DE2527873A1

DE2527873A1 - Elektrode fuer elektrolysezellen

Info

Publication number: DE2527873A1
Application number: DE19752527873
Authority: DE
Inventors: Morton Sumner Kircher
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1974-06-24
Filing date: 1975-06-23
Publication date: 1976-01-15
Also published as: ES225681Y; JPS5439199B2; BR7503185A; FR2276400A1; GB1474154A; ES225681U; FR2276400B1; ZA752544B; US3963596A; JPS5118278A; CA1041040A; IT1035679B; AU8049975A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrode, insbesondere für Elektrolysezellen für die Elektrolyse von wässrigen Salzlösungen oder für die Elektrolyse von wässrigen Alkalimetallchloridlösungen.

Für die Herstellung von Chlor und Ätzmittel oder Chlorsauerstoff verbindungen, wie Chlorate, durch die Elektrolyse einer Sole werden im weiten Rahmen Elektrolysezellen in einer Anzahl unterschiedlicher Zellenkonstruktionen verwendet. Bei diesen Konstruktionen bestehen Probleme hinsichtlich einer zufriedenstellenden Stromleitung zwischen der Elektrodenwand oder der Elektrodenplatte und der Elektrodenoberfläche.

Der Einsatz von Metallelektroden als Ersatz für Graphitelektroden, insbesondere als Anode, hat zu der Entwicklung von Elektroden, beispielsweise für Diaphragma- oder Chloratzellen, von zunehmender Größe geführt. Die Höhe der Graphitanoden ist durch den elektrischen Widerstand des Graphits sowie durch den maximal zulässigen Gasraumanteil in dem Zwischenelektrodenspalt auf etwa 75 cm (3o") begrenzt.

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Die Verwendung von in hohem Maße leitenden, mit Durchbrechungen versehenen Metallelektroden ermöglicht jedoch die Verwendung von Anoden mit einer Höhe von wenigstens 12o cm (48").

Es sind bereits Anodenanordnungen für den Einsatz bei Elektrolysezellen bekannt, bei welchen der Zellenboden als Anodenträger dient und die Anodensäulen nach oben davon vorstehen und an der Anodenfläche befestigt sind (US-PSn 3 591 483, 3 7o7 454).

Bekannt ist weiterhin eine expandierbare Elektrode, bei welcher eine an der Zellenbasis befestigte Säule gewöhnlich mit zwei Anodenflächen derart verbunden ist, daß der Abstand zwischen den Anodenflächen einstellbar ist, während den Anodenflächen Strom zugeführt wird (US-PS 3 6?4 676).

Bei solchen Anodenanordnungen ist es erforderlich, daß sie in Zellen mit einer horizontalen Basisplatte verwendet werden. Zusätzlich ermöglichen sie einen uneingeschränkten Strom von Fluiden nach oben durch den Raum zwischen den Anodenflächen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrode zu schaffen, die einen kontinuierlichen, jedoch eingeschränkten und gerichteten Fluidstrom durch sie hindurch ermöglicht.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Elektrode die insbesondere für den Einsatz in einer Zelle für die Elektrolyse von Alkalimetallchloriden bestimmt ist, zwei Elektrodenflächen, die parallel angeordnet und einen Raum zwischen sich haben, und wenigstens einen elektrisch leitenden Träger,auf der an der Elektrodenflächen befestigt ist, in dem Raum zwischen den Elektrodenflächen angeordnet ist und einen Abschnitt mit einer Krüm-

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mung von etwa 2 bis etwa 3o° aus der Horizontalen hat. Der Abschnitt des elektrisch leitenden Trägers mit der Krümmung kann etwa 5 bis etwa 95 und vorzugsweise etwa 25 bis etwa 9o % der Länge des leitenden Trägers einnehmen.

Die Erfindung schafft also eine verbesserte Elektrode, die in Zellen verwendet werden kann, in welchen die Elektroden an der Seite der Zellen befestigt sind; bei der in wirksamer Weise Strom zwischen der Elektrodenfläche und der Elektrodenplatte geleitet wird; bei der die Elektrodenfläche geeignet abgestützt ist; und die die Verwendung von Elektroden mit gesteigerter Höhe ermöglicht, während das Längenstück des Leiters für die Zuführung ^Aes Stroms so kurz v/ie möglich ist. Zusätzlich soll die Elektrode für einen deutlichen, jedoch eingeschränkten und gerichteten Strom von Fluiden nach oben durch sie hindurch sorgen.

Die erfindungsgemäße Elektrode ist besonders geeignet für Elektrolysezellen zur Herstellung von Chlor und Chlor-Sauerstoff-Verbindungen, für Elektrolysezellen mit Metallanoden, für Elektrolysezellen mit vertikal angeordneten Elektrodenplatten. Dabei ist ein kontinuierlicher, jedoch eingeschränkter und gerichteter Strom von Fluiden durch den Raum zwischen den Elektrodenflächen möglich.

