DE3406823C2 - Beschichtete Ventilmetallanode zur elektrolytischen Gewinnung von Metallen oder Metalloxiden - Google Patents

Abstract

Eine derartige Metallanode umfaßt einen Stromzuleiter (10) und mindestens einen davon abzweigenden Stromverteiler (20). Der Stromverteiler (20) weist einen Mantel (40) auf. Dieser besteht aus zwei identisch geformten Profilen (41), die sich jeweils aus einem Steg (41a) und zwei von dessen Enden rechtwinkelig, jedoch gegensinnig abgewinkelten und ungleich langen Schenkeln (41b, 41c) zusammensetzen. Die beiden Profile (41) sind zur Bildung des Mantels (40) gegensinnig so zusammengefügt, daß der kurze Schenkel (41c) des einen Profils (41) im Bereich des freien Endes des langen Schenkels (41b) des anderen Profils (41) anliegt, wodurch sich an den beiden Schmalseiten des Mantels versetzt abstehende Flansche (41d) ergeben. An diesen Flanschen ist jeweils ein plattenförmiges Element (31) angeschlossen. Diese bilden den Aktivteil (30) der Elektrode. Die plattenförmigen Elemente (31) bestehen zweckmäßigerweise aus einem gewellten Streckmetall.

Description

dadurch gekennzeichnet, daß die zwei identisch geformten Profile (41), aus denen der Mantel (40) des Stromverteilers (20) besteht sich jeweils aus einem Steg (4IaJ und zwei von dessen Enden rechtwinklig, jedoch gegensinnig abgewinkelten und ungleich langen Schenkeln (41 b, 41c) zusammensetzen, und daß die beiden Profile (41) gegensinnig so zusammengefügt sind, daß der kurze Schenkel (4IcJ des einen P-ofils (41) im Bereich des freien Endes des langen Schenkels (4Ih) des anderen Profils (40) anliegt, wodurch sich abstehende Flansche (41 c/J ergeben, und daß die plattenförmigen Elemente (31) des Aktivteils (30) mit dem Slrorm ;rteilcr (20) über diese Flansche (41 d) verbunden sind.

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Profile (41) im Bereich der Flansche (4IdJ durch Rollschweißen miteinander verbunden sind.

3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich des freien Endes des abstehenden Flansches (41<iJ des Stromverteilers (20) eine Schweißfläche (43a) ausgebildet ist, zu der eine Schweißfläche (32a) am plattenförmigen EIement (31) des Aktivteils (30) derart korrespondiert daß in der Zusammenbaustellung die beiden Schweißflächen (43a, 32a) unter Bildung eines Spalts (33) in einer Ebene liegen, und daß auf die Schweißflächen (43a, 32a) unter Überbrückung des Spaltes (33) eine Schweißnaht (34) aufgebracht ist.

4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißnaht (34) durch mehrere Schweißnahtabschnitte, die im Abstand zueinander liegen, gebildet ist.

5. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißflächen (43a, 32a) an dem abstehenden Flansch (4Ia¹J des Stromverteiler (20) und auf dem plattenförmigen Element (31) durch separat aufgebrachte Materialstreifen (43; 32) gebildet sind.

6. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Schweißfläche an dem abstehenden Flansch (41c/Jund auf dem plattenförmigen Element (31) durch eine integrale Falzung dargestellt ist.

7. Elektrode nach einem der Ansprüche I bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das plattenförmige Element (31) so an dem Mantel (40) des Stromverteilers (20) angeordnet ist daß es (mit Abschnitt 31a) den Mantel (40) zumindest teilweise abdeckt

8. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet daß zu beiden Seiten des Stromverteilers (20) je ein plattenförmiges Element (31) angeordnet ist und das eine Element (31) die eine Seite des Mantels (40) und das andere Element (31) die andere Seite des Mantels (40) überdeckt (mit d°n Abschnitten (3IaJ).

9. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet daß die plattenförmigen Elemente (31) des Aktivteils (30) aus gewelltem Streckmetall bestehen.

10. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die freien Seitenkanten (3ib) der plattenförmigen Elemente (31) durch einen U-förmigen Streifen (35) abgedeckt sind.

11. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet daß die freien Seitenkanten der plattenförmigen Elemente umgefalzt sind.

12. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet daß die gewellten Ober- und Unterkanten (3IcJ der plattenförmigen Elemente (31) durch einen Materialstreifen (36) abgedeckt sind.

Die Erfindung betrifft eine Elektrode, insbesondere Anode aus beschichtetem Ventilmetall zur elektrolytischcn Ccwinnung von Metallen oder Metalloxiden, bestehend aus

mindestens einem Stromverteiler, der aus einem aus zwei identischen Profilen zusammengesetzten Mantel aus Ventilmetall und einem darin angeordneten Kern aus elektrisch gut leitendem Metall aufgebaut ist, der mit dem Mante'i in elektrisch leitender Verbindung steht und in drn vorzugsweise eine Kontaktstruktur eingebettet ist, die aus Ventilmetall besteht und über eine Mehrzahl von Schweißstellen mit der Innenfläche des Mantels verbunden ist, und

— einem Aktivteil, das durch mindestens ein plattenförmiges Element gebildet ist, das mit dem Mantel des Stromverteilers mechanisch sowie elektrisch leitend verbuiiden ist.

