DE2556065A1

DE2556065A1 - Geformter, nicht-leitender rahmen oder koerper fuer eine elektrolysezelle

Info

Publication number: DE2556065A1
Application number: DE19752556065
Authority: DE
Inventors: Jun Edward H Cook; Jeffrey D Eng; Wilfredo E Figueras
Original assignee: Hooker Chemicals and Plastics Corp
Current assignee: Occidental Chemical Corp
Priority date: 1974-12-19
Filing date: 1975-12-12
Publication date: 1976-06-24
Also published as: BE836828A; AU8741475A; IT1051845B; NO754306L; FR2295140A1; FI753575A; RO71269A; AR208422A1; NL7514682A; IL48645A0; ZA757907B; CA1058565A; DD122481A5; JPS5188475A; SE7514274L; BR7508436A

Description

Patentanwälte Dipl.-Ing. R Wi'-ckmann, 2556065

Dipl.-Ing. H. We rcKMANN, Dipl.-Phys. Dr. K. Fincke Dipl.-Ing. R A.Weickmann, Dipl.-Chem. B. Huber

H/KR/ZB 8 MÜNCHEN 86, DEN

POSTl-ACH 860 820

Case 3424 möhlstrasse ii, rufnummer 983921/22

Hooker Chemicals & Plastics Corp., Niagara Falls, N.Y./USA

Geformter, nicht-leitender Rahmen öder Körper für eine

Elektrolysezelle

Die Erfindung bezieht sich darauf, die Gebrauchsdauer von Anoden für Elektrolysezellen zu erhöhen. Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf die Verwendung einer Zielelektrode, um ein Stromaussickern von einer Anode zu einer Anolytbeschikkung oder Austragungsflüssigkeit selektiv zu kontrollieren, so daß ein elektrolytischer Angriff der Anode verhindert wird*

Es ist festgestellt worden, daß bei der Durchführung von Elektrolysen über weit gesonderte Abschnitte der Anode eine anodische Beeinträchtigung bzw. Zerstörung erfolgt. Man hat angenommen, daß eine solche Beeinträchtigung bzw. Zerstörung der Natur nach elektrolytisch ist und daß sie verhindert werden könnte, wenn man Stromaussickerungen von den Anoden und dem Anolyt verhindern könnte. Es ist auch schon bekannt, Leitereinrichtungen zu verwenden, um den Aussickerungsstromfluß bei einigen elektrolytischen Verfahren zu-kanalisieren. Es gibt jedoch noch keinen einfachen und wirksamen Weg, um die Beeinträchtigung bzw. Zerstörung von Anoden aus ausgedehnten

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Titannetzen bei der Elektrolyse von Kochsalzlösungen in geformten Kunststoffzellen des Filterpressentyps zu verhindern. Durch die Erfindung wird nun ein sehr einfacher, wirtschaftlicher und wirksamer Weg zur Verfügung gestellt, um die Lebensdauer von Anoden in solchen Fällen zu verlängern und um längere kontinuierliche Betriebszeiten der Ze3.1en ohne die Notwendigkeit, die Zelle häufig zur Inspektion der Anoden stillzulegen, zu ermöglichen. Dieser Umstand ist für die bevorzugten Zellen der Erfindung, bei denen langlebige Membranen vorzugsweise mit edelmetalloxidbeschichteten Titananoden verwendet werden, von besonderer Wichtigkeit, da die elektrolytischen Prozesse über relativ lange Zeiträume, zum Beispiel 1 bis 5 Jahre, weitergeführt werden, ohne daß die Notwendigkeit besteht, die Zelle auseinanderzunehmen, um beschädigte oder unwirksame Teile zu ersetzen.

Gegenstand der Erfindung ist ein geformter, nicht-leitender Rahmen oder Körper einer Elektrolysezelle zur Aufnahme von Elektroden und einer Membrane, wobei die Membrane die Zelle in Anolyt- und Katholytabteile aufteilt und die Zelle einen Anolytablauf und Austragungskopfstücke bzw. -rohrabzweiger und Durchlässe aufweist, die das Anolytabteil mit solchen Kopfstücken verbinden, der gekennzeichnet ist durch einen Durchgang durch den geformten Zellkörper, der den Anolytablauf oder das Austragungskopfstück mit dem Anolytabteil verbindet, durch welchen Durchgang ein Leiter eines Materials durchgeführt werden kann, das gegenüber einem elektrolytischen Angriff beständig ist und der die Flüssigkeit, wenn sie in dem Anolytablauf oder dem Austragungskopfstück vorhanden ist, mit der Anode verbindet, um das Fließen einer geringen Strommenge von der Anode zu der Flüssigkeit in dem Anolytablauf oder dem Austragungskopfstück zu erleichtern und hierdurch Sickerströme von anderen Teilen der Anode, als wie sie mit dem Leiter in Berührung stehen, zu verhindern, wodurch Beschädigungen der Anode durch Sickerströme verhindert werden. Der Leiter besteht vorzugsweise aus Platin und er