Die Erfindung schafft somit eine Elektrodenanordnung für die Verwendung in Elektrolysezellen, welche mit Metallelektroden arbeitet. Die Elektrode hat zwei Elektrodenflächen, die parallel zueinander angeordnet sind, wobei zwischen ihnen ein Raum vorgesehen ist. Die Elektrode hat wenigstens einen elektrisch leitenden Träger. Die Erfindung schafft auch eine Elektrodenanordnung,bei der der leitende Träger mit einem Ende im wesentlichen senkrecht an einer Elektrodenplatte befestigt ist und einen Abschnitt hat, der längs einer Seite der Elektrodenfläche befestigt

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ist. Dieser Abschnitt hat ein Längenstück mit einer Krümmung von etwa 2 bis etwa 3° aus einer Achse, die im wesentlichen senkrecht zur Elektrodenplatte liegt. Die Elektrodenanordnung wird in Elektrolysezellen zur Herstellung von Chlor und Natriumhydroxyd oder von Chloroxydverbindungen durch die Elektrolyse von Alkalimetallchloridlösungen verwendet.

Anhand der beiliegenden Zeichnungen wird die Erfindung beispielsweise nähor erläutert.

Fig. 1 zeigt eine Seitenansicht einer Ausführungsform einer Elektrodenanordnung.

Fig. 2 zeigt die Elektrodenanordnung von Fig. 1 in einer Stirnansicht längs der Linie 2-2 von Fig. 1.

Fig. 3 zeigt in einer Seitenansicht eine zweite Ausführungsform einer Elektrodenanordnung.

Fig. h ist ein Schnitt längs der Linie k-k von Fig. 3.

Die in Fig. 1 gezeigte Elektrodenanordnung verwendet eine Elektrodenplatte Io mit einer daran befestigten Elektrode 12. Die Elektrode 12 ist aus einer näherliegenden Elektrodenfläche 15 und aus einer weiter entfernt liegenden Elektrodenfläche lk zusammengesetzt, welche parallel zueinander angeordnet sind und zwischen sich einen nicht gezeigten Raum bilden. Elektrisch leitende Träger l6 sind mit Flanschen 18 versehen, die im

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Bereich von mit Gewinde versehenen Enden 2o befestigt sind. Die mit Gewinde versehenen Enden 2o der leitenden Träger l6 gehen durch nicht gezeigte Öffnungen in der Elektrodenplatte Io hindurch und werden durch Muttern befestigt. Die elektrisch leitenden Träger 16 sind in dem Raum zwischen den Elektrodenflächen lk und 15 angeordnet und längs einer Seite dieser Flächen befestigt. Ein Abschnitt 28 eines jeden leitenden Trägers 16, der an den Elektrodenflächen lk und 15 befestigt ist, ist nach oben gekrümmt. Die leitenden Träger 16 enden, ehe sie die vorderen Ränder der Elektrodenfläche lk und erreichen. Die leitenden Träger 16 sind längs der Seiten der Elektrodenflächen lk und 15 durch Schweißen, Hartlöten oder dergleichen befestigt. An der Elektrodenplatte Io sind Leiter 26 festgeschweißt, welche die Einrichtungen für das Zuführen von Strom zu der Elektrodenanordnung bilden.

Wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, hat die Elektrodenplatte Io eine Vielzahl von leitenden Trägern l6, die senkrecht zur Elektrodenplatte Io befestigt sind. Die leitenden Träger 16 sind in dem Raum 31 zwischen den Elektrodenflächen lk und 15 angeordnet und krümmen sich nach oben. Die leitenden Träger 16 sind längs der Seiten der Elektrodenflächen lk und 15 befestigt.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform verwendet die Elektrodenanordnung eine Elektrodenplatte Io mit einer daran befestigten Elektrode 12. Die Elektrode 12 ist aus einer naheliegenden Elektrodenfläche 15 und aus einer entfernt liegenden Elektrodenfläche lk zusammengesetzt. Die Elektrodenflächen lk und 15 sind parallel zueinander angeordnet und bilden zwischen sich einen nicht gezeigten Raum. Es sind elektrisch leitende Träger 19 vorgesehen, die in dem Raum zwischen der Elektrodenfläche lk und der Elektrodenfläche 15, angeordnet und

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längs einer Seite einer jeden Elektrodenfläche durch Schweißen, Hartlöten oder dergleichen befestigt sind. Unter den leitenden Trägern 19 sind an den Elektrodenflächen lh und 15 auf gleiche Weise wie die leitenden Träger 16 Elemente 32 zum Ausrichten des Gases befestigt.

Die hinteren Ränder der Elektrodenfläche Ik und 15 sind im Abstand von der Elektrodenplatte Io angeordnet, so daß zwischen der Elektrodenplatte Io und den Elektrodenflächen l4 und 15 ein Kanal 17 gebildet wird.

