JPH05504169A - 電解の目的のための電極素子およびその使用 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるため要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 電解の目的のための電極素子およびその使用本発明は、金属イオンを含有する液 体から金属を電解的に析出するための電解の目的、殊に電解セルのための電極素 子並びにその使用に関し、この電解セルは、それぞれ液状のイオン伝導体の供給 のための少なくとも１つの通路および前記イオン伝導体の導出のための少な（と も１つの通路を有し、平行な側面部材を備え、電気絶縁されたプラスチックから なる枠を有し、この場合、２つの通路の間に電極として、少なくとも１つ伝導体 が流れ、この場合、電極の活性面はイオン交換膜によって覆われている。

この電極素子は、有利に陽極として、例えば、ドイツ連邦共和国特許第３６４０ ０２０号明細書の記載により公知であるような電解セル中に嵌込まれなければな らず、前記特許明細書に記載された電解セルは、多数の陰極および相対的に少な い陽極によって、陽極に対する陰極の有利な面積比を有している。この場合、排 水で充填された陰極空間を陽極に対して、膜によって分割し、その結果、単数の 陽極もしくは複数の陽極は密閉された陽極液空間内に存在し、この陽極液空間は 、場合によっては攻撃的な物質を導（処理液から陽極を保護するものである。陽 極液の循環のために、陽極液空間は、それぞれ固有の電解液供給もしくは導出装 置を備えている。陽極液空間中に存在する陽極は、平面的な構造を有しており、 この場合、陽極平面は、陰極表面に対して平行に配置されている。

前記の公知装置の場合、陽極の枠に設けるべき膜の密閉および腐食並びに隣接す る陰極上に析出される金属に抗する膜の保護は、問題であることが判明し、この 場合には、殊に、陰極の取出しによって、隣接した膜が損なわれ得る。

更に、米国特許第４６０８１４４号明細書の記載により、電気絶縁されたプラス チックからなる枠を有しその枠の中に、プラスチックを基礎とする電極平板を組 込んでいるような電極は公知である。絶縁された枠の下方部分および上方部分に は、それぞれ室状の液体供給管および液体排出管が設けられており、これらの管 は電極構造の表面によって予め定められた多数の個個の通路に開口している。複 数の互いに平行に配置され、膜によって互いに分離された電極平板の嵌込みによ り、交互に嵌込まれた陽極部材および陰極部材で双極性電極を構成することは可 能であり；この種の双極性電極は、例えばクロルアルカリ電解に適している。

しかしながら、金運の析出は、双極性電極の上では、陰極と膜との間の不十分な 中間空間に帰因して不可能である。

欧州特許出願公開第３６６４０号明細書の記載より、容器中での産業処理液およ び排水の精製のための金属−回収セル中の電極の配置は、公知であり、この配置 は、平板状の電極の固定のために、電気絶縁する耐腐食性のプラスチックからな り、間隔素子としての平行な何面ストリップからなる開いた枠を有し：陽極の両 面で、陰極は、枠によって予め定められた間隔に配置され、この場合、電解陽膜 または膜は、電極の間に設けられていない。

このセルは、容器中に組込まれており、この場合、電解室への入口管および出口 管は、ガスの吹込みによって生じた循環を各器容量と電解室との間で達成するた めに、電極の間で自由に維持されている。電極間の間隔は、一方で、析出した金 属のための余地を空けておくために、十分に大きくなければならず、他方で、≦ ｌｐｐｍまでの金属イオンの残留濃度までの十分な金属析出が達成されるように 大き過ぎてはならない。

本発明の課題は、電極素子を記載することであり、その電極空間は、膜によって 、例えばねじ留めおよび取付けたねじ留め要素によって生じ得るような密閉の問 題および腐食の問題もなしに、その他の電解液空間と分離され、外側の機械的損 傷に抗して膜の保護を予定するものである。

この電極素子は、金属回収セル中の陽極としても、電解液の酸化セル中の陰極と しても使用できるはずである。

このｆ！題は、請求の範囲１の顕著な特徴によって解決される。有利な実施態様 は、従属請求項に記載されている。

有利な実施態様の場合、枠の２つの側面部材は、２つのウェブによって相互に接 続されており、この場合下方のウェブは、液状イオン伝導体の供給のための開口 部を有し、上方のウェブは、イオン伝導体の導出のための少なくとも１つの開口 部を有している。嚢として構成されたイオン交換膜は、枠の側面部材と保護箱と の間に挾み込まれている。

電極は、２つの互いに平行な平板によって形成され、この平板は、その側壁面で 、互いに折り込み部材によって接続されており、この場合、この折り込み部材は 、枠の側面部材中への案内に使用され、枠の側面部材は、互いに向き合った案内 レールを備え、これは縁部ストリップとして構成された折り込み部材の嵌め込み のための溝を有する。

