DE1965412B2 - Elektrolysezellenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezellenanordnung mit Metallkathoden, Diaphragmen und senkrechten Metallanoden, die je zwei parallele Seitenwände aufweisen, von denen mindestens eine gitterartig durchbrochen ist.

Eine solche Elektrolysezellenanordnung ist aus der CH-PS 98 305 bekannt. Die Elektroden sind dort an einem Deckel aufgehängt und münden oben in je ein Leitungsrohr, das in einen Sammler für die an den Anoden bzw. Kathoden frei werdenden Gase endet. Die Elektrolysezellenanordnung wird zur Wasserelektrolyse verwendet. Für die Elektrolyse von Alkalimetallhalogeniden ist es erforderlich, die mit den Lösungen in Berührung stehenden Oberflächen aus Metallen mit den anodischen Eigenschaften dirs Titans oder aus Legierungen solcher Metalle herzustellen, wie aus der GB-PS 896 912 bekannt. Bei Verwendung solcher Anoden in Elektrolysezellen für die Elektrolyse wäßriger Lösungen von Alkalimetallhalogeniden stellt sich das Problem, wie die Elektrolysezellenanordnung ausgebildet sein muß, damit sie möglichst leistungsfähig ist. Bei den bekannten Anordnungen ist entweder die Stromzuführung zu den Elektroden derart, daß die Leistungsfähigkeit der Anordnung begrenzt ist, oder die Geometrie der Elektrolysezelle zusammen mit der Elektrodenanordnung ist derart, daß durch den verwickelten Kreislauf des Elektrolyten und das Freiwerden von Gasblasen im Bereich der Anoden der spezifische Widerstand des Elektrolyten stark erhöht wird und hohe Spannungen erforderlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst leistungsfähige Elektrolysezellenanordnung für die Elektrolyse wäßriger Lösungen von Alkalimetallhalogeniden zu schaffen, bei der mit hohen Stromstärken gearbeitet werden kann und eine nur geringfügige Erhöhung der Spannung eine starke Erhöhung der Stromstärke im Vergleich zu bekannten Anordnungen mit Metallanoden nach sich zieht.

Diese Aufgabe wird bei einer Elektrolysezellenanordnung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Seitenwände der Anoden — wie an sich bekannt — von Streckmetallplatten gebildet sind, aus Titan oder einem anderen Metall oder einer Metallegierung mit den anodischen Eigenschaften des Titans bestehen, oben durch Abstandhalter miteinander verbunden und paarweise mit jeweils einer Bodeiiplatte verschweißt sind, die ihrerseits am Boden der Elektrolysezelle befestigt und Bestandteil der Verbindung der Anode mit der Stromzuführong ist

In der erfindungsgemaßen Elektrolysezellenanordnung erfolgt die Stromzufuhr zu den Anoden über die Bodenplatte, an der die Anode bildenden Streckmetallplatten festgeschweißt sind und die gleichzeitig zur Halterung der Anode am Boden der Elektrolysezelle dient; die Stromzuführung kann somit sehr niederohmig ausgebildet werden. Der Aufbau der Anode aus zwei durchbrochenen Seitenwänden, die oben nur durch Abstandhalter miteinander verbunden sind, ermöglicht, anodische Produkte aus der Entstehuhgszone zu eliminieren, indem sie in der von jeder Anode gebildeten Kammer gesammelt werden und mit dorthin eingeleiteten Stoffen reagieren. Geschieht dies nicht, so können die an den großflächigen Anoden entstehenden Gase schnell strömen, so daß der Elektrolyt auch bei hohen Stromstärken niederohmig bleibt.

ao Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den

F i g. 1 bis 3 sind drei verschiedene Ausführungsformen jeweils in einem zur Ebene der Anoden senkrechten Schnitt dargestellt.

Die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform weist ah Seitenwände 1 Streckmetallplatten aus Titan auf, die mit einer dünnen Schicht aus Platin bedeckt und an ihrem oberen Ende mit einem als Titanstück ausgebildeten Abstandhalter 2 verbunden sind. An ihrem unteren Ende sind die Seitenwände 1 mit einer Bodenplatte 5. ebenfalls in Form eines entsprechenden Titanstückes verschweißt. Die Bodenplatte 3 weist Löcher 4 auf. durch die sich Schäfte von Gewindebolzen 5 aus Titan erstrecken; diese Gewindebolzen sind mit dem ebenfalls aus Titan bestehenden Boden 6 der Zelle vei schweißt. Die aus den Teilen 1, 2 und 3 bestehenden Anoden sind durch Muttern 7 mit dem Boden 6 verspannt. Der Stromanschluß an die Zelle ist dadurch

hergestellt, daß nicht dargestellte Kupferschienen mit Titanstreifen 8 verschraubt oder verbolzt sind, die mit der Unterseite der Bodenplatte 6 verschweißt sind.