Ein Abschnitt der leitenden Träger 19, der längs der Seite einer jeden dor Elektrodenflächen befestigt ist, hat eine nach unten gehende Krümmung. Die leitenden Träger 19 haben Flansche l8 in der Nähe ihrer mit Gewinde versehenen Enden 2o und sind an der Elektrodenplatte Io in gleicher Weise befestigt, wie es in Fig. 1 gezeigt ist.

Aus der Schnittansicht von Fig. 4 sieht man, daß die Elektrode 12 aus den Elektrodenflächen tk und 15 zusammengesetzt ist, die im Abstand parallel angeordnet sind, wobei die leitenden Träger 19 in dem Raum 31 zwischen den Elektrodenflächen 14 und 15 angeordnet und an jeder der Elektrodenflächen lk und 15 befestigt sind. Eine Zwischenwand Jo verbindet einen Rand der Elektrodenfläche l4 mit einem Rand der Elektrodenfläche 15 und schließt den Raum J\ zwischen den beiden Elektrodenflächen. Die Zwischenwand 3° hat nicht gezeigte Öffnungen für die leitenden Träger 19· Die Zwischenwand Jo hat auch EIemente 32 für das Ausrichten von Gas, die unter den leitenden Trägern 19 angeordnet sind. Die Zwischenwand Jo ist mit den Elektrodenflächen lk und 15 durch Schweißen, Hartlöten oder dergleichen verbunden.

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Die Elektrode hat wenigstens einen leitenden Träger, der an einem Ende im wesentlichen senkrecht zu der Elektrodenplatte befestigt ist. Der leitende Träger hat einen Abschnitt der längs der Seiten der beiden Elektrodenflächen festgelegt ist. Der leitende Träger ist zwischen den Elektrodenflächen angeordnet und deshalb längs der Seite der Elektrodenflächen angebracht, die nicht einer benachbarten entgegengesetzt geladenen Elektrode gegenüberliegt. Der leitende Träger kann parallel zu der Länge oder der Breite der Elektrodenfläche befestigt werden. Ein Abschnitt dieses längs der Seite der Anodenfläche befestigten Teils hat eine Krümmung aus einer Achse senkrecht zur Elektrodenplatte. Die Krümmung verläuft in vertikaler Richtung. Der Betrag der Krümmung liegt zwischen etwa 2 und etwa 3o°und vorzugsweise zwischen etwa 5 und etwa 2o aus der Horizontalen.

Die Krümmung kann eine ununterbrochene Kurve, beispielsweise ein Bogen, oder eine nicht kontinuierliche Kurve sein, die einen Knick oder eine Biegung hat. Bevorzugt wird eine nicht kontinuierlich verlaufende Kurve, beispielsweise eine Kurve mit einem Knick.

Der gekrümmte Teil kann etwa 5 bis etwa loo %_Λ vorzugsweise etwa 25 bis etwa 95 und im speziellen Fall etwa 5«> bis etwa 95 % der Länge des Abschnittes betragen, der längs der Seiten der Elektrodenfläche befestigt ist.

Vorzugsweise bildet der Abschnitt, der eine Krümmung aufweist, ein Stück mit dem geraden Abschnitt des leitenden Trägers. Gewünschtenfalls kann der Abschnitt mit der Krümmung jedoch auch eine getrennte Einheit bilden, die beispielsweise einstellbar an dem geraden Abschnitt des leitenden Trägers befestigt wird, um den Betrag der Krümmung ändern zu können.

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Der leitende Träger ist längs einer jeden Seite der beiden Elektrodenflächen so befestigt, daß ein Raum oder ein Kanal für die Fluide gebildet wird, die längs der leitenden Träger hochsteigend gerichtet werden. Wenn beispielsweise die Krümmung des Abschnittes des leitenden Trägers nach oben gerichtet ist, endet vorzugsweise der leitende Träger in einem Abstand von der Vorderkante der Elektrodenflächen. Dieser Abstand kann irgendein zweckmäßig gewählter Abstand sein und hängt beispielsweise von der Größe der Elektrodenfläche ab. Wenn die Breite der Elektrodenfläche etwa 9o cm (36") beträgt, beträgt der Abstand ausgehend vom Ende des leitenden Trägers bis zur Vorderkante der Elektrodenflache etwa 15 cm (6").

Wenn die Krümmung des Abschnittes des leitenden Trägers nach unten geht, wird durch Befestigen der Elektrodenflächen an den leitenden Trägern in einem Abstand von der Elektrodenplatte ein Kanal gebildet, wobei dieser Abstand beispielsweise etwa 2,5 bis 15 cm (l bis 6") und vorzugsweise etwa 3»8 cm bis Io cm (1,5 bis 4") beträgt.

