DE8022980U1

DE8022980U1 - Fingerhandschuhartige diaphragma zur verwendung in elektrolytischen zellen

Info

Publication number: DE8022980U1
Application number: DE19808022980U
Authority: DE
Original assignee: Olin Corp
Current assignee: Olin Corp
Priority date: 1979-08-30
Filing date: 1980-08-28
Publication date: 1984-12-06
Also published as: GB2057013B; FR2464312B1; GB2057013A; DE3032473A1; US4229277A; FR2464312A1

Description

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Fingerhandschuhartiges Diaphragma zur Verwendung in elektrolytischen Zellen

Die Erfindung bezieht sich auf synthetische Diaphragmen zur Verwendung in elektrolytischen Zellen und insbesondere auf ein nicht haftendes fingerhandschuhartiges Diaphragma zur Verwendung in solchen Zellen.

Die Besorgnis um die gesundheitliche Gefährdung durch Asbestdiaphragmen hat zur Entwicklung synthetischer Diaphragmen als Ersatz geführt, die sich in elektrolytischen Zellen des Diaphragmatyps verwenden lassen. Diese Entwicklung hat auch dazu geführt, daß nun mehrere wirtschaftlicn hergestellte Ionenaustausch-Diaphragmenmateriaiien verfügbar sind, die in Form von Flachstücken produziert werden. Bei allen neuen wirtschaftlichen Anlagen, die von solchen synthetischen Diaphragmen oder Membranen Gebrauch machen, werden aufgrund der einfachen Einbauweise des Abscheiders Filterpreßzellen verwendet.

Zur Zeit wird jedoch eine große Anzahl elektrolytischer Zellen unter Verwendung von Asbestdiaphragmen betrieben, wie z.B. die in der US-PS 3 904 504 gezeigte Hooker H-4 Zelle. Es ist

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wünschenswert eine Möglichkeit zu schaffen, für diese Zellen,
anstatt der Asbestdiaphragmen, synthetische Diaphragmen oder
Membranen zu verwenden, um somit die durch Asbest für die

Gesundheit entstehende Gefahr zu reduzieren, sowie die Umgebung § vor einer Asbestverseuchung zu schützen. Eine Möglichkeit läge | darin, die herkömmlichen Diaphragmazellen durch neue synthetische | Diaphragma- oder Membranzellen des Filterpress-Typs zu ersetzen. |'

Vom wirtschaftlichen Standpunkt her ist diese Alternative für | die meisten Herstellungssituationen nicht durchführbar. Die f.

andere Alternative besteht darin, die herkömmlichen Diaphragmazelle^;

in irgendeiner Weise zu modifizieren, so daß sie für die Verwendung
syntnetischer Diaphragmen oder Membranen geeignet sind. _;

Ein Verfahren zur Umwandlung einer Diaphragna-Elektrolysezelle j| in eine Membran-Elektrolysezelle ist in US-PS 4 112 149 vorge- ξ scnlagen. tiei diesen Verfahren wiru eine Membran auf einer
herkömmlichen Diaphragmazellenkathode gebildet» indem ein mattenbildendes Material in einem flüssigen Medium suspendiert und
dann durch Vakuumniederschlagung auf die Oberfläche der Kathode
aufgebracht wird. Danach wird das in Vakuum niedergeschlagene
mattenbildende Material mit einer Schicht aus thermoplastischem
Kationenaustauschermaterial überzogen. Durch Erennen der Kathode
in einem Ofen wird dann das thermoplastische Material in eine
adnne una gleichmäßige Schicht auf der Oberfläche des matten-LildenUen Materials geschmolzen. Falls notwendig/ kann die
fjebrannce thermoplastische Schicht hydrolysiert werden, um somit

die thermoplastische Form in eine Kationenaustauschorm umzuwandeln. Bei diesen Verfahren werden jedoch Asbestfasern als mattenbildendes Material verwendet, und somit weist dieses Verfahren genau die Nachteile für die Umwelt auf, die auch bei herkömmlichen Asbestdiaphragmen auftreten.

Diese Probleme werden erfindungsgemäß durch die Schaffung einer nicht haftenden, fingerhandschuhartigen Diaphragmastruktur, wie diese in Anspruch 1 beschrieben ist, gelöst.

Weiterhin sieht die Erfindung ein Verfahren zum Zusammenbau einer Diaphragma-Elektrolysezelle vor, wie im Anspruch 14 angegeben.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht die Schaffung einer nicht haftenden, fingerhandschuhartigen Diaphragmastruktur zur Verwendung in einer Elektrolysezelle vor. Die Diaphragmastruktur weist ain Fingerelement mit einem offenen oLeren Ende, einem geschlossenen unteren Ende, sowie einem mittleren Abschnitt auf, der das obere und das untere Ende miteinander verbindet. Das untere Ende ist perforiert, so daß ein Anodenhalter durch die Perforationen in diesem Ende aufgenommen weruen kann. Weiterhin weist die Diaphragmastruktur einen Ranu auf, der zur Befestigung des Fingerelements an dem oberen Kanu der Kacnode dient, um auf diese Weise die Kathode von der Anode und dem Anolyten der elektrolytisches oülle zu trennen.

Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen. .||. ;"; ·"< ·"; j

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— 9 —

Die Erfindung und Weiterbildungen der Erfindung werden im

folgenden an Hand.teilweiser schematischer Darstellungen eines Ausfahrungsbeispiels noch näher erläutert.Es zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer typischen Diaphragmazelle, in der die Erfindung verwendbar ist,

Fig. 2 einen Längsschnitt entlang der Linien 2τ2 der Fig. 1,

und zwar entlang der Mittellinie einer Anode der Fig. 1, unter Darstellung der erfindungsgemäßen Diaphragmastruktur ,

Fig. 3 eine Draufsicht auf die erfindungsgeniäße Diaphragnastruktur, die sich auf der Kathode eier Zelle der Fig. 1 befindet,

Fig. 4 einen Längsschnitt entlang der Linien 4-4 der Fig. 3, in dem die Lage der erfindungsgemäßen Diaphragmastruktur in einer im übrigen herkömmlichen elektrolytischen Zelle gezeige ist,

Fig. 5 eine isometrische Ansicht der erf inuungsgeraäßen üiaphragmastruktur, in der die gefalteten Lappen sowie die aarin vorsehbaren Anodenständerüffnungen gezeigt s ind,

Fig. 6 eine isometrische Ansicht eines gefalteten Diaphragma flachstücks unmittelbar vor der dichtenden Verbindung desselben zur .Bildung der erfindungsgemäßen Diaphragmastruktur, und

Fi'j· 7 eine Vorderansicht ues Diaphragiaaflachstacks der Fig. 6 nach uer dichtenden Verbindung, unter Darstellung der räumlichen Anordnung der Dichtverbindungen.

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Fig. 1 ist eine Seitenansicht von außen einer herkömmlichen elektrolytischen Chlor-Alkali-Zelle 10, in der die Erfindung verwendbar ist. Die Zelle 10 weist eine gitterartige Kathodenstruktur 12 auf, die auf einem Zellenboden 14 angeordnet ist und von einem Zellenoberteil bzw. -abdeckung 16 abgedeckt ist. Der Zellenboden 14 kann wiederum von einer doppelfußartigen Unterstützung 18 getragen werden, die wiederum auf dem Boden einer typiscnen Chlor-Alkali-Anlage angeordnet ist. Ein geeignetes Dichtungselement 20 ist zwischen dem Zellenoberteil und der Kathodenstruktur 12 vorgesehen. In ähnlicher Weise ist ein geeignetes Dichtungselement 22 zwischen der Kathodenstruktur und dem Zellenbouen 14 angeordnet. Ebenfalls zwischen der Kathodenstruktur 12 und dem Zellenboden 14 ist eine Anoden- \ Stromschienenstruktur 24 vorgesehen, die zur Leitung eines Strons zu den Anoden 32 (siehe Fig, 4) der Zelle 10 dient. Aus diesen Grund ist das Dichtungselement 22 bevorzugterveise zwischen der Stromschiene 24 und der Kathodenstruktur 12 angeordnet, aiii somit diese beiden Elemente voneinander zu isolieren. Die Kannoaenstruktur 12 ist bevorzugterweise mit Kathodenstromschienen 2G, 28 unu 30 versehen, die zu einer gleichmäßigeren Verteilung aus Stroms innerhalb der Kathodenstruktur 12 besonders ausgebildet s«2in Können. Von außen betrachtet erscheint der Aufbau der /ielle 10 herkömmlicher Art zu sein, und aus diesem Grund v/ird L-'ig. 1 als "Stanu der Tecnnik" bezeichnet, obwohl der innere Aufbau der Zelle 10 nicht Herkömmlicher Art ist.

