NO138254B

NO138254B - MEMBRANE CELL FOR PERFORMANCE OF ELECTROLYSIS PROCESSES, ESPECIALLY FOR ELECTROLYSIS OF ALKALICLORIDE SOLUTIONS

Info

Publication number: NO138254B
Application number: NO4729/72A
Authority: NO
Inventors: Pierre Bouy; Daniel Masure; Paul Collon; Jean-Marie Pigeaud; Bernard Sartre
Original assignee: Rhone Progil
Priority date: 1971-12-23
Filing date: 1972-12-21
Publication date: 1978-04-24
Also published as: FR2164495B2; JPS4878083A; CA979394A; AT319278B; NO138254C; SE388640B; BE793282A; ES409880A1; DE2262525B2; GB1405609A; FR2164495A2; DE2262525A1; CH562328A5; BR7209044D0; US3891531A; IT1052122B; NL7217438A

Description

Oppfinnelsen angår memhrancellér, særlig for elektrolyse av alkalikloridlbsninger, og som omfatter flate og hule metalliske anoder, hvori minst en av de to parallelle sider utgjores av en perforert plate eller et gitter fremstilt av titan, eller av et metall eller en legering med analoge anodeegenskaper, samt utstyrt med forlengelser for strominntak og fastspenning av anodene på bunnplaten i cellene. The invention relates to membrane cells, in particular for the electrolysis of alkali chloride solutions, and which comprise flat and hollow metallic anodes, in which at least one of the two parallel sides is made of a perforated plate or a grid made of titanium, or of a metal or an alloy with analogous anode properties, as well as equipped with extensions for current intake and clamping of the anodes on the base plate in the cells.

Det er kjent at <3et i forbindelse med elektrolyseceller er interesse for å erstatte tidligere anvendte grafittanoder med anoder av titan eller av metaller eller legeringer med analoge anodeegenskaper; og som er dekket av et ledende belegg som ikke angripes av de elektrolytiske losninger. It is known that, in connection with electrolytic cells, there is an interest in replacing previously used graphite anodes with anodes of titanium or of metals or alloys with analogous anode properties; and which is covered by a conductive coating that is not attacked by the electrolytic solutions.

I det franske patentskrift nr. 1.600.249 er det beskrevet ut-forelser hvor slike metallanoder er forlenget med metallstykker som tjener som fastmontering av anodene på bunnplaten i cellene og samtidig for inntak av elektrisk strom. In the French patent document no. 1,600,249, embodiments are described where such metal anodes are extended with metal pieces which serve as fixed mounting of the anodes on the bottom plate in the cells and at the same time for intake of electric current.

Fra britisk patentskrift nr. 1.127.484 er det videre prinsippielt kjent en membrancelle for utforelse av elektrolyseprosesser, særlig for elektrolyse av alkalikloridlbsninger, og som omfatter en bunnplate av metall samt et antall vertikale og hule anoder som hver er utstyrt med to parallelle sider, hvorav i det minste den ene utgjores av en perforert plate av titan eller et metall med likeartede egenskaper, eventuelt en legering av sådanne metaller, idet anodene er forbundet med bunnplaten ved hjelp av hver sin forlengelse i form av en hovedsakelig vertikal, sylindrisk monteringsstav som utgjores av en aksial indre kjerne av et metall med god elektrisk ledningsevne og som er omsluttet av en kappe av titan eller et metall med likeartede egenskaper, eventuelt en legering av sådanne metaller, hvorunder nevnte monteringsstaver ved sin ovre ende er fastsveiset mellom anodens to parallelle sider og ved sin nedre ende er fort inn i utborede hull i bunnplaten, som sammen med sidevegger danner et elektrolysékar som inneholder nevnte anoder. From British patent document no. 1,127,484, a membrane cell is also known in principle for carrying out electrolysis processes, in particular for the electrolysis of alkali chloride solutions, and which comprises a metal bottom plate and a number of vertical and hollow anodes, each of which is equipped with two parallel sides, of which at least one is made of a perforated plate of titanium or a metal with similar properties, possibly an alloy of such metals, the anodes being connected to the bottom plate by means of each extension in the form of a mainly vertical, cylindrical mounting rod made of an axial inner core of a metal with good electrical conductivity and which is surrounded by a jacket of titanium or a metal with similar properties, possibly an alloy of such metals, under which said mounting rods are welded at their upper end between the two parallel sides of the anode and at its lower end is fast into drilled holes in the bottom plate, which together with the side walls form an electrolysis vessel containing said anodes.

