SE460484B

SE460484B - Bipolar electrode arrangement

Info

Publication number: SE460484B
Application number: SE8801715A
Authority: SE
Inventors: A Ullman; M Norell
Original assignee: Eka Nobel Ab
Priority date: 1988-05-05
Filing date: 1988-05-05
Publication date: 1989-10-16
Also published as: SE8801715D0

Abstract

The base plate incorporates an anodic part and a cathodic part, and the electrodes are so positioned that the plates from adjacent electrodes are interleaved. A casing of anodic active material or with anodic active coating is placed around the edge of the base plate cathodic part but insulated from it, and in good metallic contact with the anode plates, with at least two of the edges sides being covered. The casing is of Ti, and the distance between it and the base plate edge is identical to that between the interleaved electrodes i.e. 0.5-15 mm.. The base plate incorporates a titanium plate on its anode functioning side, whilst on its cathode functioning side it has a plate of iron or steel.

Description

460 484 10 15 20 25 30 35 A de tunnare katodbladen oh -vwhïrﬂïp _,- , _, . . .,._............\_._ 2 syrgasbildande förlustreaktionerna och temperaturen stiger. 460 484 10 15 20 25 30 35 A the thinner cathode blades oh -vwhïr ﬂ ïp _, -, _,. . ., ._............ \ _._ 2 the oxygen-forming loss reactions and the temperature rise.

Den produceradel våtgasens innehåll av syrgasd kan då lätt överskrida. explosionsgränsen och en allvarlig olycka in- träffa. Av stor betydelse för säkerheten 1 anläggningen år därför att undertrycka eller eliminera korrosionen.The content of oxygen produced in the wet gas can then easily exceed. the explosion limit and a serious accident occur. Of great importance for the safety of the plant is therefore to suppress or eliminate corrosion.

I bipolära cellboxar har korrosionen mlnskats genom att utföra väggar, lock och botten 1 icke-ledande material som t ex gummi och termoplaster. Katoderna är emellertid ofta av enkla kolstàl. V ' A Ett proble 1 tidigare cellkonstruktloner med bipo- lära elektroder är den kraftiga korrosionen på stålkato« derna, dels under drift p g a läckstrdmarv och dels vid stopp, p g a galvaniska effekter. I en del fall har försök gjorts för att kringgå problemet genom att sätta in katoder av titan (US 3.819.503). Dessa har eeellertid flera nackde- lar: Cellspânníngen ökar med 300 mv, vilket för en hel box om 4 - 6 spänningsfall ger 1,2 - 1,8 V, vilket ger en högre energiförbrukning än vid användande av stàlkatoder. vidare reagerar titan med den hildade vätgasen under bildning av spräd titenhydrid, och inducera spänningar i katoderna, så att dessa bágoar, Härvid begränsas katodernas livslängd till l ökas energiförbrukningen ytterligare genom ökad resistens i som tenderar att flagna av -»Z år samt de större och oregelhondna elektrodgapen. ßeformationen medför dessutom. ojämn stron- och elektrolytflödesfördelning i elektrodgapen med risk för ojämnt aaodslitage, igensåttníngar mm.In bipolar cell boxes, corrosion has been reduced by making walls, lids and bottoms in non-conductive materials such as rubber and thermoplastics. However, the cathodes are often of simple carbon steel. V 'A A problem in previous cell construction lones with bipolar electrodes is the severe corrosion on the steel cathodes, partly during operation due to leakage wire marrow and partly at stoppages, due to galvanic effects. In some cases, attempts have been made to circumvent the problem by inserting titanium cathodes (US 3,819,503). However, these have several disadvantages: The cell voltage increases by 300 mv, which for a whole box of 4 - 6 voltage drops gives 1.2 - 1.8 V, which gives a higher energy consumption than when using steel cathodes. furthermore, titanium reacts with the precipitated hydrogen gas to form dispersed titanium hydride, inducing stresses in the cathodes, so that these beams, thereby limiting the life of the cathodes to l, further increase energy consumption by increasing resistance in which tends to flake off - »Z years and the larger and irregular electrode gaps. ßeformation also entails. uneven stron and electrolyte flow distribution in the electrode gap with risk of uneven aaod wear, clogging etc.