Die Breite oder der Durchmesser des leitenden Trägers bestimmt den Abstand, den die Elektrodenflächen zwischen sich haben. Der leitende Träger kann eine zweckmäßige körperliche Form haben. So können beispielsweise Stäbe, Bänder, Stangen oder Profile verwendet werden. Als leitender Träger wird ein Stab mit einem Durchmesser von etwa 1,3 cm bis etwa 12,7 cm (o,5 his etwa 5") und vorzugsweise von etwa 1,9 cm bis etwa 5 cm (o,75 his 2") bevorzugt.

Bei der in Fig. k gezeigten Ausführungsform wird zusätzlich ein Gasrichtungs- bzw. Gasführungselement 32 verwendet, wenn der leitende Träger beispielsweise die Form eines Stabes, einer Stange oder eines'Bandes hat. Das

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Gasrichtungselement wird unmittelbar unter dem leitenden Träger und im wesentlichen über der gesamten Länge des leitenden Trägers angeordnet, der an den Elektrodenflächen befestigt ist. Das Gasrichtungselement verhindert, daß angesammelte Gase durch die Öffnungen in den Elektrodenflächen hindurchgehen. Das Element kann beispielsweise aus einem Paar Bändern oder aus einem Band bestehen, das längs der Seite einer jeden Elektrodenfläche befestigt ist. Das Element kann auch die Form eines Kanalprofils haben, dessen oberer Rand mit der Form des leitenden Trägers übereinstimmt.

Das Gasrichtungselement kann aus ein«*m n:" ·?»*■; leitenden Material, wie Plexiglas oder Polytetrafluoräthylen, oder aus einem leitenden Material zusammengesetzt sein, beispielsweise aus dem Material, welches für den leitenden Träger verwendet wird.

Wie aus Fig. k zu ersehen ist, schließt eine mit Öffnungen versehene Trennwand den Raum zwischen den Elektrodenflächen dadurch ab, daß sie die Ränder der Elektrodenflächen, die der Elektrodenplatte am nächsten liegen, verbindet. Die Trennwand hat Öffnungen für die leitenden Träger und zusätzlich bei einer bevorzugten Ausführungsform eine Öffnung unter der Öffnung für jeden leitenden Träger. Diese Öffnung kann jede geeignete Form haben, beispielsweise ein Quadrat, ein Rechteck oder ein Kreis sein. Die Öffnung ist bevorzugt ein Rechteck mit einer Länge von etwa 5 cm bis etwa 25 cm (2 bis lo") und einer Breite von etwa 1,2 cm bis etwa 12 cm (o,5 bis 5") und vorzugsweise einerLänge von etwa 5 cm bis etwa 13 cm (2 bis 5") und einer Breite von etwa 1,9 cm bis etwa 7»6 cm (o_t75 bis 3").

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-loin gleicher Weise können die Elektrodenflächen über der Vorderseite oder am vorderen Rand durch Anbringen von beispielsweise einer Trennwand verbunden werden. Die Trennwände können aus einem geeigneten elektrisch leitenden Material zusammengesetzt sein, das sich mit den Elektrodenflächen verträgt. Bevorzugt bestehen die Trennwände jedoch aus dem Material, das für die Elektrodenflächen benutzt wird. Die Trennwände können durch Löten, Schweißen, Hartlöten oder dergleichen befestigt werden. Gewünschtenfalls können die Elektrodenflächen auch längs der anderen Ränder verbunden werden. Dies ist beispielsweise erforderlich, wenn die Elektrode als Kathode in einer Diaphragmazelle dient. Die Elektrodenflächen sind längs der Ränder abgedichtet. Die Elektrodenflächen sind an der Elektrodenplatte unter Bildung einer Katholytkammer befestigt. Auf den Elektrodenflächen der Kathode ist ein Diaphragma befestigt oder abgeschieden. Für das Entfernen von gasförmigen und flüssigen Produkten aus der Kathodenkammer sind Auslässe vorgesehen.

Bei Elektroden, bei welchen eine Vielzahl von leitenden Trägern verwendet wird, hängt die Anzahl der leitenden Träger im allgemeinen von der Größe der Elektrodenflächen ab. Wenn die Höhe der Elektrodenfläche beispielsweise etwa 12o cm (k&") beträgt, beträgt die Anzahl der leitenden Träger beispielsweise etwa 2 bis etwa Io und vorzugsweise etwa 3 bis etwa 7·

Wenn die Höhe der Elektrode größer ist, können mehr leitende Träger an jeder Elektrodenfläche befestigt werden. Wenn die Höhe der Elektrode geringer ist, können weniger leitende Träger benutzt werden.

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Wenn eine Vielzahl von leitenden Trägern verwendet wird, kann der Abstand zwischen benachbarten Trägern regelmäßig oder unregelmäßig sein. Vorzugsweise beträgt der Abstand zwischen benachbarten leitenden Trägern etwa 15 cm bis etwa 38 cm (6 bis 15").