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Um aas Aussehen der erfindungsgemäßen Diaphragmastruktur

innerxialb der Zelle 10 zu veranschaulichen, wird auf Fig. 2 ||

bezug genommen, bei der es sich um einen Schnitt längs der \:

vertikalen Mittellinie einer Anode 32 der Zelle 10 handelt. }■

Bei allen Figuren der Seichnungen beziehen sich, falls nicht ii

anaers angegeben, gleiche Bezugszeichen auf gleiche Elemente. if

Das Innere der xiathodenstruktur 12 ist von der erfindungs- |

gemäßen Diaphragmastruktur 34 umgeben. Die Diaphragmastruktur 34, 1

die am deutlichsten in Fig. 5 zu erkennen ist, v/ird nachstehend *

beschrieben. fi

Wunmehr wird wieaer auf Fig. 2 Bezug genommen. Die Diaphragmastruktur 34 weist ein fingerartiges Element 36 sowie ein Randelement 38 auf. Das fingerartige Element 36 umgibt die Anoden 32, -J v/ahrena sich aas Randelement 38 zwischen dem Zellenoberteil 16 una der Kathoaenstruktur 12 erstreckt, um somit die Kathoden- i struktur 12 von aer Anode 32 und dem mit den /aioden 32 in ]

Kontakt befinulicnen Anolyten (nicht gezeigt) zu trennen. Die Konfiguration der Kathodenstruktur 12 ist in einigen Einzelheiten in Fig. 2 gezeigt. Das Hauptelement der Struktur 12 uilden üer hoüle periphere Durchflußkanal 40, der an besten ir. Fig, 4 zu erkennen ist, und die Kathodenfinger 42, die am besten in den Fig. 3 und 4 zu sehen sind. Der Kanal 40 dient zur Führung eines kaustischen Produkts zu einem Auslaß (nicht gezeigt) far dieses Produkt und zur Führung von Wassercteffgas zu einem Wasserstoffgasauslaü 43, der am besten in Fig. 3 zu seilen ist.

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Fig. 3 ist eine Draufsicht, die zur Erläuterung sowohl ein herkömmliches Diaphragma 44 des haftenden Typs auf der linken unteren Seite der Fig. 3, als auch die erfindungsgemäße Diapliragmastruktur 34 auf der unteren rechten Seite der Fig. 3 zeigt. In Wirklichkeit wird bei der Erfindung das Diaphragma 44 vollständig von der Struktur 34 ersetzt. Die Kathodenstruktur 12 ist gitterartig ausgebildet und weist den peripheren Durchflußkanal 40 sowie quer verlaufende.,, parallele und voneinader beabstandete Kathodenfinyer 42 auf. Damit die Diaphragnastruktur 34 zwischen die Kathodonfinger 42 paßt und diese umgibt,ist es notwendig, daß die Diaphragmastruktur 34 eine ziemlich komplizierte Form hat. Die Möglichkeit,eine derartige komplizierte Fora herzustellen ist nun aufgrund der Erkenntnis gegeben, daß die Kationenaustausch-

forra von Kationenaustauscherrnaterialien erfolgreich heißgesieyelt werden kann, chne daß dabei die Ionenaustauscheigenschaften aer ilembran zerstört werden. Das haftenue Diaphragma ues Standes der Technik wurde normalerweise durch Vakuumnieaerschlayung eines schlamnartigen Materials auf den Durchflußkanal 4ü und die quer verlaufenden Finger 42 der Kathodenstruktur 12 aufgebracht, wobei der Schlamm aus einem geeigneten Diaphragmamaterial bestand. Dann wurde das Diaphragma gebrannt um somit das Diaphragmamaterial auf die Kathodenstruktur 12 aufzutrocknen. Die offcnsicntliche Losung für die Uotv/endigkeit einer Möglichkeit zur Umwandlung eirnas Diaphragmamaterial in ein Kationenaustauscher-Membranmatsrial v/äre ui(j Herstellung einer schlammartigen Nasse aus Kationonaustauscher-

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material und das Aufbrennen dieses Materials auf das nerKummlicive Diaphragma. Zur Zeit sind jedoch Kationenaustauschermaterialien in einer für die Herstellung eines ücalamms für die Kationenaustauscher-Flachstückmaterialien geeigneten Form nicht im Handel, erhältlich, und diejenigen, die verfügbar sind,müssen modifiziert werden, damit sie für die .Kathodenstruktur 12 geeignet sind.

Der in Fig. 4 gezeigte Längsscnnitt stellt dar,auf welche .Veise dieses Problem unter Verwendung der Erfindung gelöst werden kann. Zuerst wird eine DiaphragmastruKtur, wie sie nachstenend in Fig. 5 ijescnrieben ist, in uer in folgenden üeschrieoenen Weise hergestellt und dann in die Zelle 10 eingesetzt. Genauer gesagt wird nach Herstellung der fingeraanüscauhartigen Struktur eine Gummi- bzw. Kautschukzwisciienlage oüer Dichtung 22 auf die Stromschiene 24 gelegt, uie wiederum auf dem Zellenooden 14 angeordnet ist. Die Katwodenstruxxur 12 wird dann auf dem ^ellenßoden angeordnet unu die Dia^nragiuastru^tur 34 wird HbGr den Durchflußkanal unu die i_;uer verlaufenuen ringer 42 der Kathouenstruktur 12 gesetzt ., wobei die Perforationen 46 mit den Locnern 4ö in der Stromschiene 24 ausgericutet sind. Dann werden die Anoden zwischen angrenzenden Katnodenfingern 42 und zwischen den Aatnouenfingern 42 und dem Durchflußkanal 40 oingesetst. Lie Auodonualter au dur Anoden 32 worden durca eic Pcrforationeu 4G und aie ijücner 48 eingeführt. Uine Dicntung b2 sowie diiie Dichtung 54 können obernalb und unterhalb der Perforation 4u vorgesehen sein. Der Anodenhalter 50 weist einen Flansch