Beschichtete Metallanoden dieser Art sollen auf dem Gebiet der elektrolytischen Gewinnung von Metallen, insbesondere Nichteisen-Metallen, aus Säurelösungen, die das zu gewinnende Metall enthalten, die urprünglich hierfür eingesetzten Anoden aus Blei oder Bleilegierungen oder aus Graphit ersetzen. Die arbeitende Fläche bzw. der Aktivteil dieser beschichteten Metallanoden besteht aus einem tragenden Kern aus einem Ventilmetall, wie z. B. Titan, Zirkonium, Niob oder Tantal, auf den eine Beschichtung aus einem anodisch wirksamen Material, z. B. aus Metallen der Platingruppe oder der Platinmetalloxide, aufgebracht ist.

Der wesentliche Vorteil der Metallanoden besteht in der Einsparung elektrischer Energie gegenüber den herkömmlichen Blei- oder Graphitanoden. Diese Energieersparnis resultiert aus der bei beschichteten Metallanoden crzielbarcn größeren Oberfläche, der hohen Aktivität der Beschichtung und der Formstabilität. Sie

ermöglicht eine beträchtliche Erniedrigung der Anodenspannung. Die beschichteten Metallanoden erbringen eine weitere Betriebseinsparung dadurch, daß die Reinigung und Neutralisation des Elektrolyten erleichtert wird, da die Beschichtung der Anoden durch CT, ^r-, NOj - oder freies H2SO4 nicht zerstört wird. Eine zusätzliche Kostenersparnis ergibt sich dadurch, daß bei der Verwendung von beschichteten Metallanoden der Elektrolyt nicht mit teuren Zusätzen, z. B. Kobaltverbindung oder Strontiumcarbonat, versetzt werden muß, to wie dies bei der Verwendung von Bieianoden erforderlich ist Ferner entfällt die bei Bleianoden nicht zu verhindernde Verschmutzung des Elektrolyten und des gewonnenen Metalls durch Blei. Schließlich erlauben die beschichteten Metallanodep, eine Erhöhung der Stromdichte und damit der Produktivität

Bei der Auslegung dieser beschichteten Metallanoden hat man nun sehr unterschiedliche Wege beschritten.

Bei einer bekannten Metallanode (DE-OS 24 04 167) wird das wesentliche Auslegungskriterium d^rin gesehen, daß die der Kathode gegenüberstehende Anodenfläche 1,5- bis 20mal kleiner ist als die Kathodenoberfläche und die Anode dementsprechend bei einer Stromdichte betrieben wird, die 1,5- bis 20mal größer ist als die Kathodenstromdichte. Durch diese Maßnahmen soll auf wirtschaftliche Weise eine relativ reine Metallabscheidung der gewünschten kristallinen Struktur und Reinheit auf den Kathoden erhallen werden. Die Wirtschaftlichkeit soll offensichtlich darin bestehen, daß aufgrund der gegenüber der Kathode reduzierten Fläche der Anode der Werkstoffverbrauch für die Erzeugung der Anode erniedrigt und damit teurer Ventilmetall-Werkstoff eingespart wird. Die Kostenreduzierung bei der Herstellung dieser Anode wird allerdings durch nicht unerhebliche Nachteile erkauft Einer der Nachteile besteht darin, daß der anodische Anteil der Zellenspannung hoch ist, weil die Anode mit einer hohen Stromdichte arbeitet. Dns bedingt als wesentlichen Nachteil einen hohen Energiebedarf für die mit derartigen Anoden ausgestatteten Zellen. Die große Stromdichte und der verkleinerte Leiterquerschnitt der bekannten Anode aufgrund der verkleinerten wirksamen Fläche und damit des kleinen Materialvolumens bedingen einen großen inneren Ohm'schen Spannungsabfall mit der Folge einer weiteren Erhöhung der notwendigen elektrischen Energie. Um den Nachteil des großen inneren Ohm'schen Spannungsabfalls zu beheben, bestehen die in einer Ebene parallel zueinander angeordneten Profilstäbe, welche die wirksame Fläche bilden, aus einem Mantel aus Titan, der mit einem Kern aus Kupfer versehen ist. Einen vergleichbaren Aufbau weisen auch die Stromzuleitungs- und -Verteilungsschienen auf. Diese sind kompliziert geführt, um die Stromwege in der kleinen wirksamen Fläche der Anode weitgehend zu verkürzen. Der komplizierte Aufbau der die wirksame Fläche bildenden Profilstäbe sowie die erforderlich langen Stromzuleitungs- und -Verteilungsschienen verteuern die bekannte Konstruktion erheblich.

