NO138255B - Bipolare demonterbare elektroder, saerlig for elektrolyse av alkalimetallhalogenid-loesninger - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår demonterbare bipolare

elektroder, hvis anodisk og katodisk aktive partier ligger innbyrdes adskilt.

Den kjente fordel ved disse bipolare elektroder er at de,

på grunn av sin direkte elektriske seriekobling, muliggjør anvendelse av stor effekt pr. overflateenhet, mens likeledes den elektriske strømtilførsel lettes.

Denne elektrodetype har lenge vært kjent, og elektrodenes

aktive partier kan være plane eller ha andre former, f.eks.

en bølgeform for å øke den aktive elektrolyseflate.

Ved de kjente utførelser av sådanne elektroder kan imidlertid

bare ganske få av de ellers tilgjengelige materialer anvendes.

På grunn av sin pris eller sin mangel på ønskede elektriske

og mekaniske^ egenskaper, representerer imidlertid heller ikke disse anvendbare materialer fullt ut tilfredsstillende tekniske løsninger, i det minste ikke for visse spesielle anvendelser,

slik som f.eks. elektrolyse av løsninger av alkalimetall-

klorider for fremstilling av klor og alkalimetall-lut.

Mulighetene for elektrolytisk anvendelse av metaller med

spesielle anodiske egenskaper, som f.eks. titan, zirkonium,

tantal, niob, wolfram og legeringer av disse metaller, når

de er dekket med et tynt lag av et edelmetall, har lenge vært kjent. Men det er først etter at titan er blitt det mest anvendte metall for andre formål i ovenfor angitte gruppe,

at et stort antall elektrolytiske anordninger er foreslått utført i dette metall. De elektrolytiske aktive, ledende belegg kan forøvrig, foruten metaller av platinagruppen, ut-gjøres av oksyder av disse metaller eller blandinger av nevnte oksyder. I industrien er det videre forsøkt anvendelse av

flere typer sammensatte produkter, slik som staver av godt ledende metaller, som f.eks. kobber eller aluminium, belagt med metaller som titan eller legeringer med liknende anodiske egenskaper, idet sådanne sammensatte konstruksjoner muliggjør vesentlig ned-setning av spenningstapene i forskjellige deler av sådanne metallanoder.

Elektrolytisk anvendelse av titan eller metaller og legeringer med tilsvarende anodiske egenskaper muliggjør imidlertid meget vesentlig økning av strømtettheten, samtidig som sådan anvendelse har kunnet bidra til løsning av problemene med utslipp av den gass som opptrer under elektrolysene, f.eks. ved anvendelse av gjennomhullede elektroder. Når det gjelder bipolare elektroder vil det være nødvendig å anordne de anodisk og katodisk aktive partier innbyrdes adskilt, og for dette formål er det tidligere foreslått(norsk patentansøkning nr. 4677/72) anvendelse av elektrolytisk aktive partier som kan være plane eller ha en hvilken som helst hensiktsmessig form f.eks. en bølgeform,

og av hvilke minst en er gjennomhullet, idet partiene er elektrisk og mekanisk forbundet over mellomliggende stykker sammensatt av et katodisk anvendbart metall, som f.eks. bløtt stål, som er belagt med titan eller et metall eller en legering med liknende anodiske egenskaper. En skillevegg tjener herunder til innbyrdes adskillelse av de elektrolytisk aktive partier med det formål å unngå elektrolytisk angrep og ufordelaktig strøm-lekkasje.

Det er videre foreslått visse andre utførelser av bipolare elektroder med krumme elektrolytisk aktive partier, som er montert på hver sin side av en skillevegg, f.eks. ved hjelp av gjengede stykker, som muliggjør demontering av disse partier. Sådanne løsninger som er mekanisk tilfredsstillende er imidlertid mindre tilfredsstillende elektrisk sett, idet den elektriske strømtilførsel finner sted over mer eller mindre gode kontaktflater og gjennom de gjengede montasjestykker. Dette resulterer i at motstanden i disse overgangskontakter kan være temmelig høy, og ikke den samme for forskjellige steder av kontaktflaten, samtidig som motstandsverdien kan forandre seg på ukontrollerbar måte under driftstiden.

