DE2735239C2 - Monopolare Membran- oder Diaphragmaelektrolysezelle - Google Patents

Description

• Die Erfindung betrifft eine monopolare Elektrolysezelle gemäß dem Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs 1.
• Monopolare Membran- oder Diaphragmaelektrolysezellen vom Filterpressentyp besitzen üblicherweise alternierende Anodenplatten aus Metall. Zwischen jeder benachbarten Anode und Kathode befindet sich ein Diaphragma oder eine Membran, welche die Zelle in mehrere Anoden- bzw. Kathodenkammern unterteilen. Bei Betrieb einer Diaphragmaoder Membranzelle ist es von Vorteil, einen möglichst geringen Anoden/Kathoden-Abstand vorzusehen, um damit niedrige Ohmsche Verluste zu erreichen. Bei der im Oberbegriff des vorstehenden Patentanspruchs 1 näher beschriebenen und aus der US-PS 19 07 812 bekannten Elektrolysezelle sind auf den Elektrodenplatten quer verlaufende Rippen angeordnet, auf welchen senkrecht verlaufende in Richtung des Diaphragmas gewölbte Federblätter in parallelen Reihen angeordnet sind. In der zusammengebauten Elektrolysezelle liegen diese Federblätter direkt am Diaphragma an.
• Da diese Federblätter gebogen sind, besteht die Neigung, daß sie in das Diaphragma einschneiden, an welchem sie anliegen. Da diese Federblätter außerdem verhältnismäßig starr und unbeweglich sind, kann es beim Zusammenbau der Elektrolysezelle zu einer Schädigung des Diaphragmas kommen.
• Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, eine monopolare Elektrolysezelle der geschilderten Art so zu verbessern, daß sie diese Nachteile nicht aufweist.
• Die Lösung dieser Aufgabe ergibt sich aus dem Kennzeichen des vorstehenden Patentanspruchs 1.
• Das Metall der Kathode ist üblicherweise Eisen oder Stahl, insbesondere Flußstahl.
• Vorzugsweise verlaufen die Teile der Drähte oder Stäbe, die in einer im seitlichen Abstand von der jeweiligen Elektrodenoberfläche befindlichen Ebene liegen, parallel zueinander.
• Es wird weiterhin bevorzugt, daß nur die Drähte oder Stäbe auf den Kathoden eine Schleife aufweisen, weil das Kathodenmaterial im allgemeinen billiger ist und es preislich weniger ins Gewicht fällt, wenn diese Drähte oder Stäbe in Form einer Schleife gebogen sind.
• Die Drähte oder Stäbe, die eine Schleife bilden, geben beim Zusammenbau der Elektrolysezelle nach, so daß es zu keinen Schädigungen der zwischen den Elektroden angeordneten Diaphragmen oder Membranen kommt. Da die Drähte oder Stäbe sowohl auf der Anodenseite als auch auf der Kathodenseite direkt an den Diaphragmen oder Membranen anliegen können, werden außerordentlich kurze Anoden/Kathoden- Abstände erreicht.
• Für die Drähte oder Stäbe eignen sich Stärken im Bereich von 1 bis 6 mm, vorzugsweise 2 bis 4 mm, z.B. 3 mm.
• Die Drähte oder Stäbe auf den Elektroden können durch Schweißen (z.B. Kondensatorentladungsschweißen) angebracht werden.
• Unter einem "filmbildenden Metall" ist im vorliegenden Rahmen eines der Metalle, Titan, Zirconium, Niob, Tantal oder Wolfram oder eine Legierung davon zu verstehen, die hauptsächlich aus einem der genannten Metalle besteht und anodische Polarisationseigenschaften aufweist, welche mit jenen des entsprechenden Metalls vergleichbar sind. Vorzugsweise wird Titan alleine oder eine Titanlegierung mit entsprechenden Polarisationseigenschaften verwendet. Beispiele für solche Legierungen sind Titan/Zirconium- Legierungen mit bis zu 14% Zr, Titanlegierungen mit bis zu 5% eines Platingruppenmetalls (wie Pt, Rh oder Ir) sowie Legierungen von Titan mit Niob oder Tantal, die bis zu 10% des Legierungsbestandteils enthalten.
• Der elektrokatalytisch aktive Überzug ist ein leitender Überzug, der gegenüber einem elektrischen Angriff resistent, jedoch hinsichtlich der Übertragung von Elektronen zwischen dem Elektrolyten und der Anode aktiv ist. Zumindest jene Teile der Drähte oder Stäbe, die seitlich im Abstand von der Anode angeordnet sind, weisen zweckmäßig einen elektrokatalytisch aktiven Überzug auf. Nach Bedarf können die gesamten Drähte oder Stäbe mit einem solchen Überzug versehen sein.
• Das elektrokatalytisch aktive Material besteht zweckmäßig aus mindestens einem Metall der Platingruppe oder einer Legierung dieser Metalle. Bevorzugt werden Oxide dieser Metalle verwendet. Diese werden vorzugsweise auch mit Oxiden anderer Metalle gemischt. Geeignete solche Oxide sind z.B. Oxide der filmbildenden Metalle, insbesondere Titan.
• Es gibt verschiedene bekannte Verfahren zum Aufbringen solcher elektrokatalytisch aktiver Überzüge, bevorzugt wird jedoch eine Anstrich/Brenn-Methode. Bei dieser Methode wird ein Überzug dadurch erzeugt, daß eine Schicht eines Überzugsmittels aufgebracht wird, welches thermisch zersetzliche Verbindungen jedes der für den fertigen Überzug vorgesehenen Metalle in einem flüssigen Medium enthält, worauf dann das flüssige Medium durch Abdampfen entfernt und die trockene Schicht bei 250 bis 800°C gebrannt wird, um die Metallverbindung zu zersetzen und den Überzug mit der gewünschten Zusammensetzung herzustellen.
• Die erfindungsgemäße Elektrolysezelle eignet sich besonders für die Herstellung von Chlor durch Elektrolyse von wäßrigen Alkalichloridlösungen, insbesondere Natriumchloridlösungen.
• Die Erfindung wird durch die beigefügte Zeichnung näher erläutert.
• Gemäß der Figur besitzt die erfindungsgemäße monopolare Elektrolysezelle eine Endanodenplatte 1 und eine Endkathodenplatte 2, zwischen denen eine Kathodenplatte 3 und eine Anodenplatte 4 angeordnet sind. Auf den Kathodenplatten 2 und 3 sind Drähte 8, 9 mit einer Dicke von 3 mm angeschweißt. Die Drähte stehen mit einem Teil 8 senkrecht von der Kathodenplatte ab und besitzen einen parallel zur Oberfläche der Kathodenplatten verlaufenden Teil 9. Zwischen diesen beiden Teilen sind die Drähte in Form einer Schleife gebogen. An die Anodenplatten 1 und 4 sind in ähnlicher Weise Drähte 6, 7 mit einer Dicke von 3 mm angeschweißt. Diese Drähte stehen mit einem Teil 6 senkrecht von den Anodenplatten ab und besitzen einen Teil 7, der parallel zur Oberfläche der Anodenplatten verläuft.
• Die Kathodenplatten 2 und 3 sowie die darauf angeordneten Drähte 8, 9 sind aus Stahl hergestellt, während die Anodenplatten 1 und 4 und die darauf angeordneten Drähte 6, 7 aus Titan bestehen. Die Teile 7 der Drähte 6, 7 auf den Anodenplatten 1 und 4 weisen einen elektrokatalytisch - aktiven Überzug auf.
• Zwischen den parallel zur jeweiligen Elektrodenoberfläche verlaufenden Teilen 7 und 9 der Drähte befinden sich jeweils Trennwände, die mit den Drähten in Kontakt stehen und die Zelle in gesonderte Anoden- und Kathodenkammern unterteilen. Die Trennwände können aus einem porösen Diaphragma oder aus einer Kationenaustauschmembran bestehen.
• Die Zelle besitzt (nicht dargestellte) Einlässe und Auslässe für Elektrolyt und Gase, wie dies bei Zellen dieser Art üblich ist. Schließlich ist jede der Elektroden auch in üblicher Weise mit Anschlüssen für elektrischen Strom ausgerüstet.

