DE1965412C3 - Elektrolysezellenanordnung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Eleki.rolysezellenanordruing mit Metallkathoden, Diaphragmen und senkrechten McUillanoden. die je /wei parallele Seitenwiindc aufweisen, von denen mindestens eine gitterartig «lurchbrochen ist.

Eine solche Elektrolysc/ellcnanordnung 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 ;in den Anoden bzw. Kathoden frei werdender Gase endet. Die l'lektrolysezellenanordnung wird zur Wassereleklroly- *e verwendet. Für die Elektrolyse von .Ukalimetallhalogcnidcn ist es erforderlich, die mit den Lösungen in Beführung stehenden Oberflächen aus Metallen mit den !modischen Eigenschaften des Titans oder aus Legierungen solcher Metalle herzustellen, wie aus der CB-PS 8% 912 bekannt. Bei Verwendung solcher Ant>den in Elektrolyse/eilen für die Elektrolyse wäßriger Lösungen von Älkalimetallhalogeniden stellt sich das Problem, wie die Elektrolysezellcnanordnung ausgebildet sein muß. damit sie möglichst leistungsfähig ist. Bei «len bekannten Anordnungen ist entweder die Stromzuführung z.u den Elektroden derart, daß die Leistungslähigkeit der Anordnung begrenzt ist, oder die Geometrie der Elektrolysezelle zusammen mit der Elektroden-Unordnung ist derart, daß durch den verwickelten Kreislauf des Elektrolyten und das Freiwerden von Casblasen im Bereich der Anoden der spezifische Widerstand des Elektrolyten stark erhöht wird und tiohe Spannungen erforderlich macht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst leistungsfähige Elektrolysezcllenanordnung für jiie Elektrolyse wäßriger Lösungen von Alkalimetalllogeniden 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 — wi« 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 Bodcnplnttc verschweißt »ind. die ihrerseits «m Boden der Flektrolyse/elle befestigt und Bestandteil der Verbindung dei-Anode mit der Stromzuführung ist.

In der erfindungsgeniäßcn üektrolysezellenanord-„ung erfolgt die Stromzufuhr zu den Anoden über die Bodenplatte, an der die Anode bildenden Streckmetall-Dlatten restgeschweißt sind und die gleichzeitig zur Hilterung der Anode am Boden der Elektrolyse/eile dient· die Sromzuführung 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 Entstehungszune 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

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

F i «. ! bis J sind drei verschiedene Ausführungsformen jeweils in einem zur Ebene der Anoden senkrechten Schnitt dargestellt.

Die in F i g. 1 dargestellte Ausführungsform weist als Seitenwändc 1 Strcckmetallplatten au* Titan auf. die mit einer dünnen Schicht aus Platin bedeckt und an ili rein oberen Ende mit einem als Titansiüek ausgebildeten Abstandhalter 2 verbunden sind. An ihrem unteren Ende sind die Seitenwände 1 mit einer Bodenplatte 3. 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 eben falls aus Titan bestehenden Boden 6 der Zelle verschweißt. Die aus den Teilen I. 2 und 3 bestehenden Anoden sind durch Muttern 7 mit dem Boden 6 verspannt. Der Stromanschluß un 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 erhalten die Sireckmctallteile ihre Plalinschichl 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 Bodenpluttc 3 aus Titan verschweißt, die ihrerseits die unteren Enden der SeitenwlSnde 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 versehweißt. 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

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It dienen zum Festklemmen von Stramanschiüssen 12. tue nil!» gut leitendem Metall bestehen, Diese Anordnung hat den Vorteil, daß die verwendete Menge Titan auf ein Minimum beschränkt ist und die Anoden gleichzeitig leicht auszubauen sind.

Bei einer vierten nicht dargestellten Ausführungsform sind die oben miteinander verbundenen Strecknietallteile bzw. Seitenwände aus Titan in derselben Ebene in ihrem unteren Teil durch senkrechte Planen aus Titan verlängert, die sich durch Schlitze in dem aus Titan bestehenden Boden der Elektrolysezelle hindurcherstrecken und mit dieser verschweißt sind, so daß sich eine mechanisch starre und dichte Konstruktion ergibt. Die Stromanschlüsse sind dadurch hergestellt, daß Kupferschienen mit den durch den Boden der Zelle hindurchragenden Enden der senkrechten Titanplatten verschraubt sind. Bei dieser Ausführungsform erhalten Streckmetallteile ihre Platinschicht zweckmäßigerweise so. wie es für die Ausführungsform gemäß Γ i g. 2 beschrieben worden ist.

Bei allen beschriebenen Ausführungsformen der Anodenanordnung wird der Aufbau der Zelle durch Kathoden vervollständigt; diese Kathoden sino hohl und bestehen aus einem Gitter oder Geflecht aus Eisen, d;.\s mit einem Diaphragma aus Asbest bedeckt und sorgfällig isoliert ist. Ferner weist die Zelle einen Deckel aus Beton oder aus Polyester sowie die verschiedenen erforderlichen Leitungen auf. Diese Teile von Zellen mit Diaphragma sind bekannt und bilden keinen Gegenstand der Erfindung.