有利な使用の場合には、電極素子は、陽極として金属回収セルの中で使用され； この場合、陽極は、両側で２つまたはそれ以上の陰極によって包囲されている。

もう１つの有利な使用の場合には、電極素子は、陰極として酸化セル中で使用さ れ、この場合、陰極は、片側で複数の陽極素子に向き合って配置されるかまたは 両側でそれぞれ陽極素子によって包囲されており。

更にまた、２つの陰極を間隔をもって向き合わせて配置することも可能であり、 この場合には、陰極の間に、複数の陽極並びに場合によっては１つまたはそれ以 上の付加的な陰極が嵌込まれている。この場合殊に、電極素子は、フッ化物含有 の液状イオン伝導体を有するセルの中で使用される。

相対的に簡単な電極構造は、有利であることが判明し、この場合には、腐食の危 険に晒されたねじ結合の使用を不用にすることができる。更に、前記電極素子は 、保守の容易なものであることが判明した。それというのも、簡単に取外すべき 嚢に帰因して、電極状態の迅速な制御可能性並びに迅速な清浄化を可能にしてい るからである。実際、前記電極素子は、容器中に貯蔵することもでき、この場合 、膜の乾燥は阻止される。

酸化セル中の陰極としての電極素子の使用の際には、対をなして配置された陽極 および陰極を有する通常のセルと比べて、膜材料が顕著に節約されることが明ら かとなる。

本発明の対象は□、以下に、第１図〜第５Ｃ図に基づき詳説されている。

第１図は、部分的に保護箱ケーシングの上で抜き出された電極を示す破断斜視図 であり。

第２図は、電極素子を示す縦断面図であり、他方、第３図は、電極素子を示す横 断面図である。

第４ａ図、第４ｂ図、第４Ｃ図は、金属回収セル中の陽極としての電極素子の使 用を示す略図である。

第５ａ図、第５ｂ図、第５Ｃ図は、酸化セル中の陰極としての電極素子の使用を 示す略図である。

第１図によれば、電極素子の枠１は、２つの互いに平行に走る側面部材２．３か らなる電極固定部材を有し、この側面部材は、その下方部分で下方のウェブ４に よってＵ字形の枠部材に曲げられ、この場合、側面部材２．３およびウェブ４は 、中空管異形材を有している。互いに向ぎ合った側面で、側面部材２および３は 、それぞれＵ字形の案内レール５．６を備えており、該案内レールは、平板状の 電極７の縁部ストリップ８．９の収容に使用され、この場合、この電極は、箱型 電極の形で構成され、該電極の折り込み部材として構成された縁部ストリップで 、下方のウェブ４の領域内で止まるまで押し込まれている。電極７は、延伸金属 からなり、この場合には、材料として、有利にチタンまたはチタンをベースとす る合金が使用されている。陽極としての使用の場合に、該電極は、電気的活性の 表面を有する。側面部材２並びに下方のウェブ４は、中空円筒管として構成され ており、この場合、ウェブ４は、上面に液状イオン伝導体の供給のための開口部 １０を存し、この開口部は、１１極７に向けられている。

電極７の上方には、案内レール５．６中へ押し込み可能な上方のウェブ１１が存 在し、その下面には、液状イオン伝導体の導出のための開口部１２が設けられて いる。

イオン伝導体の供給は、側面部材３から直角に曲げられた入口管１３を介して行 われ、他方、側面部材２の上に載置された管部材１４は、被覆管として密閉され ており、専ら電極の固定のために、図中に記載されなかった電解セル中で使用さ れる。上方のウェブ１１は、イオン伝導体の導出のために開口部１５を介して通 じている導出管１６と接続されている。枠ｌは、破線で引かれた線分１７まで、 部分的にのみ記載され、嚢として構成されたイオン交換膜２０中に導入され、こ の膜は、２つの側面部材２．３およびウェブ４を堅固に包囲し、この場合、イオ ン交換膜は、この膜の線分１７によって記載された上方の縁部の下方で、導出管 １６のための開口部１５に相応する通路を有する。

イオン交換膜２ｏは、線分１７の高さで、上方のウェブ１１の上の該層の上方縁 部およびウェブ１１と、管１３．１４と、更に下記に説明される保護箱２１との 間の２つの側面部材２．３を用いて嵌め込まれている。

電極７の上方縁部で、導電体１８が固定され、上方のウェブ１１の内部空間を介 して導き出され、接続接点１９が設けられている。

活性面のための材料としては、チタンまたはチタンをベースとする合金が予定さ れており、しかしまた、別の弁金属、例えばタンタルを使用することも可能であ り；延伸金属の形以外にも、電極として、連なった薄板の使用または平板状の表 面を有する導電性セラミック体または導電性プラスチック体の使用が可能であり ；この場合、陽極の使用のためには、表面の活性化が予定されている。