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verbindet den oberen Teil einer flachen, ausgedehnten bzw. erweiterten Titannetzelektrode mit der Flüssigkeit in dem Anolytaustragungskopfstück. Die Erfindung betrifft auch eine Elektrolysezelle, die den oben beschriebenen Zellkörper oder -rahmen besitzt, sowie ein Elektrolyseverfahren für Kochsalzlösungen unter Verwendung dieser Zelle.

Die Erfindung wird anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 einen teilweise abgeschnittenen Seitenaufriß eines Zellkörpers, der eine Membrane, eine Anode, Anolytbeschickungs- und -austragungskopfstücke bzw. -rohrabzweiger und die Zielelektrode gemäß der Erfindung zeigt;

Fig. 2 eine vergrößerte Ansicht eines Teils des Zellkörpers der Fig. 1, die den Draht der Ziel- bzw. Auffanganode und ihre Verbindung mit der Zellanode und dem ausgetragenen Anolyten in dem Austragungskopfstück bzw. Rohrabzweiger zeigt; und

Fig. 3 einen Queraufriß entlang der Ebene 3-3 der Fig. 1.

In der Fig. 1 ist ein nicht-leitender Körper oder Rahmen gezeigt, an dem Leiter 13 und 15 befestigt sind. Sie verbinden eine Quelle für ein positives elektrisches Potential mit einer ausgedehnten bzw. erweiterten Titannetzanode 17, die auf einer Seite (nämlich an der von der Membrane abgewendeten Seite) mit einer dünnen Schicht von Rutheniumoxid (mit einer Dicke von weniger als 0,01 mm) beschichtet ist. Eine kationenaktive permselektive Membran 19 ist in Kontakt mit der Anode angeordnet und sie teilt den Körper der Zelle in Anolyt- und Katholytabteile. Die Membrane wird vorzugsweise fest an Ort und Stelle mittels eines Umfangstreifens

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oder eines Kanalbefestigers gehalten und die angrenzenden Zellkörper werden in "Filterpressen-Beziehung" durch äußere Spanneinrichtungen gehalten, die die Zelle zusammen mit einer Ausrichtungseinrichtung 27 auf den Seiten der Zellkörper in Position halten. Eine (in Fig. 3) gezeigte Dichtung 23 verhindert ein Sickern zwischen den Zellen und andere nicht gezeigte Dichtungen verhindern ein Sickern zwischen den Teilen der Beschickungs- und Austragungskopfstücke der einzelnen Zellen.

In der in Fig. 1 gezeigten Zelle tritt die Beschickung aus Kochsalzlösung in' das Anolytabteil von dem Beschickungskopfstück bzw. -rohrabzweiger 29 für die Kochsalzlösung durch den Durchgang 31 ein. Der angereicherte Anolyt, dessen oberes Niveau in der Zelle bei 33 gezeigt wird, tritt durch den Durchgang 35 in das Austragungskopfstück bzw. den Austragungsrohrabzweiger 37 ein. Der Teil des Katholytbeschikkungskopfstücks 39 und der verbindende Durchgang 41 sind zusammen mit dem Überfließdurchgang 43 und dem Austragungskopfstück 45 gezeigt. Diese Elemente sind jedoch für die vorliegende Erfindung nicht wesentlich, da die elektrolytische Korrosion der Kathode beim Betrieb dieser Zellen keinen begrenzenden Faktor darstellt. Es ist auch ein Anolytablauf 28 und ein Ablaufkopfstück bzw. -rohrabzweiger 30 zur Entfernung des Anolyt aus der Zelle während der Stillegung gezeigt. Chlor- und Wasserstoffauslässe 47 und 49 sind an der Oberseite der Zelle angeordnet und es sind weitere Kopfstückverbindungen, die gewünschtenfalls verwendet werden können, eingezeichnet, die jedoch nicht näher beschrieben werden müssen.