Foreliggende oppfinnelse har som formål å overvinne disse alvorlige ulemper ved demonterbare bipolare elektroder, idet det opprettes spesielkonstruerte elektriske forbindelser mellom de anodisk og katodiske aktive partier.

Oppfinnelsen gjelder således en demonterbar bipolar elektrode, særlig for elektrolyse av alkalimetallhalogenid-løsninger, og som omfatter en anodeplate av titan eller et material med

lignende anodiske egenskaper og dekket av et ledende beskyttelsesbelegg, samt en katodeplate av et katodisk anvendbart metall, idet nevnte plater er innbyrdes adskilt av en skillevegg samt mekanisk og elektrisk løsbart sammenkoblet ved hjelp av to rekker av parvis sammensatte mellomstykker, og mellomstykkene i hvert par er tilsluttet hver sin av nevnte plater hvorav minst en er perforert.

På denne bakgrunn av teknikkens stilling har så den demonterbare bipolare elektrode i henhold til oppfinnelsen som særtrekk at mellomstykkene i hvert par er utformet slik i forhold til hverandre at de, når de er sammensatt ved hjelp av en skrue eller liknende, danner et tett hulrom som tjener til innkapsling av en elastisk innretning for opprettelse av elektrisk ledende forbindelse mellom mellomstykkene i vedkommende par.

Formålet ved en sådan konstruksjon er å gjøre de elektriske

kontakter uavhengig av den mekaniske sammenføyning-, som bare tjener til å sikre sammenstillingens mekaniske fasthet og tetthet. I praksis kan forskjellige løsninger anvendes for opprettelse av de innvendige kontakter i hulrommet for hvert par av mellomstykker. Sådanne kontakter kan f.eks. opprettes ved hjelp av et metall eller en legering i flytende form. Det kan imidlertid også anvendes en eller flere fjæranordninger som spenner mot hver av de to stykker for dannelse av elektrisk kontakt. Disse fjæranordninger kan f.eks. utgjøres av elastiske lameller eller være utformet som skruefjærer, eventuelt forsynt med kontaktstykker av grafitt sammenkoblet ved flettede ledere.

Innerflatene av de nevnte hulrom kan naturligvis behandles på

alle tidligere kjente måter for forbedring av nevnte strøm-

førende kontakter, f.eks. ved slipning, overflateforbedrende midler, påføring av metalliske belegg eller andre hensikts-

messige fremgangsmåter. Det vil være klart at sådanne utførelser stiller store krav til tettheten av det indre hulrom i de sammen-

føyde mellomstykker, og denne sikres ved hjelp av en eller flere pakninger av et plastmaterial som er motstandsdyktig mot på-

virkning fra det elektrolytiske miljø.

Det vil være innlysende at anvendelse av elektrolytisk aktive

plater, hvorav i det minste den ene er gjennomhullet, krever en skillevegg mellom platene, for derved å unngå elektrolytisk angrep på de aktive plater og også blanding av anolytten med katolytten samt strømlekkasje som en følge av dette. En sådan skillevegg kan være utført av elektrolytisk bestandig material,

såvel overfor anolytten som overfor katolytten, som f.eks. visse plastmaterialer, eller skilleveggen kan være utført av metall

med sideflater av innbyrdes forskjellig art, således at

ingen av platesidene angripes av den elektrolytt som den kommer i kontakt med. Når skilleveggen er av metall kan den være fastsveiset til de mellomstykker som er parvis sammenføyet og selv er fastsveiset til de elektrolytisk aktive plater. Når skilleveggen utgjøres av et ikke-metallisk material kan den være festet til de mellomstykker som er tilordnet ett og samme elektrolytisk aktive parti eller eventuelt være innklemt mellom de stykker som er sammenføyet til par. I de forskjellige utførelser sikres skilleveggens tetthet ved hjelp av pakninger som kan være de samme som tjener til sikring av tettheten mellom de mellom-

stykker som er parvis sammenføyet.

