DE2816068A1

DE2816068A1 - Diaphragmazelle

Info

Publication number: DE2816068A1
Application number: DE19782816068
Authority: DE
Inventors: Peter John Davies; Christopher Vallance
Original assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Current assignee: Imperial Chemical Industries Ltd
Priority date: 1977-04-13
Filing date: 1978-04-13
Publication date: 1978-11-09
Also published as: FR2387299B1; BE865865A; ES468770A1; AU3423978A; GB1582705A; JPS53140284A; IT1094301B; IT7821879A0; CA1096331A; ZA781507B; AU512250B2; FR2387299A1; US4153530A

Description

PATENTANWALT DR. RICHARD KMEISSL Wider.msyerstr. 46

D-8000 MÜNCHEN Tel. 089/295125

Mappe 24422

ICI Case MD 29465

IMPERIAL CHEMICAL INDUSTRIES LTD. London, Großbritannien

Diaphragmazelle

Priorität: 13.4.77 - Großbritannien

809845/0712

BESCHREIBUNG:

Die Erfindung bezieht 'sich auf eine elektrolytische Diaphragmazelle und auf die Verwendung von porösen Diaphragmen in elektrochemischen Zellen.

Poröse Diaphragmen auf der Basis von Tetrafluoräthylenpolymeren eignen sich besonders für die Verwendung in Zellen zur Elektrolyse von Alkalimetallchloridlcsungen. Es gibt jedoch unglücklicherweise Schwierigkeiten bei der Verwendung solcher Diaphragmen in elektrolytischen Zellen. Beispielsweise besteht im allgemeinen eine Grenze bezüglich der Abmessungen der Diaphragmaplatten, die in der Praxis hergestellt werden können. Zwangsläufig ist die Breite der Diaphragmaplatte durch die Größe der bei der Herstellung der Platte verwendeten Rollen begrenzt. Die Kosten der Erhöhung der Große der Herstellungsvorrichtung steigen exponentiell mit dem Ergebnis, so daß eine optimale Größe der Rollen von wirtschaftlichen Faktoren abhängt. Außerdem sind Diaphragmen in Form einfacher rechteckiger Platten äußerst schwierig an die komplizierten Kathodenkonstruktionen moderner Diaphragmazellen anzupassen, und zwar wegen der vielen Rücksprünge und Vorsprünge einer solchen Kathode. Die oben erwähnten Schwierigkeiten werden im Falle von Diaphragmazellen aus nicht durch Schmelzen verarbeitbareri Materialien, wie z.B. Polytetr af luoräthylen, noch gesteigert. Der Hauptgrund hierfür liegt darin, daß es äußerst schv/ierig ist, kleine Platten aus Polytetrafluoräthylen zusammenzufügen, um ein Diaphragma mit der gewünschten komplexen Form und Größe herzustellen.

In der GB-PA 28804/74 (BE-PS 830739) ist ein Verfahren zur Herstellung eines porösen Diaphragmas für eine Elektrolyse zelle mit mehreren Platten aus gefülltem Polytetrafluoräthy- len beschrieben, wobei das Verfahren darin besteht, daß man ein durch Schmelzen verarbeitbares fluorhaltiges Polymer an die Ränder der erwähnten Platten bei einer Temperatur an-

80984 5 /0712

schweißt, welche den Füllstoff in der Platte nicht wesentlich zerstört, das durch Schmelzen verarbeitbare Polymer verfestigt, so daß did Platten miteinander verbunden werden, und hierauf den Füllstoff aus den so miteinander verbundenen Platten entfernt, um eine poröse Platte herzustellen .

Mit dem Ausdruck "gefüllte Polytetrafluoräthylenplatte" ist eine Polytetrafluoräthylenplatte gemeint, die einen entfernbaren festen teilchenförmigen Zusatz (wie z.B. Stärke) enthält, der aus der Platte entfernt werden kann, um der Platte eine Porosität zu verleihen. Die resultierende poröse Platte kann dann als Diaphragma in einer elektrolytischen Zelle verwendet werden.