Der Platindraht 51 der Ziel- bzw. Auffangelektrode, welcher an die ausgedehnte Titannetzanode bei 53 durch Punktschweissen angeordnet ist, erstreckt sich durch den Durchgang 35 in die Wand der Zelle 11 und steht mit dem Überfließanolyten

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57 in dem Anolytaustragungskopfstück 37 in Verbindung. Diese Verbindung gestattet ein geringes Ausmaß eines kontrollierten Stromsickerns zwischen der Anode und dem abgereicherten Anolyt, der entfernt wird, wodurch ein gestreutes Stromsikkern verhindert wird, das sich als Grund für die Anodenzerstörung erwiesen hat.

In Fig. 2 werden in vergrößerter Darstellung die Verbindungen des Ziel- bzw. Auffanganodendrahts 51 mit der Anode und dem Anolytaustragungskopfstück genauer als in Fig. 1 gezeigt. Es wird ersichtlich, daß der Anodendraht durch den Durchgang 35 hindurchgeht und nach unten abgebogen ist, so daß er einen Kontakt zu dem Uberfließanolyt herstellt. Obgleich eine scharfe Biegung gezeigt ist, kann der Draht aber auch in einer Kurve gebogen sein, solange das Ende 59 einen Kontakt mit dem Anolyten 57 herstellt. Es wird sehr stark bevorzugt, daß der Durchgang durch die Zellwand 61 - wie gezeigt - geradlinig ist, und gewundene Biegungen sollten vermieden werden. Hierdurch wird im Bedarfsfall die Entfernung der Anode mit dem daran befestigten Draht und ihre spätere Wiedereinsetzung erleichtert.

In der Fig. 3 wird die Beziehung der Anode und der Membrane zu der Kathode gezeigt und es wird ersichtlich, daß die bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Zellen im wesentlichen flache Abschnitte bzw. Zonen sind, die in filterpressenartiger Beziehung zusammengehalten werden. Der Leiter 63 nimmt den Strom von der Kathode 65 ab und überträgt ihn zu der Anode der nächsten Zelle, die sich in äußerer bipolarer Beziehung mit der vorhandenen Zelle befindet. Wasserstoff und Natriumhydroxid werden in dem Katholytabteil 67 gebildet, während in dem Anolytabteil 69 Chlor erzeugt wird.

Die gezeigten Zellen haben typische Abmessungen von etwa

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1 m χ 1,2 m und sie haben eine Dicke von etwa 8 bis 12 cm. Die Wanddicke an der Seite der Zelle, die an das Anolytkopfstück oder den Anolytrohrverzweiger angrenzt, beträgt etwa 3 bis 8 cm. Die Dicke des Anolytkopfstückes beträgt etwa 4 bis 8 cm. Der Durchgang für den Ziel- bzw. Auffanganodendraht ist vorzugsweise ein gerader Zylinder, kann jedoch auch andere rohrfö'rmige Gestalten haben und er besitzt einen Äquivalentdurchmesser von 1 mm bis 5 cm, vorzugsweise von 1 bis 3 cm. Die Länge beträgt weniger als 15 cm, zum Beispiel 1 bis 15 cm, vorzugsweise 5 bis 10 cm. Der Leiterdraht hat einen geeigneten Durchmesser, daß er in den Durchgang hineinpaßt, ist aber normalerweise innerhalb des Bereichs von 0,2 bis 2 mm so dünn wie durchführbar und hat gewöhnlich eine Dicke von 0,5 bis 2 mm. Der Draht hat gewöhnlich eine so kurz wie möglich gehaltene Länge und diese geht im allgemeinen nicht über 25 oder 30 cm hinaus. Gewöhnlich liegt die Länge im Bereich von 5 bis 25 cm und der Draht ist vorzugsweise nicht länger als 20 cm, zum Beispiel 10 bis 20 cm. Zur Erzielung bester Ergebnisse ist der Draht an die Anode an einem Punkt in der Nähe der Anodenspitze und in der Nähe des Durchganges in das Anolytaustragungskopfstück befestigt. Eine solche Verbindung ist daher normalerweise an einer oberen Ecke der Anode, innerhalb von 20 cm, vorzugsweise innerhalb von 10 cm, am meisten bevorzugt innerhalb von etwa 5 cm, der Anodenspitze und einer Seite davon angeordnet.

Anstelle oder zusätzlich zu einer Verbindung des Anolytüberfließkopfstücks mit der Anode kann die Anode in ähnlicher Weise mit dem AnoIytablaufkopfstück verbunden sein. Die Einzelheiten einer solchen Befestigung sind im wesentlichen die gleichen, wie sie im Zusammenhang mit der Verbindung der Anode mit der Flüssigkeit des Anolytüberfließkopfstücks gezeigt worden sind. Das Verbindungselement für das Beschickungskopfstück kann anstelle des Verbindungselements für das Aus-

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— γ —

tragungskopfstück verwendet werden oder es kann zusätzlich dazu eingesetzt werden. In Fig. 1 ist ein Verbindungsdraht 71 gezeigt, der die Anode 17 mit dem Anolytablaufkopfstück 30 und dem darin befindlichen Anolyt verbindet.

