DE1251285B - Comb-like metal anode - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

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DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

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Deutsche Kl.: 12h-2German class: 12h -2

C 2 5 B - 1/38/C 2 5 B - 1/38 /

Nummer: 1 251 285Number: 1 251 285

Aktenzeichen: D 43678 VI b/12 hFile number: D 43678 VI b / 12 h

Anmeldetag: 20. Februar 1964 Filing date: February 20, 1964

Auslegetag: 5. Oktober 1967Open date: October 5, 1967

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Metallanode und eine Anordnung von Metallanoden in Elektrolysezellen mit flüssiger Kathode, insbesondere in Zellen für die Chlor-Alkali-Elektrolyse, wobei die Anode aus einem Metallblech, z. B. aus Titan, Tantal oder Zirkonium, besteht und die wirksame Anodenfläche mit einem Edelmetall, z. B. mit Platin, bedeckt ist.The present invention relates to a metal anode and an arrangement of metal anodes in electrolysis cells with a liquid cathode, in particular in cells for chlor-alkali electrolysis, wherein the anode made of sheet metal, e.g. B. made of titanium, tantalum or zirconium, and the effective Anode surface with a noble metal, e.g. B. is covered with platinum.

Es sind Metallanoden und Anodenanordnungen bekannt, bei denen als Stromzuführung zu der wirksamen Anodenfläche titanummantelte Kupferzuführungen, z. B. in Form von Rohren, Stäben oder Schienen, verwendet werden, die von außen in die Zelle eingeführt und mit der eigentlichen Titanblechanode, gegebenenfalls in mehrfachen Windungen, z. B. durch Verschweißen elektrisch leitend verbunden werden. Die Herstellung solcher Anoden wird durch die Schweißverbindungen und die notwendige Titanummantelung der Stromzuführung kompliziert und teuer, und die spezifische Strombelastung der wirksamen Anodenfläche ist ungleichmäßig.There are metal anodes and anode assemblies known in which as a power supply to the effective Anode surface titanium-coated copper leads, e.g. B. in the form of tubes, rods or Rails are used, which are inserted into the cell from the outside and are connected to the actual titanium sheet anode, possibly in multiple turns, e.g. B. electrically connected by welding will. The manufacture of such anodes is made necessary by the welded joints and the Titanium coating of the power supply complicated and expensive, and the specific current load the effective anode area is uneven.

Es ist auch bekannt, Titanbleche selbst für die Stromzuleitung zur wirksamen Anodenfläche zu benutzen. In diesem Fall ragen die Bleche aus dem Elektrolyseraum der Zelle heraus und übernehmen die Stromzuführung nach innen. Im Innern der Zelle dienen sie als Anodenfläche.It is also known to use titanium sheets themselves for the current supply to the effective anode surface. In this case, the metal sheets protrude from the cell's electrolysis room and take over Power supply to the inside. Inside the cell, they serve as an anode surface.

Für die Durchführung von Elektrolyseprozessen, bei denen an der Anode Gase entwickelt werden, ist es besonders wichtig, für eine schnelle Abführung dieser Gase aus dem Anodenraum zu sorgen, da sich sonst leicht Gaspolster auf der Anodenfläche ausbilden, die, wie bekannt, den Stromfluß von der Anode zur Kathode innerhalb des Elektrolyten erheblich beeinträchtigen und zu einer unerwünschten Erhöhung der Zellenspannung und damit des Energieverbrauchs führen.For the implementation of electrolysis processes in which gases are developed at the anode it is particularly important to ensure that these gases are quickly removed from the anode compartment, since Otherwise it is easy to form gas cushions on the anode surface, which, as is known, the current flow from the anode significantly affect the cathode within the electrolyte and lead to an undesirable increase the cell voltage and thus the energy consumption.

Man hat deshalb bei den bekannten Anodenausführungen die Anodenbleche mit Schlitzen oder Löchern versehen. Bei solchen Elektroden ist aber durch den Herstellungsprozeß stets ein gewisser Abfall an teurem Elektrodenmaterial bedingt.One therefore has the anode sheets with slots or in the known anode designs Make holes. With such electrodes, however, there is always a certain amount of waste due to the manufacturing process due to expensive electrode material.