Bei einer weiteren bekannten beschichteten Metall- 6ö anode (DE-OS 30 05 795) ist man zur Vermeidung der prinzipiellen Nachteile der vorstehend geschilderten beschichteten Metallanode einen völlig anderen Weg gegangen, der darin besteht, daß die wirksame Fläche dieser Anode dadurch sehr groß ausgebildet ist, daß die « in einer Ebene im Abfand voneinander und parallel zueinander angeordneten Stäbe, welche die wirksame Fläche bilden, der Beziehung 6— F., ·. F_P2 genügen, wobei Fa die Gesamtoberfläche der Stäbe und Fp die von der Gesamtanordnung der Stäbe eingenommene Flächr bedeutet Diese vorzugsweise aus Reintitan hergestellte Anodenkonstruktion weist außer der Haupt-Stromzu-Icilungsschiciic aus Kupfer keine wi-iiercn Strom/ulciter und -verteiler auf. Der Stroiiitranspurl in vertikaler Richtung wird mithin allein durch die Stäbe aus Ventilmetall vorgenommen, insgesamt hat sich diese Anode aufgrund der groß ausgebildeten wirksamen Räche bei vielen elektrolytischen Metallgewinnungsverfahren bestens bewährt

Der den steigenden Kilowattstundenpreisen anzupassende, d. h. zu erniedrigende innere Ohm'sche Spannungsabfall der Titananoden erfordert den Einsatz großer Leiterquerschnitte für die stromführenden Bauteile aus diesem kostspieligen Metall. Bei Ausbildung der aktiven Fläche aus in einer Ebene parallel zueinander angeordneten Titanstäben müssen diese mit entsprechend großem Querschnitt ausgelegt werden, um mit dem bei den dicken, massiven Bleianoden au bietenden inneren Ohm'schen Spannungsabfall Schritt haltin zu können, was wiederum die technischen und kostenmäßigen Vorteile der Ventil-Metallanoden schmälert

Bei den bekannten Stromzuleitungs- und -verteilungssc'-ienen, bestehend aus einem Kern aus Kupfer und einem diesen Kupferkern umgebenden Mantel aus Titan, wird angestrebt einen »metallurgischen Verbund« zwischen dem Metall des Kerns und dem Metall des Miinlcls zu erreichen. Die Verringerung des inneren Spannungsabfalls, die durch die Ausbildung des Kerns aus einem Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeil erreicht werden soll, wird aber nur dann tatsächlich erzielt, wenn der Stromübergang zum beschichteten Aktivteil durch einen großflächigen, einwandfreien metallurgischen Verbund zwischen dem Werkstoff des Mantels und dem Werkstoff des Kupfers gewährleistet ist Diese Voraussetzung wird aber allenfalls bei einer sehr kostspieligen Herstellung einigermaßen erreicht Trotzdem haben sich diese Stromzuleiter für Anoden bei der ChJoralkalianalyse nach dem Diaphragma-Verfahren bewährt Die Temperaturempfindlichkeit des metallurgischen Verbunds zwischen Kupfer und Titan setzt aber voraus, daß im Fall der Wiederbeschichtung dieser DlA-Anoden der titanummantelte Kupferstrb von dem zu beschichteten Aktivteil abgetrennt wird.

Zu diesem Problemkreis wurde die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzle Elektrode entwickelt (DE-OS 32 09 138). Danach wurde in erster Linie der Konstruktion der Stromzuleiter sowie der Stromverteiler Augenmerk gegeben. Die wesentliche Konstruktionsidee bei dieser Elektrode besteht darin, daß die Stromzuleiter bzw. die Stromverteiler aus einem aas Ironien zusammengesetzten Mantel aus Ventilmetall und einem darin angeordneten Kern aus elektrisch gut leitendem Metall aufgebaut sind, wobei der Kern mit dem Mantel in elektrisch leitender Verbindung steht und darüber hinaus in diesem Kern eine Kontaktstruktur eingebettet ist, die aus Ventilmetall besteht und über eine Mehrzahl von Schweißstellen mit der Innenfläche des Mantels verbunden ist Die Kentaktstfuktur ist dabei ein räumliches Gebilde mit in mehreren Richtungen orientierten Oberflächen, das von dem Kernmetall aus mehreren Richtungen her umgeben ist. Nach einer bevorzugten Ausführt ngsform besteht die Kontaktstruktur aus einem oder mehreren Streifen aus Streckmetall, Drahtnetz, Lochblech oder dergleichen. Der jeweilige Streifen ist vorteilhafterweise zur Stromfließrichtung im Stromzulciler bzw. Stromverteiler verlegt. Durch die

