NO140072B - Metallanodekonstruksjon for en amalgamcelle - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse vedrører en metallanodekonstruksjon

for en amalgamcelle, omfattende en fordeler utformet som en omvendt kanalseksjon med en basis og to nedadrettede sideflenser, hvor en anodesøyle er festet til toppen av basisen, og hvor et perforert anodeflateelement er i elektrisk kontakt med begge sideflenser for føring av strøm gjennom anodesøylen, basisen, flensene og frem til anodeflaten og videre gjennom en saltlake og flytende metallisk katode beliggende nedenfor anodeflateelementet for utvikling av klorgass ved anodeflaten.

Anodekonstruksjoner med en strømfordeler utformet som en omvendt kanalseksjon er tidligere kjent i forskjellige utførelser, f.eks. fra B.R.D. off.skrift 1 667 812, US patentskrift 3 676 325, fransk patentskrift 2 071 647 og andre.

Ved driften av elektrolyseceller med en kvikksølv-amalgam-katode for fremstilling av klor er det gjort et flertall for-søk på å erstatte konvensjonelle grafittanoder med metallanoder av varierende utforming og sammensetninger. Generelt inkluderer disse utførelsesformer en strømfordeler med i det minste en anode-søyle festet på den øvre side av denne for tilføring av elektro-lyses trømmer . Fordeleren har i hovedsaken form av en omvendt kanalseksjon med en basis og to nedadrettede sideflenser som strekker seg ned fra dette.. En gjennombrutt anodeflate er festet på

de nedre sideflenser av disse vegger i avstand fra den øvre side av fordeleren. Den strøm som går via anodesøylen til fordeleren, ledes gjennom basisen og flensene frem til anodeflaten. Denne er vanlig fremstilt av et motstandsdyktig metall, f.eks. titan, niob, tantal eller zirkonium, som er kledt med i det minste et metall-oksyd fra gruppen rutenium, platina, iridium, rhodium og osmium eller blandinger av disse. Konstruksjonsmaterialer som er egnet som basismetall og som oksydsjikt er beskrevet i US patent 3 236 756, 3 265 526, 3 632 498 og 3 711 385.

Selv om metallanoder av denne art i hovedsaken er mer stabile under elektrolysedrift enn grafittelektroder, nedbrytes det virksomme oksydbelegg etter drift i lengere tid, og det blir nødvendig å fjerne anoden fra cellen og fornye oksydbelegget. Van-ligvis, må dette arbeide utføres på et annet sted, slik at det blir nødvendig å pakke og transportere de inaktive metallanoder. Det er ikke bare kostbart å foreta dette med de omfangsrike metallanoder, men ofte blir disse skadet da de ikke er utformet for hyppig håndtering, transport og emballering. Som følge av dette blir fordelene som oppnås ved benyttelse av metallanoder færre sammenlignet med grafittanoder, på grunn av større skader og om-kostninger under de nevnte omstendigheter.

Hensikten med oppfinnelsen er å tilveiebringe en metallanodekonstruksjon av den innledningsvis nevnte art som tillater en forenkling av demonterings- og påmonteringsarbeidet og en reduksjon av transportomkostningene i forbindelse med restituering av metallanoder.

Metallanodekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen utmerker seg i det vesentlige ved at anodeflateelementet utgjør en del av

en gurt som også omfatter to kontinuerlige metallskinner forløpen-de parallelt med hverandre og festet på en side av anodeflateelementet og anordnet slik at metallskinnene strekker seg kontinuerlig langs hver sin fordelerflens og er festet til denne ved hjelp av utenfra tilgjengelige festemidler for å tillate enkel atskil-lelse av det perforerte anodeflateelement fra fordeleren.

Konstruksjonen ifølge oppfinnelsen gjør det mulig at man istedenfor å demontere og transportere hele metallanoden med ano-def lateelementet , strømfordeleren og eventuelt anodesøylen demon-terer praktisk talt bare selve anodeflateelementet fra anodekonstruksjonen og overfører eller transporterer dette til det sted hvor restitueringsoperasjonen skal utføres.

Oppfinnelsen skal forklares nærmere nedenfor ved hjelp av eksempler under henvisning til tegningen, hvor: Fig. 1 er et sideriss delvis i snitt etter linjen 1-1 på fig. 2 av en utførelse for anodekonstruksjonen ifølge oppfinnelsen, fig. 2 er denne konstruksjon sett fra den nedre side, og fig.

3 er et riss som fig. 1 av en annen utførelse.

Den på fig. 1 viste metallanodekonstruksjon omfatter en anodesøyle 10 festet på toppen av en strømfordeler 11 som består av en basis 12 som forløper hovedsakelig vinkelrett på søylen og har sideflenser 13,14 ved de motstående langsgående kanter. Selv om flensene 13,14 ifølge tegningen ligger hovedsakelig vinkelrett på basisen 12, kan flensene 13,14 om ønskelig danne en vinkel på 0-75° med basisens 12 symmetriplan.