Es sind auch Anoden aus Streckmetall bekannt, die aber den großen Nachteil haben, daß der für die Stromleitung in der Anode selbst ursprünglich zur Verfügung stehende Querschnitt durch den Herstellungsprozeß stark verringert wird, besonders wenn die Streckrichtung in der Richtung des Stromdurchganges liegt.There are also anodes made of expanded metal known, but they have the major disadvantage that the for Power line in the anode itself originally available cross-section through the manufacturing process is greatly reduced, especially if the direction of stretching is in the direction of current passage lies.

Weiterhin sind Metallanoden bekannt, die eine kammartige Form besitzen. Bei diesen bekannten Anoden werden Blechstreifen auf einem Träger be-Kammartige MetallanodeFurthermore, metal anodes are known which have a comb-like shape. With these known anodes be metal strips on a carrier be-comb-like metal anode

Anmelder:Applicant:

Deutsche Gold- und Silber-ScheideanstaltGerman gold and silver refinery

vormals Roessler,formerly Roessler,

Frankfurt/M., Weißfrauenstr. 9Frankfurt / M., Weißfrauenstr. 9

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Dr.-Ing. Edgar Hausmann, BerlinDr.-Ing. Edgar Hausmann, Berlin

festigt, wobei die Zähne auch senkrecht auf der gemeinsamen Stromzuführung stehen können. Eine derartige Ausführung ist bei der Anwendung von Titan als Trägermetall sehr schwer herzustellen.strengthens, whereby the teeth can also be perpendicular to the common power supply. Such a one Execution is very difficult to manufacture when using titanium as the carrier metal.

Gegenstand der Erfindung ist eine Ausführungsform einer derartigen kammartigen Metallanode, die in sehr einfacher Weise herstellbar ist. Erfindungsgemäß besteht der die einzelnen Zähne tragende, der Stromzuführung dienende Steg und die Zähne selbst aus einheitlichem Material und sind aus einem Stück gefertigt, wobei die Zähne und der Steg in solchem Winkel zueinander abgebogen sind, daß die Zähne parallel zur Kathodenoberfläche angeordnet werden können und gleichzeitig der Steg aus dem Elektrolysierbad herausragen kann.The invention relates to an embodiment of such a comb-like metal anode which can be produced in a very simple manner. According to the invention, there is the one that carries the individual teeth The web and the teeth themselves are made of a single material and are made from one piece manufactured, wherein the teeth and the web are bent at such an angle to each other that the teeth can be arranged parallel to the cathode surface and at the same time the bar from the electrolysis bath can stick out.

Die Herstellung einer solchen Anode ist außerordentlich einfach und gestattet, den Strom gleichmäßig der gesamten wirksamen Anodenfläche zuzuführen. Es wird beispielsweise nach Abb. 1 ein Titanblech 1 mit geeigneten Abmessungen auf einer Längsseite bis zu einem gewissen Teil seiner Breite in entsprechend kleinen Abständen mit gleichmäßigen Einschnitten versehen. Die einzelnen sich ergebenden Zungen 2 werden abwechselnd um einen bestimmten Winkel, beispielsweise 90°, nach rechts und links umgebogen.The manufacture of such an anode is extremely simple and allows the current to be uniform to be supplied to the entire effective anode area. For example, as shown in Fig. 1 Titanium sheet 1 with suitable dimensions on one longitudinal side up to a certain part of its width Provided with even incisions at correspondingly small intervals. The individual resulting Tongues 2 are alternately at a certain angle, for example 90 °, to the right and bent to the left.

Bei einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Metallanode nach A b b. 2 werden nach dem Einschneiden des Anodenbleches die Einzelzungen 3 nach der gleichen Seite umgebogen und dann um einen kleinen Winkel um ihre Längsachse gedreht.In another embodiment of the invention Metal anode according to A b b. 2 become the individual tongues after cutting into the anode sheet 3 bent over to the same side and then at a small angle around its longitudinal axis turned.

