FI57446B - Anodkonstruktion foer elektrolysceller - Google Patents

Description

ΓβΊ /««xKUULUTUSJULKAISU ς ΠΛΑΖ

Μα lBJ ν11) UTLÄGGN I NGSSKRIFT 3 ' ^ ^ O

»gHg C (45) Pa ^r.;.u ί i-v 11 03 i;C0 ^ ^ (51) Ky.Hc.3/h«t.a.3 c 25 B 11/02 SUOMI—FINLAND (21) PtttMaMttning 1782/70 (22) HtkMniapUvi—AMeknlnpdif 25*06.70 (FI) (23) AlkupUvt—Gllti(h«t*dt| 25.06.70 (41) Tullut {ulkbakil - Blhrit effMtllg 28.12.70

Patentti· ja rekisterihallitut (44) NihUvUcip^ j. kuuL|Ullai*un pvm.- _ Λΐ

Patent- och registentyralaan Amöiun uti»gd och utUkrtfun pubiicurad 30.04.oo (32)(33)(31) Pyy*«tty *tuoik*u*—&*gird prioritat 27.06.69

Englanti-England(GB) 32544/69 (71) Imperial Chemical Industries Limited, Imperial Chemical House, Millbank, London S.W.l, Englanti-England(GB) (72) Frank Smith, Runcorn, Cheshire, John Hubert Entvisle, Runcorn,

Cheshire, Englanti-England(GB) (74) Oy Kolster Ab (54) Anodirakenne elektrolyysikennoj a varten - Anodkonstruktion för elektrolys-celler

Esiteltävä keksintö käsittelee anodirakennetta elektrolyysikennoja varten. Tarkemmin se käsittelee anodirakennetta, joka on erikoisen sopiva käytettäväksi kennoissa, joissa anodilla kehittyy kaasua.

Viime vuosina on ehdotettu käytettäväksi anodeina, erikoisesti kennoissa, joissa elektrolysoidaan vesipitoisia alkaalimetallin kloridiliuoksia, rakenteita, joissa kerros platinaryhmän metallia tai metalleja ja/tai niiden oksideja muodostaa toimivan anodipinnan ja joka on asennettu filminmuodostavaa metallia, tavallisesti titaania, olevalle tukirakenteelle. Anodijohdin, joka johtaa virtaa kennossa olevaan anodiin, voidaan myös rakentaa titaanista, koska tämä metalli on vastustuskykyinen sähkökemiallisia vaikutuksia vastaan kennossa vallitsevissa vaikeissa anodisissa olosuhteissa, miitta pääomamenojen ja käyttökustannusten pienentämiseksi on suotavaa käyttää niin paljon kuin mahdollista halvempaa ja paremmin johtavaa metallia. Tämän vuoksi on ehdotettu käytettäväksi virtajohtona yhdistettyä rakennetta, jossa kuparia, terästä tai alumiinia oleva sisus suojataan sähkökemialliselta vaikutukselta titaanikuorella tai peitteellä. Alumiini on 2 57446 yleensä suosituin sisusmetalli sen hinta/paino suhteen perusteella riittävän sähköjohtavuuden omaavana, mutta sellainen rakenne aiheuttaa vaikeuksia mekaanisesti lujan ja alhaisen sähkövastuksen omaavan liitoksen valmistamiseksi alumiini-ytimen ja titaanikuoren tai anodirakenteen titaanitukiosan välille. Tämä on tärkeää, koska virran, joka kulkee pääasiassa hyvin johtavassa alumiiniytimessä, täytyy läpäistä jossakin kohtaa alumiiniytimen ja titaanikuoren tai titaania olevin anodirakenteen liitoskohta, toimivan anodipinnan saavuttamiseksi.

Tämä ongelma voidaan ratkaista käyttämällä alumiinisen virtajohdintangon ja titaanilevyn yhteenliittämiseen ruuviliitosta kuten on esitetty US-patentti-julkaisussa 3 297 561.

Lisäksi tämän vaikeuden ratkaisemista on ehdotettu sulattamalla ja saosta-taalla titaanikuoren sisällä oleva alumiiniydin ja juottamalla alumiiniydin titaanikuoreen ytimen ja kuoren vierekkäisten pintojen juottokelpoisella metallilla päällystämisen jälkeen. Sulattaminen ja saostaminen ovat korkeassa lämpötilassa tapahtuvia prosesseja, jotka voivat aiheuttaa vääntymisiä. Juottaminen aiheuttaa kutistumisvaikeuksia ytimen ja kuoren välille jäähtymisessä ja on paljon työtä vaativa tarvittavien esipäällystystyövaiheiden vuoksi.