angesprochene Maßnahme ergibt sich bei der bekannten Elektrode eine elektrisch gut leitende Verbindung zwischen dem Kernmeiail und dem Mantelmetall mit der Folge eines geringen Spannungsabfalls auch bei hohen Stromstärken. Der erzielte innige Kontakt zwisehen der Kontaktstruktur und dem Kernmctall bleibt für eine lange Betriebszeit auch bei großen Temperaturdifferenzen erhalten. Darüber hinaus verbessert die Kontaktstruktur die mechanische Festigkeit des entsprechend ausgebildeten stromführenden Bauteils und damit der Elektrode insgesamt Die beschriebene Elektrode ist darüber hinaus kostengünstig und wirtschaftlich herstellbar, weil die bei den vorbekannten Anordnungen gegebenen Schwierigkeiten der metallurgischen Verbindung des Kernmetalls mit dem Mantelmetall bzw. das Einbringen einer geeigneten Zwischenschicht, z. B. aus einem bei Betriebstemperaturen flüssigen Werkstoff, entfallen. Bei der Herstellung der bekannten Elektrode kann nämlich das Kernmetaii im flüssigen Zustand einfach ir. den Innenraum des Mantels cingcgossen werden. Aufgrund der entsprechenden Ausbildung der Kontaktstruktur umströmt das Kernmetall innig die Kontaktstruktur und schrumpft auf diese mit Vorspannung auf. Dadurch ergibt sich der gewünschte gute Kontakt zwischen dem Kernmetall und der Kontaktstruktur. Diese wiederum ist elektrisch gut leitend mit der Innenfläche des Mantels verschweißt. Insgesamt zeichnet sich also die bekannte Elektrode aus durch einen möglichst kleinen inneren Spannungsabfall im Langzeitbetrieb, durch kostengünstige und wirtschaftliehe Herstellungsmöglichkeit, durch eine hohe Betriebssicherheit sowie dadurch, daß sie relativ flach baut.

Bei weiteren Versuchen mit dieser bekannten Elektrode hat es sich herausgestellt, daß sie im Hinblick auf gewisse konstruktive Gestaltungen noch nicht optimal ausgelegt ist Zum Teil lassen sich nämlich die Profile, die bei der bekannten Elektrode zürn Zusammenfügen des Mantels der Stromverteiler verwendet werden, nicht ohne weiteres mit der gewünschten Exaktheit herstellen mit der Folge, daß die erforderlichen Toleranzen für diese Bauteile nicht eingehalten werden können. Des weiteren sind in bezug auf die Ausgestaltung des Mantels der Stromzuleiter bzw. Stromverteiler Ausführungsformen vorgeschlagen, bei denen sich z. B. aufgrund der Tiefe und geringen Breite der Profile die Kontaktstruktur nur schwer einlegen und mit der Innenfläche des Mantels verschweißen läßt. Ferner sind zur Anbringung der Aktivteile an den Mänteln der Stromverteiler zusätzliche konstruktive Maßnahmen erforderlich, z. B. das Vorsehen von Eckprofilen oder dergleichen. die einerseits mit dem Mantel des Stromverteilers und andererseits mit dem Aktivteil verschweißt werden müssen, um zwischen den angesprochenen Bauteilen die erforderliche mechanische und elektrische Verbindung herzustellen. Schließlich lassen sich die bei der bekannten Elektrode verwendeten Profile für die Mantel der Stromverteiler bzw. Stromzuleiter nur durch Schmelzschweißverfahren verbinden, was einerseits bei gewissen Anwendungsfällen nur von Hand möglich ist und andererseits ein Verziehen der Profile aufgrund der da- to bei entstehenden hohen Temperaturbelastungen beding·..

F.s ist deshalb Aufgabe der Erfindung, die vorausgesetzte Elektrode dahingehend weiterzubilden, daß sie mehl mir einen nsogiiehsi kleinen inneren Spnnniingvah- t>-, lall im Lang/citbeirieb besitzt, sondern auch eine kostengünstige Herstellung erlaubt, insbesondere in bezug auf die Profile für die Mantel der Stromverteiler und das Zusammenfügen der Stromverteiler mit den Aktivteilen. Außerdem soll sie einen robusten Aufbau besitzen, was für den angegebenen Anwendungszweck von besonderer Bedeutung ist, da diese Elektroden häufig, z. B. zum Strippen oder Reinigen, aus der Zelle heraus und danach wieder in diese hineingefahren werden müssen, wobei während dieser Arbeits- und Bewegungsabläufe erhebliche mechanische Einwirkungen auf die Elektrode auftreten können. Auch die Bewegungsabläufe der Gegenelektroden können zu ähnlichen mechanischen Belastungen der Elektroden führen.

Diese Aufgabe wird bei einer Elektrode mit dem vorausgesetzten Aufbau dadurch gelöst, daß die zwei identisch geformten Profile, aus denen der Mantel des Stromverteilers besteht, sich jeweils aus einem Steg und zwei von dessen Enden rechtwinklig, jedoch gegensinnig abgewinkelten und ungleich langen Schenkeln zusammensetzen, und daß die beiden Profile gegensinnig 50 zusammengefügt sind, daß der kurze Schenkel des einen Profils im Bereich des freien Endes des langen Schenkels des anderen Profils anliegt, wodurch sich abstehende Flansche ergeben, und daß die plattenförmigen Elemente des Aktivteils mit dem Stromverteiler über diese Flansche verbunden sind.

Die erfindungsgemäße Elektrode zeichnet sich durch eine Reihe von Vorteilen aus.

Die für die Ausbildung des Mantels der Stromverteiler vorgeschlagenen Profile sind symmetrisch aufgebaut und können aus Blechen durch Erzeugen von nur zwei Kantungen hergestellt werden. Dies alles trägt zu einer rationellen und kostengünstigen Großserienfertigung bei. Zugleich sind die gewählten Frofile sehr gut plan zu erzeugen und sind ferner verzugsstabil, so daß sich Mantel für die Stromverteiler herstellen lassen, die den gewünschten engen Toleranzen in den Abmessungen entsprechen.