Dadurch entstehen ebenfalls Schlitze für die Gasabfuhr. Die Kombination zweier solcher Metallanoden zu einem spiegelbildlichen Paar ergibt wieder eine Anodenform mit einem Mittelsteg und einer Anodenfläche in Fischgrätenform. Durch eine derartige Kombination kann in einer Elektrolysezelle beiThis also creates slots for gas discharge. The combination of two such metal anodes a mirror image pair again results in an anode shape with a central web and an anode surface in herringbone shape. Such a combination can be used in an electrolysis cell

709 650/34O709 650 / 34O

gleichem Platzbedarf eine doppelt so große Anodenfläche als bei der Ausführungsform nach A b b. 1 untergebracht werden. Die einseitig abgebogenen Metallanoden können ebenso wie die beidseitig abgewinkelten einzeln oder als Kombination mehrerer Einzelanoden zur Anwendung kommen.the same space requirement an anode area twice as large as in the embodiment according to A b b. 1 be accommodated. The metal anodes bent on one side can be used, as can the anodes angled on both sides can be used individually or as a combination of several individual anodes.

Die beschriebenen Metallanoden eignen sich besonders zur Verwendung in Chlor-Alkali-Elektrolysezellen mit flüssiger Kathode. Sie lassen sich in ZellenThe metal anodes described are particularly suitable for use in chlor-alkali electrolysis cells with liquid cathode. They settle in cells

läuft.runs.

Die Metallanode kann auch in vertikalen Elektro-The metal anode can also be used in vertical electrical

möglich, die beschriebene Metallanode in Zellen mit vertikalen oder geneigten Kathodenträgern einzubauen. possible to use the described metal anode in cells to install vertical or inclined cathode supports.

In Abb. 5 ist eine Anordnung der erfindungs-5 gemäßen Metallanode in einer Zelle mit geneigtem Kathodenträger dargestellt. Bei dieser Anordnung wird eine Anode verwendet, bei der der Winkel zwischen den Einzelzungen 32 der Anodenfläche und dem in dem Deckel 33 befestigten Mittelsteg derIn Fig. 5 is an arrangement of the invention-5 according to the metal anode in a cell with an inclined Cathode carrier shown. In this arrangement, an anode is used in which the angle between the individual tongues 32 of the anode surface and the central web fixed in the cover 33

mit horizontalen, vertikalen und geneigten Kathoden- io Anode 31 nicht 90° beträgt, sondern so gewählt ist, trägern einbauen und erlauben eine Vereinfachung daß nach dem Einbau der Anode die Anodenfläche der Zellenkonstruktion. parallel zum Träger 34 der flüssigen Kathode 36 ver-with horizontal, vertical and inclined cathode io anode 31 is not 90 °, but is chosen so, Install carriers and allow a simplification that after the installation of the anode, the anode surface the cell construction. parallel to the carrier 34 of the liquid cathode 36

Ein Beispiel für die Anordnung der erfindungsgemäßen Metallanode in horizontalen Quecksilberzellen für die Chlor-Alkali-Elektrolyse zeigt Abb. 3. 15 lysezellen angeordnet sein, ebenso ist es möglich, Hier wird der Mittelsteg 11 der Metallanode senk- den Mittelsteg durch eine Seitenwand der Zelle nach recht nach oben und elektrisch von der Kathodenseite außen zu führen.An example of the arrangement of the invention Metal anode in horizontal mercury cells for chlor-alkali electrolysis is shown in Fig. 3. 15 lysis cells can be arranged; it is also possible Here, the central web 11 of the metal anode becomes the lowering central web through a side wall of the cell right up and electrically from the cathode side to the outside.

