DE2426674A1

DE2426674A1 - Anoden fuer elektrolysezellen

Info

Publication number: DE2426674A1
Application number: DE19742426674
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Chem Dr Klotz; Rene Vanderheyden
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1974-06-01
Filing date: 1974-06-01
Publication date: 1975-12-04
Also published as: JPS513378A; SE7506154L; NL7506473A; FR2275569A1; BE829659A

Description

Anoden für Elektrolysezellen

Die Erfindung betrifft Anoden, die sich besonders für eine Elektrolyse von Alkalichloridlösungen nach dem Amalgamverfahren eignen.

Anoden, bestehend· aus einem sogenannten Ventilmetall, wie ζ. B. Titan, Zirkon oder Tantal, mit einer die Passivierung aufhebenden Edelmetallaktivierungsschicht auf dem Ventilmetall, auf der der Quecksilberkathode gegenüberliegenden Seite sind bekannt. Die mit Metallen oder Metalloxiden der Platinmetalle überzogene aktive Anodenfläche kann aus Drähten, Stäben, Platten oder aus gelochtem Blech oder aus Streckmetall bestehen oder kann die Form eines Gitters haben, wobei die Zwischenräume innerhalb dieser Strukturen für den Abzug des anodisch entwickelten Chlorgases dienen. Ausführungsformen von Elektroden für elektrolytische Bäder werden beispielsweise im Handbuch der technischen Elektrochemie von G. Eger, Leipzig I96I, Band 1, Teil 1, Seite 80 ff. beschrieben. Ein bestimmtes Verhältnis von Metallfläche zur freien Fläche der Anode ist ferner aus der deutschen Offenlegungsschrift

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1 792 185 bekannt. Die Aktivierung der Ventilmetalle kann nach bekannten Verfahren, z. B. durch elektrochemisches oder chemisches Aufbringen dünner Metall- oder Metalloxidschichten der Platinmetalle auf das Ventilmetall erfolgen. Das Aufbringen der Aktivierung auf chemischen Wege ist in der Regel mit einer thermischen Behandlung ("Einbrennvorgang") verbunden. Verfahren zur Aktivierung von Anoden aus Ventilmetall werden beispielsweise beschrieben in den britischen Patentschriften 869 865; 877 901; 885 819; 964 913; deutsche Patentschrift 1 155 762; deutsche Auslegeschrift 1 571 721.,

In der deutschen Auslegeschrift 2 OJl 525 ist eine Anode zur stufenförmigen Verteilung des elektrischen Stroms in ei-.ner Alkalichlorid-Elektrolysezelle mit Quecksilberkathode beschrieben, die eine spezielle Anordnung der Stromzuleitungen (Leiterschienen) und eine gitterförmige Metallanodenfläche, die in bekannter Weise aktiviert ist, besitzt. Die gesamte aktivierte Metallanodenfläche kann dabei auch über Schraubverbund an Leiterschienen befestigt werden. Verglichen mit dem Schraubverbund von aktivierter Metallanodenfläche-Leiterschiene zeigt der ebenfalls bekannte Schweißverbund den Vorteil eines geringeren Übergangswiderstandes.

Es hat sich gezeigt, daß im Verlauf der Elektrolyse häufig nur Teile der aktiven Anodenfläche infolge von Kurzschlüssen zerstört werden. Bei den bekannten Anodenausführungsformen ist jedoch ein Austausch lediglich von zerstörten Teilen der Anodenfläche, beispielsweise von zerstörten Einzelstäben, mit Schwierigkeiten verbunden; so müßte die Aktivierung von ausgetauschten Einzelstäben nach dem Anschweißen erfolgen, weil sich vorher aktivierte Stäbe nur wesentlich schlechter, mit höherem Übergangswiderstand und unter teilweiser Zerstörung der Aktivierung anschweißen lassen. Die unbeschädigt gebliebenen Anodenteile werden durch den Einbrennvorgang der

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Aktivierung in negativer Weise beeinflußt, was sich in verringerter Standzeit bemerkbar macht. Der Einbrennvorgang beansprucht ferner ein erhebliches Ofenvolumen, wenn die gesamte Anode auf die für die Aktivierung notwendige Einbrenntemperatur gebracht werden muß.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, Anoden bereitzustellen, die ein einfaches Montieren der einzelnen Elemente der Anode sowie ein leichtes Austauschen zerstörter Teile der aktiven Metallanodenfläche ermöglichen. Weiter soll die erfindungsgemäße Anode so beschaffen sein, daß eine getrennte Aktivierung zerstörter Teile der aktiven Anodenfläche ohne negative Auswirkung auf die übrigen nicht zerstörten Anodenteile möglich ist; ferner soll eine möglichst ökonomische Ersatzteilhaltung aktivierter Anodenflächen möglich sein, um zerstörte Anodenflächen austauschen zu können.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anode aus Ventilmetall für Alkalichlorid-Elektrolysezeilen mit einer Kathode aus fließendem Quecksilber, bestehend aus einer aktivierten Ventilmetallanodenflache, Leiterschienen, die mit der aktivierten Ventilanodenfläche verbunden sind und einem' Stromzuführungssystem,' wobei die aktivierte Ventilmetallanodenf lache aus austauschbaren Segmenten besteht.