Claims (4)

1. Monopolare Membran- oder Diaphragmaelektrolysezelle vom Filterpressentyp mit alternierenden Anodenplatten aus Metall, auf deren jeweils einander zugewandten Seiten eine Anzahl von länglichen Elementen aus Metall mit einem Ende derselben elektrisch leitend befestigt sind, und mit jeweils zwischen den länglichen Elementen eingeklemmten Membranen oder Diaphragmen, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (1 bzw. 4) samt den darauf angeordneten länglichen Elementen (6, 7) aus einem filmbildenden Metall bestehen und einen elektrokatalytisch aktiven Belag tragen und daß alle länglichen Elemente (6, 7 bzw. 8, 9) die Form von Drähten oder Stäben aufweisen, die so gebogen sind, daß ein Teil derselben (7 bzw. 9) in einer seitlich im Abstand von der jeweiligen Elektrodenoberfläche und zu dieser parallel verlaufenden Ebene liegt, wobei wenigstens auf einer der jeweils einander zugewandten Elektrodenseiten die Drähte oder Stäbe (8, 9) zwischen ihrer Befestigungsstelle und den in der genannten Ebene verlaufenden Teil (9) in Form von Schleifen gebogen sind.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (2 bzw. 3) samt den darauf angeordneten Drähten oder Stäben (8, 9) aus Eisen oder Stahl bestehen.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Teile (7 bzw. 9) der Drähte oder Stäbe (6, 7 bzw. 8, 9), die in einer seitlich im Abstand von der jeweiligen Elektrodenoberfläche verlaufenden Ebene liegen, parallel zueinander verlaufen.

4. Elektroysezelle nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß nur die Drähte oder Stäbe (8, 9) auf den Kathoden (2 bzw. 3) eine Schleife aufweisen.