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auf, der bei Befestigung des Anodonhalters 50 innerhalb der Stromschiene 24 die Dichtungen 52 und 54 in abdichtender Weise um die Perforation 46 drückt. Diese Befestigung wird unter Verwendung eines geeignetes Befestigungsmittels, wie

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z.ö. Gewindemuttern^r, durchgeführt. Nachdem der i\nodenhalter 50 so uefestigt wurde, daß er die Perforation 46 abdichtet, wird eine Dicntung 60 über den oberen Flansch der Kathodenstruktur gelegt, und uie Lappen 66 der Diaphragmastruktür 34 werden über die Dicntung 60 gefaltet* Eine weitere Dichtung 64, die genauso ausgebildet sein kann wie die Dichtung 60, wird über dan gefalteten Lappen 66 gelegt, und das Zellenooerteil 16 wird üoer die Kathodenstruktür 12 gesetzt und nictals Federn (nicht gezeigt) befestigt, die die Dichtungen 60 und 64 gegen den Lappen 66 drücken,um somit das Diaphragma am Kathodenflansch 62 abzudienten.

|; Fig. 5 zeigt eine isometrische Ansicht der Diaphragmastruktur 34, Ιΐ

die zur besseren Darstellung der unteren Enden 82 der fingerartijen Elemente 36 um 90 aus ihrer lioriaallage gedreht wurde. Ks ist zu ernennen, daß die Struktur 34 fingerhandschuhartig ausgebildet ist und ein Ranuelement 38 aufweist, von dem aus sicn mehrere Fingerelemente 36 nach unten erstrecken. Diese Fingerelemente 36 enden unten an einem geschlossenen unteren Lnde 32, aas mit menreren Perforationen 46 versehen ist. Die Anzahl der Perforationen 46 pro Fingerelcmcnt 36 ist durch uiu Anzaul der Anodennalter 50 pro Anode 32 bestimmt. Bevorzugterweise werden die Perforationen 46 vor Ausführung der FaIt- und Dicjutverjjinuungsvorgänge der Fig. 7 und 8 in oin Diaphragmaflachstück eingebracht.

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Die Herstellung der Diaphragmastruktur 34 ist am besten unter Bezugnahme auf die Fig. 6 und 7 zu verstehen, die jeweils das Falten und dichtende Verbinden des Lappenabschnitts 66a, 66b, sowie des Kantenabschnitts 68a und 68b eines Fingerelements 36 der Diaphraginastruktur 34 zeigen. Nach der Perforierung zur Bildung der Perforationen 46 wird ein langes Flachstuck aus Kationenaustauschermaterial nach vorne und nach hinten gefaltet um somit mehrere Falten zu bilden, deren Länge ausreicht,um aber die quer verlaufenden Kathodenfinger 42 und unter die Anoden 32 zu passen. Der untere Abschnitt .jeder Falte wird aann entfernt bzw. abgetrennt, so daii aas gefaltete Flachstück nun T-förmig ausgebildet ist, wie in Fig. 6 gezeigt. Dann werden die Kanten 65a nit den Kanten 68b, der Lappenabs'chnitt 66a mit dem Lappenabschnitt 66b, die Lappenaoschnitte 70a nit den Lappenabschitten 70b, und der Kantenabschnitt 72a mit dem Kantenabschnitt 72b aicntena verbunden, um die dichtend verbundenen Kanten 66, 68, 70 und 72 zu bilden, wie in den Fig. 5 und 6 gezeigt. Als Alternative hierzu können die Dichtverbinuungen 74, 76, und 80 jeweils in dem Abscnnitt 66, der Seite 63, der Seite und in d-en Lappenaoschnitt 70 erstellt werden bevor die Diaphragmastruktur 34 in die in Fig. 7 gezeigte T-förmige Konfiguration gebracht wird.

