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."Anode fUr Blektrolysezellenm Die Prioritäten der Anmeldung In Grossbritannien
vom 18. März 1958 und 6. Februar 1959 werden In Anspruch
genommen.
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Zusatz zu Patent .... (1 15 773 Wa./12 1)
Die Erfindung
bezieht sich auf verbesserte Anoden, die fUr El-ektrolysezellen geeignet sind.*
besonders für Zellen zur Elektrolyse wässriger Alkalimetallehloridlösungen (im folg-enden
kurz alä Salzlösung bezeichnet), auf Elektrolysezellen.-.di.e -D.itt diesen Anode.-,a
ausgerUstet sind, sowie auf-das Verfahren der Elektrolyse von 3alzlösungen In diesen
Zellen. Blektrolysezelle:,ti, in denen wässrige Lösungen von Alkälimetallcb.lorldün
(Salz13siar-gäii) der Elektrolyse unterwoileen verden,# werden für die verschiedensten
Zwecke verwendete beispielsweise zur Herstellung iron Chlor, Xtzalkali" Gliloraten
und Rypochloriten und ebenfalls für die Dure-h£Uhruno,; eines kathodischen Schutzes
von korrodierbaren Bauteilen aus Metallg die in Salzlösungen getaucht oder mit diesen
In längerer Berührung gehalten werdenj,
beispielsweise von Piersj,
Hafendämmen» In Seewasser liegenden Schiffskörpern und von Stahl oder anderem korrodierbaren
Metall., das In chemischen Fabrikanlagen verwendet und in Salzlösungen getaucht
wird oder als Behälter hierfür dient. Die erfindungsgemässen Anoden sind-in allen
derartigen Zellen ausserordentlich gut brauchbar.
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Die zur Elektrolyse einer Salzlösung verwendeten Blektrolysezellen,
insbesondere zur Herstellung von Chlor und Äthalkali, gliedern sich allgemein in
zwei Hauptgruppen., von denen die eineh Zellen mit einer flüssigen Quecksilberkathode
(die.,_ wie bekannt" horizontal oder vertikal angeordnet sein kann) ausgerüstet
sind» während die anderen eine feste von der Anode durch einen porösen Scheider
getrennte Kathode aufweisen. In den Zellen der ersten liauptgruppe wird das Alkalimetall
als Zwischenprodukt an der Kathode abgesch:11oden und bildet ein Amalgam mi# dem
Kathodenquecksilber. Das Amalgam wird in ein zweites, auch Sodazelle genanntes-Gefäss
eingeleitet. In dieser zweiten mit Wasser gefüllten Zelle entsteht bei der Reaktion
des Amalgams mit dem Wasser Ätzalkali und Wasserstoff bei gleichzeitiger Regeneration
der Quecksilberkatho(lep die anschliessend erneut in der ersten Elektrolysezelle
ein"-,-esetzt werden kann. In einer der Zellen der zweiten Hauptgruppe wird das
All.--xlimetall auf einer festen, gewöhnlich aus Sebniedeeisen bestehenden Kathode
abgeschieden und reagiert an der Itrathodenoberfläche mit dem Wasser des Elektrolyten,
wobei
sich Xtzalkali und tYeier Wasserstoff bilden. Bei beiden Zellentnmn wird das Chlorgas
an der Anode abgeschieden. Diese, besteht normalerweise aus Graphit. Bei der Scheiderzelle
ist mischon Kathode und Anode ein pozOser Soheider eingesetzt» mit dem
so
weitgehend als möglich ein Mischen von Wasserstoff und Ohlor oder mischen dem Ätzalkali
und der Salzlösung verhindert werden soll,'
In dem Hauptpatent ....