isoliert, gasdicht durch den Zellendeckel 13 geführt Die erfindungsgemäße Metallblechanode und ihreinsulated, gas-tight guided through the cell cover 13. The sheet metal anode according to the invention and its

und mit den Einzelelementen des Deckels fest ver- Anordnung in Elektrolysezellen für die Chlor-Alkalischraubt. Die Zungen 12 liegen hierbei über der flüs- 2° Elektrolyse mit flüssiger Kathode gewährleistet durch sigen Kathode 10. Die Stromzuführung zum Mittel- die Fischgrätenform der Anodenfläche eine sehr gute steg 11 kann außerhalb des Zellenraumes in be- und schnelle Abführung der an der Anode entstehenkannter Weise erfolgen. Bei dieser Anodenform kann den Gase. Die Anode weist alle bekannten Vorteile eine Metallanode beliebiger Länge in die Elektrolyse- von Metallanoden gegenüber Elektroden aus anderen zelle eingebaut werden, wodurch sich auch die Ab- 25 Materialien auf und zeichnet sich weiter durch eine dichtung der Anodendurchführung gegenüber Zellen sehr einfache und deshalb billige Herstellungsweise mit einer Vielzahl von Einzelanoden vereinfacht. aus, bei der keinerlei Abfälle an kostspieligemand with the individual elements of the cover firmly screwed to the assembly in electrolysis cells for the chlor-alkali. The tongues 12 are in this case guaranteed by the liquid electrolysis with liquid cathode sigen cathode 10. The power supply to the middle - the herringbone shape of the anode surface is a very good one Web 11 can be used outside of the cell space in a quick and easy removal of the known at the anode Way. With this form of anode the gases. The anode has all the known advantages a metal anode of any length in the electrolysis of metal anodes versus electrodes from others cell can be installed, whereby the ab- 25 materials also stand out and are further characterized by a sealing of the anode leadthrough against cells very simple and therefore cheap production method simplified with a large number of individual anodes. with no waste of costly

Ebenso entfallen Nachstellungsvorrichtungen zur Anodenmetall entstehen und bei der Schweißverbin-Einregulierung des Anodenabstandes. Das im Ver- düngen völlig vermieden werden. Bei der Herstellung gleich zu den früher in Chlor-Alkali-Elektrolyse- 30 der Anode tritt auch keine Verringerung des stromzellen verwendeten Graphitanoden geringe Gewicht leitenden Querschnittes des Anodenbleches ein. Die erlaubt es, den Zellendeckel 13 entsprechend leicht Anordnung der Anode in Elektrolysezellen für die auszuführen. Es ist z. B. möglich, ihn aus einem Chlor-Alkali-Elektrolyse mit flüssiger Kathode ist Kunststoff, wie Polyvinylchlorid, herzustellen. äußerst einfach und bringt wesentliche Vereinfachun-Adjustment devices for creating anode metal and for adjusting the welded connection are also no longer necessary the anode distance. That can be completely avoided in fertilization. In the preparation of Just like the anode used earlier in chlor-alkali electrolysis, there is also no reduction in the current cells used graphite anodes a low weight conductive cross section of the anode sheet. the allows the cell cover 13 to be easily arranged in the electrolysis cells for the anode to execute. It is Z. B. possible it from a chlor-alkali electrolysis with a liquid cathode Plastic such as polyvinyl chloride. extremely simple and brings significant simplification

Eine besonders einfache Zellenkonstruktion ergibt 35 gen in der Zellenkonstruktion mit sich. Die Zellen sich, wenn der Mittelsteg der beschriebenen Metall- können leichter und niedriger gebaut werden, und anode nach A b b. 4 durch den Zellenboden 24 geführt wird. Bei dieser Anodenanordnung kann die
Zelle sehr niedrig gebaut und einfach durch einen
glatten Deckel 23 aus Kunststoff abgedeckt werden. 40
Der Mittelsteg 21 der Metallanode 22 wird zwischen
den Einzelelementen des Zellenbodens 24 unter
Zwischenschaltung von Dichtungen 25 durchgeführt
und mit diesen verschraubt. Der Strom wird derA particularly simple cell construction results in 35 conditions in the cell construction. The cells, if the middle bar of the described metal can be built lighter and lower, and anode according to A b b. 4 is passed through the cell bottom 24. In this anode arrangement, the
Cell built very low and simply by one
smooth lid 23 made of plastic are covered. 40
The central web 21 of the metal anode 22 is between
the individual elements of the cell bottom 24 below
Interposition of seals 25 carried out
and screwed to these. The current becomes the

