NO137908B

NO137908B - BIPOLAR ELECTRODE UNIT FOR A MULTI-ELECTROLYTICAL CELL FOR THE PRODUCTION OF CHLORINE AND ALKALIMETAL HYDROXYDE

Info

Publication number: NO137908B
Application number: NO740130A
Authority: NO
Inventors: Alan Brian Emsley; Colin Jackson
Original assignee: Ici Ltd
Priority date: 1970-05-26
Filing date: 1974-01-16
Publication date: 1978-02-06
Also published as: ES197172U; FR2090298B1; NO740130L; ES197172Y; NO137906C; GB1348785A; DE2125941A1; NO137906B; IL36861A; FI56557C; AT310191B; NL7107125A; FI56557B; BR7103231D0; FR2090298A1; SE371752B; SE7408371L; DE2125941C3; JPS5529154B1; CH520526A

Description

Foreliggende oppfinnelse angår en bipolar elektrodeenhet for en multi-elektrolytisk celle, spesielt en celle for elektrolyse av vandige oppløsninger av alkalimetallklorider. The present invention relates to a bipolar electrode unit for a multi-electrolytic cell, in particular a cell for the electrolysis of aqueous solutions of alkali metal chlorides.

Nærmere angitt angår oppfinnelsen en bipolar elektrodeenhet for en multielektrolytisk celle, hvilken elektrodenhet omfatter (a) en anode som består av en plate av et filmdannende metall, fortrinnsvis titan, som på én side har et belegg av et aktivt elektrodemateriale, fortrinnsvis platina, og som er elektrisk ledende forbundet over en vesentlig del av den motsatte side med en første plate (2) av jern eller stål, og (b) en katode bestående av en porøs plate, fortrinnsvis i form av en vevet metalltrådduk, av jern eller stål, parallell med og anordnet i avstand fra, men i elektrisk forbindelse med den første plate av jern eller stål,idet den første plate av jern eller stål og den porøse plate av jern eller stål danner endeveggene i et katodekammer. More specifically, the invention relates to a bipolar electrode unit for a multielectrolytic cell, which electrode unit comprises (a) an anode consisting of a plate of a film-forming metal, preferably titanium, which on one side has a coating of an active electrode material, preferably platinum, and which is electrically conductively connected over a substantial part of the opposite side to a first plate (2) of iron or steel, and (b) a cathode consisting of a porous plate, preferably in the form of a woven metal wire cloth, of iron or steel, parallel with and arranged at a distance from, but in electrical connection with, the first plate of iron or steel, the first plate of iron or steel and the porous plate of iron or steel forming the end walls of a cathode chamber.

Med betegnelsen "porøs plate" skal forståes en plate forsynt med huller eller perforeringer eller f.eks. et metall-trådnett eller en trådduk eller en plate av ekspandert metall, som eventuelt kan være sammenklemt. Fortrinnsvis er den porøse plate utført i form av en metalltrådduk. The term "porous plate" is to be understood as a plate provided with holes or perforations or e.g. a metal wire mesh or a wire cloth or a sheet of expanded metal, which may possibly be clamped. Preferably, the porous plate is made in the form of a metal wire cloth.

Med filmdannende metall skal forståes titan, zirkonium niob, tantal, wolfram eller legeringer bestående i det vesentligste av ett eller flere av disse metaller og med anodisk polarisa-sjoni likhet med metallene selv. Det foretrukkede metall er som nevnt titan. By film-forming metal shall be understood titanium, zirconium niobium, tantalum, tungsten or alloys consisting essentially of one or more of these metals and with anodic polarization similar to the metals themselves. As mentioned, the preferred metal is titanium.

Det virksomme elektrodemateriale kan være et hvilket The effective electrode material can be any

som helst materiale som er aktivt med hensyn til overføring av elektroner fra en elektrolytt til det -underliggende anodemetall og som er motstandsdyktig mot elektrokjemisk angrep under de be-tingelser som foreligger i cellen hvor- anoden brukes. For bruk i any material which is active with respect to the transfer of electrons from an electrolyte to the -underlying anode metal and which is resistant to electrochemical attack under the conditions existing in the cell where the anode is used. For use in