Andra sätt att försöka bemästra korrosionen har varit att förse inloppen till varje spänningsfell med en för- strypning, t ex ett smalt rör. äârigenom har resístansen för läckstrümmar ökats och ofattningen av dessa minskat.Other ways of trying to master the corrosion have been to provide the inlets to each voltage trap with a choke, such as a narrow pipe. As a result, the resistance to leakage currents has increased and their incomprehension has decreased.

Samtidigt har emellertid lntroducerats ett kraftigt mot- stàna för l-.farsxesrremnmgen i cellen och skapats vin/el- bildning och döda zoner i cellens underdel (US 3,766,044, Lenses) och även dålig srrmfamemmg. Försök har Gerra gjorts att anbringa en skyddsström under driftsstopp för att hålla katoderna polaríserade under den kritiska korro- sionspotentialn. Detta har emellertid inte avsedd effekt ii 10 15 20 25 3Û 35 ^erhàlles en mer »avståndet .mellan elektrodplattorna. lmycket lite ström gå den vägen, vilket gör att kanten blir 460 48å en bipolär cell, ty de små strömmar, som av ekonomiska och säkerhetsmässiga skäl kan anbringas, räcker enbart för att driva läckströmmar 1 systemet, ej för att polarisera katod~ ytorna 1 tillräcklig grad. Således förvärras korrosionen vid användande av 'skyddsström' 1 bipolära celler.At the same time, however, a strong resistance has been introduced to the l-pharyngeal mucosa in the cell and the creation of wine / electricity formation and dead zones in the lower part of the cell (US 3,766,044, Lenses) and also poor acidification. Attempts have been made by Gerra to apply a protective current during downtime to keep the cathodes polarized below the critical corrosion potential. However, this does not have the intended effect in that a greater distance is obtained between the electrode plates. very little current goes that way, which makes the edge 460 48a a bipolar cell, because the small currents, which for economic and safety reasons can be applied, are only enough to drive leakage currents in the system, not to polarize the cathode surfaces 1 sufficiently degree. Thus, corrosion is exacerbated by the use of 'protective current' in bipolar cells.

Föreliggande uppfinning har till ändamål att genom en förbättrad .elektrodkonstruktion mlnska korrosionen i en elektrolytisk cell med Wipolära elektroder.netta uppnås genom den anordning som framgår av patentkraven.The object of the present invention is to achieve, through an improved electrode construction, the corrosion in an electrolytic cell with Wipolar electrodes which is achieved by the device according to the claims.

Bipolära elektroder består av en basplatta och ett antal. på ömse sidor om och 1 huvudsak vinkelrätt mot denna fast anbringade inbördes parallella, vertikala elektrod~ plattor, varvid elektroderna är så placerade 1 cellboxen att elektrodplattorna från angränsande elektroder blir interfolierade. Normalt finns det en anodplatta mer än antalet katodplattor, så att elektrodpaketet efter samman- läggning avslutas på båda sidorna av anodplattor till skydd för de närmaste katodplattorna.Bipolar electrodes consist of a base plate and a number. on either side of and substantially perpendicular to this fixedly arranged mutually parallel, vertical electrode plates, the electrodes being so placed in the cell box that the electrode plates from adjacent electrodes are interleaved. Normally there is one anode plate more than the number of cathode plates, so that the electrode package after assembly is terminated on both sides of anode plates to protect the nearest cathode plates.