Die Werkstoffe für den nichtleitenden elektrolytischen Zellkörper - oder Rahmen - können alle beliebigen polymeren Zellmaterialien sein, die für eine Berührung mit dem Elektrolyt und den Elektrolyseprodukten ohne Beeinträchtigung geeignet sind. Es können auch verschiedene andere formbare Massen verwendet werden. Es wird bevorzugt, Polypropylen und insbesondere Gemische von Polypropylenhomopolymeren und -copolymeren zu verwenden, wobei besonders bevorzugt wird, ihre Eigenschaften durch bis zu 50 %, vorzugsweise bis zu 40 %, Füllstoffe wie Asbestfasern, Calciumsilikatfasern und/oder Glimmerfasern zu verbessern. In diesem Zusammenhang wird ein Gemisch aus Calciumsilikatfasern und Glimmer- oder Asbest- und Glimmerfasern besonders bevorzugt, obgleich auch Dreikomponentengemische sehr gut geeignet sind. Andere Kunststoffe, welche äquivalente Eigenschaften wie Polypropylen haben, können anstelle davon verwendet werden, jedoch erscheint es derzeit, daß Polypropylen als verformbares Material zur Herstellung von Zellkörpern für die Kochsalzelektrolyse allen anderen bekannten Kunststoffen überlegen ist.

Die Anode besteht aus ausgedehntem bzw. erweiterten Titannetz und gewöhnlich ist ein Hauptteil der Oberfläche offen. Anstelle von Titan kann auch Tantal oder ein anderes Ventilmetall verwendet werden. Anstelle eines Rutheniumüberzugs kann auch ein Überzug aus anderen Edelmetalloxiden, z.B. aus Rhodiumoxid, Platinoxid, und den Edelmetallen selbst verwendet werden. Die Kathoden können, obgleich sie vorzugsweise aus weichem Stahl gefertigt werden, auch aus anderen bekannten Kathodenmaterialien bestehen, wie z.B. aus

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Graphit, Blei, Kupfer, sowie anderen Metallen und Legierungen, die alkalibeständig sind. Die Leiter sind gewöhnlich Kupferstäbe, die für die Anode mit Titan und für die Kathode mit Kupfer allein beschichtet sind. Als kationenaktive, permselektive Membran wird ein hydrolysiertes Copolymeres aus einem perfluorierten Kohlenwasserstoff und einem fluorsulfonierten Perfluorvinyläther besonders bevorzugt. Der perfluorierte Kohlenwasserstoff ist vorzugsweise Tetrafluoräthylen, obgleich auch andere perfluorierte, gesättigte und ungesättigte Kohlenwasserstoffe mit 2 bis 5 Kohlenstoffatomen ebenfalls verwendet werden können, von denen die monoolefinisehen Kohlenwasserstoffe am meisten bevorzugt werden und zwar insbesondere diejenigen mit 2 bis 4 Kohlenstoffatomen und ganz besonders diejenigen mit 2 bis 3 Kohlenstoffatomen, wie z.B. Tetrafluoräthylen und Hexafluorpropylen. Als sulfonierter Perfluorvinyläther ist am besten derjenige der Formel FSO₂CF₂CF₂OCF(CF₃)CF₂OCf=CF₂ geeignet. Dieses Material, das als [2-(2-Fluorsulfonyläthoxy)-propylvinyläther] bezeichnet wird und das nachstehend als PSEPVE abgekürzt wird, kann zu äquivalenten Monomeren modifiziert werden, z.B. durch Modifizierung der inneren Perfluorsulfonyläthoxykomponente in die entsprechende Propoxykomponente, und durch Abänderung der Propylgruppe in eine Äthyl- oder Butylgruppe, sowie durch Umänderung der Substitutions st eilen der Sulfonylgruppe, und durch Verwendung von Perfluorniedrigalkylgruppen. Es wird jedoch am meisten bevorzugt, PSEPVE zu verwenden. Die mehr bevorzugten Copolymeren haben Äquivalentgewichte von 900 bis 1600, wobei solche mit einem Äquivalentgewicht von 1100 bis 1500 am meisten bevorzugt werden. Der Prozentgehalt von PSEPVE oder der entsprechenden Verbindung in dem Copolymeren beträgt etwa 10 bis 30 %, bevorzugt 15 bis 20 %, und am meisten bevorzugt etwa 17 %. Solche Materialien werden als Membranen für Elektrolysezellen unter dem Warenzeichen Nafion XR von E. I. DuPont De Nemours & Company, Inc., vertrieben.