(Aktenzeiehent J 15 77,3 IVA/12 1) wird u.a. erwMmt,9 daas viele der
mit Graphitanoden verbundenen Schwierigkeiten umgangen werden,9 wenn die zur Herstellung
von Chlor und Ätzalkali durch Elektrolyse von Salzlösungen verwendeten Zellen mit
Anoden ausgerüstet werden, die aus einem Edelmetall der Platingruppe bestehen$ nämli
eh aus Rutheniumi, #*Rhodiums Palladiuqg Osminium, Iridium oder Platin (im folgenden
zusamenfassend als "Platirmetalle" bezeichnet) oder auch aus einer Legierung von
zwei oder mehreren dieser Metallee und wenn weiter e in elektrischer Leiter als
Anodenträger verwendet wird" der aus Titan oder einer im wesentlichen Titan enthaltenden
Legierung hergestellt ist. Es wird ebenfalls darin dargelegt, dass Titan oder eine
überwiegend aus Titan bestehende Legierung einen geeigneten Werkstoff darstellt,
der als mechanischer Träger und elektrischer Leiter für eine sehr dünne Folie oder
einen Oberflächenüberzug eines Platimnetalles dienen kanng ferner dass die meisten
der in Zusammenhang mit clen Anoden stehenden Probleme bei der ÜerStellung
von
Chlor und Ätzalkall durch die Elektrolyse von BalzlöaWaß#M gelöst werden" wenn als
Anode ein mit Platinmetall Oberzogtner. Anodenkör*,ver aus Titan oder einer im wesentlichen
-aus Titan be-
stehenden Legierung mit einem ebenfalls aus Titan bestehenden
Anodenträger verwendet wird. Ebenso wird darin dem als viohtionten anzuselienden
Umstand Beachtung geschenkt,9 nämlich daso die Platj-hmetallanode *und ihr Träger
aus Titan oder Titanlegierung mit erheblich grösserer Masagenauigkeit als eine Gro
P 1
.phitanode her@ stellt werden können und dasog, sobald:die Platin-Titananode
auf Ihren genauen Abstand zur Kathode eingestellt Isti, jede weitere Korrektur der
Anodenstellung überflUseig wirdi, da sich die neue Anode nur sehr langsam abnutzt
und der Anodenschwund präktisch nie zu einer spürbaren Erweiterung des Elektrodenabstandes
fUhrt. Es wird ebenfalls in dem Hauptpatent .... (Aktenzeichent 1
15 773
iVa/12 1) dargelegt, dass die aktive Anodenoberfläche bildende
Platinmetallauflage gegebenenfalls durch eine dünne" auf den -Titankern aufgeschweisste
Platinfolie ersetzt werden kann. Vorzuziehen allerdings sei eine Platinmetallauflage,
die auf elektrolytischem Wege auf die Titanoberfläche aufgebracht ist,9 da mit diesem
Verfahren eine gegebene Menge Platinmetall auf eine grös sere Anodenoberfläche aus
Titan verteilt werden kann. Es wird darin bemerkt, dass, falls es erwünscht ist,
jedoch auch andere Verfahren zum Auftragen der erforderlichen Platinmetallauflage
auf den Titankern an2ewendet werden könneng beispielsweise Aufwalzen, Kathodensprühen,..V.akuumpiederschlag,
Metall.spritzen
und Einwalzen von Platinmetallpulver in die Oberfläche
des Titanbleches sowie Anstreichen des Titankernes mit einer der üblichen metallisierenden
Lösungen und anschliessendem Erwärmen$ wie es In der Keramikindustrie üblich ist,
Man hat nunmehr festgestellt» dass man die Anreicherung von Gas. bläschen an der
Oberfläo he eines mit einem Platinmetall überzogenen Anodenkörper.; aus Titan oder
einer Titanlegierung verhindern oder auf das kle:Linste Mass, bringen kann und man
die Chlorabscheidung bei verschiedenen Stromdichten mit geringe rer Zellenspannung
mit einem solchen Anodenkörper erzielen kannj, wenn das Titan oder die Titanlegiemig.,
auf die das Platinmetall aufgebracht ist, nicht aus einem glatten Blech.,sondern'aus
einem porigen , bei-3 spielsweise eineia perforierten Blech, einem Geflecht
oder einem Blech aus gestre#.-ktem Metall besteht.
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Es wird daher er.#'indungsgemäss eine verbesserte Anode vorgeschlagen,
die au.3 einem pDrtgem Blech aus Titan besteht, von dem mindestens ein Teil seiner
Oberfläche mit einem Überzug eines Platinmetalles oder einer Legierug.-2weler oder
mehrerer dieser Metalle ausgerüs-.;et ist.
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Zur Vermeidung jeder Unklarheit soll deutlich darauf hingewiesen werden,
dass die Bezeichnung"poriges Blech" ein perforiertes oder netzartig durchbrochenes
Blech, wie beispielsweise ein mit Löchern versehenes Blech, ein Blech aus Streckmetall
oder
eine Metallgaze bedeuten soll. An diesen Strukturen findet
ein gasfOrmiges anodisches Produkt.. das sich an der Unterseite einen solchen Bleches
entwickelt., unmittelbar einen nicht versper-rten Weg» um durch den Elektrolyten
und durch das Blech zum oberen Teil der Zelle emporsteigen zu können. Im Gegensatz
dazu soll die
Bezeichnung solche Strukturen ausachliesseng wie beispielsweise
Bleche.. die nach den Verfahren der Pulvermetallurgie hergestellt sind, da diese
richtiger mit dem Ausdruck "porös" bezeichnete werden. Der Weg eines Gases beim
Durchströmen des Bleches in porösen Strukturen verläuft von der unteren zur oberen
Seite Uber zahlreiche miteinander in Verbindung stehende mikroskopisch feine Kanäle.