Noch vor dem Zusammenfügen zweier Profile zu einem Mantel für den Stromverteiler lassen sich in jedes der Profile einfach die Kontaktstrukturen der genannten Art einbringen und einschweißen, da die Profile flach und deshalb auch für automatisch arbeitende Schweißgeräte gut zugänglich sind.

Aufgrund der gewählten Form des Profils ergeben sich bei deren Zusammenfügen zwangsläufig zu beiden Seiten des Mantels Flansche. Ober diese Flansche können nicht nur in einfacher Weise die Profile selbst miteinander verschweißt werden. Darüber hinaus lassen sich an diesen Flanschen auch ohne zusätzliche Konstruktionen herstellungstechnisch einfach und kostengünstig die plattenförmigen Elemente, die den Aktivteil bilden, befestigen. Dadurch ergibt sich insgesamt eine flachbauende Elektrode. Derartige Elektroden nutzen nicht nur den Raum in der Zelle günstig aus, sondern sind auch einfach und ohne die Gefahr einer mechanischen Beschädigung für den Reinigungs- oder Strippvorgang aus der Zelle heraus- und danach wieder hineinbewegbar. Für die Strippmaschine, z. B. bei der Metalloxidgewinnung, ist natürlich ebenfalls ein flacher und zugleich robuster Aufbau der Elektrode von Vorteil.

Die Flansche lassen sich bei der erfindungsgemäßen Elektrode entsprechend den Anforderungen so breit gestalten, daß ohne wechselseitige negative Beeinflussung sich sowohl die Schweißnähte zum Verbinden der Profile als auch die Schweißnähte zum Anschluß der plattenförmigen Akiivclcinenie an den Mantel des Stromverteilers anbringen lassen. Beim Ausführen der Schweißnaht für die Verbindung des Mantels mit dem Aktivteil ist dies besonders wichtig, weil sonst nicht nur das Kern-

metall im Mantel aufgrund der Temperaturbelastung leiden könnte, sondern auch die Schweißnaht zwischen den Profilen, die natürlich stets gas- und flüssigkeitsdicht sein muß, undicht werden könnte.

Der Vorteil, daß die für das Anbringen des Aktivteils an dem Stromverteiler erforderliche Schweißnaht nicht die Bauteile des Stromverteilers selbst beeinflußt, ist für die Möglichkeit des Wiederbeschichtens der Aktivteile von besonderer Bedeutung. Hierfür muß nämlich die Schweißnaht zwischen dem jeweiligen Aktivteil und dem Mantel des zugehörigen Stromverteilers zum einen leicht lösbar und zum anderer einfach wieder anbringbar sein. Erst die Möglichkeit der isolierten Beschichtung der den Aktivteil bildenden plattenförmigen Elemente der Elektrode erbringt besonders wesentliche Vorteile. So ist beim isolierten Beschichten der plattenförmigen Elemente ohne die zugehörigen Siromzulcilcr ein geringerer Bcschiehtungsaufwand erforderlich. Desweiteren müssen dann nur die Aktivteile in Reserve beim Betreiber gehalten werden, so daß relativ wenig Kapital gebunden ist. Ferner sind beim Abnehmen der Stromzuleiter von den Aktivteilen diese keinen negativen Einflüssen unterworfen, wie dies beim gemeinsamen Beschichten von Aktivteil und Stromzuleiter der Fall ist. Schließlich ist erst durch die Möglichkeit des einfachen Wechselns der Aktivteile von den Stromzufuhr- und Verteilkonstruktionen der Einsatz einer dünneren Beschichtung auf den Aktivteilen als bisher üblich wirtschaftlich sinnvoll.

Eine zweckmäßige Weiterbildung der erfindungsgemaßen Elektrode besteht darin, daß die beiden Mantel-Profile im Bereich der Flansche durch Rollschweißen miteinander verbunden sind. Das Rollschwcißen ergibt in herstellungstechnisch günstiger Weise sowohl eine gasdichte als auch flüssigkeitsdichte Verbindung der Mantelprofile. Damit ist das Kcrnmetall vor aggressiven Angriffen, insbesondere des Eiekiroiyien, zuverlässig geschützt.

Eine besonders günstige Ausbildung der Schweißnaht zwischen dem Mantel des Stromverteiiers und dem Aktivteil ergibt sich bei der erfindungsgemäßen Elektrode dadurch, daß im Bereich des freien Endes des jeweiligen Flansches des Stromverteilers eine Schweißfläche ausgebildet ist, zu der eine Schweißfläche am plattenförmigen Element des Aktivteils derart korrespondiert, daß in der Zusammenbaustellung die beiden Schweißflächen unter Bildung eines Spalts in einer Ebene liegen, und daß auf die Schweißflächen unter Überbrückung des Spaltes eine Schweißnaht aufgebracht ist Das Vorsehen des Spaltes zwischen den zwei Schweißflächen erlaubt ein besonders einfaches Abtrennen des Aktivteils vom Stromverteiler ohne die Gefahr einer Beschädigung dieser beiden Bauteile, weil der Spalt eine Art »Sollbruchlinie« bildet Unter Ausnutzung der identischen Schweißflächen läßt sich dann der reaktivierte Aktivteil wieder an den Stromverteiler anschweißen. Durch die Möglichkeit des einfachen Wechselns des Aktivteils werden mit der erfindungsgemäßen Elektrode die damit verbundenen, schon erörterten Vorteile erzielt

Falls es die mechanische Festigkeit zuläßt, ist es für die Ausbildung der Schweißverbindung zwischen dem Aktivteil und dem Stromverteiler des weiteren zweckmäßig, daß die Schweißnaht durch mehrere Schweißnahtabschnitte, die im Abstand zueinander liegen, gebildet ist Dies erlaubt dann ein besonders einfaches und rasches Lösen des Aktivteils von dem Stromverteiler.