Mit dem Ausdruck "durch Schmelzen verarbeitbares fluorhaltiges Polymer" ist ein fluorhaltiges Polymer gemeint, das durch die Anwendung von Wärme geschmolzen werden kann und bei Wegnahme der Wärme zu seiner ursprünglichen Form zurückkehrt und auch die ursprünglichen Eigenschaften beibehält.

Bei einer Ausführungsform der in der oben erwähnten GB-PA beschriebenen Erfindung werden zwei oder mehr Platten aus gefülltem Polytetrafluoräthylen entlangbenachbarter Ränder dadurch miteinander -verbunden, daß die Ränder mit ein oder mehreren Streifen aus einem durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer bedeckt werden und der Streifen oder die Streifen mit den benachbarten Rändern der Platten verschweißt werden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform dieser Erfindung können aber ein oder mehrere Streifen aus einem durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer teilweise über ein oder mehrere Ränder einer Platte aus gefülltem Polytetrafluoräthylen vorspringen, wobei dann die vorspringenden Teile des Streifens oder der Streifen nach Wunsch dazu verwendet wer-

809845/0712

den können, die Polytetrafluoräthylenplatte mit anderen Polytetraf luoräthyienplatten, an die keine durch Schmelzen verarbeitbaren Streifen aus einem fluorhaltigen Polymer angeschweißt worden sind, zu verbinden. Zweckmäßigerweise werden alle vier Seiten einer rechteckigen Platte aus gefülltem Polytetrafluoräthylen mit vorstehenden Streifen aus einem durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer versehen,, so daß ein "Fensterrahmen" aus durch Schmelzen verarbeitbar am Polymer geschaffen wire., der mit anderen Platten aus gefüllten Polytetrafluorethylen durch herkömmliche Kunststoffverarbeitunastechniken verbunden werden kann.

Es wurde nunmehr gefunden, daß das Verfahren zum Verbinden von Polytetrafluoräthylenplatten, das in der oben erwähnten GB-PA 28804/74 beschrieben ist, auf die Herstellung eines verbesserten Verfahrens zum Halten der Diaphragmen in einer elektrolytischen Zelle angepaßt werden kann.

Gegenstand der Erfindung ist also eine elektrolytische Diaphragmazelle für die Herstellung von Halogen, Wasserstoff und einer Alkalimetallhydroxidlösung durch Elektrolyse einer wäßrigen Alkalimetallhalogenidlosung, dadurch gekennzeichnet, daß sie folgende Teile aufweist: mehrere Anoden, die vertikal an einer Seite der Zelle befestigt sind, einen Kathodenkasten mit jeweils einer Kathode zwischen benachbarten Anoden und ein hydraulisch durchlässiges Diaphragma zwischen benachbarten Anoden und Kathoden, v/obei das Diaphragma eine Platte aus einem porösen, nicht durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer aufweist, die mit Hilfe von Streifen aus einem durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer, die an die oberen und unteren Ränder des Diaphragmas angeschweißt sind, mit einem oberen und einem untere» geschlitzten Träger verbunden ist, wobei die Träger in der Zelle so angeordnet sind, daß die Schlitze in den oberen und unteren Trägern zueinander vertikal ausgerichtet sind und die Anoden sich in den-Raum

80984 5/0712

hineinerstrecken, der durch die oberen und unteren Träger und das Diaphragma gebildet wird.

Das Diaphragma kann die Form einer einzigen Platte aus dem nicht durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer aufweisen, jedoch besteht in großtechnischen Zellen das Diaphragma in zweckmäßiger Weise aus mehreren Platten aus dem nicht durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer, die durch ein oder mehrere Streifen aus einem durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer, die an den Rändern der Platten angeschweißt sind, verbunden sind. Das Verbinden der benachbarten Platten mit Hilfe des erwähnten Streifens oder der erwähnten Streifen kann unter Verwendung herkömmlicher KunststoffVerarbeitungstechniken, wie z.B. heisses Pressen, erfolgen.

Das nicht durch Schmelzen verarbeitbare fluorhaltige Polymer, welches das Diaphragma bildet, kann beispielsweise aus Polyvinylidenfluorid bestehen, besteht aber vorzugsweise aus Polytetrafluoräthylen.

nicht schmelzbarem

Die Platte oder die Platten aus Ifluorhaltigem Polymer, welche das Diaphragma bilden, können aus gefülltem Polytetrafluoräthylen bestehen (d.h. aus Polytetrafluoräthylen, das einen entfernbaren Füllstoff, wie z.B. Stärke, enthält).