På denne bakgrunn av kjent teknikk har imidlertid membrancellen On this background of prior art, however, the membrane cell has

i henhold til foreliggende oppfinnelse som særtrekk at kappen slutter ved bunnplatens overside og den ytterste, blottlagte ende av kjernen befinner seg, direkte eller gjennom en distan-sering med god ledningsevne, i kontakt med bunnplaten, mens en ringformet skive som er sveiset til kappens nedre ende, er anordnet for avtetning av bunnplatens overside rundt det tilordnede hull. Ytterligere særtrekk ved oppfinnelsens membrancelle vil fremgå av de oppstilte underkrav. according to the present invention as a distinctive feature that the jacket ends at the upper side of the bottom plate and the outermost, exposed end of the core is, directly or through a spacer with good conductivity, in contact with the bottom plate, while an annular disk that is welded to the lower of the jacket end, is arranged for sealing the upper side of the bottom plate around the assigned hole. Further special features of the membrane cell of the invention will be apparent from the listed sub-claims.

Foreliggende anordning i henhold til oppfinnelsen er basert på den grunnleggende erkjennelse at det for å sikre såvel god elektrisk kontakt forbindelse som hensiktsmessig tetning, er nodvendig å innbyrdes adskille de midler som sikrer elektrisk forbindelse og de som sorger for tetningen og samtidig for feste av elektroden. The present device according to the invention is based on the basic recognition that in order to ensure both good electrical contact and suitable sealing, it is necessary to separate the means which ensure electrical connection and those which ensure the sealing and at the same time the attachment of the electrode.

I henhold til foreliggende oppfinnelse er således de forlengelser som understotter anodene festet til cellens bunn på en slik måte at det sikres en godt ledende elektrisk strombane beskyttet mot korrosjon, samtidig som det oppnås tett forbindelse på sådan måte at elektroden sammen med sin understottende forlengelse kan demonteres fra cellen. Det skal også spesielt påpekes at det innvendig i cellen, hvilket vil si i kontakt med de korroderende forbindelser, ikke finnes noen festeanordninger som bolter, stifter, nagler eller lignende, idet alle anordninger av denne type er forlagt på cellens ytterside og således kan være utfort i godt ledende metall, slik som f.eks. kobber eller aluminium, uten hensyn til om disse metaller er folsomme for korrosjon. According to the present invention, the extensions that support the anodes are thus attached to the bottom of the cell in such a way that a well-conducting electrical current path is ensured protected against corrosion, while at the same time a tight connection is achieved in such a way that the electrode together with its supporting extension can be dismantled from the cell. It should also be particularly pointed out that there are no fastening devices such as bolts, pins, rivets or the like inside the cell, which means in contact with the corrosive compounds, since all devices of this type are placed on the outside of the cell and can thus be removed in well-conducting metal, such as e.g. copper or aluminium, regardless of whether these metals are susceptible to corrosion.