meget korroderende medier, som f.eks. ved kloridelektrolyse, kan det virksomme elektrodemateriale hensiktsmessig bestå av ett eller flere metaller fra platinagruppen, f.eks. platina, rhodium, iridium, ruthenium, osmium og palladium, og/eller deres oksyder, eller et annet metall eller en forbindelse som vil virke som en anode og som er motstandsdyktig mot elektrokjemisk oppløsning i cellen, f.eks. rhenium, rheiumtrioksyd, magnetitt, titannitrid og borider, fosfider og silicider av metaller i platinagruppen.Belegget som omfatter et virksomt elektrodemateriale, kan også inneholde elektronisk ikke-ledende oksyder, spesielt oksyder av anodemetallene som titan og/eller av andre metaller, som f.eks. tinn, som i og for seg kjent, for forankring av det virksomme elektrodemateriale til bæreren for anodemetallet og for å øke dets motstandsdyktighet mot oppløsning i arbeidscellen. highly corrosive media, such as e.g. in chloride electrolysis, the active electrode material can suitably consist of one or more metals from the platinum group, e.g. platinum, rhodium, iridium, ruthenium, osmium and palladium, and/or their oxides, or another metal or compound which will act as an anode and which is resistant to electrochemical dissolution in the cell, e.g. rhenium, rheium trioxide, magnetite, titanium nitride and borides, phosphides and silicides of metals in the platinum group. The coating comprising an active electrode material may also contain electronically non-conducting oxides, especially oxides of the anode metals such as titanium and/or of other metals, such as e.g. tin, which is known per se, for anchoring the active electrode material to the support for the anode metal and for increasing its resistance to dissolution in the working cell.

Det foretrekkes spesielt å anvende et belegg av platina som f.eks. kan fremstilles ved elektrolytisk utfeining på bæreren, f.eks. som beskrevet i fransk patent 1 594 758.- It is particularly preferred to use a coating of platinum such as e.g. can be produced by electrolytic deposition on the carrier, e.g. as described in French patent NOK 1,594,758

Andre belegg som.kan komme i betraktning, er f.eks. de som er beskrevet i belgisk patent 740 242 og 742 894, samt i de britiske patenter 1 294 373, 1 352 872 og 1 354 897. Ved anvendelse av et oksydbelegg foretrekkes det at belegget omfatter ruthenoksyd. Other coatings that can be considered are, for example, those described in Belgian patents 740 242 and 742 894, as well as in British patents 1 294 373, 1 352 872 and 1 354 897. When using an oxide coating, it is preferred that the coating comprises ruthenium oxide.

Katoden består fortrinnsvis av bløtt stål. På lignende måte består den første plate likeledes fortrinnsvis av bløtt stål. The cathode preferably consists of mild steel. In a similar way, the first plate also preferably consists of mild steel.

Det karakteristiske for oppfinnelsen består i at platen av filmdannende metall på den side som vender bort fra den porøse plate, er forsynt med kanaler, som strekker seg langs hele platens omkrets. En av disse kanaler er fortrinnsvis forsynt med minst ett utløp for væsker og/eller gasser, mens kanalen langs den motstående side har minst ett innløp for elektrolytten. The characteristic feature of the invention is that the sheet of film-forming metal on the side facing away from the porous sheet is provided with channels which extend along the entire circumference of the sheet. One of these channels is preferably provided with at least one outlet for liquids and/or gases, while the channel along the opposite side has at least one inlet for the electrolyte.

Kanalene langs hele omkretsen av platen dannes fortrinnsvis ved ombøyning av kantpartiene av platen i retning bort fra den porøse plate. The channels along the entire circumference of the plate are preferably formed by bending the edge portions of the plate in a direction away from the porous plate.

Den porøse plate kan understøttes på tversgående stre-vere eller ribber festet til den første platen. Ribbene kan være. elektrisk ledende og festes i alminnelighet til den porøse plate ved punktsveisning. The porous plate can be supported on transverse struts or ribs attached to the first plate. The ribs can be. electrically conductive and is generally attached to the porous plate by spot welding.

De to andre kanaler kan fremstilles på lignende måte, men det foretrekkes at i det minste den kanal som inneholder ut- løpet og fortrinnsvis også kanalen som inneholder innløpet, er ut-ført med utvidet tverrsnitt slik at væsker og/eller gasser kan passere gjennom kanalen uten for stor motstand. The other two channels can be produced in a similar way, but it is preferred that at least the channel that contains the outlet and preferably also the channel that contains the inlet, is designed with an extended cross-section so that liquids and/or gases can pass through the channel without too much resistance.