Die gefüllten Platten können aus wäßrigen Dispersionen von Polytetrafluoräthyien und einem entfernbaren Füllstoff durch diejenigen Verfahren hergestellt werden, die in den GB-PSen 1 081 046 und 1 424 804 beschrieben sind. Der Füllstoff kann vor dem Einbau des Diaphragmas in die Zelle entfernt werden, beispielsweise durch Behandlung mit Säure, um den Füllstoff aufzulösen. Alternativ kann der Füllstoff aus dem Diaphragma in situ in der Zelle entfernt werden, wie es beispielsweise in der GB-»PS 1 468 355 beschrieben ist, wobei entweder eine einen Korrosionsinhibitor enthaltende Säure.zur Auflösung des

809845/0712

81 606

Füllstoffs verwendet wird oder der Füllstoff elektrolytisch entfernt wird»

Alternativ kann das Diaphragma aus ein oder mehreren Platten aus einem porcssn polymeren Material, das sich von Tetrafluoräthylen ableitende Einheiten enthält, hergestellt werden, wobei dieses Material eine MikroStruktur aufweist, die sich durch Knoten, welche durch Fibrillen verbunden sind, auszeichnet. Das erwähnte polymere Material und seine Herstellung sind in der GE-PS 1 355 373 beschrieben, und seine Verwendung als Diaphragma in elektrochemischen Zellen ist in denGB-PAen 23275/74 und 23316/74 (BE-PS 829388) beschrieben.

Die Platte oder die Flatten,, welche das Diaphragma bilden, kennen auch durch ein elektrostatisches Spinnverfahren hergestellt werden» Ein solches Verfahren ist in der GB-PA 41873/74 (BE-PS 833912) beschrieben. Es wird dadurch ausgeführt, daß man eine Spinnflüssigkeit, welche ein organisches faserbildendes polymeres Material (wie z.B. ein fluorhaltiges Polymer, beispielsweise Polytetrafluoräthylen) enthält, in ein elektrisches Feld einspinnt, wobei Fasern aus dem Feld zu einer Elektrode gezogen werden und die so hergestellten Fasern auf der Elektrode in Form eines porösen Plattenprodukts oder einer -Matte gesammelt v/erden.

Das poröse Diaphragma kann einen nicht-entfernbaren Füllstoff enthalten, wie z.B. Titandioxid, um das Diaphragma benetzbar zu machen, wenn es in eine elektrolytische Zelle eingebaut ist.

Die Träger v/erden vorzugsweise aus einer flexiblen Platte eines durch Schmelzen verarbeitfoar,en fluorhaltigen Polymers, aus welchem Schlitze durch ein geeignetes Verfahren ausgepreßt werden können (wie z.B. durch eine Vakuumverformung) hergestellt. Die Träger besitzen vorzugsweise Schlitze, die

809845/0712

ar. einem Ende offen sind_y und werden vorzugsweise mit FaI= ten entlang der Innenkanten der Schlitze hergestellt, um die Verbindung zwischen den Trägern und den Streifen aus durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer, die an die oberen und unteren Ränder des Diaphragmas angeschweißt sind, zu erleichtern» Die Träger und die Streifen aus f luor hai tigern Polymer, welche an das Diaphragma ange- "' schweißt sind? können zweckmäßig unter Verwendung von herkömmlichen Kunststofformtechniken miteinander verbunden werden, beispielsweise durch heißes Pressen oder durch die Anwendung eines geeigneten Binders (wie z.B. eines fluorhaltigen Polymers mit niedrigem Schmelzpunkt).

Das durch Schmelzen verarbeitbare fluorhaltige Polymer, das bei der Herstellung des Diaphragmas und zur Herstellung der oberen und unteren geschlitzten Träger verwendet wird, wird vorzugsweise aus Polychlortrifluoräthylen, Polyvinylidenfluorid, fluoriertem Äthylen/Propylen-Mischpolymer, einem Mischpolymer aus Tetraf luoräthylen und Polyperf luor azoxyverbindungen oder einem Mischpolymer aus Äthylen und Chlortrifluoräthylen ausgewählt. Es wird besonders bevorzugt, ein fluoriertes Äthylen/Propylen-Mischpolymer als durch Schmelzen verarbeitbares fluorhaltiges Polymer zu verwenden.