Konkrete Ausbildungen der angesprochenen Schweißverbindung zwischen dem Aktivteil und dem Mantel des Stromverteilers bestehen darin, daß die Schweißfläche an dem Flansch des Mantels des Stromverteilers bzw. auf dem plattenförmigen Element durch einen separat aufgebrachten Materialstreifen gebildet ist, bzw. daß die Schweißfläche an dem Flansch des Manlels des Stromverteilers bzw. auf dem plattenförmigen Element durch eine integrale Falzung dargestellt ist. Beide Ausführungsformen können mit Vorteil angewendet werden. Sowohl das Aufbringen von zusätzlichen Materialstreifen als auch das Falzen der Blechteile der einschlägigen Bauteile zur Erzeugung zueinander planpuralleler und im geringen Absland voneinander liegen der Schweißflächen an Aktivteil und Mantel des Stromverlcilers sind herstellungstechnisch einfach. Ein

i^r> separates Aufbringen eines Mutcrhilslrcifcns zur Erzeugung einer einschlägigen Schweißfläche kann dann von Vorteil sein, wenn der Aktivteil besonders häufig gewechselt wird und sich dadurch die Schweißfläche verbraucht. In diesem Fall kann durch Abtrennen des Materialstreifens und Anbringen eines neuen Materialstreifens eine dann wieder neuwertige Schweißfläche zur Verfügung gestellt werden. Hierdurch kann die Lebensdauer der erfindungsgemäßen Elektrode bzw. deren Bauteile noch weiter verlängert werden.

Urn die wirksame Fläche der erfindungsgemäßen Elektrode so groß wie möglich zu gestalten, ist es nach einer weiteren Ausbildung der Erfindung von Vorteil, daß das plattenförmige Element so an dem Mantel des Stromverteilers angeordnet ist, daß es mit einem Abschnitt den Mantel zumindest teilweise abdeckt. In dem Fall, in dem beidseits des Stromverteilers je ein plattenförmigcs Element, die gemeinsam den Aktivteil bilden, angeordnet ist. ist es zweckmäßig, daß das eine Element die eine Seite des Mantels und das andere Element die andere Seite des Mantels überdeckt. Damit gehört die gesamte Fläche des Manlels zur aktiven Fläche der Elektrode.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es von besonderem Vorteil, daß die plattenförmigen Elemente des Aktivteils aus gewelltem Streckmetall bestehen. Durch den Einsatz von gewelltem Streckmetall stellt die erfindungsgemäße Elektrode eine besonders große wirksame Fläche zur Verfugung. Die zur Erhöhung der mechanischen Robustheit des aus gewelltem Streckmetall bestehenden Aktivteils der erfindungsgemäßen Elektrode bieten sich mehrere Maßnahmen an. Zum einen können die freien Seitenkanten der plattenförmigen Elemente durch einen U-förmigen Streifen abgedeckt oder umgefalzt sein. Durch beide Maßnahmen

so läßt sich ein Schutz der Seitenkanten des aus Streckmetall dargestellten Aktivteils gegen Verbiegen bzw. Verhaken mit anderen Bauteilen der Zellen verhindern. Die gewellten Ober- und Unterkanten der plattenförmigen Elemente können zu dem genannten Zweck durch einen Materialstreifen abgedeckt sein.

Die zweckmäßigen Werkstoffe für den Aktivteil der erfindungsgemäßen Elektrode sind schon angesprochen worden. Er besteht danach aus einem tragenden Kern aus einem Ventilmetall, wie z. B. Titan, Zirkonium, Niob oder Tantal, auf den eine Beschichtung aus einem anodisch wirksamen Material, z. B. aus Metallen der Platingruppe oder der Platinmetalloxide, aufgebracht ist Aufgrund des ebenfalls bereits geschilderten leichten Auswechselns der Aktivteile bei den erfindungsgemä-Ben Elektroden kann eine besonders dünne Beschichtung eingesetzt werden.

Die Profile für die Mantel der erfindungsgemäßen Elektrode weisen zweckmäßigerweise eine Wandstärke

zwischen 0,5 mm und einigen mm auf. Sie bestehen ebenfalls aus einem der schon angesprochenen Ventilmctallc.