Kanalen med utvidet tverrsnitt kan omfatte et rør hvis akse strekker seg tilnærmet parallelt med den kant av platen som det er festet til. Utløpene og innløpene kan hensiktsmessig være koaksiale med dette ellr disse rør. The channel with an expanded cross-section may comprise a tube whose axis extends approximately parallel to the edge of the plate to which it is attached. The outlets and inlets can suitably be coaxial with this or these pipes.

Platen av anodemetall kan festes til den første plate ved hjelp av passende anordninger som vil gi en elektrisk ledende forbindelse. Fortrinnsvis påføres belegget av virksomt elektrodemateriale på platen av anodemetall etter at denne er festet. The plate of anode metal can be attached to the first plate by means of suitable means which will provide an electrically conductive connection. Preferably, the coating of active electrode material is applied to the plate of anode metal after it has been attached.

Platene kan f.eks. festes til hverandre ved.lodding eller slaglodding, og en særlig egnet loddemetode er den som er beskrevet i belgisk patent 737 207. Ved denne fremgangsmåte forsynes platen av anodemetall med et belegg av en "fortinningsmetall" eller en legering ved oppvarmning av platen mens overflaten som skal forsynes med belegget, dekkes med et fortinningsmetall i smeltet tilstand og der beveges en ultrasonisk vibrert sonde over i det vesentligste hele overflaten, som skal forsynes med belegget, hvorunder sonden befinner seg i berøring med overflaten og med det smeltede fortinningsmetall. Den på denne måte belagte pla- The plates can e.g. are attached to each other by soldering or brazing, and a particularly suitable soldering method is that described in Belgian patent 737 207. In this method, the plate of anode metal is provided with a coating of a "tinning metal" or an alloy by heating the plate while the surface which is to be provided with the coating, covered with a tinning metal in a molten state and an ultrasonically vibrated probe is moved over essentially the entire surface, which is to be provided with the coating, under which the probe is in contact with the surface and with the molten tinning metal. The plate coated in this way

te blir deretter loddet til den første plate, som er forsynt med et tinnbelegg på forhånd. te is then soldered to the first plate, which is provided with a tin coating in advance.

Fortinningsmetallet er et metall eller en legering som kan danne et belegg på en plate av anodemetallet eller tilhørende legering, og som vil gjøre det mulig å anvende den således belagte plate ved en vanlig loddeprosess.Egnete fortinningsmetaller omfatter tinn, sink og kadmium. Egnete tinnlegeringer omfatter binære legeringer av tinn med sink, bly, antimon eller vismut og ternære tinnbelegglegeringer, f.eks. tinn/sink/bly-legering. Det, foretrekkes å anvende en sink/tinn-legering. The tinning metal is a metal or an alloy which can form a coating on a plate of the anode metal or associated alloy, and which will make it possible to use the thus coated plate in a normal soldering process. Suitable tinning metals include tin, zinc and cadmium. Suitable tin alloys include binary alloys of tin with zinc, lead, antimony or bismuth and ternary tin coating alloys, e.g. tin/zinc/lead alloy. It is preferred to use a zinc/tin alloy.

Fortinningen av den første plate kan hensiktsmessig ut-føres på vanlig måte ved oppvarmning av den overflate som skal festes til en annen, f.eks. under anvendelse av en bly/tinn-legering, f.eks. en legering som inneholder 30 % bly, 70 % tinn, eller en bly/vismut-legering. Hvis det ønskes kan fortinningsmetal-let eller tinnlegeringen være den samme så vel for fortinning av anodeplaten som av den første plate. The tinning of the first plate can conveniently be carried out in the usual way by heating the surface to be attached to another, e.g. using a lead/tin alloy, e.g. an alloy containing 30% lead, 70% tin, or a lead/bismuth alloy. If desired, the tinning metal or tin alloy can be the same both for tinning the anode plate and the first plate.

Et vidt område av legeringer kan anvendes for saramen-lodning av platene. Egnete loddelegeringer omfatter f.eks. bly/ A wide range of alloys can be used for saramen soldering the plates. Suitable soldering alloys include e.g. lead/

tinn-legeringer og bly/vismut-legeringer. tin alloys and lead/bismuth alloys.