Bei der Ausführungsform gemäß F i g. 2 ist die aus Titan bestehende Bodenplatte 3, die die Seitenwände I miteinander verbindet, unmittelbar mit dem ebenfalls aus Titan bestehenden Boden 6 verschweißt. Diese Anordnung vermeidet weitgehend die Nachteile, die bei einer mit einer Vielzahl von Bolzen hergestellten Klemmverbindung entstehen können; in diesem Fall er-

So halten die Streckmetallteile ihre Platinschicht zweckmäßigerweise nach dem Zusammenbau der gesamten Anodenanordnung, wozu beispielsweise Behälter von entsprechender Form, in denen die Platinierlösungen enthalten sind, oder ein metallisierender Anstrich verwendet wird.

Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 3 sind Bolzen 5 aus Titan, die an ihrem Ende ein Gewinde aufweisen, mit der Bodenplatte 3 aus Titan verschweißt, die ihrerseits die unteren Enden der Seitenwände 1 miteinander verbindet; diese Seitenwände bestehen auch hier aus Titan, sind mit einer dünnen Platinschicht bedeckt und sind an ihren oberen Enden mit einem Abstandhalter 2 aus Titan verschweißt. Die Gewindebolzen 5 erstrecken sich durch die hier aus Stahl mit Hartgummibeschichtung bestehende Grundplatte 6 und sind durch Dichtungen 9 abgedichtet, die durch Festziehen von Muttern 10 zwischen dem Kopf jedes Gewindebolzens 5 und dem Boden 6 eingespannt sind. Weitere Muttern

11 dienen zum Festklemmen von Stromanschlüssen 12, möglicht beispielsweise den Durchgang von 14 000 A

die aus gut leitendem Metall bestehen. Diese Anord- bei einer Spannung, die im wesentlichen bei 3,4 V ge-

nung hat den Vorteil, daß die verwendete Menge Titan halten wird; die Temperatur der Lösung in der Zelle

auf ein Minimum beschränkt ist und die Anoden gleich- beträgt ungefähr 90⁰C und die Laugenkonzentration

zeitig leicht auszubauen sind. 5 beträgt etwa 150 g/l NaOH.

Bei einer vierten nicht dargestellten Ausführungs- Außer der Verwendung der verschiedenen für die form sind die oben miteinander verbundenen Streck- Herstellung von Elektroden der beschriebenen Art in metallteile bzw. Seitenwände aus Titan in derselben bekannter Weise geeigneten Metalle und Leiter ist es Ebene in ihrem unteren Teil durch senkrechte Platten auch möglich. Metalle mit den anodischen Eigenschafaus Titan verlängert, die sich durch Schlitze in dem aus io ten des Titans nur als Schutz für gebräuchlichere und Titan bestehenden Boden der Elektrolysezelle hin- besser leitende Metalle, wie beispielsweise Kupfer oder durcherstrecken und mit dieser verschweißt sind, so Aluminium zu verwenden. Es ist auch möglich, mit leidaß sich eine, mechanisch starre und dichte Konstruk- tenden und von alkalischen Lösungen nicht angreifbation ergibt. Die Siromanschlüsse sind dadurch herge- ren Werkstoffen nur bestimmte Teile der Maschen der stellt, daß Kupferschienen mit den durch den Boden der 15 gelochten EUeche oder Gitter zu bedecken, damit die Zelle hindurchragenden Enden der senkrechten Titan- Ablösung der Gase in der für ihre Wegförderung günplatten verschraubt sind. Bei dieser Ausführungsform stigsten Richtung möglichst weitgehend gefördert wird, erhalten Streckmetallteile ihre Platiirschicht zweckmä- Auch können andere Arten von Elektrolysezellen als ßigerweise so, wie es für die Ausführungsform gemäß die an Hand der Zeichnungen beschriebenen in der er-F i g. 2 beschrieben worden ist. 20 findungsgernäßen Weise gestaltet werden; dies ist bei-