For ytterligere å anskueliggjøre oppfinnelsen vil denne i det folgende bli nærmere beskrevet under henvisning til de ved-fbyete tegninger, hvorpå: Figurene 1, 2 og 3 viser hvert sitt utfbrelseseksempel av oppfinnelsens anordning. Fig. 1 viser den nedre del av en anodeforlengelse som er festet til bunnplaten i en celle. Selve anoden er sammensatt av to titanplater som langs sine vertikale midtakser er sveiset på en kappe 20 av titan som omslutter en sylindrisk kobberstav 12. Forlengelsen 11 utgjores av nevnte sylindriske sammensatte stav av kobber og titan. Den nedre del av kjernen 12 er blottet over et avsnitt som tilsvarer tykkelsen av cellens bunnplate 13, som er fremstilt av stbpt aluminium. En kanal 14 i kjernen 12 av kobber gjor det mulig ved sirkulasjon av flytende nitrogen å senke kjerneendens temperatur på en slik måte at montering og demontering kan utfores ved termisk krympning i et tilpasset hull i bunnplaten 13. For å oppnå beskyttelse mot korrosjon er bunnplaten i cellen dekket av en plate 15 av titan, hvori det er anordnet koaksiale, sirkulære åpninger omkring de hull hvor anodeforlengelsene skal festes. Den oppbbyde kant rundt en av disse åpninger er vist ved 16. Et stykke 17 i form av en skive forsynt med kant 18 og fremstilt av en plate av titan med samme tykkelse som titanplaten 15, er sveiset ved 19 til kappen 20 på forlengelsen 11, mens kantene 16 og 18 er sammensveiset ved 21. Denne sveis kan åpnes for demontering av anoden. Fig. 2 viser likeledes en forlengelse av en anode som er festet til bunnplaten av en celle. Denne figur viser også en sylindrisk stav 11 sammensatt av kobber og titan, idet en titankappe 20 er påfbrt en kobberkjerne 12, hvis nedre ende er blottlagt og forsynt med en indre kanal 14 for avkjbling. I denne utfbrelse er bunnplaten 13 i cellen dekket av en titanplate 22 som er forsynt med sirkulære åpninger for innfbring av forlengelsene i feste-hull i bunnplaten. På kappen 20 av den sammensatte stav 11 er det sveiset en skive 23 av titan som sammen med en ringpakning 24 sikrer avtetning av bunnplatens overside rundt festehullet. Fig. 3 viser den nedre del av en anodeforlengelse samt en anordning for elektrisk forbindelse mellom kjernen av for- In order to further illustrate the invention, it will be described in more detail in the following with reference to the attached drawings, on which: Figures 1, 2 and 3 each show a different embodiment of the device of the invention. Fig. 1 shows the lower part of an anode extension which is attached to the bottom plate of a cell. The anode itself is composed of two titanium plates which are welded along their vertical center axes to a jacket 20 of titanium which encloses a cylindrical copper rod 12. The extension 11 is made of said cylindrical composite rod of copper and titanium. The lower part of the core 12 is exposed over a section corresponding to the thickness of the cell's bottom plate 13, which is made of stbpt aluminium. A channel 14 in the copper core 12 makes it possible, by circulation of liquid nitrogen, to lower the temperature of the core end in such a way that assembly and disassembly can be carried out by thermal shrinkage in a suitable hole in the base plate 13. To achieve protection against corrosion, the base plate is in the cell covered by a plate 15 of titanium, in which coaxial, circular openings are arranged around the holes where the anode extensions are to be attached. The raised edge around one of these openings is shown at 16. A piece 17 in the form of a disk provided with an edge 18 and made from a plate of titanium of the same thickness as the titanium plate 15, is welded at 19 to the jacket 20 of the extension 11, while the edges 16 and 18 are welded together at 21. This weld can be opened for dismantling the anode. Fig. 2 likewise shows an extension of an anode which is attached to the bottom plate of a cell. This figure also shows a cylindrical rod 11 composed of copper and titanium, a titanium jacket 20 being placed over a copper core 12, the lower end of which is exposed and provided with an inner channel 14 for disconnection. In this embodiment, the bottom plate 13 in the cell is covered by a titanium plate 22 which is provided with circular openings for inserting the extensions into attachment holes in the bottom plate. On the jacket 20 of the composite rod 11, a disc 23 of titanium is welded which, together with an o-ring 24, ensures sealing of the upper side of the bottom plate around the attachment hole. Fig. 3 shows the lower part of an anode extension as well as a device for electrical connection between the core of the

lengelsen og den metalliske bunnplate i cellen. I denne figur består anodeforiengelsen av en sylinderformet kobberkjerne 25 the elongation and the metallic bottom plate in the cell. In this figure, the anode connection consists of a cylindrical copper core 25