En annen fremgangsmåte for forbindelse av den første plate med anodeplaten er å anvend e et elektrisk ledende bindemiddel. Det kan anvendes et egnet bindemiddel omfattende epoksy-harpiks, som er tilsatt et pulver av et ledende metall, f.eks. sølv eller sink. Epoksyharpiksene omfatter generelt kondensa-sjonsproduktet av "Bisphenol A" méd epiklorhydrin som kan herdes med. et egnet kryssbindingsmiddel, som f.eks. et amin. De fore-trukne bindemidler inneholder mellom 50 og 90 % vekt% metall. Ved anvendelse av slike bindemidler er det ønskelig at de påføres på platene som skal forbindes med hverandre og som deretter presses sammen, f.eks. med et trykk på fra 1,4 til 3,5 kg/cm mens binde-midlet herder, f.eks. ved en temperatur på 100°C til 180°C. Another method for connecting the first plate with the anode plate is to use an electrically conductive binder. A suitable binder comprising epoxy resin can be used, to which is added a powder of a conductive metal, e.g. silver or zinc. The epoxy resins generally comprise the condensation product of "Bisphenol A" with epichlorohydrin which can be cured with. a suitable cross-linking agent, such as e.g. an amine. The preferred binders contain between 50 and 90% by weight of metal. When using such binders, it is desirable that they are applied to the plates which are to be connected to each other and which are then pressed together, e.g. with a pressure of from 1.4 to 3.5 kg/cm while the binder hardens, e.g. at a temperature of 100°C to 180°C.

Oppfinnelsen er illustrert på tegningene, hvor: The invention is illustrated in the drawings, where:

Fig. 1 er et oppriss av en bipolar enhet, sett i retning av Fig. 1 is an elevation of a bipolar unit, seen in the direction of

linjen BB' på fig. 2. the line BB' in fig. 2.

Fig. 2 er et snitt langs linjen AA<1>på fig. 1. Fig. 2 is a section along the line AA<1> in fig. 1.

Fig. 3 er et grunnriss av enheten. Fig. 3 is a floor plan of the unit.

Fig. 4 er et oppriss av en alternativ utførelse av den bipolare Fig. 4 is an elevation of an alternative embodiment of the bipolar

■enhet som er vist på fig. 1, sett langs linjenDD' på fig. 5. ■unit which is shown in fig. 1, seen along the line DD' in fig. 5.

Fig. 5 er et snitt langs linjen CC' på fig. 4. Fig. 5 is a section along the line CC' in fig. 4.

Fig. 6 er et avbrutt oppriss av en bipolar enhet sett i retning av linjen EE' på fig. 5, forsynt med forskjellig tilbe-hør som ikke er vist på fig. 4. Fig. 6 is an interrupted plan view of a bipolar unit seen in the direction of the line EE' in fig. 5, provided with various accessories that are not shown in fig. 4.

Den bipolare enhet som er vist på fig. 1 til 6 omfatter en plate av titan 1 som er elektrisk ledende forbundet med en plate av bløtt stål 2. The bipolar unit shown in fig. 1 to 6 comprise a plate of titanium 1 which is electrically conductive connected to a plate of mild steel 2.

Platene ble forbundet med hverandre under anvendelse av en ultrason sveise-transducer som beskrevet i det følgende. Titanplaten ble fortinnet med et loddemiddel bestående av 75 % tinn og 25 % sink ved 400°C under anvendelse av en ultrason sonde.Pla-ten ble holdt ved denne temperatur i 30 minutter efter fortinningen for å tillate loddemidlet å diffundere inn i overflaten. Det bløte stål ble fortinnet med loddetinn (70 % bly, 30 % tinn)ved 300°C under anvendelse av en ammoniumkloridfluks. Det fortinnete titan ble derefter belagt med et tynt lag loddetinn ved 300°C The plates were joined together using an ultrasonic welding transducer as described below. The titanium plate was tinned with a solder consisting of 75% tin and 25% zinc at 400°C using an ultrasound probe. The plate was held at this temperature for 30 minutes after tinning to allow the solder to diffuse into the surface. The mild steel was tinned with solder (70% lead, 30% tin) at 300°C using an ammonium chloride flux. The tinned titanium was then coated with a thin layer of solder at 300°C

og titanplaten ble lagt sammen med stålplaten, platene ble holdt and the titanium plate was put together with the steel plate, the plates were held

sammen og tillatt å avkjøle inntil platene var fast forbundet med hverandre. together and allowed to cool until the plates were firmly connected to each other.

Et platinabelegg ble derefter utfelt elektrolytisk på den fri sideflate av titanplaten. I enhetene som er vist på fig. A platinum coating was then electrodeposited on the free side surface of the titanium plate. In the units shown in fig.