供給管として使用された入口管１３ならびに導出管１６は、互いに平行に配向さ れている。イオン交換膜２０および電極７の間で、膜の損傷に対する保護にため に、電極材料として有利に使用された延伸金属によって、耐電解液性プラスチッ クからなる保護マットが配置されているが、本明細書では、一目瞭然であるため に図示していない：前記マットは、例えば菱形の開口部を有してよい。

嚢状のイオン交換膜２０の中への枠１の導入後に、その上方縁部は、上方のウェ ブ１１に隣接し、更に、膜を備えた電極枠は、開口部２２を備え、電気絶縁され た耐電解液性プラスチックからなる保護箱２１中に押し込まれている。保護箱２ １の前面に両側に設けられた開口部２２は、電極７の全部の活性面に及んでおり 、この場合、前記領域中で、開口部によって形成された全部の面の比率は、電極 前面に対して５０〜９０％の範囲内である。これによって、一方で、イオン交換 膜２０の十分な膨潤が達成され、他方で、膜の外からの補強が達成されることが 保証される。保護箱２１の符号２４で示された側壁面は、閉鎖された面であり、 かつ開口部を含んでいない。電極７の前面は、４００〜６００ｍｍの範囲内の幅 および８ｏＯ〜１０００ｍｍの範囲内の高さを有している。電極上に得ることの できる電流密度は、１〜２５００Ａ／ｍ”の範囲内にある。

中間ウェブおよび供給管もしくは導出管を含めた枠並びに保護箱の材料として、 ポリプロピレンが有利であることが判明した。保護箱外被の厚さは３〜５ｍｍの 範囲内にある。

第２図によれば、液状のイオン交換体は、供給管１３及び管状の側面部材３を介 して、同様にして管状の下方のウェブ４に供給され、その上面で、イオン伝導体 の導出のための開口部１０を備えている。下方ウェブの上側には、平板状の電極 ７が配置され、該電極の上方８部で、導電体１８並びに接続接点１９を備えてい る。液状のイオン伝導体の導出は、上方のウェブ１１中に存在する開口部１５を 介して行なわれ、かつ本明細書では部分的に象徴的に破線によって記載された導 出管１６を介して行われ、この導出管は、上方の中間ウェブの下方開口部１２に よって取り入れられる液体を導出する。

下方ウェブ４は、同様に管状の側面部材２に対して気密状態にされており、この 場合、側面部材２は、専ら既に記載された固定機能および安定化機能を果たして いる。第２図の下方部分には、電解液槽２５の底部２３の部分および側壁面２４ の部分が象徴的に図示されており：保護箱２１は、一目瞭然であるので、同様に 抜粋してのみ図示されている。

第３図は、第２図の線分Ａ−Ｂ−Ｃ−Ｄに沿った横断面図である。

第３図によれば、平板状の電極７は、その縁部ストリップ８．９とともに、側面 部材２．３の案内レール５．６中に存在している。延伸金属からなる箱状の電極 ７は、耐電解液性プラスチックからなる保護マット２６を両面に備え、嚢状の膜 ２ｏを電極枠の使用の際に、電極７の表面による損傷から保護し、その箱の形に 基づき、電極７は、膜２ｏのための保護機能を果たしている。側面部材３は、液 状のイオン伝導体の供給のための円形の中空異形材を有し、他方、側面部材２は 、専ら固定機能だけを果たしており、電解液を有してはいない。液状のイオン伝 導体は、運転の場合に、下方ウェブ４中の開口部１０を通じて、電極７の方向へ 流出する。この場合、完全に装備された枠１は、開口部２２を備えた保護箱２１ によって嚢状に包囲されており、この場合、開口部２２は、両面で箱−電極７の 全幅に亘っている。

陽極及び陰極としての電極素子の使用は、以下に詳説されており；この場合、陽 極として使用された本発明の電極素子は、第４ａ図、第４ｂ図、ｊ［４ｃ図にお いて符号２７で示され、陰極として使用された本発明の電極素子は、第５ａ図、 第５ｂ図、第５Ｃ図において符号２９で示されている。

金ｇｏ収セルにおいて槽２５中の陽極として使用された電極素子２７は、接続接 点１９を介して、一目瞭然であるので本明細書には記載されていない電圧源のプ ラスの電極と結合されており、この場合、１ｉ４ａ図によれば１片面に複数の陰 極２８が向き合わせに配置されているかまたは第４ｂ図によれば、複数の陰極２ ８を包囲する２つの向き合った電極素子２７の形で配置されているような程度に 配置され：更に、第４Ｃ図によれば、陽極としてのただ１つの電極素子２７が、 両面でそれぞれ１またはそれ以上の陰極２８によって包囲されていてもよい。こ の場合、陰極２８は、上記のドイツ連邦共和国特許第３６４００２０号明細書に よれば、電圧夏のマイナスの電極と結合されている。