Die Anoden bestehen vorzugsweise aus Platten aus fiimbildendem Metall, die auf mindestens einem Teil ihrer Oberfläche einen elektrokatalytisch aktiven Belag tragen.

In dieser Beschreibung bezieht sich der Ausdruck "filmbildendes Metall" auf eines der Metalle Titan, Zirkonium, Niob, Tantal oder Wolfram oder auf eine Legierung, die überwiegend aus einem dieser Metalle besteht und ähnliche anodische Polarisationseigenschaften aufweist wie diejenigen des reinen Metalls. Es wird bevorzugt, Titan alleine oder eine Legierung auf der Basis von Titan, die ähnliche Polarisationseigenschaften aufweist wie Titan, als filmbildendes Metall für die Anodenplat-

809845/0712

IvJ

ton zu verwenden=, Beispiele für solche Legierungen sind Tita;-/Si-iionium-Legisrungen,, die bis zu 14 % Zirkonium enthalt:-:._t Legierungen von Titan mit bis zu 5 % eines Platingrup-CO-M?:;""alis, wie SoE,, Platin, Rhodium oder Iridium, und Legierungen von T it ar. mit Niob oder Tantal, die bis 2u 10 % •f : - ;: =c;iei"unc' = bestandteils enthalten.

Die r.i.oden werden auf einer Seitenwand befestigt, die eine "3ts?-.1;:latte umfaßt, vorzugsweise eine solche aus einem filmbilie:;csn Metall_f wie Z₀B₀ Titan, und die§e Platte der Seit-3Hv;andung ihrerseits leitend mit einem geeigneten Leiter verbunden, wie z„3„ mit einer Weichstahlplatte, die als Leiter dl an-c und die dem elektrischen Strom einen Weg niedrigen Widerstands zwischen den Anoden und Kupferanschlußlaschen, welche an der Weichstahlplatte befestigt sind, bietet„

Der verwendete elektrokatalytisch aktive Belag ist ein leitender Belag, welcher gegenüber einem elektrochemischen Angriff beständig ist und welcher bei der überführung von Elektronen zwischen dem Elektrolyt und der Anode aktiv ist.

Das elektrokatalytisch aktive Material kann in geeigneter Weise aus ein oder mehreren Platingruppenmetallen, d.h. Platin, Rhodium, Iridium, Ruthenium, Osmium und Palladium, und Legierungen dieser Metalle und/oder den Oxiden davon oder einem anderen Metall oder einer Verbindung, welche als Anode wirkt und der elektrochemischen Auflösung in der Zelle widersteht, wie z.B. Rhenium, Rheniumtrioxid, Magnetit, Titannitrid und die Boride, Phosphide und Silicide der Platingruppenmetalle, bestehen. Der Belag kann aus ein oder mehreren der erwähnten Platingruppenmetalle und/oder Oxiden davon in Mischung mit ein oder mehreren Oxiden von nichtedlen Metallen bestehen. Alternativ kann er aus ein oder mehreren «Oxiden von nichtedlen Metallen alleine oder aus einer Mischung von ein oder mehreren Oxiden von nichtedlen Metallen und einem Chlorentladungskatalysator aus einem nichtedlen Metall bestehen. Geeignete Oxide von nichtedlen Metallen sind beispielsweise die Oxide der *

80984 5/0712

fumbildenden Metalle (Titan, Zirkonium, Niob, Tantal oder Wolfram), Zinndioxid, Germaniumdioxid und die Oxide von Antimon. Geeignete Clilorentladungskatalysatoren sind beispielsweise die Difluoride von Mangan, Eisen, Cobalt, Nikkei und Gemische davon.

Besonders geeignete elektrokatalytisch aktive Beläge sind ■· Platin selbst und solche auf der Basis von Rutheniumdioxid/ Titandioxid und Rutheniumdioxid/Zinndioxid/Titandioxid.

