen 7, falls ein solcher vorgesehen ist) so angeordnet sein muß, daß der Kopf der Schraube 5 auf die Kathode einen Druck ausübt und sie arretiert.From the above it follows that the anode plug 2 with respect to the cathode 6 (or the -m Cathode pin 7, if one is provided) must be arranged so that the head of the screw 5 on the cathode applies pressure and locks it in place.

Für den Fachmann ist es aus der obigen Beschreibung ohne weiteres klar, daß die Vorteile dieser Erfindung r> ohne Rücksicht darauf zur Geltung kommen, ob die Schraube durch die Anode 1 und deren Zapfen 2 oder durch die Anode te und deren Zapfen 7 hindurchgeht und die Verbindung mit dem anderen Zapfen herstellt. In jedem Falle besteht die Schraube aus im wesentlichen >» demselben Material wie die Elektrode, durch die sie hindurchgeht. In jedem Falle ist das aus Eisen oder einer Eisenlegierung bestehende Gewinde mit einen Platinmetall überzogen.For those skilled in the art it is readily apparent from the above description that the advantages of this invention r> come into play regardless of whether the screw through the anode 1 and its pin 2 or te through the anode and its pin 7 and connects to the other pin. In in any case the screw is made of essentially the same material as the electrode through which it is attached passes through. In any case, the thread consisting of iron or an iron alloy with a platinum metal overdrawn.

Für die Zwecke dieser Erfindung ist unter Ventilme- « tall eine Gruppe von Metallen zu verstehen, die auf dem Gebiet der Elektrochemie wohlbekannt sind. Der Einfachheit halber sei darauf hingewiesen, daß es sich hierbei um Titan, Zirkonium, Wolfram, Tantal und Niobium handelt. Vorzugsweise verwendet man Titan oder Tantal, und zwar normalerweise solches von handelsüblicher Reinheit, ζ. Β. elektrolytische Sorten. Legierungen des Titans können ebenfalls verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Legierung das Kriterium der Passivität erfüllt; Metallegierungen, die sich bei anodischer Polarisation passivieren, können auch bei einer weit höheren Anodenspannung als derjenigen, die für die Umwandlung eines Chlorid-Ions in Chlor erforderlich ist, passiv bleiben. Die Erscheinung der Passivität in diesem Zusammenhang wird in einem Artikel diskutiert, der von Greene in der Ausgabe der Zeitschrift »Corrosion« von April 1962, Seite 136-t bis 142-t, veröffentlicht wurde. Besonders ist auf Figur 1 in diesem Artikel hinzuweisen, in der der typische aktiv-passive Übergang eines Metalts zu einem korrodierenden Medium beschrieben ist. Titanlegierungen mit Aluminium, Vanadium, Palladium, Chrom oder Zinn, in denen die letzteren Metalle weniger als 10% der Legierung ausmachen, sind für die Zwecke der Erfindung geeignet.For the purposes of this invention, under valve tall to understand a group of metals well known in the electrochemical arts. Of the For the sake of simplicity, it should be noted that this is titanium, zirconium, tungsten, tantalum and Niobium acts. It is preferred to use titanium or tantalum, usually that of commercial purity, ζ. Β. electrolytic varieties. Alloys of titanium can also be used provided that the alloy meets the criterion of passivity fulfilled; Metal alloys that passivate with anodic polarization can also be used with a far higher anode voltage than that required for the conversion of a chloride ion into chlorine is required to remain passive. The appearance of passivity in this context becomes in a Article discussed by Greene in the issue of Journal "Corrosion" from April 1962, page 136-t to 142-t, was published. In particular, FIG. 1 in this article to point out the typical active-passive transition from a metal to a corrosive medium is described. Titanium alloys with aluminum, vanadium, palladium, chrome or Tin, in which the latter metals make up less than 10% of the alloy, are for the purposes of the Invention suitable.

Der Überzug auf dem Gewinde aus Eisen oder einer Eisenlegierung besteht aus einem Münzmetall, d. h. Kupfer, Silber oder Gold. Wegen der beim direkten Überziehen des Eisens mit diesen Metallen erforderlichen Lösungsbedingungen ist es in manchen Fällen ratsam, zunächst eine Schicht eines Metalls wie Nickel, das aus einer weniger unangenehmen Galvanisierlösung aufgebracht wird, und erst dann das gewünschte Münzmetall aufzubringen. Zum Beispiel kann man bei Einsatz von Nickel und Kupfer die Verwendung eines Cyanid-Bades vermeiden. Zweistufiges Galvanisieren mit Nickel und Kupfer bedeutet also, daß das Kupfer über einer dünnen Schicht Nickel aufgebracht wird. Bei anderen Zwischenschichten verhält es sich ähnlich. Bei der zweischichtigen Anordnung der Weichmetalle werden die Vorteile der vorliegenden Erfindung gewahrt und gleichzeitig die Verwendung weniger unangenehmer Galvanisierlösungen ermöglicht. Ein solches zweistufiges System ist als unter den Umfang dieser Erfindung fallend anzusehen.The coating on the thread of iron or an iron alloy consists of a coin metal, i. H. Copper, silver or gold. Because of the need for direct coating of iron with these metals Solution conditions it is in some cases advisable to first apply a layer of a metal such as nickel, which is applied from a less unpleasant electroplating solution, and only then the desired one Apply coin metal. For example, if you are using nickel and copper, you can use a Avoid cyanide baths. So two-step electroplating with nickel and copper means that the copper is applied over a thin layer of nickel. The situation is similar for other intermediate layers. at the two-layer arrangement of the soft metals will be the advantages of the present invention and at the same time enables the use of less unpleasant electroplating solutions. A such two-stage system is considered to be within the scope of this invention.

Metalle der Platingruppe sind zum Beispiel Platin, Ruthenium, Osmium, Rhodium, Iridium und Palladium sowie Legierungen von zwei oder mehr der vorgenannten Metalle. Es ist zweckmäßig, diese Gruppe von Metallen als Platingruppe zu bezeichnen, da von diesen Metallen vorzugsweise Platin verwendet wird.Platinum group metals include platinum, ruthenium, osmium, rhodium, iridium, and palladium as well as alloys of two or more of the aforementioned metals. It is appropriate to this group of Metals to be designated as platinum group, since of these metals platinum is preferably used.

Aus der obigen Beschreibung ergeben sich für den Fachmann zahlreiche Modifikationen, die als unter den Umfang dieser Erfindung fallend anzusehen sind.From the above description, numerous modifications will become apparent to those skilled in the art, which are considered to be under the The scope of this invention is to be regarded as falling.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

1. Bipolare Filterpressen-Elektrolysezelle für die Herstellung von Chlor aus wäßrigen Alkalichloridlösungen, deren Anode aus einem Ventilmetall und deren Kathode aus Eisen oder einer Eisenlegierung besteht und Anode und Kathode durch eine Schraubverbindung elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine der Elektroden ein mit Gewinde versehener Bolzen aus im wesentlichen demselben Metall wie die Elektrode hindurchgeführt ist und die andere Elektrode mit einer entsprechenden öffnung mit Innengewinde versehen ist, wobei das Gewinde aus Eisen mit einem Münzmetall und das Gewinde aus dem Ventilmetall mit wenigstens einem Metall der Platingruppe überzogen ist1. Bipolar filter press electrolysis cell for the production of chlorine from aqueous alkali metal chloride solutions, the anode of which is made from a valve metal and whose cathode consists of iron or an iron alloy and anode and cathode by a Screw connections are electrically connected to one another, characterized in that through one of the electrodes a threaded bolt from essentially the same Metal how the electrode is passed through and the other electrode with a corresponding opening is internally threaded, the thread made of iron with a coin metal and the thread the valve metal is coated with at least one platinum group metal

2. Bipolare Filterpressen-Elektrolysezelie nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der der Kathode zugewandten Seite der Anode ein aus einem Ventilmetall bestehender Zapfen mit einer mit Innengewinde versehenen öffnung befestigt ist, wobei das Innengewinde mit einem Metall aus der Gruppe der Platinmetalle überzogen ist, und eine Schraube aus Eisen oder einer Eisenlegierung durch die Kathode hindurchgeführt ist, wobei das Gewinde der Schraube mit einem Kupfer- oder Nickel-Kupfer-Überzug versehen ist, so daß bei Herstellung der elektrischen Verbindung das weichere Platinmetall und das Nickel-Kupfer-Metall in festen Kontakt miteinander gebraucht werden, wodurch eine feste elektrische Verbindung und eine gegenüber Scherbeanspruchungen stabile mechanische Verbindung entsteht.2. Bipolar filter press electrolysis cell according to claim 1, characterized in that on the side of the anode facing the cathode, an existing valve metal pin with an internally threaded opening is attached, the internal thread being coated with a metal from the group of platinum metals , and a screw made of iron or an iron alloy is passed through the cathode, the thread of the screw being provided with a copper or nickel-copper coating, so that when the electrical connection is made, the softer platinum metal and the nickel-copper metal are needed in solid contact with each other, creating a solid electrical connection and a mechanical connection that is stable against shear stresses.