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Der verwendete Ziel- bzw. Auffanganodendraht besteht vorzugsweise aus Platin, jedoch können auch andere Edelmetalle,wie Ruthenium, Rhodium, Palladium, verwendet werden. Die Haupterwägung geht dahin, daß der Leitungsdraht durch den Elektrolyt oder durch die herrschenden Elektrolysebedingungen nicht nachteilig beeinflußt wird. Der Draht ist vorzugsweise durch Punktschweißen an der Titananode befestigt, doch können auch andere mechanische Einrichtungen oder Maßnahmen, sogar Klebstoffe, dazu verwendet werden,um den Draht an der Netzanode zu halten, vorausgesetzt, daß diese Mittel stabil genug sind, um den Draht in Position zu halten,und daß sie während der Kochsalzelektrolyse nicht zerstört werden.

Die Betriebsbedingungen sind wie bei der Kochsalzelektrolyse in zwei Abteilmembranzellen. Gewünsentenfalls kann die Erfindung auch bei Dreiabteil- oder anderen Mehrabteilzellen angewendet werden, da sie in allen Fällen Stromverluste regelt und auf diese Weise die Schaden verhindert,die durch Streuströme bewirkt werden. Die Spannung beträgt 2,3 bis 6 Volt, vorzugsweise 3,5 bis 4,5 Volt, und die Stromdichte beträgt 0,1 bis 0,5 A/cm , vorzugsweise 0,2 bis 0,4 A/cm . Die Betriebstemperatur beträgt 65 bis 105⁰C, vorzugsweise 85 bis 92 C, und die Beschickungskochsalzlösung enthält 25 % Natriumchlorid. Das erzeugte Alkali enthält gewöhnlich 5 bis 45 % Natriumhydroxid, vorzugsweise 10 bis 25 %. Der Anteil von Sickerströmen ist weniger als 5 % und normalerweise weniger als 1 %, vorzugsweise weniger als 0,5 %. Es findet daher keine signifikante Störung der Betriebsleistungen der Zelle statt und irgendwelche Energieverluste werden durch die besseren Bedingungen der Anode und durch die geringere Zahl von Inspektionen und Stillegungen der Zellen, die erforderlich sind, mehr als kompensiert.

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Es ist wichtig, daß die Ziel- bzw. Auffanganode in der angegebenen Weise angeordnet wird, so daß der direkteste Weg für den Leiter erhalten wird, um einen geringen Strom zu dem Anolytaustragungskopfstück zu befördern. Normalerweise wird man einen so klein wie möglichen Platindraht verwenden, der so lang wie möglich ist, um die gewünschte Strommenge zu befördern, so daß die Kosten für das Platin eingespart werden können und eine einfachere Installierung und, wenn notwendig,Entfernung ermöglicht 'wird. Aus ähnlichen Gründen sollte der Durchgang in den geformten Zellkörper so direkt wie möglich sein. Obgleich ein Durchgang auch in den Körper nach der Herstellung in den Körper eingebohrt werden kann, wird es doch hoch bevorzugt, diesen einzuformen, um Kosten zu sparen und um zu gewährleisten, daß die Leiter in jeder Einheit in genau der gleichen Position sind.

Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert. Darin sind sämtliche Angaben auf das Gewicht bezogen.

Beispiel 1

Eine Elektrolysezelle des in den Fig. 1 bis 3 gezeigten Typs wird hergestellt, wobei ein Platindraht als Ziel- bzw. Auffanganode verwendet wird, der einen Sickerstrom von einer ausgedehnten Titannetzanode zu dem Anolytaustragungskopfstück befördert. Der Zellkörper hat die Abmessungen 1 m χ 1,2 m χ 11 cm und die Wandstärke beträgt 4 cm. Die Stärke des AnolytkopfStücks beträgt etwa 7 cm. Das Anolytvolumen in dem Kopfstück beträgt etwa 40 % seiner Stärke und die Höhe des Hohlraums beträgt etwa 13 cm. Der Zellrahmen oder der Zellkasten wird zusammen mit dem Kopfstückabschnitt als ein Stück aus Polypropylen, das etwa 25 % Asbest und 10 % Glimmer enthält, geformt. Die Zelle ist mit einer Titannetzanode versehen, die auf der der Membran abgewendeten Seite mit einem Rutheniumoxidüberzug versehen