Andere geeignete Beläge sind beispielsweise in den GB-PSen 1 402 414 und 1 484 015 beschrieben, bei denen ein nichtleitendes teilchenförmiges oder faserförmiges feuerfestes Material in eine Matrix eines elektrokatalytisch aktiven Materials (der oben beschriebenen Type) eingebettet ist. Geeignete nicht-leitende teilchenförmige oder faserförmige Materialien bestehen aus Oxiden, Carbiden, Fluoriden, Nitriden und Sulfiden. Geeignete Oxide (einschließlich komplexer Oxide) sind Zirkoniumdioxid, Aluminiumoxid, Siliciumdioxid, Thoriumdioxid, Titandioxid, Cerdioxid, Hafniumoxid, Ditantalpentoxid, Magnesiumaluminat (z.B. Spinell MgO.Al₉O₃, Aluminosilicate '(ZoB. Mullit (Al₂O₃) (SiO₂) ₂) , Zirkoniumsilicat, Glas, Calciumsilicat (z.B. Bellit (CaO)₉SiO₉), Calciumaluminat, Calciumtitanat (z.B. Perovskit CaTiO₃), Attapulgit, Kaolinit, Asbest/ Glimmer, Codierit und Bentonit; ein geeignetes Sulfid ist beispielsweise Dicertrisulfid, geeignete Nitride sind beispielsweise Bornitrid und Siliciumnitrid; und ein geeignetes Fluorid ist beispielsweise Calciumfluorid. Ein bevorzugtes nicht-leitendes feuerfestes Material ist ein Gemisch aus Zirkoniumsilicat und Zirkoniumdioxid, wie z.B. Zirkoniumsilicatteilchen und Zirkoniumdioxidfasern.

Die Anoden können durch eine Anstr-eich- und Brenntechnik hergestellt werden, wobei ein Belag aus einem Metall und/oder einem Metalloxid auf der Anodenoberfläche dadurch hergestellt wird, daß man eine Schicht aus einer Anstrichzusammensetzung,

809845/0712

die thermisch zersetzbare Verbindungen eines jeden der Metalle, die im fertigen Belag vorliegen sollen, in einem flüssigen Träger auf die Oberfläche der Anode aufbringt und hierauf die Anstrichfarbenschicht durch Erhitzen der beschichteten Anode brennt, in geeigneter Weise bei 250 bis 8öO°C, um die Metallverbindungen der Anstrichfarbe zu zersetzen und den gewünschten Belag herzustellen. Wenn feuer-feste Teilchen oder Fasern in das Metall und/oder Metalloxid des Belags eingebettet werden sollen, dann können die feuerfesten Teilchen oder Fasern in die erwähnte Anstrichfarben zusammensetzung eingemischt werden, bevor diese auf die Anode aufgebracht wird„ Alternativ können die feuerfesten Teilchen oder Fasern auf eine Schicht der vorerwähnten auf die Oberfläche der Anode aufgebrachten Anstrichzusammensetzung aufgebracht werden, während diese noch feucht ist, worauf die Anstrichfarbenschicht dann durch Abdampfen des flüssigen Trägers getrocknet und in der üblichen Weise gebrannt wird.

Die Elektrodenbeläge werden vorzugsweise durch Aufbringen mehrerer Anstrichfarbenschichten auf die Anode hergestellt, wobei jede Schicht getrocknet und gebrannt wird, bevor die nächste Schicht aufgebracht wird.

Die Kathoden bestehen vorzugsweise aus Weichstahl oder einem Eisendrahtnetz und werden im Kathodenkasten„ der typischerweise aus Weichstahl besteht,, angeordnet» Der Kathodenkasten ist mit Öffnungen versehen,, durch welche die Anoden hindurchgehen» Der Kathodenkasten ist in geeigneter Weise mit einem Stromanschiuß, einem Austritt für Alkalimetallhydroxidlösung und einem Austritt für Wasserstoff versehen.