Zelle von unten zugeleitet; dadurch entfallen die 45 Graphitanode möglich ist. Es ist möglich, die Zelle bisher üblichen Aufbauten auf der Zelle für die mit einer Strombelastung von 80 bis 200Amp/dm² Stromzuleitung und Halterung der Anoden. Die zu betreiben. Der Vorteil des Betriebes mit einer elektrische Isolierung des Mittelsteges der Metall- derartigen Strombelastung besteht darin, daß kleinere anode gegen die flüssige Kathode 26 kann bei Zellen, Elektroden verwendet werden können und daher bei denen der Zellenboden mit einer Schutzschicht 50 auch ein entsprechend kleineres Volumen der Zelle versehen ist, z. B. in einfacher Weise so erfolgen, erforderlich ist. Entsprechend geringer wird auch der daß die Schutzschicht auf den einzelnen Bauelemen- Quecksilberbedarf.Cell fed in from below; this eliminates the need for a 45 graphite anode. It is possible to use the cell previously customary structures on the cell for the current supply line and mounting of the anodes ^{with a current load of 80 to 200Amp / dm 2.} Operate the. The advantage of operating with an electrical insulation of the central web of the metal such current load is that smaller anode against the liquid cathode 26 can be used in cells, electrodes and therefore in which the cell bottom with a protective layer 50 also has a correspondingly smaller volume Cell is provided, e.g. B. be done in a simple manner is required. The amount of mercury required by the protective layer on the individual components is correspondingly lower.

ten des Zellenbodens 24 auf der der Anodendurch- Es zeigt sich, daß sich bei einer derartigen Stromführung zugewendeten Seite oder auf beiden Seiten belastung eine wesentlich höhere Elektrolyttemperaerhöht wird und Längsleisten bildet, in denen die 55 tür ohne zusätzliche Beheizung ergibt, so daß entflüssige Kathode 26 wie in einer Rinne durch die sprechend der höheren Löslichkeit des Alkalichlorids Zelle fließt. In Zellen, deren Boden nicht mit einer die Zelle mit einem hochprozentigeren Elektrolyten Schutzschicht bedeckt ist, kann in einfacher Weise betrieben werden kann. Auf der Oberflächenschicht der Mittelsteg der Metallanode mit einer elektrisch aus Platin bildet sich bei derartig hohen Stromdichten nichtleitenden Schutzschicht aus einem Material, wie 60 eine sehr gleichmäßige Platinoxydschicht, die eine z. B. Polyvinylchlorid, belegt werden, oder es kann hohe Lebensdauer der Elektroden gewährleistet, die zwischen den Mittelsteg und die Einzelelemente
des Zellenbodens eingelegte Dichtung bis zur eigentlichen Anodenfläche geführt werden. Dabei entsteht
zwangläufig auf beiden Seiten des Mittelsteges eine 65
Rinne für die flüssige Kathode. Es können auch
mehrere Metallanoden in analoger Weise nebeneinander in eine Zelle eingebaut werden. Weiter ist esThe cell bottom 24 on the side facing the anode, or on both sides, results in a significantly higher electrolyte temperature and forms longitudinal strips in which the 55 door results without additional heating, so that drained cathode 26 like flowing in a gutter through the cell speaking of the higher solubility of the alkali chloride. In cells, the bottom of which is not covered with a protective layer of the cell with a higher percentage electrolyte, can be operated in a simple manner. On the surface layer of the central web of the metal anode with an electrically non-conductive protective layer made of platinum from a material such as 60, a very uniform platinum oxide layer, B. polyvinyl chloride, or it can ensure a long service life of the electrodes between the central web and the individual elements
The seal inserted in the cell bottom can be guided to the actual anode surface. This creates
inevitably a 65 on both sides of the middle bar
Channel for the liquid cathode. It can too
several metal anodes can be installed next to each other in a cell in an analogous manner. It is further

auf aufwendige Vorrichtungen für die Stromzuführung und Anodenhalterung auf den Zellen kann verzichtet werden.on complex devices for the power supply and anode holder on the cells be waived.