Der leitende Träger kann jede geeignete körperliche Form aufweisen, so können beispielsweise Stäbe, Bänder oder Stangen verwendet werden. Bevorzugt wird als leitender Träger ein Stab mit einem Durchmesser von etwa 0,6 cm bis etwa 7,6 cm (o,25 bis 3") und vorzugsweise zwischen 1,3 cm und etwa 3,8 cm (0,5 bis 1,5"). Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung kann beispielsweise als Anode oder Kathode in Elektrolysezellen verwendet werden, die für die Herstellung von Chlor und Natriumhydroxyd oder von Chlorsauerstoffverbindungen geeignet sind, beispielsweise von .Hypochloriten oder Chloraten.

Abhängig davon, ob die Elektrodenanordnung als Anode oder als Kathode dient, werden die Baumaterialien für den leitenden Träger in geeigneter Weise so ausgewählt, daß sie gegenüber Gasen und Flüssigkeiten, denen sie ausgesetzt sind, widerstandsfähig sind. Wenn die Elektrodenanordnung beispielsweise als Anode dient, wird der leitende Träger aus einem leitenden Metall, wie Kupfer, Silber, Stahl, Magnesium oder Aluminium, hergestellt, das mit einem gegenüber Chlor widerstandsfähigen Metall, wie Titan oder Tantal, überzogen wird. Wenn die Elektrodenanordnung als Kathode dient, besteht der leitende Träger beispielsweise aus Stahl, Nickel Kupfer oder aus beschichteten leitenden Materialien, wie mit Nickel beschichtetem Kupfer.

Dort, wo die Elektrodenfläche als Anode dient, kann ein durchbrochenes Metall benutzt werden, welches ein guter elektrischer Leiter ist. Vorzugsweise verwendet man ein

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Röhrenmetall, beispielsweise Titan oder Tantal oder ein Metall, beispielsweise Stahl, Kupfer oder Aluminium, welches mit einem Röhrenmetall, wie Titan oder Tantal, plattiert ist. Das Röhrenmetall hat einen dünnen Überzug über wenigstens einem Teil seiner Oberfläche aus einem Metall der Platingruppe, aus einem Metalloxyd der Platingruppe oder aus einer Legierung eines Metalls der Platingruppe oder aus einer Mischung dieser Stoffe. Der Ausdruck '•Metall der Platingruppe", wie er hier verwendet wird, bedeutet ein Element der Gruppe, welche Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium und Platin umfaßt.

Die Anodenflächen können verschiedene Formen haben. Sie können beispielsweise ausgebreitete Netze bzw. Gitter sein, die abgeflacht sind oder nicht abgeflacht sind und horizontale, vertikale oder winkelförmige Schlitze haben. Andere geeignete Formen sind gewobenes Drahttuch, welches abgeflacht oder nicht abgeflacht ist, Stäbe, Drähte oder Bänder, die beispielsweise vertikal angeordnet sind, sowie Bleche oder Platten mit Durchbrechungen, Schlitzen oder geschlitzten Öffnungen.

Bevorzugt wird als Anodenfläche ein kleine Öffnungen aufweisendes Metallnetz mit guter elektrischer Leitfähigkeit in der vertikalen Richtung.

Als Kathode besteht die Elektrodenfläche gewöhnlich aus einem Metallgitter oder -netz, wobei das Metall beispielsweise Eisen, Stahl, Nickel oder Tantal ist. Gewünschtenfalls kann wenigstens ein Teil der Kathodenfläche mit einem Metall der Platingruppe, einem Oxyd oder einer Legierung der Platingruppe, wie oben definiert, beschichtet sein.

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Die Elektrodenplatten sind in geeigneter Weise aus nicht leitenden Materialien gebaut, beispielsweise aus Beton oder faserverstärktem Kunststoff. Sie können auch aus einem leitenden Metall, wie Stahl oder Kupfer, bestehen. Um Korrosionsschäden zu vermeiden, kann das leitende Metall beispielsweise mit Hartkautschuk oder einem Kunststoff, wie Polytetrafluoräthylen oder einem faserverstärkten Kunststoff überzogen werden. GewünschtenfalIs kann, wenn die Elektrodenplatte als Anodenplatte dient, Titan oder ein mit Titan plattiertes Grundmetall verwendet werden.

In der Elektrodenplatte sind für die Befestigung des einen Endes der leitenden Träger Öffnungen vorgesehen. Diese Öffnungen können Durchbrüche sein, welche etwa die gleiche Größe wie der Durchmesser oder der Querschnitt des leitenden Trägers haben. Bei einer bevorzugten Ausführungsform erlauben die Öffnungen eine seitliche Bewegung der leitenden Träger, so daß der Abstand zwischen der Anode und der Kathode variierbar ist. Für die seitliche Bewegung der leitenden Träger eignen sich Öffnungen in Form von Schlitzen, Schlüssellöchern, Nuten und dergleichen. Ein Ende des leitenden Trägers ist an der Elektrodenplatte mit geeigneten Einrichtungen, beispielsweise durch Verschrauben, befestigt.