I en fordelaktig utførelse av oppfinnelsen er det ved de nedre kanter av sideflensene 13,14 anordnet endeflenser 15,16 som strekker seg ut fra disse hovedsakelig parallelt med basisen 12. De nedre sider 17,18 av endeflensene 15,16 ligger hovedsakelig i plan med hverandre.

På sin øvre side er langsgående skinner 19,20 festet til endeflenssidene 17,18 ved hjelp av kilesveiser 21,22 eller på annen konvensjonell elektrisk ledende måte, f.eks. ved punktsvei-sing, bolting e.l. Skinnene 19,20 er fremstilt av et overflate-filmdannende metall, f.eks. titan eller et annet metall eller en legering som er korrosjonsbestandig i en saltoppløsning og som tillater sveising av skinnene 19,20 til fordeleren 11 og sveising av et gjennombrutt anodeflateelement 23.

Anodeflateelementet 23 er festet ved hjelp av sveiser 24, 25 til den nedre side av skinnene 19,20 og danner sammen med skinnene 19,20 en gurt i anodekonstruksjonen. I en særlig utførelse av konstruksjonen (fig. 2) utgjør anodeflaten en rekke parallelle metallstenger anordnet i innbyrdes avstand. Disse stenger kan være runde, flate eller rektangulære. Imidlertid kan flaten 23 også ha form av en perforert plate eller skjerm, et nett, ekspan-dert metall e.l. Åpningene i anodeflaten omfatter generelt fra 25-70% og fortrinnsvis omkring 40-60% av den totale flate.

Basisen 12 har en rekke åpninger 27 for å muliggjøre passasje av klorgass ved elektrolysen på flaten 23 gjennom basisen til toppen av elektrolysecellen hvor gassen samles opp.

Flaten 2 3 er belagt med i det minste et oksyd av platina-metall (ikke vist) og fortrinnsvis med en blanding av metalloksyder, f.eks. som beskrevet i ovennevnte US patentskrifter. Den foretrukne oksydbekledning er en som inneholder ruteniumoksyd, men enhver passende blanding av oksyder kan benyttes. Typiske eksempler på egnede metalloksyder er platina-,rutenium-,iridium-, rhodium-,palladium- og osmiumoksyd.

På fig. 2 sees et delriss av anodekonstruksjonen på fig.

1 sett nedenfra, hvor anodeflaten 2 3 utgjøres av en rekke av de

nevnte metallstenger 26, som ved begge ender er festet til skinnene 19,20 ved hjelp av sveiser 24,25. En rekke gassåpninger 27

er som nevnt utformet i basisen 12 for å tillate passasje av klorgass gjennom dette til toppen av cellen (ikke vist), for oppsamling på konvensjonell måte. Som nevnt er skinnene 19,20 festet til de nedre flenssider 17,18 ved hjelp av kilesveiser (ikke vist på fig. 2). Søylene 10 er festet til den øvre side av basisen 12 ved friksjonssveising eller annen egnet teknikk.

Fig. 3 viser et snitt gjennom en annen utførelse av oppfinnelsen, hvor skinnene 19,20 er festet direkte på flensene 13, 14 i fordeleren 11. Her er endeflensene 15,16 utelatt og skinne--' ne er festet ved hjelp av kilesveiser 21,22. Dessuten strekker anodeflaten 23 seg utenfor skinnene 19,20. Her er avstanden mellom skinnene således mindre enn avstanden mellom de langsgående ytterkanter 28,29 av flaten 23. Den sistnevnte avstand er vanlig-vis omkring 100-300% og fortrinnsvis 100-200% av den førstnevnte avstand. Når de to avstander er like, er denne utforming særlig egnet til håndtering, pakking og transport, da kantene av flaten 23 blir avstivet av skinnene 19,20, slik at bøyning, brytning og vridning unngås. Ved å øke bredden av flaten 2 3 utover skinnene 19,20 (fig. 3) kan anoden bli mindre egnet til transport, men det kan ofte oppnås en forbedret strømfordeling på flaten 2 3 med denne utforming. Hvis det ønskes, kan det ved sveising (ikke vist) eller på annen måte festes avstivningselementer 30,31 ved den øvre side av kantene 28,29. Disse elementer plasseres fortrinnsvis parallelt med skinnene 19,20 og strekker seg i hele lengden av de nevnte kanter. Det er uønsket å plassere elementene 30,31 på den nedre side av flaten 23 da en berøring av disse med katoden kan føre til kortslutning av cellen. Elementene 30,31 er på fig. 3 vist som rektangulære stenger, men det kan benyttes enhver annen passende form, f.eks. L- eller l-formede profiler, valsetråd, en-ten rund eller firkantet, e.l. Elementene 30,31 er fortrinnsvis fremstilt av samme materiale som skinnene 19,20.