Bei betrieb der Zelle 10 ist es möglicherweise vünsenenswert, ei;i /ibstandselenent zwischen der /*node 32 unu der Diaphragmastruktur 34 vorzusehen um somit einen Abrieb entweder der Oberfläche aar Diaphraginastruktur 34 oder der Oberfläche der

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Anode 32 zu verhindern. Im allgemeinen besteht die Oberfläche der Anode 32 aus einem katalytischen überzug, der gegen einen Abrien durch die Diaphragmastruktur 34 anfällig ist. Die Forn eines derartigen Abstandselements ließe sich genauso ausbilden wie ctie der Diaphragmastruktur 34. Dieses Abstandselement kann unmittelbar auf uie entsprechenden Teile der Diaphragmastruktur 34 gelegt werden. Zum Zweck der Veranschaulichung dieser 7*rt von Abstandselement wird auf die Fig. 2, 3 und 4 der US-PS 4 115 237 verwiesen.

iiun wird wieder auf Fig. 4 Bezug genommen. Bei der Diaphragnastruktur 34 handelt es sich um eine nicht haftende, fingerhandscnuhartige Struktur zur Verwendung in der Elektrolysezelle Die Zelle 10 enthält wie iiblich eine Anolyt-Liüsung, die die Anoden 32 innernalb der Filterelemente 3 6 umgibt. Weiterhin entnält die Zelle 10 eine rCatholyt-Lüsung, die sich unter der Diaphragmastruktur 34 sowie innerhalb der Kathodenstruktur 12 und insbesondere der Kathodenfinger 42 .befindet und diese umgibt. Es ist ersichtlich, daß es sich bei der Kathodenstruktur um eiiio gitterartige Kathodenstruktur handelt, ciie einen von der oberen Fläcne des Flanscnes 62 bestimmten oberen Rand aufweist. Ebenfalls erkennt man, daß es sich bei der Elektrolysezelle 10 um eine vertikale Elektrolysezelle handelt, die zueinanuer parallel ausgerichtete Kathodenfinger 42 und Anoden aufweist. Die Anouen 32 erstrecken sich ausgehend von ihrem Lieftistigungspujikt an der Gtror.iscnieno 24 des ^cllenbodens 14 naca ooeu durcn uie Kathodenstruktur 12. Die Diaphragmastruktur

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umfaßt die Fingerelemente 36 zum Umgeben der Anode sov/ie das Randelement 38 zur Dichtverbindung um die Kathodenstruktur. Das Fingerelement 36 weist weiterhin ein offenes oberes Ende 86, ein geschlossenes unteres Ende 82, sowie einen mittleren Abschnitt 84 auf, der das obere.Ende 86 mit dem unteren Ende 82 veroinaet. In diesem Aufbau erstreckt sich das Fingerelement 36 nach unten durch die gitterartige Kathodenstruktur 12 und lose um, sowie unter, die Anoden 32,um auf diese Weise die Anoden 32 von der Kathodenstruktur 12 zu trennen. Außerdem weist aas Fingerelement 36 Abschnitte auf, in denen wenigstens eine öffnung oder "Perforation" im unteren Ende 82 vorgesehen ist, durch die ein Anodenstünuer bzw. -halter 50 in abdichtender Weise durchgeführt werden kann. Die Dichtungen 52 und 54 dienen zur Abdichtung der öffnungen oder Perforationen 46 nach der Durchführung des Anodenständers bzw. -halters 50. Das Randelenient 38 der Diaphragmastruktur 34 ist mit dem oberen Ende 86 dichtend verbunden und erstreckt sich zwischen dem Zellenoberteil 16 und dem oberen Rand oder der oberen Fläche des Flansches 62 der Kathodenstruktur 12, um somit den oberen Rand des Durchflußkanals 40 und den oberen Rand des Flanscnes 62 von den /uioden 32 und jeglichem in der Zelle 10 befindlichen Anolyten zu trennen. Wie bereits erwähnt können die Fingerslemente 36 im wesentlichen aus Kationenaustauschermembran-Flachstdckmaterial bestehen, unabhängig davon, ob aas Ranaelemont 38 ebenfalls aus Kationenautauscherneinbran-Hacnstacknaterial besteht oder nicht, iievorzugterweise besteht aas Randeleiaent 36 jeaoch ebenfalls im wesentlichen aus Kationenaustauschernembran-Flachstückmaterial. Der mittlere Auscnnitt 84 aes Fingerelements 36 bestellt bvorzugterv/eise aus