Det kan således konstrueres mange varianter av bipolare elektroder innenfor rammen av foreliggende oppfinnelse. For nærmere anskuelig-gjørelse av oppfinnelsen vil imidlertid et par utførelseseksempler bli særskilt beskrevet i det følgende under henvisning til de ved-

føyde tegninger, hvorpå:

Fig. 1 viser et lengdesnitt gjennom en første utførelse av oppfinnelsens elektrode; Fig. 2 viser elektroden i fig. 1 sett fra flatsiden;

Fig. 3 viser et snitt langs linjen A-A i fig. 2, og

Fig. 4 viser et utsnitt av en annen utførelseform av

oppfinnelsens elektrode.

Fig. 1 viser i detalj et par sammenføyde mellomstykker liksom et utsnitt av de anodisk og katodisk aktive plater som nevnte mellomstykker er fastsveiset til. Ved 1 er det vist et mellom-

stykke av titan i nevnte par, mens det annet mellomstykke som er utført i bløtt stål er vist ved 2. Disse to mellomstykker er inn-

byrdes sammenføyet ved hjelp av en skrue 3, mens mellomlegg av en pakning 4 sikrer tettheten. Den elektriske kontakt mellom de to mellomstykker sikres av en mellomliggende ring 5 som er utstyrt med elastiske lameller, som på hver side av ringen spenner mot en inntil-liggende innerflate av de to mellomstykker 1 og 2. Det anodiske

parti av den bipolare elektrode utgjøres av et utvalset blad av titan 6, som er sveiset til mellomstykket 1 over et sammensatt mellomlegg 7 av kobber og titan som strekker seg over hele elektrodehøyden og også tjener til av-

stivning av elektroden. Til det annet mellomstykket 2 i paret er det fastsveiset et katodeparti 8 som utgjøres av et gitter av bløtt stål, idet sveisingen er utført over et mellomlegg av bløt stålplate 9, som likeledes strekker seg over hele elektrodehøyden og tjener som avstivning. Adskillelse av anolytten fra katolytten sikres ved hjelp av en skillevegg lo av polyester, som er innklemt mellom de to mellomstykker 1 og 2, idet den påkrevede tetthet er sikret ved hjelp av pakninger 11.

Fig. 2 på tegningene viser elektroden som helhet sett fra flatsiden, mens fig. 3 viser et snitt gjennom elektroden og to par av sammenføyde mellomstykker, som sikrer den elektriske forbindelse mellom anodeplaten og katodeplaten. Ved 12 er det vist en ramme av polyester som er forbundet med og omslutter et tynt flak som danner skilleveggen lo mellom det anodiske parti 6 og det katodiske parti 8 av hver av de seks elektrode-enheter 13 som tilsammen utgjør den fullstendige elektrode. Par av mellomstykker 1 og 2 er vist ved 14, mens det ved 7 er vist de mellomlegg av kobber og titan som tjener som sveiseforbindelser mellom de anodiske partier 6 og stykkene 1, og ved 9 er vist de plater av bløtt stål som tjener som støttende mellomlegg mellom de katodiske partier 8 og stykkene 2. Detaljer som tetnings-pakninger og festeskruer er ikke vist i fig. 2 og 3.