Bei dem porigen, d.h. perforierten oder netzartig durchbrochenen Blech verläuft
dieser Weg Uber.einen einfachen nicht versperrten Kanal«.4 der unmittelbar quer
durch di6 gesamte Stärke des Bleches führt.
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Der Ausdruck "Titanblech"
ein Blech aus einer Titanlegierungs die im wesentlichen aus Titan besteht..
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Das porige Titanblech kanu aus einem stark gelochten oder perforierten
Blech, einer Metallgaze oder einem Streckmetall bestehen, das, wenn gewünscht, ausgeschlagen
sein kann. Gestrecktes Titanblech kann beispielsweise durch Schlitzen und Strecken
des Titanbleehes in einem Metallnetzwerk hergestellt werden.
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Die Bezeichnung "Platinmetall" wird'in dem Hauptpatent .....
(Aktenzeichen:
1 15773 IVa/12 1) gebraucht. Das Platinmetall
bInn,
auf dals Titanblech nach einer der in dienen BuWtpatent erwähnten Methoden aufgebracht
worden. Als Platinzetalle bevorme »n die Verwendung von Platin oder Rhodium
oder deren Zmger«C" da diese offenbar unter den gegebenen Verwendung die haltbarsten
sind" besonders In Zellen* die zur Blektrolyse von
Elalzlösungen dienen.
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In der folgenden Tabelle erscheinen die Zellenspannungen't die man
bei der Chlorabscheidung bei verschiedenen Stromdichten In einer Vierzellenbatterie
tUr Salzlösung mit
In wesentlioben iiorizontal angeordneten QueckeilbeAmthoden
er-hält»
und die
In
Übrigen In Ihrer Konstruktion gleich sindj jedoch
vier verschiedene Anoden verwenden" nämlich eine Ubliche Graphitanode mit einer
IAWganut in der anodischen Oberfläche bzw. mit einer Reihe von vertikalen Durchlässen
oder miteinander in Verbindung stehenden Gasöffnungenp eine Anode aus einem platinUberzogenen
glatten Titanblech, eine Anode aus einem platinUberzogenen stark gelochten Titanblech
mit
3 mm-Löchern bei
19 mm Abstand und eine Anode aus einem platinüberzogenen,
gestreckten Titanblech mit ausgeschlagenen Maschen von
3 mm Breite und
11 mm Länge.
| .»qmm |
| Stneichte Übliobe Plat iaberz |
| gewtote Glatten otu* |
| Graphit- Blech gelochten Koch |
| anode |
| 3 3995 9 4,000 *a04 |
| 4 4922 4960 4iv35 |
| 6 4975 6900 5$W |
Bekanntlich Ist erwUnachti, dann die einer Zelle zuflisenenft' Balzlösung ein oberflgabenaktives
Mittel enthalten golltee Die-In der Tabelle angegebenen Worte für
die ersten
di4d ob» genannten Anoden wurden mit dieser Arbeitsweise ertalten.
J dte
emitit man hinsichtlich der Zellenspannung bei Verwendung
eines oberflätchenaktiven
Mitteln in der Salzlörmgv
die einer Zelle u4t einer Anode aus platinUberzogenems,
gestreckten Titanblech mWfMwt wird# keinen Vorteil.
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Die obigen genauen Ergebnisse zeigen bestimte Vorteile M die pwlgen
Anoden aus platiniertem Titan,9 die darin bestehen# denn die
Anode aus platinUberzogenemi
gestrecktem Blech bei gröseeren Stromdichten mit niedrigeren n arbeitet als
die OraMtanode und diaes bei allen Stromdichten die beiden erfindunge-Anoden mit
niedrigeren Spannungen arbeiten als das platinüberzosene glatte Titanblech.
Die
porig= Anoden aus einem platInmetalli[berzogenen litaubloch zeigen auch bei anderen
Verwendunged&Oken als den oben erwO dip, !- a
Ihm Überlegenheit.
Zum Beispiel weisen sie Mmlich bei DurchfUhrung des kathodIsehen Schutzes von Bautelleng,
die In 8-0 --asser getaucht werden# eine durch Chlorgas bervorg«ute» niedrigere
Polarisationsspannung aufg als eine glatte Bleohmode. 8le bieten ebenfalls einen
wirtschaftlichen Vorteil" der darin besteht# dar*a eine geringe Menge des Platinmetalls
Uber eim sehr viel grönnere Anodenfläche ausgebreitet werden kann. Es stellt
dies einen sehr entscheidenden Vorteil dar, da bei UwehfUhrung einen kathodischen
Schutzes auf grossen Bauteilen wie Piers und fthiffekt%n*rn einer der die Leistung
der Methode einschränkenden Päktoren in dem groseen,Flächenunterschied zwischen
der schutzgebenden Anode und den kathodischen Bauteil" der den Schutz empfangen
soll,9 besteht.