Im folgenden wird die Verwendung und der Aufbau der erfindungsgemäßen Anode für die Elektrolyse von Natriumchloridsole zur Erzeugung von Chlor- und Natriumamalgam in einer Quecksilberkathodenzelle in Verbindung mit den Figuren 1 bis β beschrieben;

Dabei kommt den Zahlen folgende Bedeutung zu: Figur 1:

1 = aktivierte Ventilmetallanodenflache,

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2 = Leiterschiene,

3 = Kopfstück,

4 = Kupferstab Figur 2:

5 = Leiterschiene,

6 = aktivierte Ventilmetallfläche Figur Ji:

7 = Leiterschiene,

8 = aktivierte Ventilmetallplatten,' Figur 4:

9 = Leiterschienen,

10 = aktivierte Ventilmetallplatten,

11 = austauschbare Segmente, 12, 12' = Stromverteiler,

13 > 15' = Primärschienen,

14 = Kopfstück,-

15 = Kupferstab,

16 s= Rohr,

17 = Schweißkontakt, Figur 5:

18 = Leiterschienen,

19 = aktivierte Ventilmetallplatten,

20 = Stromverteiler, 21,21^f = Primärschienen, 22 = Trennstelle, 23, 23' = Schweißstellen, Figur 6:

24 = aktivierte Ventilmetallplatte,

25 = Leiterschiene,

26 = Stromverteiler,

27, 27' = Schweißelektroden

Figur 1 zeigt die Aufsicht einer bekannten Ausführungsform einer Anode, wobei 1 die aktivierte Metallanodenfläche aus Ventilmetall, 2, 3 und 4 das Stromverteilungssystem schema

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tisch andeuten.

Figdr 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform für ein austauschbares Segment. Die gesamte Ventilmetallanode set^zt sich aus mindestens zwei, vorzugsweise 5 bis 6, derartiger Segmente zusammen. Die Leiterschienen 5 sind dabei mit der aktivierten Ventilmetallfläche, die aus einem Gitter β besteht, durch Punktschweißen verbunden. Anstelle ' des Gitters können auch, wie in Figur 5 dargestellt, schmale Platten 8 an die Leiterschienen 7 geschweißt werden. Zwischen den Platten soll dabei ein Abstand von 1 bis 10 mm, vorzugsweise 5 mm, bestehen. Ein Segment, wie in Figur 5 dargestellt, wird als "leiterförmiges" Segment bezeichnet. Die Leiterschienen können ein rundes, elliptisches oder eckiges Profil besitzen; beispielhaft genannt wird eini Rechteckquerschnitt, T oder U Profil. Die Anzahl der aufgeschweißten Ventilmetallplatten richtet sich nach der geforderten Gesamtfläche des leiterförmigen Segments.

Figur 4 gibt eine bevorzugte Ausführungsform der Anode, bestehend aus vier nebeneinander angeordneten leiterförmigen Segmenten 11, Leiterschiene 9 und einem Stromverteilungssystem 12, 12', 15, 15', 14, 15, 16 wieder. Im einzelnen sind die leiterförmigen Segmente jeweils über die Kontakte 17 mit den Stromverteilern 12, 12' verbunden. Die Stromverteiler sind wiederum an die Primärschienen 15, 15^f angeschweißt. Auf" die Primärschienen ist eine Kopfstück 14 aufgeschweißt, das ein Sackloch mit Gewinde zur Aufnahme eines. Kupferstabes 15 als Stromzuführung enthält oder der Kupferstab kann auch direkt auf das Kopfstück' aufgeschweißt sein, beispielsweise durch Spreng- oder Reibschweißen. Der Kupferstab 15 ist durch ein Rohr 16, das auf das Kopfstück 14 auf-, geschweißt ist, vor Korrosion durch die Sole geschützt. Wird an einem leiterförmigen Segment während der Elektrolyse die Aktivierung beschädigt, so kann dieses Segment an den Kon-

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taktstellen 17 von den Stromverteilern 12, 12'abgeschnitten werden und durch ein Segment mit Intakter Aktivierung ersetzt werden. Um beim Anschweißen an die Stromverteiler nicht die gleichen Schweißstellen benutzen zu müssen, können dabei Segmente mit verringertem Leiterschienenabstand bereitgestellt werden, wobei alle anderen Maße des Segments unverändert bleiben können.

Der Anteil der kompakten Metallfläche an der gesamten Fläche der Ventilmetallanodenfläche (also einschließlich Zwischenräume) beträgt mindestens 50 %, vorzugsweise 60 bis JO f*. Die Ventilmetallanodenfläche kann aus Platten, Drähten, Profilen, Gittern, gewalztem oder ungewalztem Streckmetall, Sinter- oder Schaummetall bestehen. Platten können dabei eine Plattendicke von 0,5 bis J5 nun, vorzugsweise 1,5 mm,und eine Breite von 1 mm bis J>0 mm, vorzugsweise 10 mm, besitzen. Die Aktivierung der Ventilmetallanodenfläche besteht vorzugsweise aus Rutheniumoxid oder aus Gemischen von Rutheniumoxid mit Platinmetallen und/oder Ventilmetalloxiden.

Ein Stromverteilungssystem entsprechend der Figur 4 stellt nur eine bevorzugte Ausführungsform dar. Andere Ausführungsformen, z. B. in Bezug auf die Zahl, Anordnung und Profilgebung der Stromverteiler,'der Primärschienen und des Kopfstücks sind möglich, beispielsweise eine Anodenform derart, daß beide Stromverteiler an der Außenkante der Anode angebracht werden. Ferner lassen sich die Segmente auch über andere bekannte Stromverteilungssysteme, wie sie z. B. beschrieben sind US-Patent-Nr. 3 508 O4j5; deutsche Offenlegungsschrift 2 04? 5βθ;·. frz. Pa tent-Nr. 2 06j 121 und 2 Ο63 122; britische Patent-Nr. 1 058 624, 1 235 570 und 1 259 822 mit Strom versorgen.

Eine weitere Ausführungsform als Teilbild zeigt Figur 5. Hier werden die Leiterschienen 18 am Ende verlängert, um 90° gebogen und an Stromverteiler 20 angepunktet. Diese Anordnung erweist sich als sehr reparaturfreundlich, da inaktiv Le A 15 792 - 6 -

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gewordene leiterförmige Segmente einfach bei 22 abgeschnitten werden können. Nach der Reaktivierung können die Segmente mit verkürzten Leiterschienen zu einer.neuen Metallanodenfläche kombiniert werden. Ein Abschleifen der beim Abschneiden entstehenden Leiterschienenstummel am Stromverteiler 20 kann dadurch eingespart werden, daß Segmente zweiter Gattung mit verringertem Abstand der Leiterschienen bereit gehalten werden, so daß die Schweißung Jetzt an den Stellen 25 und 25' erfolgen kann.

Figur 6 zeigt eine Methode des Anschweißens eines leiterförmigen .Segments an Stromverteiler 2β mittels einer Punktschweißmaschine mit den Schweißelektroden 27 und 27'. Dadurch, daß die Schweißelektroden zwischen die aktivierten Platten greifen, bleibt die Aktivierung auf den Ventilmetallflächen unbeschädigt.

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Claims

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Patentansprüche;

l)Anode aus Ventilmetall für Alkalichlorid-Elektrolysezellen mit einer Kathode aus fließendem Quecksilber, bestehend aus einer aktivierten Vent ilmetallanodenflache, Leiterschienen, die mit der aktivierten Ventilmetallanodenfläche verbunden sind und einem StromzufUhrungssystem, wobei die aktivierte Ventilmetallanodenfläche aus austauschbaren Segmenten besteht.
2)Anode gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß leiterförmige Segmente verwendet werden.
3)Anode gemäß einem der Ansprüche 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ventilmetallanodenfläche auf Platten, Drähten, Profilen, Gittern, gewalztem oder·ungewalztem Streckmetall, Sinter- oder Schaummetall besteht.
4)Anode gemäß einem der Ansprüche 1 bis J>, 'bestehend aus vier nebeneinander angeordneten leiterförmigen Segmenten 11, acht Leiterschiene 9, wobei die leiterförmigen Segmente über die Kontakte 17 mit zwei Stromverteilern 12, 12^f verbunden sind, die Stromverteiler an zwei Primärschienen 13, 13^! angeschweißt, die Primärschienen auf ein Kopfstück 14 aufgeschweißt sind, das Kopfstück ein Sackloch mit Gewinde zur Aufnahme eines Kupferstabes 15 als Stromzuführung enthält oder wobei der Kupferstab direkt auf das Kopfstück aufgeschweißt ist, und wobei den Kupferstab 15 ein Rohr 16, das auf das Kopfstück 14 aufgeschweißt ist, umgibt.

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5) Anode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Aktivierung der Ventilmetallanodenflache aus Rutheniumoxid oder aus Gemischen von Rutheniumoxid mit Platin und/oder Ventilmetalloxiden besteht.

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