Jede Elektrodenfläche ist an dem leitenden Träger beispielsweise durch Schweißen, Löten, Hartlöten oder dergleichen, befestigt.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform wird die Elektrodenanordnung in einer Diaphragmazelle verwendet, in welcher die Elektrodenplatten vertikal angeordnet sind. Die Anodenplatte hat eine Vielzahl von daran befestigten Anoden . Die Kathodenplatte, die vertikal gegenüber

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der Anodenplatte angeordnet ist, hat eine Vielzahl von daran befestigten Kathoden. Die Anoden und Kathoden stehen horizontal über die Zelle vor. Wenn die Zelle zusammengebaut ist, ist jede Kathode zwischen zwei benachbarte Anoden eingeführt.

Wenn eine Vielzahl von Elektroden an den Elektrodenplatten befestigt werden, hängt die genaue Anzahl von der größe der Elektrodenplatte ab. So werden beispielsweise bei einer Elektrolysezelle, welche die Elektrodenanordnung gemäß der Erfindung benutzt , etwa fünf bis etwa fünfzig Elektroden an der Elektrodenplatte befestigt.

Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung kann auch in Elektrolysezellen für die Elektrolyse von wässrigen Salzlösungen, beispielsweise eines Alkalimetallchlorids, wie Natriumchlorid oder Kaliumchlorid, verwendet werden. Wenn ein Diaphragma oder eine permselektive Kationenaustauschmembran verwendet wird, werden Chlor und Alkalimetallhydroxyd erzeugt. Wenn man das Diaphragma oder die Membran wegläßt, erhält man Chlorsauerstoffverbindungen, wie Alkalimetallhypochlorite oder Alkalimetallchlorate. Beispiele für solche Diaphragmazellen sind aus den US-PSn 1 862 244, 2 37o 087, 2 987 463, 3 461 057, 3 617 46i und 2 642 6o4 bekannt.

Besonders geeignet sind Diaphragmazellen, in welchen die Elektroden und Kathoden auf den gegenüberliegenden Seiten wänden der Zelle angebracht sind, wie dies beispielsweise bei den US-PSn 3 247 o9o oder 3 477 938 der Fall ist. Beispiele für Zellen ohne Diaphragma sind aus den US-PSn 3 7oo 582 und 3 732 153 bekannt.

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Anhand der nachstehenden Beispiele, in welchen alle Anteile und Prozentsätze auf Gewicht bezogen sind, wenn dies nicht anders ausgewiesen ist, wird die Erfindung näher erläutert.

Beispiel 1

Um eine Elektrolysezelle zu simulieren wird ein abgedichteter Behälter aus Plexiglas verwendet, der eine Länge von loo cm (4o"), eine Höhe von l6o cm (63") und eine Breite von 7»5 cm (3") hat. Die transparenten Wände des Behälters ermöglichen eine Beobachtung des Gas- und Flüssigkeitsstroms im Inneren der Elektrode, wie sie in Fig. 3 gezeigt ist. Die Elektrodenfläche besteht aus einesv Titannetz mit einer Breite von 9o cm (63") und einer Höhe von 12o cm (48"), wobei eine geeignete Absteifung vorgesehen ist. Zwischen der Titannetzfläche und einer durchsichtigen Seitenwand bleibt ein Raum von einer Breite von 3,8 cm (1,5"), in welchem vier Polyvinylchloridstäbe mit einem Durchmesser von 2,1 cm (o,84") angeordnet werden, welche die leitenden Träger der Elektrode bilden sollen. Die Stäbe, die in einem Winkel von l6 aus der Horizontalen geneigt sind, sind mit dem Titannetz durch Draht verbunden. Direkt unter dem untersten Stab wird durch Draht ein Plexiglasband mit einer Breite von 3»8 cm (1,5") und einer Stärke von 4 mm (0,16") mit dem Titannetz verbunden. Das Plexiglasband dient als Gasführungselement. In die Zelle wird Luft in Form von Blasen eingeführt, um die Wirkung des Chlors oder Wasserstoffs zu simulieren.