Die Anoden lassen sich zwar außer aus Streckmet«·!! aus gelochten Blechen oder aus Gitterwerk oder Geflecht herstellen, doch hat Streckmetall den Vorteil, daß man sich die natürliche Rautenform der Maschen zunutze machen kann, bei der die Metallzungen, von denen die Maschen gebildet sind, auf ihre Länge eine merkliche Neigung gegenüber der Ebene des Blechs aufweisen. Diese Form erleichtert, wenn man die Streckmetailbleche entsprechend anordnet, das Aufsteigen der Halogenblasen im Inneren der Kammer, die von den beiden Streckmetallboden begienzt ist: infolgedessen verstärkt sich der Umlauf des Elektrolyten. Der Umlauf kann darüber hinaus beschleunigt werden, wenn man den Elektrolyten im Inneren des Zwischenraumes zvfischen den beiden Streckmetallboden durch nicht dargestellte Leitungen hindurchpumpt, die an das Innere der Anoden angeschlossen sind.

Eine Zelle mit Asbestfilter und mit dem Aufbau gemäß F i g. I mit 10 m² scheinbarer Anodenfläche ermöglicht beispielsweise den Durchgang von HOOOA bei einer Spannung, die im wesentlichen bei 3,4 V gehalten wird; die 1 emperatur der Lösung in der Zelle betragt ungefähr 90" C und die Laugenkonzent. ation beträgt etwa 150 g/l NaOH.

Außer der Verwendung der verschiedenen für die Herstellung von Elektroden der beschriebenen Art in bekannter Weise geeigneten Metalle und Leiter ist es auch möglich, Metalle mit den anodischen Eigenschaften des Titans nur als Schutz für gebräuchlichere und besser leitende Metalle, wie beispielsweise Kupfer oder Aluminium zu verwenden. Es ist auch möglich, mit leitenden und von alkalischen Lösungen nicht angreifbaren Werkstoffen nur bestimmte Teile der Maschen der

is gelochten Bleche oder Gitter zu bedecken, damit die Ablösung der Gase in der für ihre Wegförderung günstigsten Richtung möglichst weitgehend gefördert wird. Auch können andere Arten von Elektrolysezellen als die an Hand der Zeichnungen beschriebenen in der erfindungspemäßen Weise gestaltet werden; dies ist beispielsweise der Fall, bei Mehrfac¹-.teilen, deren Aufbau insgesamt demjenigen einer Filterpresse ähnelt, und die ebenfalls hohle, die Wegförderung der Gase erleichternden Anoden aufweisen kann, gleichgültig, ob

as die verschiedenen Einzelzellen in Serie oder parallel geschaltet sind. Bei verschiedenen dieser Anordnungen ist es erforderlich, daß eine der Flächen der Anoden dieser Mehrfachzellen von einem nicht gelochten Blech gebildet ist. das Kurzschlüsse infolge c'es Umlauts des Elektrolyten verhindert.

Schließlich ist es möglich. Elektrolysezellen, deren beispielsweise aus Eisen bestehende Kathoden voll sind zu verwenden, so daß nur die Anoden hohl sind: bei dieser Ausführungsform muß das Diaphragma auf den Anoden und nicht auf den Kathoden ruhen, damit der Wasserstoff an den Oberflächen der Kathoden ungehindert entweichen kann.

Erfindungsgemäße Zellen ermöglichen es infolge der hohlen Form der Anoden, anodische Produkte, insbe-'ondere Chlor, aus der Elektrolysezone dadurch zu eliminieren, daß sie in der inneren Kammer der Anoden gesammelt werden, wo sie mit verschiedenen Stoffen reagieren können, die zu diesem Zweck dort eingeführt werden. Das Volumen dieser Anoaenkammer läßt sich leicht an die Mengen der dort beizugebenden Stoffe anpassen, sowie auch an die verschiedenen Mengen suspendierter Uörnchcnförmiger Feststoffe, die dort, insbesondere als Katalysatoren, beigegeben werden, um bestimmte Reaktionen zu erleichtern.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

1. i 965412

   Patentanspruch;

   Elektrolysezellenanordnung mil Metallkathoden. Diaphragmen und senkrechten Metallanoden, die je /wei parallele Seitenwände aufweisen, von denen mindestens eine gitterartig durchbrochen ist, dadurch gekennzeichnet, 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 (2) miteinander verbunden und paarweise mit jeweils einer Bodenplatte (3) verschweißt sind, die ihrerseits am Boden (6) der Elektrolyse/eile befestigt und Bestandteil der Verbindung der Anode mit der Stromzuleitung (8) ist.