Die Zelle ist in geeigneter Weise"mit einem Deckel, z_eB„ aus Weichstahl„ versehen, der einen Eintritt für wäßrige Älkalimetallhalogenidlösung und einen Austritt für Halogen aufweist»

8098 4 5/0712

Die Erfindung ist besonders auf Diaphragmazellen anwendbar, die zur Herstellung von Chlor und Ätznatron durch Elektrolyse von wäßrigen Natriumchloridlösungen dienen*

Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigen:

Figur 1 ein Piattendiaphragma aus vier "Fenster rahmenplatte^·

Figur 2 eine perspektivische Ansicht des Plattendiaphragmas von Figur 1, wobei die Form zu sehen ist, die es in der Zelle annimmt;

Figur 3 eine perspektivische Ansicht eines Trägers;

Figur 4 eine auseinandergezogene perspektivische Ansicht einer Diaphragmazelle, welche das Plattendiaphragma von Figur 1 oder Figur 2 umfaßt; und

Figur 5 eine Schnittansicht der Diaphragmazelle von Figur 4, welche Träger gemäß Figur 3 umfaßt.

Gemäß Figur 1 besteht jede Fensterrahmenplatte 1 aus einer rechteckigen Platte 2 aus einem nicht durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer, wie z.B. Polytetrafluoräthylen, die entweder porös ist oder einen entfernbaren Füllstoff (wie z.B. Stärke) enthält, der anschließend entfernt wird, um die gewünschte Porosität -zu erzielen. Jede Platte ist mit Streifen 3, 4 aus einem durch Schmelzen verarteitbaren fluorhaltigen Polymer, wie z.B. einem fluorierten Äthylen/ Propylen-Mischpolymer, versehen, welche an die Platte 1 angeschweißt worden sind, beispielsweise durch heißes Pressen, so daß sich überlappende Verbindungen 5 entstehen.

Das Diaphragma 6, das in den Figuren 1 und 2 gezeigt ist, be-

809845/0712

steht aus vier Fensterrahmenplatten 1. Es ist dadurch hergestellt worden, daß Paare von Streifen 3 miteinander verbunden worden sind, so daß sich überlappende Verbindungen 7 entstehen, beispielsweise durch heißes Pressen, um eine S chv/e iß verbindung zu erzeugen,, oder durch die Anwendung eines geeigneten Binders (beispielsweise eines niedrigmolekularen Polytetrafluoräthylens mit niedrigem Schmelzpunkt).·. Das so erhaltene Diaphragma 6 besitzt kontinuierliche Streifen 4 aus einem durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer entlang seiner oberen und unteren Ränder und Streifen 3 an jedem Ende. Wenn es in eine Zelle eingebracht wird, dann nimmt das Diaphragma 6 die in Figur 2 gezeigte Form an.

Obere und untere Träger 8, 9 (beide sind in Figur 5 zu sehen; der obere Träger 8 ist in Figur 3 zu sehen), welche eine identische Form aufweisen, bestehen je aus einer Platte 10, die Schlitze 11 aufweist, welche durch Umfalten von Abschnitten der Platte 10 gebildet worden sind, so daß. Randstreifen 12 entlang des ümfangs der Schlitze 11 und Randstreifen 13 an einer Seite der Platte 10 entstehen. Wenn sie in eine Zeile (Figur 5) eingebaut werden, dann weisen der obere und der untere Träger 8, 9 mit diesen Randstreifen 12, 13 in bezug auf die Platte 10 nach oben bzw. nach unten. Die Träger 8, 9 bestehen aus einem durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer, wie z.B. einem fluorierten Äthylen/Propylen-Mischpolymer, und sind zweckmäßig aus einer Platte des oben erwähnten fluorhaltigen Polymers, beispielsweise durch Vakuumverformen, hergestellt worden.

Die Diaphragmazelle, in welche die Diaphragmen 6 und die Träger 8, 9 eingebaut werden, ist in den Figuren 4 und 5 zu sehen . *

Anoden 14, die typischerweise aus einer vertikalen Platte aus einem filmbildenden Metall, wie z.B. Titan, bestehen, sind

809845/0712

SiEPC.iC-1-U

2816Q6B

- 15 -

mit einem elektrokatalytisch aktiven Belag (wie z.B. einem Gemisch aus einem Oxid eines Platingruppenmetalls und einem Oxid eines fUmbildenden Metalls, insbesondere einem Gemisch aus Rutheniumoxid und Titandioxid) versehen. Die Anoden 14 sind auf einer Seitenwandung 15 befestigt, die eine Titanpiatte umfaßt, welche ihrerseits leitend mit einer Weichstahlplatte 16 verbunden ist, die als Leiter dient und einen Weg für den elektrischen Strom mit niedrigem Widerstand zwischen den Anoden 14 und einar Anschlußlasehe 17 aus Kupfer schafft, welche mit der Weichstahlplatte 16 verbunden ist.