belagt med en titankappe 26. En skive 27 er sveiset til kappen 26 og forsynt med en ringpakning 28. Den blottlagte nedre ende 29 av kjernen er her forsynt med en kanal 30 for uttapping av eventuell elektrolytt-lekkasje samt en skruegjenge helt ytterst. Bunnplaten 31 av kobber er forsynt med hull for feste av den blottlagte ende av de forskjellige anodeforlengelser samt beskyttet av en plate 32 av titan som er forsynt med åpninger som tilsvarer nevnte hull i bunnplaten 31. Diameteren av festehullene i bunnplaten 31 er slik at det oppnås et ring- coated with a titanium sheath 26. A disk 27 is welded to the sheath 26 and provided with an O-ring 28. The exposed lower end 29 of the core is here provided with a channel 30 for draining any electrolyte leakage as well as a screw thread at the very outside. The bottom plate 31 of copper is provided with holes for attaching the exposed end of the various anode extensions as well as protected by a plate 32 of titanium which is provided with openings corresponding to said holes in the bottom plate 31. The diameter of the attachment holes in the bottom plate 31 is such that it is achieved a ring-

formet mellomrom på utsiden av den blottlagte kjerneende 29, shaped space on the outside of the exposed core end 29,

hvilket gjor det mulig å plassere en eller flere elastiske kontaktringer 33 for å sikre den elektriske forbindelse mellom anodeforiengelsene og cellens bunnplate, som tjener som strom- which makes it possible to place one or more elastic contact rings 33 to ensure the electrical connection between the anode connections and the cell's bottom plate, which serves as current

leder for tilforsel av strom til anodene. Fastmontering av anodeforiengelsene på bunnplaten 31 utfores ved hjelp av en mutter 34 som påsettes den gjengete ytterste ende av kjernen 12. conductor for the supply of current to the anodes. Fixing of the anode connections on the bottom plate 31 is carried out by means of a nut 34 which is attached to the threaded outer end of the core 12.

Claims

1. Membrane cell for carrying out electrolysis processes, in particular for the electrolysis of alkali chloride solutions, and which comprises a bottom plate (13) of metal and a number of vertical and hollow anodes, each of which is equipped with two parallel sides (1), of which at least one is made of a perforated plate of titanium or a metal with similar properties, possibly an alloy of such metals, the anodes being connected to the bottom plate by means of each extension (11) in the form of a mainly vertical, cylindrical mounting rod which is made up of an axial inner core (12) of a metal with good electrical conductivity and which is surrounded by a sheath (20) of titanium or a metal with similar properties, possibly an alloy of such metals, under which said mounting rods are welded at their upper end between the anode's two parallel sides and by its

lower end is quickly inserted into drilled holes in the bottom plate (13)/ which, together with the side walls, form an electrolytic vessel containing said anodes, characterized in that the jacket (20) ends at the top of the bottom plate and the outermost, exposed end of the core (12) is located , directly or through a spacer ring with good conductivity, in contact with the bottom plate (13), while an annular disk (17, 23, 27) which is welded to the lower end of the jacket, is arranged to seal the upper side of the bottom plate around the assigned hole .

2. Cell as specified in claim 1, characterized in that the exposed end of the core (12) is fixed by thermal shrinkage in the assigned hole in the bottom plate (13).

3. Cell as stated in claim 2, characterized in that the exposed end of the core (12) is provided with internal channels (14) for the supply of cooling liquid during the thermal shrinkage.

4. Cell as specified in claims 1-3, characterized in that a sealing compound

(16) is arranged between the ring-shaped disk (17) and the bottom plate/ (13). /..../'.'.-i-v'

5. Cell as stated in claim 4, characterized in that the sealing connection is formed by a welding connection (16, 18) between the annular disk (17) and a coating (15) which forms the top layer of the bottom plate. 6„ Cell as specified in claim 4, characterized in that the sealing connection is formed by a gasket (24, 27) between the annular disk (23, 27) and the bottom plate (13, 31).