Utførelsen ifølge fig. 3 kan også kombineres med utførel-sen ifølge fig. 1 og 2. Hvis det ønskes, kan elementene 30,31 også anvendes i dette tilfelle.

US patent 3 676 325 beskriver typiske anodekonstruksjoner og fremstillingsmaterialer som kan brukes i forbindelse med den nye anodetype ifølge oppfinnelsen. Følgelig er innholdet av dette patent i sin helhet benyttet som referanse her, og den beskrevne anodesøyle som omfatter en titanhylse festet på toppen av strøm-fordeleren og omgir en aluminiumstang, som er friksjonssveiset på den øvre side av fordeleren som strøminnføring, anvendes fortrinnsvis som anodesøyle for denne oppfinnelse.

Den nye anodekonstruksjon ifølge oppfinnelsen er meget stabil og motstår vridning på grunn av metallskinnene 19,20 i for-kanal-

bindelse med strømfordelerens / profilform. Som resultat av dette kan det opprettholdes en bestående regulering av avstanden mellom anoden og en flytende kvikksølvkatode uten uønskede kortslutninger forårsaket av at den ene del av anodeflaten ligger lavere enn den andre. Dessuten er det, når anodeflaten ikke strekker seg utenfor skinnene 19,20, en relativt liten deformering av endene av metall-stengene eller en eventuell annen type anodeflate. Hvis imidlertid deler av denne flate strekker seg utenfor skinnene 19,20, kan disse deler bli deformert under transport, og anvendelse av slike anoder kan føre til kortslutninger eller dårlig strømfordeling av samme grunner som nevnt ovenfor med hensyn til vridning. Tilføyel-sen av elementene 30,31 ved ytterkantene av anodeflaten 2 3 medvir-ker til unngåelse av disse problemer.

Når det fastslåes at den gjennombrutte anodeflate i konstruksjonen ifølge oppfinnelsen krever et nytt belegg, f.eks. på grunn av en deformering av flaten, fjernes anodekonstruksjonen fra cellen. Behovet for en utskiftning av den gjennombrutte anodeflate kan bestemmes ved ovservasjon av øket motstand overfor det elektriske strømforløp under drift eller ved standardmålinger av den resterende bekledning. Etter fjernelsen fra cellen blir skinnene 19,20 med anodeflaten separert fra den øvrige del av anodekon-struks jonen, f.eks. ved fresing e.l., og det festes en ny anodeflate med skinner til konstruksjonen,og cellen kan settes i drift med et minimum av utetid. Den skadde eller ineffektive anodeflate med skinner kan da føres.til en gjenbehandling, og når den igjen er i funksjonsmessig form, kan den lagres til bruk når et annet sett av denne art må skiftes ut.

De følgende eksempler er anført for å definere oppfinnelsen nærmere. Alle deler og prosenter er ifølge vekt med mindre annet er spesifisert.

Eksempel 1

Det ble fremstilt 50 metallanoder til bruk i en kvikksølv-amalgamelektrolysecelle. Cellens, dimensjoner var omkring 12,8 x 1,4 x 0,3 m (lengde ca 42', bredde 4,5" og høyde 1')- Hver metallanode omfattet to anodesøyler festet på en strømfordeler med en anodetype ifølge fig. 2.

Hver anodesøyle omfattet en øvre stang av kobber med en diameter på ca. 32 mm (1,25") og en lengde på ca. 120 mm (4 5/8"). Denne kobberstang var friksjonssveiset til en aluminiumstang med en diameter på ca. 44 mm (1 3/4"). Den nedre ende av aluminium-stangen var friksjonssveiset til den øvre side av en fordelerpla-te. Al-Cu-søylen var omgitt av en titanhylse som også ved den nedre ende var friksjonssveiset til den øvre side av fordelerpla-ten. Titanhylsen hadde en lengde på ca. 263 mm (10,35") og en ytre diameter på ca. 50 mm (2"). ,kanal-

Strømfordeleren var utformet som en omvendt / profil med en basis og sider med en innbyrdes avstand på 187 mm (7 3/8"). Sidene som strakte seg nedover fra begge kanter av basisen, var hovedsakelig parallelle med en høyde på ca. 25 mm (1"). Ut fra den nedre kant av hver side strakte det seg parallelt med basisen en flens med en bredde på ca. 13 mm (V) •

Den nedre overflate av de nevnte flenser var maskinbear-beidet for å være i samme plan over hele lengden.

Anodeflateelementer ble festet på flensene som forklart

i forbindelse med fig. 1-3. Hvert element besto av en gurt omfattende en rekke parallelle stenger med innbyrdes avstand som ved endene ved sveising var festet til skinner 19,20 på fig. 1-3, som lå parallelle med hverandre ved endene av de nevnte stenger. Hver av disse hadde en titankjerne som var belagt med et oksydsjikt inneholdende ruteniumoksyd. Hver stang hadde en lengde på ca.