Det utførelseseksempel som er angitt i fig. 4 på tegningene, gjelder en kontakt-.innretning i henhold til oppfinnelsen for en bipolar elektrode, hvis anodiske og katodiske parti er utført i bølgeform for å øke den aktive elektrolyseflate. Ved 14 er det skjematisk vist et par mellomstykker identisk med de stykker som er beskrevet i det forutgående eksempel, mens de

Claims (11)

1. foreliggende pakninger og festeinnretninger ikke er vist i denne figur. Skilleveggen er skjematisk angitt ved lo. Det anodiske parti utgjøres av et utvalset titanblad som er bølgeformet og dekket med platina 15, samt fastsveiset til sitt tilordnede mellomstykke i paret 14 over et mellomlegg sammensatt av kobber og titan og som også tjener som avstivning 16 for titanbladet. Det katodiske parti utgjøres av et bølge- formet gitter 17 av bløtt stål, som er sveiset til sitt til- ordnede mellomstykke i paret 14 over en mellomplate 18 av bløtt stål som også tjener som avstivning. En sådan utførelse muliggjør,, ved innbyrdes overensstemmelse mellom utstikkende partier på en første elektrode og tilbake- trukne partier på en umiddelbart påfølgende elektrode i en serie-koblet celle, en vesentlig økning av den elektrolytisk aktive flate. 1. Demonterbar bipolar elektrode, særlig for elektrolyse av alkalimetallhalogenid-løsninger, og som omfatter en anodeplate (6, 15) av titan eller et material med lignende anodiske egenskaper og dekket av et ledende beskyttelsesbelegg, samt en katodeplate (8, 17) av et katodisk anvendbart metall, idet nevnte plater er innbyrdes adskilt av en skillevegg (lo) samt mekanisk og elektrisk løsbart sammenkoblet ved hjelp av to rekker av parvis sammensatte mellomstykker (1, 2; 14), og mellomstykkene i hvert par er tilsluttet hver sin av nevnte plater (6, 8; 15, 17), hvorav minst en er perforert;karakterisert ved at mellomstykkene (1, 2) i hvert par (14) er utformet slik i forhold til hverandre at de, når de er sammensatt ved hjelp av en skrue (3) eller lignende, danner et tett hulrom som tjener til innkapsling av en elastisk innretning (5) for opprettelse av elektrisk ledende forbindelse mellom mellomstykkene (1, 2) i vedkommende par.
2. 2. Elektrode som angitt i krav 1,karakterisert ved at den elektriske

   kontakt mellom mellomstykkene (1, 2) i hvert par (14) oppnås ved hjelp av et metall eller en legering i flytende tilstand.
3. 3. Elektrode som angitt i krav 1,

   karakterisert ved at skilleveggen (lo) er av metall.
4. 4. Elektrode som angitt i krav 1,

   karakterisert ved at skilleveggen (lo) er isolerende og beskyttet mot eller ufølsom for korrosjon.
5. 5. Elektrode som angitt i krav 1, 3 eller 4, karakterisert ved at skilleveggen (lo) er innklemt mellom mellomstykkene (1, 2) i hvert par (14).
6. 6. Elektrode som angitt i krav 1, 3 eller 4, karakterisert ved at skilleveggen (lo) er

   \ festet, fortrinnsvis ved sveising, til de mellomstykker (1 eller 2) som er forbundet med samme elektrolytisk aktive plate av elektroden.
7. 7. Elektrode som angitt i krav 1,

   karakterisert ved at de rekker av mellomstykker (1, 2) som er innbyrdes parvis sammenføyd, er direkte sveiset til hver sin av de elektrolytisk aktive plater (6, 8).
8. 8. Elektrode som angitt i krav 1,

   karakterisert ved at minst en av de rekker av mellomstykker som er parvis innbyrdes forbundet, er sveiset til sin tilordnede plate over et støttende mellomlegg (16, 18).
9. 9. Elektrode som angitt i krav 8,

   karakterisert ved at de støttende mellomlegg (16) for anodeplaten (15) utgjøres av et godt ledende metall belagt med titan eller et material med lignende anodiske egenskaper.
10. 10. Elektrode som angitt i krav 1-9, karakterisert ved at anodeplaten (6) og katodeplaten (8) er plane. (Fig. 1).
11. 11. Elektrode som angitt i krav 1-9, karakterisert ved at minst en av de elektrolytisk aktive plater (15, 17) oppviser en aktiv over-flate som er større enn den plane plateutstrekning av den sammenstilte bipolare elektrode. (Fig. 4).