DE4419277C2 - Elektrolysezellen-Elektrode - Google Patents
Elektrolysezellen-ElektrodeInfo
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- C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
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Description
Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Elektrolysezellen, insbesondere für Quecksilber-Chlor
alkali-Elektrolysezellen mit Stromzuführungen über Stäbe oder Stromzuführungsbolzen und
Stromverteilern in Form von hochkant stehenden, mit Abstand zueinander angeordneten Flach
profilen, die an ihrer Unterkante mit senkrecht zu ihnen angeordneten aktivierten Elektrodentei
len aus, hochkant stehenden Flachprofilen mit vertikalen Außenseiten durch Verschweißen ver
bunden sind, wobei die aktivierten Elektrodenteile aus einer größeren Zahl von Einzelelemen
ten bestehen als die Stromverteiler, und die aktivierten Elektrodenteile mit einem Spalt von we
nigstens 2 mm zueinander angeordnet sind.
Aus der CB-PS 10 68 992 ist eine Elektrodenanordnung für die Chloralkalimetall-Elektrolyse
bekannt, wobei die aus Titan bestehende Elektrodenstruktur eine Aktivierung mittels Platin auf
weist. Die aktivierten Elektrodenteile weisen dabei im Querschnitt gesehen sich keilförmig bzw.
prismatisch nach unten verjüngende Unterkanten auf, wobei sich eine Vergrößerung des effek
tiven elektrolytischen Bereiches ergibt und eine Anströmung der Anoden in Aufwärtsrichtung er
folgt. Als problematisch erweist es sich, daß hierbei mögliche Verwirbelungen des Elektrolyt
gasgemisches im sich nach oben verjüngenden Zwischenraum zwischen den Anoden bilden
kann, wodurch die elektrochemische Umsetzung bzw. der Ionenaustausch im oberen Teil der
Oberfläche beeinträchtigt wird, da in dem sich nach oben verengenden Strömungsquerschnitt
zunehmend Gasblasen in den aktiven Oberflächenbereich der Anoden gelangen.
Aus der US-PS 40 22 679 ist eine Elektrode für Quecksilber-Chloralkali-Elektrolysezellen mit
Stromzuführungen über Stäbe oder Stromzuführungsbolzen bekannt, welche im Abstand zuein
ander angeordnete Flachprofile aufweist, die an ihrer Unterkante mit senkrecht zu ihnen
angeordneten aktivierten Elektrodenteilen verbunden ist, wobei die aktivierten Elektrodenteile
aus einer größeren Zahl von Einzelelementen bestehen, als die Stromfahrteile und die Einzele
lemente im Querschnitt gesehen eine sich verjüngende Unterkante aufweist, die im wesentli
chen halbkreisförmig ausgebildet ist; als problematisch erweist sich bei solchen kreis- bzw.
halbkreisförmigen Ausgestaltungen die Abfuhr der bei der Elektrolyse entstehenden Gasblasen,
da diese einerseits den Ionenaustausch im elektrolytischen Spalt zwischen den Halbkreisprofi
len und der Quecksilberkathode behindern, andererseits keine rasche Abzugsmöglichkeit ha
ben, so daß im unteren Bereich der Profilanode mit einer Art Gasblasen-polster gerechnet wer
den muß; weiterhin ist die Höhe der Aktivierungsbeschichtung auf den Elektroden verhältnismä
ßig hoch, so daß auf die vom Elektrodenspalt verhältnismäßig weit entfernten Bereiche mit
edelmetallhaltigen Substanzen versehen sind, jedoch praktisch kaum noch zu elektrochemi
schen Umsetzung beitragen.
Weiterhin ist aus der US-PS 4 364 811 eine Anode für Quecksilber-Chloralkali-Elektrolysezellen
mit Stromzuführung über einen Stab oder Bolzen bekannt, der mit aktivierten Elektrodenteilen
aus Flachprofilen über der Stromverteilung dienenden und quer dazu verlaufenden Stromvertei
lern in Form von Rechteckprofilen verbunden ist; auch hier besteht die Gefahr der Bildung ei
nes Gaspolsters im Elektrodenspalt, bzw. unterhalb der horizontal verlaufenden Unterkante der
Elektrodenelemente, so daß eine rasche elektrochemische Umsetzung mit ausreichender Io
nenzufuhr nicht möglich ist und die Umsetzung aufgrund der Gaserzeugung behindert wird;
auch wenn eine günstige Stromverteilung über drei Leiterebenen mit optimal dimensionierten
Flachprofilen hier möglich ist, stellt sich doch die Frage einer raschen elektrochemischen Um
setzung im Elektrodenspalt und deren Behinderung durch Gasblasenerzeugung, bzw. Bildung
eines Gaspolsters.
Aufgabe der Erfindung ist es, die Elektroden, bzw. Anoden für die Chloralkali-Elektrolysezelle
so auszugestalten, daß der Gasabzug aus dem Bereich des Elektrodenspalts gefördert wird
und eine möglichst gasblasenfreie Grenzfläche zwischen Anode und Elektrolyt im Bereich des
Elektrodenspaltes zur Verfügung steht; darüberhinaus soll eine hohe Energieausnutzung bei
der Elektrolyse durch niedrige Elektrodenspannung erzielt werden.
Die Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß praktisch keine Verwirbelung des Elektrolyt-Gas
gemischs im Elektrodenspalt mehr stattfindet, so daß vorteilshafterweise die Elektrodenspan
nung niedrig gehalten werden kann.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung schließt das Dreieck, bzw. keilförmige Element
der Unterkante einen Winkel im Bereich von 40 bis 100° ein, wobei insbesondere im Bereich
von ca. 60° ein besonders rascher Gasabzug der elektrolytischen Reaktion erfolgen kann. Wei
tere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Vorzugsweise liegt
die Dicke der aktivierten Elektrodenteile im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm.
Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Fig. 1a, 1b und 2 näher
erläutert.
Fig. 1a zeigt eine Elektrode mit Elektrodenelementen, die im oberen Teil ihres Querschnitts
rechteckig, im unteren Teil sich keilförmig verjüngend ausgebildet sind.
Fig. 1b zeigt eine Elektrode, deren oberer Teil des Querschnitts nach oben verjüngend ausge
bildet ist, während der untere Teil dem der Fig. 1a entspricht.
Fig. 2 zeigt eine Elektrode mit Elektrodenelementen gemäß Fig. 1a, wobei die beiden oberen
Stromableiter-Ebenen erkennbar sind.
Fig. 1a zeigt schematisch den Einsatz der erfindungsgemäßen Elektroden 1,2 mit einem Ba
sis-Winkel Alpha im Bereich der Unterkante 3 von 60°, wobei aufgrund des sich von der
Unterkante 3 gleichschenkelig erstreckenden Teil-Dreiecks 4 mittels der aufgebrachten elektro
katalytischen Schicht 5 eine rasche elektrolytische Umsetzung sowie einen raschen Abtrans
port eventuell entstehender Gasblasen mittels eines im Spalt 6 zwischen zwei benachbarten
Elektroden 1,2 entstehenden Kamineffekts zu bewirken. Die Gasblasen sind hier symbolisch
mit Bezugszeichen 7 versehen. In der Praxis sind bei der Chloralkali-Elektrolyse die
Elektrodenelemente 1 und 2 in einem Spalt 6 von wenigstens 2 mm zueinander angeordnet, um
durch eine Vielzahl kleiner Gasblasen nach dem Prinzip der Mammutpumpe eine aufwärts ge
richtete Strömung entstehen zu lassen, welche für einen raschen Gasabtransport aus dem kriti
schen Elektrodenspalt 6 sorgt und so einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad der Elektroly
sezelle ermöglicht.
Weiterhin ist es gemäß Fig. 1b möglich, über die Verjüngung im Bereich des Teildreiecks 4
der Unterkante 3 hinaus auch den oberen Teil 8 der Elektroden 1,2 sich nach oben verjüngend
auszubilden, so daß hier die entstandenen Gasbläschen 7 ohne Berührung oder irgendwelche
Beeinflussung des Stoffaustauschs mit der elektrokatalytisch aktiven Oberseite möglich ist; auf
grund der nach oben gerichteten trichterartigen Erweiterung 9 des Abstandes der beiden Elek
troden 1 und 2 können die Gasblasen 7 senkrecht nach oben steigen, während die aktiven Flä
chen 11, 12 der Elektroden 1,2 im rückwärtigen Bereich von den Gasblasen nicht mehr abge
deckt werden, so daß die elektrochemische Umsetzung im oberen Teil der Elektrode weitge
hend ohne Behinderung der von unten heranströmenden Gasblasen erfolgen kann. Somit kön
nen auch die rückwärtigen Seitenflächen der aktivierten Elektrodenteile ohne Behinderung
durch Gasblasen am Elektrolyseprozeß teilnehmen.
An ihrer Oberseite 14 sind die Elektroden 1, 2 jeweils mit den Stromverteilern 17 der zweiten
Ebene verbunden, die hier zwecks besserer Übersicht nur gebrochen dargestellt sind.
Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Elektrode mit ihren drei Stromableiterebenen von denen
die beiden oberen Ebenen aus rechteckförmigen Flachprofilen 17, 18 gebildet sind, welche
übereinander hochkant stehend und zueinander senkrecht so verbunden sind, daß keinerlei
Behinderung des Gasabflusses aus dem Bereich des Elektrodenspalts 6 auftreten kann; an die
Unterkanten der Stromverteiler 17 der zweiten Ebene sind die Elektrodenelemente 1, 2 durch
Verschweißen in einem Winkel von 90° so befestigt, daß der Gasabzug der entstehenden Gas
blasen nicht behindert wird. Im Hinblick auf den Elektrodenaufbau der beiden oberen Ebenen
und der Stromzuleitung wird auf die US-PS 4 364 811 verwiesen.
Claims (3)
1. Elektrode für Elektrolysezellen, insbesondere für Quecksilber-Chloralkali-Elek
trolysezellen, mit Stromzuführungen über Stäbe oder Stromzuführungsbolzen und Strom
verteilern in Form von hochkant stehenden, mit Abstand zueinander angeordneten Flach
profilen, die an ihrer Unterkante mit senkrecht zu ihnen angeordneten aktivierten Elektro
denteilen aus hochkant stehenden Flachprofilen mit vertikalen oder annähernd vertikalen
Außenseiten durch Verschweißen verbunden sind, wobei die aktivierten Elektrodenteile
aus einer größeren Zahl von Einzelelementen bestehen als die Stromverteiler, und die ak
tivierten Elektrodenteile mit einem Spalt von wenigstens 2 mm zueinander angeordnet
sind, dadurch gekennzeichnet, daß die aktivierten Elektrodenteile (1, 2) im Querschnitt
gesehen sich keilförmig/prismatisch verjüngende Unterkanten aufweisen, die im Quer
schnitt des Profils gesehen ein dreieckförmiges Unterteil (2) aufweisen, das von einem
sich nach oben verjüngenden Oberteil (13) gehalten wird.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die keilförmige Unterkante aus
zwei Ebenen gebildet ist, die sich in einem Winkel im Bereich von 40 bis 100° schneiden.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenteile
(1, 2) der dritten Ebene in einem Abstand im Bereich von 1,5 bis 3 mm zueinander paral
lel verlaufend angeordnet sind.
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