Als Vergußmetali zur Herstellung des Kerns der bei der erfindungsgemäßen Elektrode verwendeten Stromverteiler eignen sich Metalle mit einem Schmelzpunkt, der um mindestens 500⁰C niedriger liegt als der des Metalls des Mantels des stromführenden Bauteils. Das Kernmetall soli ferner eine wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit besitzen als das Ventilmetall des Mantels, z. B.Titan. Unter Berücksichtigung dieser Forderungen kommen als Kernmetall z. B. Zink, Aluminium, Magnesium, Zinn, Antimon, Blei, Kalzium, Kupfer oder Silber und entsprechende Legierungen hiervon infrage. Selbstverständlich muß die Auswahl des Metalls für den Kern auch den speziellen Erfordernissen des jeweiligen Metallgewinnungsverfahrens Rechnung tragen. Für die Zinkgewinnungselektrolyse bietet sich Zink als Kernmetall an. Gleiches gilt für die Gewinnung von Kupfer, wobei hierfür allerdings auch Aluminium, Magnesium oder Blei sowie die entsprechenden Legierungen eingesetzt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich zur Gestaltung sowohl von kleineren Elektrodenformen mit Elektrodenflächen von ca. 1,0 bis ca. 1,2 m² als auch für sogenannte Jumbo-Elektroden mit einer Elektrodenfläche von ca. 2,6 m² bis ca. 3,2 m².

Aufbau und Vorteile von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Elektroden werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Gesamtdarstellung einer kleinen Elektrode nach der Erfindung,

F i g. 2 eine perspektivische Gesamtdarstellung einer großen Elektrode nach der Erfindung,

F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht des Stromverteilers und des Aktivteils der erfindungsgemäßen Elektrode,

F i g. 4 einen Schnitt durch die Anordnung nach F i g. 3 gemäß der Schnittlinie IV-IV, und

F i g. 5 und 6 Ansichten des Schutzes der freien Ränder des Aktivteils der erfindungsgemäßen Elektrode.

Aus den F i g. 1 und ? ergibt sich der prinzipielle Aufbau von zwei Versionen einer erfindungsgemäßen beschichteten Metallanode. Danach ist ein Stromzuleiter mit 10, ein Stromverteiler mit 20 und ein mit dem Stromverteiler 20 verbundener Aktivteil, d. h. die aktive arbeitende Fläche der Elektrode, mit 30 bezeichnet. F i g. 1 zeigt dabei die kleine Version einer Metallanode mit einer Anodenfläche von ca. 1,0 bis 1,2 m². Bei dieser ist pro Anode nur ein Stromverteiler 20 vorgesehen, der zwei plattenförmige Elemente 31 als Aktivteil 30 trägt F i g. 2 hingegen stellt eine sogenannte Jumbo-Anode dar mit einer Anodenfläche von 2,6 bis 3,2 m². Bei dieser Elektrode ragen vom Stromzuleiter 10 jeweils zwei Stromverteiler 20 nach unten. An jedem Stromverteiler sind beidseits je ein plattenförmiges Element 31 angeordnet, die insgesamt das Aktivteil 30 der Elektrode bilden. Die Seitenkanten der beiden inneren plattenförmigen Elemente 31 können im Abstand voneinander liegen und durch Überbrückungselemente miteinander verbunden sein. Die beiden inneren plattenförmigen Elemente 31 können aber auch durch ein integrales Element dargestellt sein.

Die Schniltdarsicllung der F i g. 4 zeigt besonders deutlich den Aufbau des Stromverteilers 20 sowie den Anschluß des Aktivteils 30 bzw. der plattenförmigen Elemente 31 an den Stromverteiler 20.

Darvach ist der Stromverteiler 20 aufgebaut aus einem insgesamt mit 40 bez.eichneten Mantel aus Ventilmetall und einem dariu angeordneten Kern 50 aus elektrisch gut leitendem Metall, der mit dem Mantel 40 in elektrisch leitender Verbindung steht und in dem Kontaktstrukturen 51 der schon beschriebenen Art eingebettet sind, die ebenfalls aus Ventilmetall bestehen und über eine Mehrzahl von Schweißstellen mit der Innenfläche des Mantels 40 verbunden sind.

Der Mantel besteht aus zwei identisch aufgebauteten

ίο Profilen 41. Die Form jedes Profils 41 setzt sich zusammen aus einem Steg 41a, von dessen Enden rechtwinklig und gegensinnig Schenkel 41 i> und 41c abgehen, wobei der Schenkel 416 länger ausgebildet ist als der Schenkel 41c. Zur Bildung des Mantels 40 sind die Profile 41 gegensinnig, d. h. zueinander um 180° in Längserstreckung gedreht, so zusammengefügt, daß der kurze Schenkel 41 c des einen Profils 41 im Bereich des freien Endes des langen Schenkels 41 b des anderen Profils 41 anlieg; Hierdurch bildet der Mantel 40 von seinen Schmalseiten versetzt zueinander abstehende Flansche 41c/ aus. Im Bereich der inneren Enden der Flansche 41 d sind die beiden Profile 41 durch Rollschweißen gas- und flüssigkeitsdicht miteinander verbunden.
Zum Anschluß des derart ausgebildeten Stromverteilers 20 mit dem Stromzuleiler 10 ist die obere Stirnfläche des Mantels 40 mit einer Titanplatte 42 abgedeckt, die das Anschlußelement an den Stromzuleiter 10 bildet. Der Stromzuleiter 10 kann ausschließlich durch eine Schiene, bevorzugt aus Kupfer, bestehen oder aber eine Verbundkonstruktion sein, ähnlich dem Stromverteiler, wobei dann eine darin geführte Kupferschiene das stromtrar.sportierende Bauteil bildet.