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zwei planeren Flachstücken aus synthetiscnem Diaphragmamaterial vinci zwei linearen Seitenflanschen oder "Seiten" 68, 72, die die Verbindung der Seiten der beiden Flachstücke bilden. Diese Kanten werden als "Flansche" bezeichnet, da diese, wenn sie verbunden sind, in einer Ebene liegen, die sich ungefähr auf halbem Wege zwischen der Ebene eines jeden der die Fingerelemente 36 bildenden Flachstücke befindet. Falls gewünscnt können anstatt des einen nach hinten und nach vorne gefalteten Flacnstücks mehrere Flachstücke verwendet werden. Bei Verwendung von mehreren Flachstücken können diese entweder am unteren ünue 62 oder am oberen Ende 36 in überlappender Weise zusammengefügt werden. Es wäre jedoch zu bevorzugen, diese sich am unteren Ende 82 überlappen zu lassen, um eine doppelte Festigkeit an uen Perforationen 46 zu erzielen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, das untere Ende 32 durch ein zusätzliches getrenntes Stück aus Kationenaustauschermaterial zu verstärken, uiu auf diese Weise eine Verstärkung der Perforationen 4 6 zu erreichen. Das untere Ende 32 und der mittlere Abschnitt eines jeden Fingerelements 3 6 v/eisen ein einzelnes U-fömiges Flachsfcwick auf, das schlaufenartig unter den unteren Rand einer Anode 32 und zu den linearen Seitenflanschen oder Dichtverbinuungen 76, 73, mit denen die Seiten 63, 72 des gefalteten Flachstücks verbunden werden, geführt wird. Bevorzugterveise kann uas Dichtungselement 20 die Unterelenente eines Teils des zwischen dein Zellenoberteil 16 unu den Flansch 62 der Xathodenstruktur 12 befindlicnen RanUeleir.Grits 23 aufwuiscn, nämlich eine Dichtung fc>4, aie zwischen dem ^ellenoberteil 16 und den Randelement 38 abdichtet, eine Dichtung 60, die zwischen den

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Randelement 38 und dem Flansch 62 abdichtet, und einen übergangsbereicn aus synthetischem Diaphragmamaterial zur Verbindung der Fingerelemente 36 mit dem Randelement 33, um somit die Trennung der Kathodenstruktur 12 von den Anoden und jeglichem die Anoden 32 umgebenden Anolyten innerhalb der Zelle 10 zu vervollständigen.

Wie am deutlichsten in den Fig. 5 und 7 zu erkennen ist, weist aie üiaphragmastruktur 34 bevorzugterweise mindestens zwei L'cken auf, die durch die Verbindung, des Lappenabschnitts 66 bzw. 70 mit den Seiten 68 bzw. 72 gebildet werden. Die Lapjjenabschnitte 66 und 70 sina verdrillbar und dienen somit als die bereits erwähnten Übergangsbereiche zwischen Fingerelement und Randelement 33 an der Verbindung der Lappen 66 und 70 mit den Seiten 68 und 72. Die Lappenabschnitte 66 und 70 sind so ausgebildet, daß sie in dichtend verbundener und verdrillter Lage gegen das Randelement 38 und zwischen dem Zellenoberteil und dem Flanscn 62 der Kathodenstruktur 12 gehalten v/erden.

Die Dicncveruindungen 76 und 78 sind bevorzugterweise zwei vertikale, lineare Seitendichtverbindungen entlang den gegenüberliegenden Seiten 63 und 72 des Fingerelements 36. Bei den Dichtverbindungen 74 und 80 handelt es sich bevorzugterweise um seitliche, lineare Dichtverbindungen, die in einem Winkel zu den Dichtverbindungen 7 6 und 78 verlaufen. DiG Dichtverbindungen 74 und 80 lassen sich in eine verdrillte Lage bringen, in aer sie teilweise an Randelement 33 anliegen. Cevorzugter- \/eise v/erden aie Diciitverbindungen 74, 76, 73, und 80 heiß-

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- 20 gesiegelt bzw. unter Wärmeeinfluß dichtend verbunden.

Bei der Anode handelt es sich bevorzugterweise um eine nicht auflösbare Elektrode, z.B. aus einem Metall aus der Platingruppe, Titan mit einem Überzug aus einem Metall aus der Platingruppe, oder Titan mit einem Überzug aus einem Metalloxid aus der Platingruppe. Bevorzugterweise besteht die Kathode aus Eisen, nicht rostendem Stahl oder Nickel. Die Form der Elektroden kann als flache perforierte Platte, flaches Sieb bzw. Gitter, jalousienartige Platte, jalousienartiges Sieb bzw. Gitter, oder eine andere geeignete Form mit zufriedenstellender Gasabfuhr ausgebildet sein. Bei den Diaphragmen handelt es sich bevorzugterweise um kationendurchlässige Membranen, die oxidationsbeständig sowie chlorbestä,ndig sind und aus einer chlorbeständigen, polymerartigen Kationenaustauschermembran bestehen, wie z.B. ein Copolymer aus Tetrafluoräthylen und einem sulfonierten Perfluorvinyläther oder ein Copolymer aus Tetrafluoräthylen und einem carboxylierten Perfluorvinyläther, und ähnliches. Bevorzugterweise werden die letztgenannten Kationenaustauschermembranen verwendet. Zur Verwendung als solche "Carboxylatmembranen" sind die von der japanischen Firma "Asahi Glass Company" produzierten Membranen geeignet. Eine weitere geeignete "Carboxylatmembran" ist in der US-PS 4 151 053 beschrieben. Eine solche Carboxylatmembran weist bevorzugterweise ein Fluorkohlenstoffpolymer auf, das Carbonsäuregruppen der Formel OCF₉COOH und Derivate derselben in den Seitenqliedern'· enthält. Es wurde festgestellt, daß Carboxylatmembranen eine ca. 35 gewichtsprozentige, wässrige Natriumhydroxidlösung bei mehr