Det har nu anodiskt polaríserat hölje runt basplattans kant (den yta som är vinkelråt mot den yta av basplattan på vilken elektroderna år fästade) på ett visst avstånd från denna, fullständig strömbelastning på basplatte äârvid skyddas katodfâsten och basplatta från Höljet kan placeras runt 2 till 3 av dess visat sig att genom att placera ett ooh katoder. läckstrëmar vilka orsakar korrosion. runt hela basplattans kant eller sidor. v De yttersta elektrodplattorna i det sammanlagda elektrodpaketet är anodplattor, för att skydda de närmaste katodplattorna mot korrosion. Strömmen passerar från ano till katod där avstànden mellan dessa är kortast, således går strömmen från anodplattorna till katodplattorna i det' smala utryme som finns mellan plattorna där dessa är parallella. Avståndet mellan anodernas fria ände och bas- plattans kanter är emllertid mycket större än det inbördes Följaktligen kommer oskyddad for korrosion. Utan katodisk ström korroderar 460 484 :Lo 15 20 25 3% 35 4 kanten i“ lösningen. Genom att fästa ett hölje 1 framkanten på »de yttre anoderna, vilket hölje täcker basplattans kanter när elektroderna är interfolierade, kan avståndet mellan basplattans kanter och anoderna minskas. Avståndet blir 1 huvudsak lika stort som det inbördes avståndet mellan elektrodplattorna. Härvid kommer ström att passera från detta hölje till basplattans kanter. Dessa blir häri- genom skyddade från korrosion.f A V _ Höljet kan också med fördel användas i celler med aktiverade katoder. t ex substrat av stål, nickel, titan eller andra material försedda med katalytlsk ytbläggning.It now has anodically polarized housing around the edge of the base plate (the surface which is perpendicular to the surface of the base plate on which the electrodes are attached) at a certain distance therefrom, complete current load on the base plate thereby protecting the cathode mounts and base plate from the housing can be placed around 2 to 3 of its proved that by placing an ooh cathodes. leakage currents which cause corrosion. around the entire edge or sides of the base plate. v The outermost electrode plates in the overall electrode package are anode plates, to protect the nearest cathode plates from corrosion. The current passes from the anode to the cathode where the distance between them is shortest, thus the current goes from the anode plates to the cathode plates in the narrow space which exists between the plates where they are parallel. However, the distance between the free end of the anodes and the edges of the base plate is much greater than the mutual Consequently, it comes unprotected from corrosion. Without cathodic current, 460 484: Lo 15 20 25 3% 35 4 corrodes the edge of the solution. By attaching a housing 1 to the leading edge of the outer anodes, which housing covers the edges of the base plate when the electrodes are interleaved, the distance between the edges of the base plate and the anodes can be reduced. The distance becomes 1 substantially equal to the mutual distance between the electrode plates. In this case, current will pass from this housing to the edges of the base plate. These are thus protected from corrosion.f A V _ The casing can also be used to advantage in cells with activated cathodes. for example substrates of steel, nickel, titanium or other materials provided with catalytic surface coating.

Basplatten som elektrodplattorna är vara av alla kända elektriskt ledande och 1 kloratceller beständiga material. Det föredrages dock, att basplattan innefattar en titanplàt, som med fördel är sammanfogad med en annan plåt på sin som katod fungerande sida. Senna andra plåt kan vara av järn eller stål och kan fästas mot titan- plàten medelst sprängfogning eller annan metod' för intim sammanfogning. Storleken på basplattan kan lämpligen vara sådan att höjden är 0,3-1,2 m och bredden 0,2-1,5 m, föredragna värden är 0,4-0,6 m respektive 0,3-1,0 n.The base plate as the electrode plates are made of all known electrically conductive and 1 chlorate cell resistant materials. It is preferred, however, that the base plate comprises a titanium plate, which is advantageously joined to another plate on its side acting as a cathode. Senna other sheets can be made of iron or steel and can be attached to the titanium sheet by means of blasting joints or another method of intimate joining. The size of the base plate can suitably be such that the height is 0.3-1.2 m and the width 0.2-1.5 m, preferred values are 0.4-0.6 m and 0.3-1.0 n, respectively.

Pa basplattan är elektrodplattor fastsatta i huvudsak vinkelrätt mot plattan, lämpligen melelst svetsning ocnlel- ler hàrdlödning. Elektrodplattorna på anodsidan respektive katodsidan placeras lämpligen inbördes något förskjutna så att vid sammanställning av flera elektroder en rak cellrad erhålles, då katodplattorna placeras mellan anodplattorna.On the base plate, electrode plates are fixed substantially perpendicular to the plate, preferably between welding and brazing. The electrode plates on the anode side and the cathode side, respectively, are suitably placed slightly offset from each other so that when assembling several electrodes a straight cell row is obtained, when the cathode plates are placed between the anode plates.

Elektrodplattornas längd är 0.2 - 0.5 m. företrädesvis 0,3 - 0,4 m och höjden är 0,3 - 1,0 m, företrädesvis 0,4 - 0,7 m. Plattornas tjocklek är 0.5 - 10 mm, företrädesvis 1,5- 4,0 mm. _ Materialet i elektrodplattorna kan på katodsidan utgöras av järn eller stål och på anodsidan av ädelmetall- eller ädelmetalloxidbelagd titan. I stället för titan kan Ta. Nb, Zr eller Hf användas. Med âdelmetall avses Re, Ru, Ds, RÅ, Ir, ?d eller Pt.The length of the electrode plates is 0.2 - 0.5 m. Preferably 0.3 - 0.4 m and the height is 0.3 - 1.0 m, preferably 0.4 - 0.7 m. The thickness of the plates is 0.5 - 10 mm, preferably 1, 5- 4.0 mm. The material of the electrode plates may be on the cathode side of iron or steel and on the anode side of precious metal or precious metal oxide coated titanium. Instead of titanium can Ta. Nb, Zr or Hf can be used. Precious metal means Re, Ru, Ds, RÅ, Ir,? D or Pt.

Elektrodplattor av olika polaritet skall inte beröra varandra, utan skall hållas; åtskilda och helst med ett fästade vid kan V 5 10 15 20 25 1 30 35 i ': -'-'~I~\q~'wr<~“~v~ new-W", WW... .,,, ,_,.,.,4w,,,_ |r,,,,,.w.. . ._ J, 460 434 S väldefinierat och mellan elektrodens olika delar konstant inbördes avstånd av 0,5 f 4 mm, företrädesvis 1,3 - 3,1 mm. vAntalet katodplattor på varje basplatta är vanligen 19» 199, företrädesvis 39 - 99. Antalet anodplattor på varje basplatta är vanligen 20 - 200, företrädesvis 40 - 100.Electrode plates of different polarity should not touch each other, but should be held; separated and preferably with an attached to can 5 5 15 15 20 25 1 30 35 i ': -'-' ~ I ~ \ q ~ 'wr <~ “~ v ~ new-W", WW .... ,, ,, _,.,., 4w ,,, _ | r ,,,,,. W ..... J, 460 434 S well-defined and between the different parts of the electrode a constant mutual distance of 0.5 f 4 mm, preferably 1.3 - 3.1 mm The number of cathode plates on each base plate is usually 19-199, preferably 39-99. The number of anode plates on each base plate is usually 20-200, preferably 40-100.

Höljet är av titanmetallplåt, nät eller liknande belagt med anodiskt aktiv beläggning. som sådan kan använ- das samma material so anodplattorna tillverkas av. Höljets storlek blir beroende av basplattans storlek. Således är det lämpligt att höjden och bredden är sådan att avståndet till basplattan är 0,5-15 mm. företrädesvis 1,3-10 mm.The housing is made of titanium sheet metal, mesh or similar coated with anodically active coating. as such, the same material as the anode plates can be made of can be used. The size of the housing depends on the size of the base plate. Thus, it is suitable that the height and width are such that the distance to the base plate is 0.5-15 mm. preferably 1.3-10 mm.

Längden på höljet (d v s den utsträckning böljet har över basplattans kant) 0,025-0,08 m. _ V Strömtätheten på elektrodplattorna är! 1.5 - l4,5 is 1,9 - 3,1 kn/m2 och den totala ström- men genom elektrolysören år 5 - 500 kh, företrädesvis SG- ico ka. i ' Û ' Uppfinningen beskrives nu närmare med hjälp av figu- rerna. * ' Figur 1 visar i vy en bipolär elektrod.The length of the housing (ie the extent to which the wave has over the edge of the base plate) is 0.025-0.08 m. _ V The current density of the electrode plates is! 1.5 - 1.4.5 is 1.9 - 3.1 kn / m2 and the total current through the electrolyzer is 5 - 500 kh, preferably SG-ico ka. The invention is now described in more detail with the aid of the figures. Figure 1 shows in view a bipolar electrode.

Figur 2 visar ovanifràn den bipolära. elektroden i figur i med inskjutna elektrodçlattor från angränsande elektroder, samt med fastsatt hölje pà ytteranoderna.Figure 2 shows from above the bipolar. the electrode in figure i with inserted electrode plates from adjacent electrodes, and with a fixed cover on the outer anodes.

Figur 3 visar ett hölje i vy.Figure 3 shows a housing in view.

Figur 4 visar en cirkulär cellbox med bipolära elektroder inklusive hölje i snitt ovanifrån. V Figur 5 visar samma cellbox i snitt från sidan.Figure 4 shows a circular cell box with bipolar electrodes including casing in section from above. V Figure 5 shows the same cell box in section from the side.

Ett antal sådana bipolära elektroder (A) som figur i visar skjuts ihop så att anodplattor (2a) och katodplattor (Zk) från intilliggande bipolära elektroder-blir inter- folierade såsom framgår av figur 2. Som visas i figur 2 blir avståndet mellan de yttre anodernas framkanter och kanten (K) på basplattans (1) katodiska del (ik) större än avståndet mellan anod och katodplattorna. Följaktligen går ' mycket lite ström den vâgen.- Ett hölje (3) som visas i figur 3 fästes i de yttre anodplattorna pà elektroden.A number of such bipolar electrodes (A) as shown in Figure 1 are pushed together so that anode plates (2a) and cathode plates (Zk) from adjacent bipolar electrodes are interleaved as shown in Figure 2. As shown in Figure 2, the distance between the outer the leading edges of the anodes and the edge (K) of the cathodic part (ik) of the base plate (1) greater than the distance between the anode and the cathode plates. Consequently, very little current travels that way. A housing (3) shown in Figure 3 is attached to the outer anode plates of the electrode.

Eñljet fästes lämpligen med punktsvetsar (93 i ytterkanten kan vara 0,01-0,12 m, företrädesvis Lwywrgir. WW” ., _ 1 . 10 15 20 25 30 Vbasplattans vertikala kanter, såsom framgår av 460 484 6 _ på anodplattorna som figur 2 och 3 visar. Höljet år av titanmetallplát eller nät belagt med anodiskt aktiv belägg- ning. Det är ungefär lika långt som basplattans kant (Ky.The unit is suitably fastened with spot welds (93 in the outer edge may be 0.01-0.12 m, preferably Lwywrgir. WW "., _ 1. 10 15 20 25 30 V base plate of the base plate, as shown by 460 484 6 _ on the anode plates as figure 2 and 3. The casing is made of titanium metal plate or mesh coated with anodically active coating, which is approximately as long as the edge of the base plate (Ky.).

Höljet är i god metallisk kontakt med de yttre anoderna och utgör på så sätt en förlängning av dessa. Då den med hölje försedda elektroden skjutas ihop med katodsidan av en annan elektrod som figur 2 visar kommer höljet att täcka kanten (K) på basplattans katod del (ik) ,som visas 'i figur 2.The housing is in good metallic contact with the outer anodes and thus constitutes an extension of these. When the casing electrode is slid together with the cathode side of another electrode as shown in Figure 2, the housing will cover the edge (K) of the cathode part (ik) of the base plate, as shown in Figure 2.

Höljet är isolerat från kanten (K) med distansknappar eller -bitar (D), vilka med fördel är tillverkade av plast.The housing is insulated from the edge (K) with spacer buttons or pieces (D), which are advantageously made of plastic.

Avståndet mellani höljet och kanten (K) är lämpligen av samma storleksordning so avståndet mllan de interfolie- rade anod och katodplattorna, således 0,5 å 15 mm. företrä- desvis 1,3 - 10 mm. _ I ett enklare specialutförande kan böljar utformas lätt utvinklade (B) fram mot figur 3 om som förlängda ytteranoder, den horisontala delen av höljet utelämnas.The distance between the housing and the edge (K) is suitably of the same order of magnitude as the distance between the interleaved anode and the cathode plates, thus 0.5 to 15 mm. preferably 1.3 - 10 mm. In a simpler special design, waves can be designed slightly angled (B) towards Figure 3 if, as extended outer anodes, the horizontal part of the housing is omitted.

De bipolära elektroderna med sina höljen kan med fördel placeras i en elektrolysör som utgörs av en stående cylindrisk behållare (figur 4 och S). Benno omfattar en bottendel, en mellandel samt en toppdel. De bipolära elektroderna placeras i bottendelen såsom framgår av figur 5. Ett antal bipolära elektroder placeras så att elektrod? plattorna från angränsande elektroder blir interfolierade.The bipolar electrodes with their housings can advantageously be placed in an electrolyser which consists of a standing cylindrical container (Figures 4 and S). Benno comprises a bottom part, an intermediate part and a top part. The bipolar electrodes are placed in the bottom part as shown in Figure 5. A number of bipolar electrodes are placed so that the electrode? the plates from adjacent electrodes are interleaved.

Raden av bipolära elektroder avslutas i varje ände med en unipolâr anod respektive katod. Till dessa leder en anod- tilledare (+) respektive katodtilledare (-). Bottendelen har' inlopp .för vätska (4). Mellandelen utformas som ett cylindriskt rör utan pàstick eller förgreningar. Toppdelen utgör lock för cellen och har en välvd överdel med utlopp för gas och vätska (S).The row of bipolar electrodes ends at each end with a unipolar anode and cathode, respectively. An anode conductor (+) and cathode conductor (-) lead to these. The bottom part has an 'inlet for liquid (4). The intermediate part is designed as a cylindrical tube without sticks or branches. The top part forms a lid for the cell and has a curved upper part with an outlet for gas and liquid (S).

Claims

10 15 20 25 30 .ha O * C3_ ån Cñ -ïh 7 Patent claims. V V

Device for bipolar electrodes (A) intended for electrolytic halate production in an electrolyser, which electrodes comprise a base plate (1) and a number, on either side of and 1 substantially perpendicular thereto, fixedly mounted, mutually "parallel" electrode plates ( 2), wherein the base plate comprises an anodic part (1a) and a cathodic part (ik) and the electrodes are placed so that the electrode plates from adjacent electrodes are interleaved, characterized in that a high (33 of anodically active material or with anodic active coating is placed around the edge (K) of the cathodic part (ik) of the base plate but insulated from it 'and in good metallic contact with the anode plates, whereby at least two of the sides (K) sides are covered.

Device according to claim 1, characterized in that the needle is placed around three of the sides (K) sides.

Device according to claim 1, characterized in that the housing is made of titanium.

Device according to claim 1, characterized in that the distance between the housing and the edge of the base plate is. of the same order of magnitude as the distance between the interpolated electrodes.

Device according to claim 3, characterized in that the distance is 0.5 - 15 mm. 'A

Device according to claim 1, characterized in that the base plate comprises a titanium plate anode operating side. _ 'I

7. A device according to claim 5, characterized in that the base plate comprises a sheet of iron or steel on its cathode-side. c k n a t on his som