235 mm (9 1/8") og en diameter på ca. 3 mm (0,118"). Ca. 260 stenger var plassert i lik avstand langs bæreskinnene 19,20 som hadde en lengde på ca. 1,2 m (4,') og var fremstilt av titan med en bredde på ca. 9 mm (0,35") og en tykkelse på ca. 0,4 mm (0,15"). Dette anodeflateelement var festet til strømfordeleren ved hjelp av kilesveiser mellom den øvre side av bæreskinnene 19,20 og den nedre side av kanalprofilflensene.

Hver metallanode hadde et overflateareal på ca. 1,22 m ganger 0,24 m (48" ganger 9 5/16") med en gjennomsnittshøyde på ca. 415 mm (16 3/8"). Høyden av strømfordeleren og anodeflateelementet var til sammen ca. 30 mm (1 1/4"). Anodesøylene var plassert i midten av den øvre side av strømfordeleren med lengdeak-sene omtrent 300 mm (12") fra hver ende av denne.

Fem anoder av denne type ble samlet til et sett og plassert i cellen parallelt med hverandre under benyttelse av det apparat for justering av anodekatodeavstanden som er beskrevet i

US patent 3 574 073, og ti sett med hver fem anoder ble plassert

i cellen på denne måte.

Driften av cellen ble begynt ved å innføre strømmende kvikksølv og saltoppløsning gjennom denne med en konvensjonell teknikk for oppsamling av klor og regenerering av amalgam og saltoppløsning.

Cellen ble drevet ved 4,3 V med en spenningskoeffisient på ca. 0,12. Etter en utstrakt driftsperiode ble anodene fjernet fra cellen og de nevnte skinner og stenger ble skilt fra flensene ved bortfresing av kilesveisene. Nybelagte anodeflateelementer ble festet på flensene og cellen ble satt i funksjon igjen. De inaktive anodeflateelementer som ble fjernet, ble forsynt med nytt belegg for senere bruk.

Eksempel 2

Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt med metallanoder av tilsvarende utforming bortsett fra at stengene hadde en diameter på litt over 3 mm (0,115") og det ble benyttet ca. 300 av disse for å danne anodeflaten.

Eksempel 3

Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt bortsett fra at stengene var plane på den øvre og den nedre side og hadde en tykkelse på ca. 2,5 mm. Avstanden mellom stengene var ca. 1,25 mm og det ble anvendt ca. 260 av disse i anodeflaten..

Eksempel 4

Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt bortsett fra at stengene hadde en lengde på ca. 2 30 mm og strakte seg ca.

47 mm utenfor strømfordelerveggene.

Eksempel 5

Fremgangsmåten ifølge eksempel 1 ble gjentatt med anvendelse av anoder av samme type, bortsett fra at strømfordeleren ikke hadde flensér på de nevnte vegger som hver for seg var festet ved sveising direkte på bæreskinnene 19,20 på fig. 3.

I eksemplene 2-5 ble utskiftningen av anodeflatekomponen-tene foretatt på samme måte som i eksempel 1 og det ble konsta-tert en vesentlig reduksjon av utgiftene til transport og håndtering.

Claims (3)

1. Metallanodekonstruksjon for en amalgamcelle, omfattende en fordeler utformet som en omvendt kanalseksjon med en basis (12) og to nedadrettede sideflenser (13,14), hvor en anodesøyle (10) er festet til toppen av basisen, og hvor et perforert anodeflateelement er i elektrisk kontakt med begge sideflenser for føring av strøm gjennom anodesøylen, basisen, flensene og frem til anodeflaten (23) og videre gjennom en saltlake og en flytende metallisk katode beliggende nedenfor anodeflateelementet for utvikling av klorgass ved anodeflaten, karakterisert ved at anodeflateelementet (2 3) utgjør en del av en gurt som også omfatter to kontinuerlige metallskinner (19,20) forløpende parallelt med hverandre og festet på en side av anodeflateelementet (2 3) og anordnet slik at metallskinnene strekker seg kontinuerlig langs hver sin fordelerflens (13 ,14 ; 15 ,16) og er festet til denne ved hjelp av utenfra tilgjengelige festemidler (21) for å tillate enkel at-skillelse av det perforerte anodeflateelement fra fordeleren (11).

2. Anodekonstruksjon ifølge krav 1, karakterisert ved at en stav (30,31) er festet til oversidekanten av anodeelementet.

3. Anodekonstruksjon ifølge krav 1 eller 2,karakterisert ved at sideflensene (13,14) danner en vinkel mellom 0° og 75° med gurtens langsgående symmetriplan.