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als 90 % Stromausbeute erzeugen. Eine alternative Kationenaustauschermembran ist eine mit einem Fluorkohlenstoffpolymer, das sich durch das Vorhandensein von Sulfonsäuregruppen der Formel OCF₂SO₃H und Derivaten derselben in den Seitengliedern kennzeich-■ net. Es wurde festgestellt, daß diese "SuIfonsäure"-Membran eine ca. 25 prozentige, wässrige Natriumhydroxidlösung bei ca. 75 % bis 80 % Stromausbeute erzeugt. Wird eine solche "Sulfonsäure"-Membran auf der kaustischen Seite mit Xthylendiamin auf eine Tiefe von ca. 38 um behandelt, so steigt die Stromausbeute auf ca. 85 % an. Es ist also offensichtlich, daß in bezug auf Chlor-Alkali-Zellen die Carboxylatmembran der Membran des Sulfonsäure-Typs zur Zeit überlegen ist.

Es versteht sich, daß die Dichtung 22 auch zur elektrischen Isolierung der Stromschiene 24 von der Kathodenstruktur 12 dient. Für die Dichtung 22 kann die Form eines Gummi- bzw. Kautschukflachstücks vorgesehen sein, das die gesamte obere Fläche der Stromschiene 24 abdeckt und das Perforationen aufweist, die mit den Löchern 48 in der Stromschiene 24 ausgerichtet sind. Weist die Dichtung 22 eine solche flachstückartige Form auf, könnte auf die Dichtungen 54 verzichtet werden. Stattdessen ist das Diaphragma dann direkt mit der oberen Fläche der die Löcher 48 umgebenden Dichtung 22 dichtend verbunden. Bei einem derartigen Vorgehen könne die Notwendigkeit wegfallen, die Dichtungen 54 mit den Löchern 48 auszurichten, bevor die Anoden 32 zwischen den vertikalen Kathodenfinger 4 2 angeordnet und die Anodenhalter 50 durch die ausgerichteten Perforationen 46 und die Löcher 48 hindurch eingesetzt werden.

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fr " Weiterhin versteht sich auch, daß die obere Fläche des

Flansches 62 bevorzugterweise planar ist, so. daß das %-. Ranüelement 38 der Diaphragmastruktur 34 entlang einer ijlanaren Fläche mit der Kathodenstruktur 12 dichtend ver-

bunaen werden kann. Eine weitere Alternative liegt darin, die Perforationen 46 nicht durch ein Kationenaustauscherraaterial sondern durch die Verwendung eines inerten Materials zu verstärken, da das untere Ende 32 keine Ionenaustauscheigenschaften aufweisen nuß und sonit nicht für Kationen durchlässig sein nuß, wie dies bei den mittleren Abschnitt uer Fall ist.

Claims

Fingerhandschuhartiges Diaphragma zur Verwendung in elektrolytischen Zellen J^ Schutzansprüche

1. Nicht haftendes fingerhandschuhartiges Diaphragma
zur Verwendung in einer Elektrolysezelle der Art, die einen Anolyten, einen Katholyten, eine gitterartige Kathodenstruktur mit einem oberen Rand, einen die Kathodenstruktur tragenden Zellenboden, wenigstens einen an dem Zellenboden befestigten Anodenständer, wenigstens eine an den Anodenständern befestigte und sich nach oben durch die Kathodenstruktur
erstreckende Anode, sowie ein Zellenoberteil zum Abschließen des oberen Teils der Zelle aufweist,

dadurch gekennzeichnet , daß das Diaphragma (34) folgende Elemente aufweist:

wenigstens ein Fingerelement (36) , das ein offenes oberes
Ende (86), ein geschlossenes unteres Ende (82) und einen das

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obere (86) mit dem unteren Ende (82) verbindenden mittleren Abschnitt (84) aufweist und sich nach unten durch die gitterartige Kathodenstruktur (12), sowie lose um und unter die Anode (32) erstreckt/ um somit die Anode (32) von der Kathodenstruktur (12) zu trennen, und das weiterhin Bereiche aufweist, in denen wenigstens eine öffnung (46) im unteren Ende (82) desselben ausgebildet ist, durch die sich die Anodenständer (50) in abdichtender Weise erstrecken können; und

ein Randelement (38), das in abdichtender Weise am oberen Ende (86) des Fingerelements (36) befestigt ist und sich zwischen dem Zellenoberteil (16) und dem oberen Rand der Kathodenstruktur (12) erstreckt, um somit den oberen Rand der Kathode von der Anode (32) und dem Anolyten zu trennen.