1 til 3, er de horisontale kanter av titanplaten ombøyd (ved- 3) for å danne eri kanal som er understøttet ved hjelp av korrugerin-ger 4 likeledes bestående av titan. Denne kanal er forsynt med innløp 5 og utløp 6. I den bipolare enhet som er vist på fig. 4, 5 og 6, er de horisontale kanter forsynt med kanaler med utvidet, profil, resp. 40 og 41. Disse kanaler er forsynt med innløp 42 1 to 3, the horizontal edges of the titanium plate are bent (at 3) to form a channel which is supported by means of corrugations 4 also consisting of titanium. This channel is provided with inlet 5 and outlet 6. In the bipolar unit shown in fig. 4, 5 and 6, the horizontal edges are provided with channels with extended, profile, resp. 40 and 41. These channels are provided with inlet 42

og utløp 43. På fig. 6 er utløpene 43 forbundet med kar 44 som tjener som et skumnedbrytende rom hvor et skum bestående av gass i væske kan oppdeles i sine komponenter slik at gassen kan strøm-me ut gjennom utløpene 45 mens væsken kan strømme bort gjennom innløpene 42.Ytterligere væske kan tilsettes til karene 44 gjennom innløpene 46. De vertikale kanter av titanplaten på alle fi-gurer er likeledes ombøyd for å danne kanaler men for tydelighets skyld er dette ikke vist på snittfigurene. and outlet 43. In fig. 6, the outlets 43 are connected to a vessel 44 which serves as a foam-decomposing room where a foam consisting of gas in liquid can be divided into its components so that the gas can flow out through the outlets 45 while the liquid can flow away through the inlets 42. Additional liquid can is added to the vessels 44 through the inlets 46. The vertical edges of the titanium plate in all figures are likewise bent to form channels but for the sake of clarity this is not shown in the sectional figures.

Platen 2 av bløtt stål er forsynt med vegger 7 likeledes av bløtt stål og fastsveiset til platen 2. Stålplaten er videre forsynt med vertikale vegger (ikke vist på tegningen for tydelighets skyld) som sammen med veggene 7 danner sidene i en åpen kasse som platen 2 danner en lukket endevegg for. Veggene er forsynt med kantpartier 8 til hvilke det er festet et trådnett 10 av bløtt stål som danner katoden. Platene 2 og 9 danner de motstående ende-vegger i en katodekasse. De øvre og nedre sidevegger i hver kasse som er vist på fig. 2 og 3 har utløp 10 og 11. I enhetene vist på fig. 5 og 6 har kassen utløp 47 som er forbundet med kar eller be-holdere 48 som hver har et utløp 49 for gass, og et utløp 50 for The plate 2 of mild steel is provided with walls 7 also of mild steel and welded to the plate 2. The steel plate is also provided with vertical walls (not shown in the drawing for clarity) which together with the walls 7 form the sides of an open box like the plate 2 forms a closed end wall for. The walls are provided with edge portions 8 to which a wire mesh 10 of mild steel is attached which forms the cathode. Plates 2 and 9 form the opposite end walls of a cathode box. The upper and lower side walls of each case shown in fig. 2 and 3 have outlets 10 and 11. In the units shown in fig. 5 and 6, the box has an outlet 47 which is connected to vessels or containers 48, each of which has an outlet 49 for gas, and an outlet 50 for

væske. liquid.

Claims

1. Bipolar electrode unit for a multielectrolytic cell for the production of chlorine and alkali metal hydroxide, which electrode unit comprises (a) an anode consisting of a plate (1) of a film-forming metal, preferably titanium, which has a coating on one side of an active electrode material, preferably platinum, and which is electrically conductively connected over a substantial part of the opposite side to a first plate (2) of iron or steel, and (b) a cathode consisting of a porous plate (9), preferably in the form of one woven metal wire cloth, of iron or steel, parallel to and arranged at a distance from, but in electrical connection with, the first plate (2) of iron or steel, the first plate ( 2) of iron or steel and the porous plate of iron or steel form the end walls of a cathode chamber, characterized in that the plate (1) of film-forming metal on the side facing away from the porous plate is provided with channels (3), which extend itself along the entire circumference of the plate (1).

2. Bipolar electrode unit as specified in claim 1, characterized in that the plate (1) of anode metal has the shape of a rectangular plate and that the channel (3) along one edge has at least one outlet (6,22) for liquids and/or gases while the channel (3) along the opposite edge has at least one inlet (5,21) for electrolyte.

3. Bipolar electrode unit as stated in claim 1 or 2, characterized in that the walls of the channel (3) along the entire circumference of the plate (1) of film-forming metal consist of folded edges of the plate (1) and that the channels (3) are open in the direction towards the center of the plate.