Esiteltävä keksintö poistaa nämä vaikeudet aikaansaamalla kitkahitsatun liitoksen sopivasti alumiinisen virtajohtimen ja anodirakenteen titaanisen tuki-kappaleen välille.

Esiteltävän keksinnön mukaan aikaansaadaan vaakasuora anodirakenne esim. alkalikloridi-elektrolyyttikennoja varten, joka rakenne käsittää sähköä hyvin johtavaa metallia olevan pystysuoran virtajohdintangon, jonka alaosaa ympäröi titaaniputki, jolla on hitsaamalla aikaansaatu hyvä sähkökosketus mainitun putken sulkevaan titaanipäätylevyyn, jonka vastakkaiset reunat on taivutettu alaspäin muodostamaan kanavan kaasujen kulkutieksi ja jossa on aukkoja kaasun päästämiseksi kennon yläosaan, ja mainitun päätylevyn kanssa yhdensuuntainen sen taivutettuihin reunoihin hitsaamalla johtavasti liitetyn rei’itetyn titaanirakenteen, jonka pinnalla ainakin osaksi on toimivaa elektrodiainetta oleva pinnoite, jolloin ano-dirakenteelle on pääasiassa tunnusomaista, että alumiininen virtajohdintanko on alapäästään kiinnitetty kitkahitsillä mainittuun litteään titaanipäätylevyyn.

Tässä esitteessä tarkoitetaan "titaanilla" joko yksinomaan titaania tai titaaniin perustuvaa seosmetallia, jonka anodiset polarisaatio-ominaisuudet ovat verrattavissa titaanin ominaisuuksiin.

Toimiva elektrodimateriaali voi olla mitä materiaalia tahansa, joka pystyy siirtämään elektroneja elektrolyytistä anodirakenteen titaaniosaan ja joka on vastustuskykyinen sähkökemiallista vaikutusta vastaan niissä olosuhteissa, jotka 3 57446 vallitsevat kennossa, jossa anodia käytetään. Käytettäessä erittäin korroosioivassa väliaineessa, esimerkiksi kloridielektrolyyteissä, toimiva elektrodimateriaali voi sopivasti olla yhtä tai useampaa platinaryhmän metallia so. platinaa, rodiumia, iridiumia, ruteniumia, osmiumia ja palladiumia ja/tai näiden oksideja tai muuta metallia tai yhdistettä, joka voi toimia anodina ja joka on kestävä sähkökemiallista liukenemista vastaan kennossa, esimerkiksi reniumia, reniumtrioksidia, magnetiittia, titaaninitridiä, borideja, fosfideja tai silisidejä platinaryhmän metalleista tai happipitoista puolijohtavaa yhdistettä. Toimivan elektrodimateri-aalin sisältämä päällyste voi myös sisältää eristäviä oksideja, erikoisesti kal-vonmuodostavien metallien kuten titaanin oksideja, kuten alalla on tunnettu, kiinnittämään toimiva elektrodimateriaali lujemmin kantavaan titaanirakenteeseen sekä parantamaan sen vastustuskykyä liukenemista vastaan kennossa. Suositeltava päällyste, joka sisältää toimivan elektrodimateriaalin anodeja varten ja jota käytetään elohopea-katodeissa elektrolysoitaessa alkaalimetallin kloridiliuoksia, sisältää vähintään yhden platinaryhmän metallin vähintään yhtä oksidia, varsinkin ruteniumoksidia toimivana elektrodimateriaalina ja titaanidioksidia.

Kun keksinnön mukainen anodirakenne sijoitetaan kennoon, titaaniputki kulkee tiivisteen lävitse kennon kotelossa, esimerkiksi kennon kannessa, niin, että alumiininen virtajohtotanko on suojattu kosketukselta kennon sisällön kanssa. Yleensä alumiininen virtajohtotanko on tehty riittävän pitkäksi niin, että se ulottuu ulos titaaniputkesta sallien sähkövirtakiskon helpon kiinnittämisen tangon päähän kennon ulkopuolella.