2. Diaphragma nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Fingerelement (36) im wesentlichen aus Kationenaustauschermembran-Flachstückmaterial besteht.

3. Diaphragma nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Randelement (38) im wesentlichen aus Kationenaustauschermembran-Flachstückmaterial besteht.

4. Diaphragma nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der mittlere Abschnitt (84) außerdem folgende Unterelemente aufweist: zwei planare Flachstücke aus synthetischem Diaphragmamaterial und

zwei lineare, dichtend verbundene Seitenflansche (68, 72), die die Seiten der beiden Flachstücke verbinden.

5. Diaphragma nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, 1 daß das untere Ende (82) überlappende, dichtend verbundene | untere Abschnitte der beiden Flachstücke aufweist.

6. Diaphragma nach einem der vorausgehenden Ansprüche, ν dadurch gekennzeichnet, daß der untere Abschnitt (82) sowie ; der mittlere Abschnitt (84) weiterhin folgende Unterelemente }[ aufweisen:

ein . einzelnes U-förmiges Flachstück, das schlaufenartig unter %

dem Boden der Anode (32) hindurchgeführt ist, und |

zwei lineare, dichtend verbundene Seitenflansche (76, 78), die ß

die Seiten der Flachstücke verbinden. f.

7. Diaphragma nach einem der vorausgehenden Ansprüche, j dadurch gekennzeichnet, daß das Randelement (38) folgende ir Unterelemente aufweist: ί, ein Dichtverbindungsabschnitt-Element (20), das sich zwischen ί dem Zellenoberteil (16) und der Kathodenstruktur (12) erstreckt, j ein erstes Dichtungselement (64) zur Abdichtung zwischen dem ; Zellenoberteil (16) und dem Randelement (38), ;■' ein zweites Dichtungselement (60) zur Abdichtung zwischen dem |! Randabschnitt (38) und der Kathodenstruktur (12), sowie v; ein Übergangsbereich-Element (66, 70) aus synthetischem Dia- I; phragmamaterial zur Verbindung des Fingerelements (36) mit | dem Randabschnitt-Element (38), um somit die Trennung der | Kathode von dem Anolyten und der Anode (32) zu vervollständi- | gen. ;'

8. Diaphragma nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, f daß das obere Ende (86) des Fingerelements (36) wenigstens ■ zwei Ecken aufweist, und das Übergangsbereich-Element (66, 70)

an der Verbindung der beiden Ecken mit dem Randelement (38)

wenigstens zwei verdrillbare Lappenelemente (66, 70) aufweist, die in dichtend verbundener und verdrillter Lage gegen den Dichtverbindunggabschnitt sowie zwischen dem Zellenoberteil (16) und der Kathodenstruktur (12) gehalten werden.

9. Diaphragma nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Fingerelement (36) zwei planare Flachstücke aufweist, die durch zwei vertikale lineare Seitendichtverbindungen (76, 78) entlang gegenüberliegenden Seiten (68, 72) desselben verbunden sind, und daß jeder der Ubergangsbereiche (66, 70) ein seitliches, lineares Dichtverbindungselement (74, 80) aufweist, das sich in einem Winkel zu einer der Seitendichtverbindungen (76, 78) erstreckt und in eine verdrillbare Lage bringbar ist, in der es teilweise an dem Dichtverbindungsabschnitt anliegt.

10. Diaphragma nach einem der Ansprüche 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß es sich bei den Dichtverbindungen (74, 76, 78, 80) um heißgesiegelte Dichtverbindungen handelt.

11. Diaphragma nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma-Fingerelement (36) eine Kationenaustauschermembran ist und aus einem Kationenaustauscherharz mit Carbonsäuregruppen als vorherrschende Ionenaustauschgruppe besteht.

12. Diaphragma nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma (34) eine Kationenaustauschermembran aus Kationenaustauscherharz mit Sulfonamidgruppen als Ionenaustauschgruppe ist.

13. Diaphragma nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Diaphragma (34) eine Kationenaustauschermembran aus einem Kationenaustauscherharz mit SuI fonsäuregruppen ist.

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