Für die Erzeugung der Luftblasen wird in die Zelle genau unter den unteren Rändern.der Elektrodenfläche innerhalb des Innenelektrodenraums und parallel zur Länge der Elektrodenflächen ein Polyvinylchloridrohr eingeführt, welches einen Durchmesser von 1,4 cm (o,54") und Löcher mit einem Durchmesser von o,35 nun (o,ol35") in einem Abstand von 1,2 cm aufweist. Das Rohr wird mit einem

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Rotameter und einer Luftpumpe verbunden. Am Boden der Zelle wird in der Nähe der Mitte ein Einlaß-Auslaßventil für Wasser angeordnet. Die Zelle wird mit Wasser bis zu einer Höhe von etwa der halben Elektrodenhöhe gefüllt. Die Luft wird mit verschiedenen Mengenströmen zugeführt. Anhand der Betrachtung wird die Luftmenge festgestellt, die längs des unteren Stabes den Kanal zwischen der Elektrodenplatte und den hinteren Rändern der Elektrodenflächen hochgeleitet würde. Diese Menge wird verglichen mit der Luftmenge, die durch das Netz der Elektrodenfläche und längs der Seiten der Elektrodenfläche nach oben gehen würde. Die Ergebnisse sind in Tabelle I zusammengestellt.

Tabelle I

Gasstrom längs der sich mit einem Winkel von l6 aus der Horizontalen nach unten neigenden Stäbe, wobei der Kanal zwischen der Elektroden platte und den Elektrodenflächen 3,8 cm beträgt.

Versuch Eingeführte Luftmenge Prozentsatz der Blasen

Nr. in dm /min (ft /min) die längs des Stabes strömen

1 5,7 (o,2) 99,5

2 8,5 (0,3) 99

3 11,3 (o,4) 97 k 14,2 (0,5) 9o

5 17.O (0,6) 85

6 19,8 (o,7) 75

7 22,7 (0,8) 65

8 25,5 (0,9) 60

9 28,3 (I₁O) 55

Die vorstehenden Ergebnisse zeigen, daß der geneigte Stab den Gasstrom wirksam längs des Stabs zu dem Kanal an der Hinterseite der Elektrodenfläche leitet.

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Beispiel 2

Das Vorgehen gemäß Beispiel 1 wird mit in einem Winkel von 8 aus der Horizontalen nach unten geneigten Stäben wiederholt. Die Ergebnisse sind in Tabelle II gezeigt.

Tabelle II

Gasstrom läxiers der in einem Winkel von 8 aus der Horizontalen nach unten geneigten Stäbe, wobei der Kanal zwischen der Elektrodenplatte und den Elektrodenflächen 3,8 cm (1,5") beträgt.

Versuch Eingeführte Luftmenge Prozentsatz der längs des Nr. in dm /min (ft /min) Stabes strömenden Blasen

11	5,7	(o,2)
12	8,5	(o,3)
13	11,3	(o,k)
14	14,2	(o,5)
15	17,ο	(o,6)
16	19,8	(o,7)
17	22,7	(o,8)
13 .	25,5	(o,9)
19 '	28,3	(o,o)

98 97 93 9o 88 83 78 63 53

Man erhält längs der geneigten Stäbe eine wirksame Leitung des Luftstroms, insbesondere bei Luftströmen von 5,7 bis 17,o dm /min.

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Bei Verwendung einer Anodenanordnung in einer Diaphragmazelle mit zwei Elektrodenflächen, die an einer Vielzahl von leitenden Trägern in der in Fig. 3 und k gezeigten Art und Weise befestigt sind, wobei eine Zwischenwand die vorderen Ränder der Elektrodenflächen und eine Zwischenwand mit Öffnungen die hinteren Ränder der Elektrodenflächen verbindet, wird der Strom der Fluide, nämlich der Flüssigkeit und des Gases längs der leitenden Träger gerichtet bzw. geführt. Die Strömung wird von rechts nach links zu dem "Kamin"- oder Kanalbereich zwischen der Elektrodenplatte und der Zwischenwand geführt , welche die hinteren Ränder der Elektrodenflächen verbindet. In diesem "Kamin"-Bereich strömen die Fluide mit einer höheren Geschwindigkeit nach oben als der Strom längs des leitenden Trägers. Dies erzeugt einen Umwälzeffekt (Zug), wodurch der Elektrolyt durch die vordere Zwischenwand in den inneren Elektrodenflächenraum gezogen wird und die Gase durch den Kaminbereich gespült werden. Der Strom von Flüssigkeiten und Gasen ist somit eingeengt und wird geführt, so daß man eine verbesserte Elektrolyt- und Gaszirkulation durch die Elektrode erhält, während der Kontakt mit dem Diaphragma oder das "Abscheuern" des Diaphragmas durch den Flüssigkeitsstrom auf ein Mimimum reduziert wird.