Keksinnön suositeltavassa toteutuksessa titaania oleva sulkulevy ja titaani-kappaleet, jotka yhdessä muodostavat ylösalaisin olevan kanavan, valmistetaan yhdestä titaanimetallia olevasta kappaleesta. Lisäksi ylösalaisin oleva kanava voi ulottua sekä pitkittäis- että poikittaissuunnassa runsaasti sen alueen ulkopuolelle, jolla se sulkee titaaniputken pään ja tavallisesti ulottuukin näin tukeakseen riittävän pinta-alan omaavaa päällystettyä rei'itettyä titaaniraken-netta, joka kennoon asennettuna muodostaa halutun pinta-alan omaavan toimivan anodin. Tällaiset toteutukset on esitetty oheisissa piirroksissa 1-7, jotka eivät ole oikeassa mittakaavassa ja joissa vastaavat osat on numeroitu samoin.

Kuviot 1 ja 2 esittävät kohtisuoria leikkauksia toisiaan vastaan pystytasos-sa elektrodirakenteen keskustan kautta. Näissä kuvioissa poikittain olevan titaa-nikanavan 1 keskiosa muodostaa vesitiiviin päätekappaleen titaaniputken 2 alapäähän putken pään ympäri kulkevan hitsaussauman avulla, kuten on esitetty numerolla 3. (Muita sopivia menetelmiä, joita ei ole esitetty, hitsaukseen 3 ovat sähkövastushitsaus ja kitkahitsaus). Alumiininen virtajohtotanko h on alapäästään 11 57446 kiinnitetty kanavan 1 keskikohtaan kitkahitsauksen avulla, mikä on esitetty numerolla 5· Kanavan 1 reunat on hitsattu sopivin välimatkoin, esitettynä numerolla 6, vaakasuoraan asetettuun revitettyyn titaanikappaleeseen 7, jolla on vähintään osalla pinnastaan päällyste (ei-esitetty), joka sisältää toimivaa elektrodimate-riaalia, kuten edellä on esitetty. Rei'itetty titaanikappale 7 voi sopivasti olla minireikäinen titaanilevy, esimerkiksi venytettyä titaanimetallia oleva levy. Vaihtoehtoisesti rei'itetty kappale voidaan rakentaa pitkänomaisista titaanikap-paleista, jotka on sijoitettu toisistaan erilleen pituusakselit keskenään yhdensuuntaisina, joista jokainen on hitsattu molempiin poikittaiskanavan alareunoihin. Nämä kappaleet voivat olla esimerkiksi ohuita liuskoja, tankoja, puolisylinterin muotoisia muotokappaleita ylöspäin kuperia tai alaspäin kuperia tai U-muotoisia kappaleita tai ylösalaisin olevia U-kappaleita, U:n suljetun pään ollessa haluttaessa tasoitetun. Lisäksi järjestely, joka muistuttaa mainittua rakennettua kappaletta, jossa pitkänomaiset kappaleet olivat sijoitetut vierekkäin pituusakselit yhdensuuntaisina, voidaan saada aikaan puristamalla titaanilevya leikkaavan ja muotoilevan työkappaleen avulla, jolloin saadaan alaspuristetuin aukoin varustettu rakenne. Täten saadut raot voidaan sopivasti kääntää kohtisuoraan titaani-levyn alkuperäistä tasoa vastaan tai jokainen niiden reunoista voidaan taivuttaa pyöreäksi muodostamaan likimain puolisylinterimäiset ulokkeet, jotka vuorottele-vat rakojen kanssa, joista ne muodostava metalli on puristettu pois.

Kuvio 3 esittää anodirakennetta, jossa rei'itetty titaanikappale on rakennettu vierekkäin yhdensuuntaisiksi sijoitetuista titaaniliuskoista 8, joista jokaisen yksi pitkä sivu on hitsattu poikittain olevan titaanikanavan 1 molempiin alareunoihin, kuten on esitetty numerolla 6. Kuvion 3 muut osat vastaavat kuvion 2 osia. Kim rei'itetty titaanikappale on rakennettu tällä tavalla, vähintään puolet sillä olevaa toimivaa elektrodimateriaalia sisältävästä päällysteestä voidaan sopivasti sijoittaa liuskojen 8 tasoille (pystysuorat pinnat piirustuksen mukaisessa rakenteessa), kuten on esitetty brittiläisessä patenttijulkaisun n:o 1 076 973 titaanisäleistä muodostettujen anodipintojen platinaryhmän metalleja olevista päällysteistä.