酸化セルの槽２５中の陰極としての電極素子の使用の場合、接続接点１９を介し て電圧源のマイナスの電極と結合した電極素子２９は、第５ａ図によれば、片面 に複数の陽極３０が向き合わせに配置されているかまたは第５ｂ図によれば、複 数の陽極３０を包囲する２つの向き合った電極素子２９の形で配置されており； 更に、第５Ｃ図によれば、陰極として使用された電極素子２９は、両面で１つま たはそれ以上の陽極３ｏによって包囲されていてもよい。この場合、陽極は、そ れぞれ電圧源のプラスの電極と結合されている。

Ｆｉｇ、１ 要約書 電解目的のための電極素子は、２つの側面部材を備えたＵ字形の枠中に組込まれ た平板状または箱状の電極を有し、枠の液状のイオン伝導体中に浸漬可能な下方 部材と一緒に、嚢状のイオン交換膜によって包囲されている。電極の下方に配置 された枠のウェブは、イオン伝導体の流出のために、電極の方向に向けられてお り、他方、上方ウェブでは、イオン伝導体の導出のために開口部が配置されてい る。嚢として形成された膜は、外側で開口部を備えた保護箱によって包囲されて いる。

電極素子は、金属回収セル中の陽極としてかまたは酸化セル中の陰極として使用 される。

国際調査報告 国際調査報告

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．電気絶縁されたプラスチックからなる平行な側面部材を備えた枠を、それぞ れ液状のイオン伝導体の供給のための少なくとも１つの通路および前記のイオン 伝導体の導出のための少なくとも１つの通路を有し、この場合、２つの通路の間 で電極として少なくとも１つの平板状の活性部材を配置し、これに沿ってイオン 伝導体が流れ、この場合、電極の活性平面は、イオン交換膜によって覆われてい るような金属イオンを含有する液体からの金属の電解析出のための電解目的用、 殊に電解電池用の電極素子において、電極が枠（１）の側面部材（２、３）に取 出し可能に支持されており、膜（２０）が、嚢として形成され、電極（７）の少 なくとも液体中に浸漬された部分を被覆し、開口部（２２）を備えた電気絶縁さ れたプラスチックからなる保護箱（２１）の嚢が包囲され、この場合、電極（７ ）の活性表面の開口部（２２）の少なくとも１部分が対応配置されていることを 特徴とする、電極素子。 ２．枠の２つの側面部材を結合する下方ウェブ（４）は、イオン伝導体の供給の ための開口部（１０）を有し、２つの側面部材（２、３）を結合する上方ウェブ （１１）は、イオン伝導体の導出のための少なくとも１つの開口部（１５）を備 えている、請求の範囲１記載の電極素子。 ３．嚢が枠（１）の側面部材（２、３）および保護箱（２１）の間に嵌め込まれ ている、請求の範囲１または２記載の電極素子。 ４．保護箱（２１）の全ての開口部（２２）が、電極（７）の活性面に対応配置 されている、請求の範囲１から３までのいずれか１項記載の電極素子。 ５．２つの側面部材（２、３）が下方ウェブ（４）と一緒になって、Ｕ字形に湾 曲された管から形成され、この場合、側面部材（２）は、その上端部で液体供給 管と結合している、請求の範囲１から４までのいずれか１項記載の電極素子。 ６．電極（７）の活性面が、２つの互いに平行な平板からなり、その側壁面で、 それぞれ折り込み部材を、箱−電極の形で相互に結合しており、この折り込み部 材は、枠（１）の側面部材（２、３）中への案内のために使用されている、請求 の範囲１から５までのいずれか１項記載の電極素子。 ７．枠（１）の側面部材（２、３）には、縁部ストリップ（８、９）として形成 された折り込み部材の収容のための溝を有する向き合った案内レール（５、６） が備えられている、請求の範囲６記載の電極素子。 ８．陽極（２７）が少なくとも２つの陰極（２８）に対応配置されているような 金属回収セル中の陽極としての請求の範囲１から７までのいずれか１項記載の電 極素子の使用。 ９．前記電極素子の電極（７）が２つの活性面を有し、かつ各々の活性面が、少 なくとも１つの陰極（２８）に対応配置されているような請求の範囲８記載の電 極素子の使用。 １０．陰極（２９）が、少なくとも２つの陽極（３０）に対応配置されているよ うな酸化セル中の陰極（２９）としての請求の範囲１から７までのいずれか１項 に記載の電極素子の使用。 １１．前記電極素子の電極（７）が、２つの活性面を有し、かつ各々の活性面が 、少なくとも１つの陽極（３０）に対応配置されているような請求の範囲１０記 載の電極素子の使用。