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Claims

— -j y —

Schutzansprüche

Elektrode, insbesondere für eine Zelle für die Elektrolyse von Alkalimetallchloriden oder Alkalimetallchloridlösungen, dadurch gekennzeichnet , daß die Elektrode zwei Elektrodenflächen (14,15), die parallel angeordnet sind und zwischen sich einen Raum (31) haben, und wenigstens einen leitenden Träger (16,19) aufweist, der an den Elektrodenflächen (14,15) angebracht ist, in dem Raum (31) zwischen den Elektrodenflächen (14,15) angeordnet ist und einen Abschnitt (28,29) hat, dessen Krümmung um etwa 2 bis etwa 3o° aus der Horizontalen abweicht.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Abschnitt (28,29) etwa 5 bis etwa 95 % der Länge des leitenden Trägers (16,19) einnimmt.
3. Elektrode nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Abschnitt (28,29) etwa 25 bis etwa 9o % der Länge des leitenden Trägers (16,19) einnimmt.
4. Elektrode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung etwa 5 bis etwa 2o° aus der Horizontalen abweicht.

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- 2ο -
5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode eine erste Zwischenwand (3o) aufweist, welche die hinteren Ränder der Elektrodenflächen (14,15) verbindet und den Raum (31) zwischen den Elektrodenflächen (14,15) schließt, wobei die Trennwand eine Öffnung für den leitenden Träger (16,19) hat.
6. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der ersten Zwischenwand (3o) unter der Öffnung für den leitenden Träger (16,19) eine weitere Öffnung vorgesehen ist.
7. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine zweite Zwischenwand, welche die vorderen Ränder der Elektrodenflächen verbindet und den Raum (31) zwischen den Elektrodenflächen (14,15) schließt.
8. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch etwa zwei bis etwa zehn leitende Träger (16,19).
9. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch eine vertikal angeordnete Elektrodenplatte (1o), zwei Elektrodenflächen (14,15), die parallel angeordnet sind und zwischen sich einen Raum (31) aufweisen, und durch wenigstens einen leitenden Träger (16,19), der in dem Raum (31) zwischen den Elektrodenflächen (14,15) angeordnet ist, mit einem Ende im wesentlichen senkrecht an der Elektrodenplatte (1o) befestigt ist

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und einen Abschnitt hat, der längs einer Seite der Elektrodenflächen (14,15) angebracht ist, wobei der Abschnitt Einrichtungen aufweist, die einem Teil des Abschnitts eine Krümmung von etwa 2 bis etwa 3o° aus einer Achse senkrecht zur Elektrodenplatte (1o) geben.
10. Elektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Teil des Abschnitts etwa 5 bis etwa 1oo % der Länge des Abschnitts ausmacht, die längs der Seite der ersten Elektrodenfläche angebracht ist.
11. Elektrode nach Anspruch 1o, dadurch gekennzeichnet, daß der gekrümmte Teil des Abschnitts etwa 25 bis etwa 95 % der Länge des Abschnitts ausmacht, der längs der Seite der ersten Elektrodenfläche angebracht ist.
12. Elektrode nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Krümmung nicht kontinuierlich ist und die Form einer Biegung oder eines Knicks mit einer Abweichung von etwa 5 bis etwa 2o° von einer Achse senkrecht zur Elektrodenplatte (1o) hat.
13. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 12, gekennzeichnet durch ein Gas leitendes Element (32), das unmittelbar unter dem leitenden Träger (16,19) angeordnet und längs einer Seite der Elektrodenflächen (14,15) angebracht ist.

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14. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß das Ende des leitenden Trägers (16,19), welches längs der Seite der Elektrodenflächen (14,15) angebracht ist, einen Abstand zu den vorderen Rändern der Elektrodenflächen von etv/a 5 bis etwa 15 cm (2 bis 6") hat.
15. Verwendung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Anode.
16. Verwendung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Kathode.
17. Verwendung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 14 als Kathode, bei der die hinteren Ränder der ersten und zweiten, als Kathodenflächen ausgebildeten Elektrodenflächen in einem Abstand von der als Kathodenplatte ausgebildeten Elektrodenplatte zwischen etwa 2,5 und etwa 15 cm (1 bis 6") angeordnet sind.
18. Verwendung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder wie in Anspruch 17 angegeben,in einer Diaphragmazelle für die Elektrolyse einer wässrigen Lösung eines Alkalimetallchlorids, wobei wenigstens eine Kathode ein Diaphragma trägt, eine als Kathode dienende Elektrode an einer Kathodenplatte befestigt ist, die vertikal und der Anode gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei die Zelle Einrichtungen (26) zum Zuführen von

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elektrischer Strom zu den leitenden Trägern (16,19) aufweist.
19. Verwendung einer Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 14 oder wie in Anspruch 17 angegeben, in einer Diaphragmazelle für die Elektrolyse einer wässrigen Lösung eines Alkalimetallchlorids, wobei die Elektrodenflächen ein Diaphragma tragen und wenigstens eine als Anode dienende Elektrode an einer Anodenplatte befestigt ist, die vertikal und der Kathode gegenüberliegend angeordnet ist, und wobei die Zelle Einrichtungen zum Zuführen von elektrischen; Strom zu den leitenden Trägern (16,19) aufweist.

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