Kathoden 18, die typischerweise aus Weichstahl oder einem Eisendrahtnetz bestehen, sind in einem Kasten 19 angeordnet, der typischerweise aus Weichstahl besteht/^und—dei-mi-ΐ—ö-f-fnungen—2Θ--versehen--ist, durch welche die-Anoden--14" hindurchgehen-·. Der Kathodenkasten 19 besitzt weiterhin eine Anschlußlasche 21 für elektrischen Strom, eine Abführungsleitung 22 für Alkaiimetailhydrcxidiösung und eine Abführungsleitung 23 für Wasserstoff.

Die Zelle besitzt einen Deckel 24 mit einer Zuführungsleitung 25 für Alkalimetallhalogenidlösung und einer Abführungsleitung 26 für Halogen. Die Zelle besitzt außerdem einen Sumpf 27 für Entleerungszwecke.

Gemäß Figur 5 umgibt das Diaphragma 6 die Anoden 14 und liegt an der Oberfläche der Kathoden 18 an oder befindet sich wenigstens in dichter Nachbarschaft zu den Kathoden 18. Das Diaphragma 6 ist an-den oberen und unteren Trägern 8,9 mit Hilfe der Streifen 4 befestigt, beispielsweise durch heißes Pressen oder durch Anwendung eines geeigneten Binders, wie oben beschrieben» Das Verbinden des Diaphragmas 6 mit den Trägern 8, 9 erfolgt zweckmäßigerwexse außerhalb der Zelle, dadurch, daß das Diaphragma 6 in einen leeren Kathodenkasten 19 eingeführt wird, die oberen Ränder des Diaphragmas 6 mit dem obe-

809845/0712

ren Träger 8 verbunden werden, dann der Kathodenkasten 19 auf den Kopf gestellt wird und die anderen Render (unteren Ränder in der Zelle) mit dem unteren Trc'ger 9 verbunden werden. Der Kathodenkasten 19, der das Diaphragma 6 ur.d die Träger 8, 9 enthält, wird dann über die Anoden 14 gestellt, und die Zelle wird zusammengebaut.

Wenn das Diaphragma 6 einen entfernbaren Füllstoff (wie z.3. Stärke) enthält, dann kann dieser in eitu in dar Zelle entfernt werden, und zws.r d-jrch Έβ hard lung mit einer Mineralsäure, die einen Korrosionsinhibitor enthält, oder durch elektrolytische Behandlung in situ in der Zelle (wie es beispielsweise in der GE-PS 1 453 355 beschrieben ist'.

Die Verwendung der erfindungsgeir.äßen Zelle ist in dem nachfolgenden Eeispiel näher erläutert.

BEISPIEL

Eine Diaphragmazelle der in den Figuren 4 und 5 dargestellten Type wurde mit drei Gruppen aus flachen Titananodenplatten 14 (jeweils 6 mm Dicke, Abstand 4 mn) ausgerüstet. Die Platten waren mit einem Gemisch aus Rutheniumoxid und Titandioxid, beschichtet und auf der Titanplatte 15 befestigt. Die Anodenplatten 14 wurden in die e-.-^eyi 20 des Kathodenkastens 19 eingeführt, der mit Kathoden 18 aus Weichstahldrahtnetz (2 ran Durchmesser, Öffnungen von 2 mm χ 2 min) versehen war. Die Zelle besaß eine kontinuierliche Platte 6 aus PoIytetrafluoräthylen, die nit den Kathoden 18 in Kontakt war. Das Diaphragma wurde dadurch hergestellt, daß zunächst vier Fensterrahmenplatten durch heißes Pressen der sich überlappenden Streifen aus einem fluorierten Äthylen/Propylen-Mischpolymer miteinander verbunden wurden, welche Streifen an oder in der Nähe der Ränder mit einer mit Stärke gefüllten Polytetrafluoräthylenplatte (2 mm Dicke) angeschweißt waren. Das Diaphragma 6 wurde dann an den oberen und unteren Trägern 9, 10