Haluttaessa voidaan keksinnön puitteissa alumiinista virtajohtoa ympäröivä titaaniputki varustaa sen alapäässä olevalla laipalla, jolloin titaaniputken ja poikittaisen titaanikanavan välinen vesitiivis liitos tehdään hitsaamalla laippa kanavaan. Samoin voidaan poikittaiskanavan jokainen sivu päättää laipalla, jolloin rei'itetty titaanikappale, jolla on toimivaa elektrodimateriaalia oleva päällyste, hitsataan näihin laippoihin. Nämä lisäosat sisältävä anodirakenne on esitetty kuviossa H, jossa laippa 8a ja hitsaus 9 korvaavat hitsauksen 3 kuviossa 1 ja laipat 10 ja hitsit 11 korvaavat hitsit 6 kuviossa 1.

5 57446

Kuvioissa 1-1* alumiinisen virtajohtotangon 1* on esitetty täyttävän pääosaltaan titaaniputken 2 poikkileikkauksen. Tavallisesti suosittelemille tätä järjestelyä, jossa on jätetty vain senverran tilaa tangon ja putken välille, että nämä osat voidaan asentaa helposti niin, että saadaan alumiinitangolle alhaisin sähkö-vastus käytetyn putken halkaisijaan verrattuna. Ei kuitenkaan ole oleellista, että tanko täyttää ahtaasti putken ja laajempaa väliä voidaan haluttaessa käyttää näiden kahden osan välillä.

Keksinnön mukainen anodirakenne on erittäin sopiva käytettäväksi kennossa, jossa anodilla kehittyy kaasua ja jossa päällystettyä titaania oleva toimiva anodirakenne on järjestetty yhdensuuntaiseksi pääasiassa vaakasuoran katodin, esimerkiksi virtaavan elohopeakatodin kanssa, koska myös kaasu, jota kehittyy juuri virtajohdon alapuolella, voi kulkeavapaasti ylöspäin rei’itetyn anodin lävitse poikittain olevaan kanavatilaan.ja pääsee virtaamaan ulos mainitun kanavan molem-' mistä päistä tai yhdestä tai useammasta aukosta, jotka on tehty kaasun poiston helpottamiseksi kanavan kanteen kanavan kummankin pään ja sen keskellä oleviin titaaniputken väliseen alueeseen. Sopivia järjestelyjä aukkoja varten on esitetty kuvioissa 5-7, jotka ovat tasoesityksiä esittäen ainoastaan titaania olevan kanavakappaleen 1 ja virtajohtimen 1* sitä ympäröivine titaaniputkineen 2. Kuvion 5 järjestelyssä on ainoastaan yksi suuri aukko 12 tehty kanavan kumpaankin päähän. Kuvion 6 järjestelyssä on joukko pieniä aukkoja 13 kanavan kummassakin puoliskossa ja kuvion 7 järjestelyssä kanava on leikattu kummastakin päästä likimain V-muotoiseksi 1U kaasun poistumisen helpottamiseksi .

Claims (1)

1. 6 57446 Patenttivaatimus: Vaakasuora anodirakenne esim. alkalikloridielektrolyysikennoja varten, joka rakenne käsittää sähköä hyvin johtavaa metallia olevan pystysuoran virta-johdintangon (¼), jonka alaosaa ympäröi titaaniputki (2), jolla on hitsaamalla aikaansaatu hyvä sähkökosketus mainitun putken sulkevaan titaanipäätylevyyn (1), jonka vastakkaiset reunat on taivutettu alaspäin muodostamaan kanava kaasujen kulkutieksi ja jossa on aukkoja kaasun päästämiseksi kennon yläosaan, ja mainitun päätylevyn (1) kanssa yhdensuuntainen sen taivutettuihin reunoihin hitsaamalla johtavasti liitetyn rei'itetyn titaanirakenteen (7), jonka pinnalla ainakin osaksi on toimivaa elektrodiainetta oleva pinnoite, tunnettu siitä, että alumiininen virtajohdintanko (k) on alapäästään kiinnitetty kitkahitsillä (5) mainittuun litteään titaanipäätylevyyn (1).