Die genaue Anschlußkonstruktion kann im vorliegenden Fall beliebig sein.

Der Aktivteil 30 besteht aus zwei plattenartigen Elementen 31, von denen das eine an dem einen Flansch 41 d des Mantels 40 des Stromverteilers 20 und das andere am gegenüberliegenden Flansch 4iödes fvianteis 40 des Stromzuleiters 20 in im folgenden näher zu beschreibender Weise angeschlossen ist. Der jeweilige Anschluß wird durch eine Schweißkonstruktion gebildet. Hierfür ist auf der dem plattenförmigen Element 30 abgewandten Seite des jeweiligen Flansches 41c/ ein parallel zur Achse des Mantels 40 verlaufender Streifen 43, der ebenfalls aus einem Ventilmetall besteht, aufgeschweißt. Das plattenförmige Element 31 trägt auf seiner dem Flansch 41c/zugewandten Seite einen ebenfalls parallel zur Achse des Mantels 40 verlaufenden Streifen 32, der zweckmäßigerweise aus demselben Werkstoff besteht wie das plattenförmige Element 31 selbst und auch darauf aufgeschweißt sein kann. Plattenförmiges Element 31 und Mantel 40 werden dann so angeordnet, daß beide Streifen 43 bzw. 32 parallel zueinander unter Bildung eines Spalts 33 verlaufen und ihre freien Oberflächen 43a bzw. 32a in einer Ebene liegende Schweißflächen bilden. Längs dieser Schweißflächen 32a, 43a wird unter Überbrückung des Spalts 33 eine Schweißnaht 34 angelegt, die zweckinässigerweise durch Schweißnahtabschnitte gebildet ist, die zueinander im Abstand liegen.

Ein Trennen dieser Schweißnaht 34 ist durch ein einfaches Trennwerkzeug auf unproblematische Weise möglich, da durch den Spalt 43, in den das Trennwerkzeug gegebenenfalls etwas eindringen kann, eine unzulässige Beschädigung der Bauteile, nämlich des Mantels 40 und

to des entsprechenden plattenförmigen Elements 31, vermieden ist

Wie sich ebenfalls am besten aus der F i g. 3 ergibt, überdecken die plattenförmigen Elemente 31 mit ihrem

11

jeweiligen Abschnitt 31a die jeweilige Seite des Mantel"; 40, so daß dieser im wesentlichen von den plattenförmigen Elementen 31, die den Aktivteil bilden, umgeben ist mit der Folge, daß die Flächen des Stroniverteilers 20 nicht als aktive Fläche der Elektrode ausfallen.

Wie die F i g. 3 und 4 veranschaulichen, bestehen die plattenförmigen Elemente 31 aus gewelltem Streckmetall, dessen Wellen parallel zur Achse des Stromverteilers 20 verlaufen. Lediglich die überlappenden Abschnitte 31a der plattenförmigen Elemente 31 sind plan ausgebildet.

Bei Ausgestaltung des Aktivteils 30 durch ein Streckmetall empfiehlt es sich, wie die F i g. 5 zeigt, die freien, parallel zur Achse des Stromverteilcrs 20 verlaufenden Seitenkanten 31i>der plattenförmigen Elemente gegen Verbiegen bzw. Verhaken mit anderen Bauelementen zu schützen. Hierfür sind auf diese freien Seitenkanten 3tb jeweils U-förmige Abschlußleisten 35 aufgeschoben, die aus demselben Werkstoff bestehen können wie die platteniörmigen Elemente 31 selbst und mit diesen form- ode: kraftschlüssig verbunden sind.

Wie in F i g. 6 dargestellt ist, sind auch die Ober- und Unterkanten 31c der plattenförmigen Elemente 31 zweckmäßigerweise geschützt, und zwar durch jeweils einen Materialstreifen 36, der die wellenförmigen Kanten 31c abdeckt und hierfür senkrecht zur Hauptebene der plattenförmigen Element verläuft

Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

30

40

45

50

55

EO

65

Claims (1)

Patentansprüche:

1. Elektrode, insbesondere Anode aus beschichtetem Ventilmetall zur elektrolytischen Gewinnung von Metallen oder Metalloxiden, bestehend aus

— mindestens einem Stromverteiler, der aus einem aus zwei identischen Profilen zusammengesetzten Mantel aus Ventilmetall und einem darin angeordneten Kern aus elektrisch gut leitendem Metall aufgebaut ist der mit dem Mantel in elektrisch leitender Verbindung steht und in den vorzugsweise eine Kontaktstruktur eingebettet ist, die aus Ventilmetall besteht und über eine Mehrzahl von Schweißstellen mit der Innenfläche des Mantels verbunden ist und

— einem Aktivteil, das durch mindestens ein plattenförmiges Element gebildet wird, das mit dem Manfc.1 des Stromverteiiers mechanisch sowie elektrisch leitend verbunden ist