809845/0712

28Ί606Β

aus fluoriertem Äthylen/Propylen-Mischpolymer durch heißes Pressen der Streifen aus fluoriertem Äthylen/Propylen-Mischpolymer (die vorher an den oberen und unteren Rändern des Diaphragmas angeschweißt worden waren) an den erwähnten Trägern befestigt. Der Anoden/Kathcden-Abstand war 6 mm. Die Stärke wurde aus dem Diaphragma elektrolytisch in situ in der Zelle

2
bei einer Stromdichte von 2 kA/m Anodenoberfläche entfernt.

Die Zelle wurde mit Natriumchloridlösung (300 g/l NaCl) mit einer Geschwindigkeit von 5 l/st beschickt, und an die Zelle

wurde eine Stromdichte von 2 kA/m angelegt. Die Zellenbetriebsspannung war 3,2 Volt. Das gebildete Chlor enthielt 97,5 Gew.-% Cl₂ und 2,5 Gew.-% O₃. Die gebildete Natriumhydroxidlösung enthielt 10 Gew.-% NaOH. Die Zelle arbeitete mit einer Stromausbeute von 96 %.

809845/0712

Leerseite

Claims

PATENTANSPRÜCHE:

1. Elektrolytische Diaphragmazelle für die Herstellung von Halogen, Wasserstoff und einer Alkalimetallhydroxidlösung durch Elektrolyse einer wäßrigen Alkalimetallhalogenidlösung, dadurch gekennzeichnet, daß sie "folgende Teile aufweist: mehrere Anoden (14), die vertikal an einer Seite (15) der Zelle befestigt sind, einen Kathodenkasten (19) mit jeweils einer Kathode zwischen benachbarten Anoden und ein hydraulisch durchlässiges Diaphragma zwischen benachbarten Anoden und Kathoden, wobei das Diaphragma eine Platte (2) aus einem porösen, nicht durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer aufweist, die mit Hilfe von Streifen (4) aus einem durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer, die an die oberen und unteren Ränder des Diaphragmas angeschweißt sind, mit einem oberen und einem unteren geschlitzten Träger (8, 9) verbunden ist, wobei die Träger

' (8, 9) in der Zelle so angeordnet sind, daß die Schlitze (12) in den oberen und unteren Trägern zueinander vertikal ausgerichtet sind und die Anoden sich in den Raum hineinerstrecken, der durch die oberen und unteren Träger und das Diaphragma gebildet wird.

2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma die Form einer einzigen homogenen Platte aus nicht durch Schmelzen verarbeitbarem fluorhaltigen Polymer besteht.

3. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma mehrere Platten aus dem nicht durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen-Polymer aufweist, die dadurch miteinander verbunden sind, daß Streifen (3) aus einem durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer, die an den Rändern der Platten angeschweißt sind, miteinander verbunden worden sind.

ORIGINAL INSPECTED

809845/0712

4. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die oberen und unteren geschlitzten Träger (8, 9) entlang den Rändern der Schlitze Randstreifen (13) aufweisen, um die Verbindung zwischen den Trägern und den Streifen (4) aus einem durch Schmelzen verarbeitbaren fluorhaltigen Polymer, die an den oberen und unteren Rändern des Diaphragmas angeschweißt sind, zu er- "' leichtern.

5. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma an die oberen und unteren geschlitzten Träger (8, 9) durch heißes Pressen oder durch Verwendung eines Binders aus einem niedrigschmelzenden fluorhaltigen Polymer befestigt ist.

6. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das nicht durch Schmelzen verarbeitbare fluorhaltige Polymer aus Polytetrafluoräthylen besteht.

7. Zelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das durch Schmelzen verarbeitbare Polymer aus einem fluorierten Äthylen/Propylen-Mischpolymer besteht.

8. Verwendung der Zelle nach Anspruch 1 zur Herstellung von Chlor und Alkalimetallhydroxid.

809845/0712