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ist. Sie besitzt weiterhin eine Kathode aus einem Weichstahlsieb und eine kationenaktive, permselektive Membran des laminierten Typs aus Nafion XR. Ihre Gesamtdicke beträgt etwa 0,15 mm, wobei eine der Schichten 0,05 mm und die andere 0,1 mm dick ist und die erstere aus einem Material mit einem Äquivalentgewicht von 1500 und die letztere aus einem Material mit einem Äquivalentgewicht von 1100 besteht.Die Schichten mit geringerer Dicke liegen auf der Kathodenseite vor.Das Polymere ist ein hydrolysiertes Copolymeres aus Tetrafluoräthylen und Perfluor[2-(2-fluorsulfonyläthoxy)-propylvinyläther], in dem der PSEPVE-Gehalt etwa 17 % beträgt.

Bei Betriebsbedingungen von 3,9 Volt über die Zelle (die Zelle ist in äußerer bipolarer Beziehung mit bis zu 49 weiteren solchen Zellen verbunden), einer Stromdichte von 0,3 A/cm , einer Betriebstemperatur von 88°C, einer Natriumchloridkonzentration in der Anolytbeschickungs-Kochsalzlösung von 25 % (pH = 3) und einer Konzentration von 22 % in der abgereieherten Austragungs-Kochsalzlösung wird eine 12%ige wässrige Natriumhydroxidlösung erhalten. Hierbei wird die Zelle ohne die Ziel- bzw. Auffanganode betrieben und ohne daß sie einen Leiter (mit Ausnahme der Anolytbeschickung oder der Austragung) besitzt, der das Anolytbeschickungskopfstück oder das Anolytaustragungskopfstück mit der Anode verbindet. Nach mehrmonatiger Betriebszeit der Zelle werden Schaden auf dem ausgedehnten Titannetz und dem Rutheniumoxidüberzug der Anode festgestellt, die auf Sickerströme zurückzuführen sind, welche von der Anode durch den Elektrolyt zur Erde und zu anderen Anoden über die Besohickungs- und/oder Austragungskopfstücke fließen.

Bei Durchführung des Versuchs mit einem 15 cm langen und 1 mm dicken Platindraht, der durch einen zylindrischen Verbindungsdurchgang zwischen dem Anolytabteil und dem Anolyt-

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austragungskopfstück hindurchgeht, wobei der Durchgang einen Durchmesser von 2 cm und eine Länge von 8 cm hat, wird eine signifikant geringere Beschädigung der Anode festgestellt. Der VerMndungsplatindraht ist auf das Anodennetz an einem Punkt von 5 cm unterhalb der Spitze des Anodennetzes und cm von der Seite davon entfernt punktangeschweißt. Dieser Punkt liegt in der Gasphase und der Draht ist nach unten durch den Durchgang in die Anolytaustragungskopfstückkammer gerichtet, wo er weiter nach unten gebogen ist, so daß er die Flüssigkeit in dieser Kammer berührt, wobei die Höhe der Flüssigkeit, etwa auf dem halben Weg bis zu der Höhe des KopfStücks,durch den Überfluß von der Zelle bestimmt wird. Der Draht kann sich daher in der Gasphase befinden oder nicht, bis er die Kammer erreicht, worin er in Berührung mit dem Anolyt kommt, welcher zur Wiederauffrischung auf die Beschickungskonzentration von Natriumchlorid und für die Rückführung in die Zelle ausgetragen wird. Auf der Anode wird selbst am Schweißpunkt kein Korrosionsschaden festgestellt, und der Platindraht bleibt nach 6-monatigem Betrieb unverändert.

Bei Variationen dieser Versuche wird der Platindraht durch zwei Drähte ersetzt, wobei jeder den halben Querschnitt des ersten Drahtes hat. Die Drähte werden an zwei gesonderte Abschnitte der Anode etwa im Abstand von 1 cm von ihrer oberen Ecke angeordnet. Es werden im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erhalten, ohne daß die Anode oder der Draht beschädigt werden. Bei diesem Versuch sind die Sickerströme ungefähr genau so groß wie wenn kein Platindraht verwendet wird und sie betragen etwa 0,9 % des normalen Stromflusses.

Wenn ein Anodennetz mit einem anderen Edelmetalloxid auf der Oberfläche, z.B. Platinoxid oder Rhodiumoxid, verwendet wird und wenn die Anode aus Tantal oder einer Tantallegierung anstelle von Titan besteht, dann werden ähnliche

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Antikorrosionseffekte erhalten. Das gleiche ist der Fall, wenn als Membran eine RAI Research Corporation Membran, bezeichnet als 18ST12S oder 16ST13S, verwendet wird. Bei beiden Membranen handelt es sich um sulfostyrolysierte Perfluoräthylen-propylen-polymermerabranen. Das gleiche gilt auch, wenn die Positionen der Membranen verändert werden, so daß sie in einem Fall sich in Kontakt mit der Anode befinden, im anderen Fall mit der Kathode in Kontakt befinden, und in einem weiteren Fall schließlich zwischen beiden Elektroden angeordnet sind.

Wenn die Spannungen, Temperaturen, Stromdichten, die Kochsalzbeschickungs- und -austragungskonzentrationen sowie die Alkalikonzentrationen innerhalb der vorstehend beschriebenen Bereiche verändert werden, dann werden bei Verwendung des leitenden Drahtes gute Antikorrosionseffekte erhalten. Auch bei Verwendung einer Legierung von Platin und Palladium, Platin und Ruthenium oder von Ruthenium allein oder eines anderen geeigneten Edelmetalls oder einer anderen geeigneten Edelmetallegierung als Material für den Draht wird die Korrosion der Anode nennenswert vermindert.

Beispiel 2

Es wird wie in Beispiel 1 verfahren mit der Ausnahme, daß der Platindraht an das Anolytablaufkopfstück durch eine gesonderte Öffnung zur Regulierung des Beschickungsflusses in das Anolytabteil angeschlossen wird. In jedem Fall resultiert nach mehrmonatigem Betrieb, eine Verbesserung der Eigenschaften der Titananode, jedoch wird diese Verbesserung nicht als so groß angesehen als wie es der Fall ist, wenn der Leiter mit der Austragungskopfstückflüssigkeit in Verbindung steht. Wenn eine weitere Verbindung mit der Anode dieses Beispiels zwischen einem Punkt 5 cm von der Oberseite und der Seite der Anode zu dem Austra-

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gungskopfstück hergestellt wird (der Anschluß am Boden ist ebenfalls 5 cm vom Boden und der gegenüberliegenden Seite entfernt), dann werden bessere Antikorrosionseigenschaften erhalten. Ähnliche Versuche, bei denen Verbindungen zwischen der Kathode und dem Beschickungs- und Austragungskopfstück hergestellt werden, scheinen keinen großen Effekt auf die geringe und gewöhnlich nicht störende Korrosion der Kathode auszuüben, die bei verlängertem Gebrauch der Zelle resultiert.

Wenn die Größen der Verbindungsplatindrähte in oben beschriebenen Bereichen modifiziert werden, dann werden wenig Veränderungen der Stromaussickerungen bzw. der Sickerströme beobachtet, was anscheinend darauf zurückzuführen istρ daß der bestimmende Faktor die Leitfähigkeit der Flüssigkeit in dem Kopfstück ist. Auch Veränderungen der Länge oder des Durchmessers der Durchgänge oder der Länge des Drahtes innerhalb der genannten Bereiche haben auf dia Anodenkorrosion von gestreuten oder in unerwünschter Weise lokalisierten Sickerströmen nur einen geringen Effekt.

Wenn der Mantel der Zelle entfernt werden soll, dann ist es leicht, die Anode mit dem angefügten Draht zu entfernen und sie kann leicht wieder installiert werden, wenn die Zelle wieder in Betrieb genommen wird. Anstelle der Anwendung eines Punktschweissens können auch mechanische Verbindungselemente angewendet werden (so kann z.B. der Draht um einen Strang des ausgedehnten Netzes herum verzwirnt werden, er kann daran durch Klammern, Schrauben oder andere Elemente gehaltert werden, ohne daß eine Betriebsveränderung der Ziel- bzw. Auffanganode festgestellt wird).

Naturgemäß können die für Zweiabteilzellen, die in einer Zellbank angeordnet sind, angegebenen Ergebnisse auch für Mehrabteilseilen (mit 3» 4 oder 5 Abteilen) gelten»

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Claims

- 15 Patentansprüche

(^) Geformter, nichtleitender Rahmen oder Körper einer Elektrolysezelle zur Aufnahme von Elektroden und einer Membran, wobei die Membran die Zelle in Anolyt- und Katholytabteile aufteilt und die Zelle einen Anolytablauf und Austragungskopfstücke bzw.-Rohrabzweiger-Durchlässe aufweist, die das Anolytabteil mit solchen Kopfstücken verbinden, gekennz eichn'et durch einen Durchgang (35) durch den geformten Zellkörper (11),der den Anolytablauf (28) oder das Austragungskopfstück (30) mit dem Anolytabteil verbindet, durch welchen Durchgang (35) ein Leiter (51) eines Materials durchgeführt werden kann, das gegenüber einem elektrolytischen Angriff beständig ist und der die Flüssigkeit, wenn sie in dem Anolytablauf (28) oder dem Austragungskopfstück (30) vorhanden ist, mit der Anode (17) verbindet, um das Fließen einer geringen Strommenge von der Anode (17) zu der Flüssigkeit in dem Anolytablauf (28) oder dem Austragungskopfstück (30) zu erleichtern und hierdurch Sickerströme von anderen Teilen der Anode, als wie sie mit dem Leiter (51) in Berührung stehen, zu verhindern, wodurch Beschädigungen der Anode durch Sickerströme verhindert werden.
2. Geformter, nichtleitender Körper nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang (35) ein röhrenförmiger Durchgang ist, der das Anolytüberfließaustragungskopfstück (37) mit dem Anolytabteil verbindet, daß der Durchgang (35) einen äquivalenten Durchmesser von 1 bis 3 cm besitzt, daß er am normalen Flüssigkeitsniveau in dem Anolytaustragungsverteiler endigt, und daß er mit einem oberen Teil des Anolytabteils in Verbindung steht.

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3. Geformter, nichtleitender Körper nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet , daß der Durchgang (35) zylindrisch ist und eine Länge von weniger als 15 cm hat.
4. Geformter, nichtleitender Körper nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet , daß er aus Polypropylen hergestellt ist.
5. Elektrolysezelle mit einem Körper oder Rahmen eines nichtleitenden Materials, einer Anode, einer Kathode, einer permselektiven Membran, die die Zelle in Anolyt- und Katholytabteile aufteilt, und einem Anolytaustragungskopfstück bzw. -rohrabzweiger sowie Durchlässen, die das Anolytabteil mit den Kopfstücken bzw. Rohrabzweigern verbinden, dadurch gekennzeichnet , daß der Körper (11) der Elektrolysezelle einen verbindenden Durchgang (35) besitzt, der das Anoljrtbeschickungs-

(29) oder Anolytaustragungskopfstück (30) mit dem Anolytabteil verbindet, daß durch den Durchgang (35) ein Leiter (51) eines Materials durchgeführt ist, das gegenüber einem elektrolytischen Angriff beständig ist, der die Anode mit dem Anolyt in dem Ablauf- oder Austragungskopfstück verbindet, wobei der Leiter (51) das Fließen einer geringen Strommenge von der Anode (17) zu der Flüssigkeit in dem Anolytbeschickungs- (29) oder Anolytaustragungskopfstück

(30) erleichtert und hierdurch Sickerströme von anderen Teilen der Anode, als wie sie mit dem Leiter (51) in Berührung stehen, verhindert, wodurch Beschädigungen der Anode durch Sickerströme verhindert werden.
6. Elektrolysezelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchgang (35) einen äquivalenten Durchmesser von 1 bis 15 mm und eine Länge von 1 bis 15 cm hat, und daß der Leiter aus einem

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Edelmetall besteht und einen Durchmesser von 0,5 bis 2 mm und eine Länge von 5 bis 25 cm hat.
7. Elektrolysezelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiter (51) ein Platindraht ist,der an die Anode (17) in der Nähe ihrer Spitze befestigt ist und der lang genug ist, um in das Austragungskopfstück (30) bis zu einem Niveau unterhalb der Oberfläche der darin befindlichen Flüssigkeit hineinzureichen.
8. Elektrolysezelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Zelle für die Elektrolyse von Kochsalzlösung vorgesehen ist, daß der Leiter (51) an die Anode (17), die aus einem im wesentlichen flachen, ausgedehnten bzw. erweiterten Titannetz besteht, in der Nähe ihrer oberen Ecke innerhalb 10 cm von der Seite und der Spitze der Anode durch Punktschweißen befestigt ist, und daß der Leiter (51) höchstens 20 cm lang ist.
9. Elektrolysezelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auch ein Leiter vorhanden ist, der die AblaufVerteilerflüssigkeit mit der Anode verbindet.
10. Verfahren zur Kochsalzelektrolyse in einer Zweiabteilelektrolysezelle mit einer kationenaktiven, permselektiven Membran, die diese in Anolyt- und Katholytabteile aufteilt, wobei das Anolytabteil eine Anode enthält und das Katholytabteil eine Kathode enthält und wobei ein Anolytablaufkopfstück und ein Anolytaustragungskopfstück vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß man einen leitfähigen Weg aus einem Edelmetall zwischen der Anode und der Flüssigkeit in dem Anolytaustragungskopfstück und/oder der Flüssigkeit in dem Anolytablaufkopfstück vorsieht.

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