Bei allen beschriebenen Ausführungsformen der An- spielsweise der Fall, bei Mehrfachzellen, deren Aufbau odenanordnung wird der Aufbau der Zelle durch Ka- insgesamt demjenigen einer Filterpresse ähnelt, und die thoden vervollständigt; diese Kathoden sind hohl und ebenfalls hohle, die Wegförderung der Gase erbestehen aus einem Gitter oder Geflecht aus Eisen, das leichternden Anoden aufweisen kann, gleichgültig, ob mit einem Diaphragma aus Asbest bedeckt und sorgfäl- 35 die verschiedenen Einzelzellen in Serie oder parallel tig isoliert ist. Ferner weist die Zelle einen Deckel aus geschaltet sind. Bei verschiedenen dieser Anordnungen Beton oder aus Polyester sowie die verschiedenen er- ist es erforderlich, daß eine der Flächen der Anoden forderlichen Leitungen auf. Diese Teile von Zellen mit dieser Mehrfachzellen von einem nicht gelochten Blech Diaphragma sind bekannt und bilden keinen Gegen- gebildet ist, das Kurzschlüsse infolge des Umlaufs des stand der Erfindung. 30 Elektrolyten verhindert.

Die Anoden lassen sich zwar außer aus Streckmetall Schließlich ist es möglich, Elektrolysezellen, deren

aus gelochten Blechen oder aus Gitterwerk oder Ge- beispielsweise aus Eisen bestehende Kathoden voll sind

flecht herstellen, doch hat Streckmetall den Vorteil, daß zu verwenden, so daß nur die Anoden hohl sind; bei

man sich die natürliche Rautenform der Maschen zu- dieser Ausführungsform muß das Diaphragma auf den

nutze machen kann, bei der die Metallzungen, von de- 35 Anoden und nicht auf den Kathoden ruhen, damit der

nen die Maschen gebildet sind, auf ihre Länge eine Wasserstoff an den Oberflächen der Kathoden unge-

merkliche Neigung gegenüber der Ebene des Blechs hindert entweichen kann.

aufweisen. Diese Form erleichtert, wenn man die Erfindungsgemäße Zellen ermöglichen es infolge der

Streckmetallbleche entsprechend anordnet, das Auf- hohlen Form der Anoden, anodische Produkte, insbe-

steigen der Halogenblasen im Inneren der Kammer, die 40 sondere Chlor, aus der Elektrolysezone dadurch zu eli-

von den beiden Streckmetallblechen begrenzt ist; infol- minieren, daß sie in der inneren Kammer der Anoden

gedessen verstärkt sich der Umlauf des Elektrolyten. gesammelt werden, wo sie mit verschiedenen Stoffen

Der Umlauf kann darüber hinaus beschleunigt werden, reagieren können, die zu diesem Zweck dort eingeführt

wenn man den Elektrolyten im Inneren des Zwischen- werden. Das Volumen dieser Anodenkammer läßt sich

raumes zwischen den beiden Strcckmetallblechen 45 leicht an die Mengen der dort beizugebenden Stoffe

durch nicht dargestellte Leitungen hindurchpumpt, die anpassen, sowie auch an die verschiedenen Mengen su-

an das Innere der Anoden angeschlossen sind. spendierter körnchenförmiger Feststoffe, die dort, ins-

Eine Zelle mit Asbestfilter und mit dem Aufbau ge- besondere als Katalysatoren, beigegeben werden, um

maß Fig. 1 mit 10 m² scheinbarer Anodenfläche er- bestimmte Reaktionen zu erleichtern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Elektrolysezellenanordnung mit Metallkathoden, Diaphragmen und senkrechten Metallanoden, die je zwei parallele Seitenwände aufweisen, von denen mindestens eine gitteiartig durchbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Seitenwände (1) der Anoden — wie an sich bekannt — von Streckmetallplatten gebildet sind, aus Titan oder einem anderen Metall oder einer Metallegierung mit den anodischen Eigenschaften des Titans bestehen, oben durch Abstandhalter {2) miteinander verbunden und paarweise mit jeweils einer Bodenplatte (3) verschweißt sind, die ihrerseits am Boden (6) der Elektrolysezelle befestigt und Bestandteil der Verbindung der Anode mit der Stromzuleitung (8) ist.