Ein weiterer besonderer Vorteil der erfindungsgemäßen Anode und ihrer Anordnung in Elektrolysezellen für die Chlor-Alkali-Elektrolyse mit flüssiger Kathode besteht darin, daß eine wesentlich höhere Strombelastung gegenüber den üblichen Zellen mitAnother particular advantage of the anode according to the invention and its arrangement in electrolytic cells for chlor-alkali electrolysis with a liquid cathode is that a much higher Current load compared to the usual cells with

Claims (4)

Patentansprüche:Patent claims: 1. Kammartige Metallanode aus Titan oder einem chemisch ähnlichen Metall oder einer Legierung eines solchen Metalls, deren wirksame Anodenfläche mit einer Schicht aus einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung versehen1. Comb-like metal anode made of titanium or a chemically similar metal or a Alloy of such a metal, the effective anode surface of which is covered with a layer of a noble metal or a precious metal alloy ist und die mit einer flüssigen Kathode zusammenwirkt, dadurchgekennzeichnet, daß der die einzelnen Zähne (2, 3) tragende, der Stromzuführung dienende Steg (1, 11, 21, 31) und die Zähne selbst aus einheitlichem Material und aus einem Stück gefertigt sind, wobei die Zähne und der Steg in solchem Winkel zueinander abgebogen sind, daß die Zähne parallel zur Kathodenoberfläche angeordnet werden können und gleichzeitig der Steg aus dem Elektrolysierbad herausragen kann.is and which cooperates with a liquid cathode, characterized in that the the web (1, 11, 21, 31) carrying the individual teeth (2, 3) and serving the power supply Teeth themselves are made of a uniform material and from one piece, with the teeth and the web are bent at such an angle to each other that the teeth are parallel to the cathode surface can be arranged and at the same time protrude the web from the electrolysis bath can. 2. Kammartige Metallanode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Zähne spiegelbildlich und im gleichen Winkel wechselweise nach zwei Seiten vom Steg abgebogen sind.2. Comb-like metal anode according to claim 1, characterized in that the teeth are mirror images and are bent alternately on two sides from the bridge at the same angle. 3. Verfahren zur Herstellung einer Anode nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Blechstreifen aus Titan oder einem chemisch ähnlichen Metall oder einer Legierung eines solchen Metalls, deren wirksame Anodenfläche mit einer Schicht aus einem Edelmetall oder einer Edelmetall-Legierung versehen ist, in seiner Breite eingeschnitten wird und die sich ergebenden Einzelzungen abwechselnd und spiegelbildlich im gleichen Winkel gegen den Mittelsteg abgebogen werden.3. A method for producing an anode according to claim 1 and 2, characterized in that a sheet metal strip made of titanium or a chemically similar metal or an alloy of a such metal, whose effective anode surface with a layer of a noble metal or a Precious metal alloy is provided, is incised in its width and the resulting Individual tongues alternate and mirror images at the same angle to the central bar be turned off. 4. Verfahren zur Herstellung einer Anode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die4. The method for producing an anode according to claim 1, characterized in that the ίο Form der Anodenfläche durch Einschneiden eines Blechstreifens aus dem Anodenmaterial in gleichmäßigen Abständen und bis zu einem gewissen Teil seiner Breite, Umbiegen aller sich ergebenden Einzelzungen nach einer Seite und Verdrehen der Einzelzungen um ihre Längsachse hergestellt wird.ίο Shape the anode surface by cutting into a Sheet metal strips from the anode material at regular intervals and to a certain extent Part of its width, bending over all the resulting individual tongues to one side and twisting the individual tongues is made around their longitudinal axis. In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 1 269 128.Considered publications:
U.S. Patent No. 1,269,128. Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings