DE2420011C2 - Sinter-Elektrode für elektrochemische Prozesse - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine Sinter-Elektrode für elektrochemische Prozesse nach Patent 24 05 010.

Gegenstand des Hauptpatents 24 05 010 sind Slnterelektroden fü: elektrochemische Prozesse mit einer aus einem Titanoxid TlO, testeher.-'en Basis wobei χ = 0,25 bis 1.5 bedeutet, und eine wenigstens ein Metall aus der Gruppe Platin, Palladium, Iridlurr-,Ruthenium, Osmium, Rhodium, Gold und Silber oder Verbindungen dieser Metalle, wie Oxide, Nitride und Sulfide, enthaltenden Deckschicht. Die in dem gestörten Kristallgitter der Basissubstanz fest verankerte Deckschicht Ist unter den Bedingungen etwa einer Elektrolysezelle gegen Ablösung und Verschleiß wellgehend bestandig und ändert Ihre Aktivität auch nach längerer Betriebszelt nicht. Zum Herstellen derartiger Elektroden ist es bekannt, Tüan- und Titandloxidpulver Im Verhältnis 7:1 bis I : 3 zu mischen, mit einem Bindemittel zu versetzen und durch Pressen zu formen. Die Preßlinge werden durch Erhitzen in einer Argonatmosphäre auf etwa 1100 bis 1400° C gesintert, zerkleinert und das TiO,-Pulver zu einer Elekirodenbasls verpreßt, die in Form und Abmessung der gewünschten Elektrode entspricht. Die Basii wird anschließend gesintert und dann mit einer aktivierende Stoffe enthaltenden Deckschicht versehen. Es Ist ebenfalls bekannt. In die Basis Gasabzugskanäle, Versteifungsrippen und dergleichen mittels geeigneter Preßwerkzeuge einzupressen.

Für die Durchführung elektrochemischer Reaktionen Ist es Im allgemeinen vorteilhaft, zur Vermeidung einer Verschlechterung des Wirkungsgrades die Reaktionsprodukte schnell und möglichst vollständig von den Elektrodenoberflächen zu entfernen und gleichzeitig für die stetige und Intensive Zuführung von frischem Elektrolyten Sorge zu tragen. In der wäßrigen Elektrolyse von Alkalihalogenlden nach dem Quecksilberverfahren wird beispielsweise der Spannungsabfall der Zelle durch an der Anodenoberfläche haftende Gasbiasen und Gasfilme In •.inerwünschtem Maße erhöht Zur Vermeidung dieses i ff'ekts sind zahlreiche, Ablösung und Transport der Ciasblasen fördernde Anodenformen mit Anodenbasen aus Graphit oder aus massiven Metallen, wie z. B. Titan, vorgeschlagen worden, die wegen des erforderlichen verhältnismäßig großen Bearbeitungsaufwandes für Elektroden aus einem gesinterten Metall oder einer metallischen Verbindung weniger geeignet sind.

Der Erfindung Hegt die Aufgabe zugrunde, eine einfach herstellbare und die Gasblasenpolarisation wesentlich vermindernde Elektrodenform für Elektroden der eingangs genannten Art mit einer Basis aus einem Titan oxid TlO_x zu schaffen, die besonders als Anode für die Elektrolyse von Alkalihalogenlden in Quecksilberzellen geeignet ist.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer eine rechteckige Bodenflänhe aufweisenden Elektrode gelöst,

is in die eine Folge von sich zwischen zwei gegenüberliegenden Elektrodenselten erstreckenden In ihrer Tiefe von der einen Seite zur gegenüberliegenden Seite gleichmäßig zunehmenden Schlitze eingelassen ist. Nach bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung sind die Kopffläche der Elektrode ebenfalls gegen die Bodenfläche geneigt und die durch Bodenfläche und vertikaie Schiitzfiächen gebildeten Kanten gerundet. Nach einer weiteren Ausführungsform ist an der Elektrodenselte mit der größten Schiitztlefe eine sich bis knapp unterhalb des Elektrolytspiegels erstreckende Blende angebracht.

Die erfindungsgemäße Elektrodenform bewirkt ein Entweichen der sich in den Schlitzen sammelnden Gasblasen an der Seite der größten Schlitztiefe, wodurch auf- grund der Gasströmung sowie der hydrostatischen Druckdifferenz in der Zelle eine frische, gasblasenarme Sole von der Elektrodenoberfläche zu deren Unterseile transponierende Zirkulationsströmung entsteht, die gleichzeitig an der Elektrodenunterseite gebildete Gasbla sen mitreißt. Die verkürzte Verweilzeit der Gasblasen führt zu einer Verminderung der schädlichen Bedeckung der Elektrodenoberfläche durch Gase und damit zur Verminderung des Spannungsabfalls durch Gasblasenpolarisation.

Die In Abhängigkeit von der jeweiligen .Stromdichte einen maximalen Zirkulationseffekt ergebende Schlitzneigung sowie das günstigste Schlitzvolumen können durch einfache Versuche ermittelt werden. Das Schlitzvolumen Ist der verwendeten Stromdichte oder der in der

*5 Zelteinheit gebildeten Gasmenge direkt proportional, die Schlitzneigung für In horizontalen Quecksilberzellen verwendeten Anoden etwa I bis 15°. Noch größere Neigungswinkel erbringen keine zusatzlichen Vorteile, da mit zunehmenden Austrittsquerschnitt der Schlitze die Strömungsgeschwindigkeit und damit die Elektrolytzirkulation abnimmt. Die Anordnung einer sich bis knapp an den Elektrolytspiegel erstreckenden, an der Llektrodenseite mit der größten Schlitztiefe befestigten Blende, durch die ein schlitzförmiger Kanal zwischen Blende und Zellenwandung bzw. zwischen den Blenden zweier benachbarter Elektroden gebildet wird, ergibt einen die Zirkulation verstärkenden zusätzlichen Auftrieb.

Die Herstellung geschlitzter PJcktrodenformen aus massiven Metallen, wie z. B. Titan, erfordert einen hohen Bearbeitungsaufwand und bedingt größere Materialverlusle. Metallblech, wie ι. B Titanbleche, sind wegen der mangelhaften mechanischen Stabilität für diese vorteilhafte Elektrodenform ebenfalls nicht geeignet. Schließlich wird die Schlltzlänge von Elektroden aus einem nicht-dlmensionsstabllen Werkstoff, wie z. B. Graphit, durch Abbrand oder Abrieb Im Verlaufe des Elektrolyseprozesses verkürzt, wodurch der Zirkulationseffekt mit der Betriebszeit zunehmend geringer wird

Erfindungsgernäße Elektroden s!nU fOr Elektrolysen jeder Art geeignet, z. B. die Elektrolyse von Chlorwasserstoffsaure und von Wasser, insbesondere aber for die wäßrige Chloralkalielektrolyse nach dem Quecksilberverfahren.

Zur Herstellung erfindungsgemäßer Elektrodenformen werden Titan- und Titandloxidpulver im Verhältnis 7:1 bis 1:3 und einer Korngröße von beispielsweise < 0,06 μιτι bzw. < 0,01 μη\ mit einem Bindemittel, wie z. B. einer wäßrigen Polyvinylalkohollösung gemischt und mit einem Druck von ca. 50 kp/cm² zu brikettähnlichen Körpern verpreßt, die nach einer Trocknung bei einer Temperatur von ca. 105 bis 120° C in einer Argonaimosphäre auf etwa 1200 bis 1400° C erhitzt werden, wobei die Ausgangsstoffe unter Bildung eines Titanoxids TiO₁ mit .ν = 0,25 bis 1,50 reagieren. Die Vorpreßlinge werden dann gebrochen und gemahlen. Zum Herstellen der Elektrodenbasis wird das Pulver dann mit einem Druck voii ca. 300 bis 2500 kp/cm² in einem Gesenk verpreßt, das eine Folge von Stegen aufweist, deren Breite, Höhe und Neigung unter Berücksichtigung des Sinterschwundes den gewünschten Schlitzfoimen und Maßen entspricht. Die Platten werden dann in einer A*2onatrnosphäre auf 1100 bis 1400° C erhitzt und nach dem Abkühlen mit einer Aktivierungsschicht versehen. Ausführungsformen sind in Zeichnungen dargestellt und werden im folgenden näher erläutert.

Es zeigt

Fig. 1 eine Ausführungsform mit paralleler Kopf- und Bodenfläche

Fi g. 2 eine Ausführungsform mit geneigter Kopffläche Fi g. 3 den Strömungsverlauf von Sole und Gasblasen.

1 ist eine Elektrode aus gesintertem Titanoxid TlO,, Zeichnerisch nicht dargestellt sind die aktivierende Stoffe enthaltende Deckschicht sowie die Verbindung der Elektrode mit der Stromquelle, Zwischen den Selten 3 und 4 der Elektrode erstrecken sich gegen die Bodenfläche geneigte Schlitze 2, deren Tiefe an der Seite 3 kleiner ist als an der Seite 4.

Hinsichtlich des Materialaufwandes ist die Elektrodenform nach Flg. 2 vorteilhaft, nach der die Kopffläche 5 ebenfalls gegen die Bodenfläche geneigt ist. Die Neigung der Kopffläche entspricht zweckmäßig der Schlitznei-• gung. Zur Vergrößerung des Gasblasenauftriebs Ist an der Elektrodenseite 4 das Titanblech 6 befestigt, das sich bis knapp unter den nicht dargestellten Elektrolytspiegel erstreckt.

In Fig. 3 Ist 7 der mit einem Elektrolyten gefüllte Trog, in den die Elektrode 1 eintaucht. Die an der Seite 4 aufsteigenden Gasblasen bewirken eine Bewegung des verbrauchten Elektrolyten in der gleichen Richtung, während frische, gasblasenarme Sole von der Oberseite 5 der Elektrode nach unten strömt, die r-n der Elektrodenunterseite gebildeten Gasblasen ablösr und als gashlasenreiche Sole zwischen der Fläche 4 und der Trogwand aufsteigt.

Der Spannungsabfall einer horizontalen Chloralkalizelle mit Quecksilberkathode und einer Anode in der Ausführung nach Fig. 1 betrug bei einer Stromdichte von 10 kA/m² und einem K-Wert von 0,09 V mVkA 4,0 bis 4,1 V. Unter den gleichen Bedingungen war der Spannungsabfall einer Zelle mit einer aus einer Folge parallel angeordneter, vertikaler Titanbänder bestehenden Anode 4,25 bis 4,30 V.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (5)

Patentansprüche:

1. Sinter-Elektrode für elektrochemische Prozesse nach Patent 2405 010, dadurch gekennzeichnet, daß in die rechteckige Bodenfläche der Elektrode eine Folge von sich zwischen gegenüberliegenden Elektrodenseiten erstreckenden in Ihrer Tiefe von der einen Seite zur gegenüberliegenden Seite gleichmäßig zunehmenden Schlitzen eingelassen Ist.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kopffläche der Elektroden gegen die Bodenfläche geneigt Ist.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die durch Bodenfläche und vertikale Schlitzflächen gebildeten Kanten gerundet sind.

4. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an der die größte Schlltzfläche aufweisenden Elektrodenseite eine sich bis knapp unter den Elektrolytspiegel erstreckende Blende befestigt ist.

5. Verwendung einer Elektrode nach Anspruch Ί bis 3 als Anode in einer Elektrolysezelle mit einer Quecksilberkathode.