DE2135873A1

DE2135873A1 - Zellenoberteil fuer amalgamhochlastzellen

Info

Publication number: DE2135873A1
Application number: DE2135873A
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl Chem Koziol; Hans-Carl Rathjen; Karl Heinz Dipl Phys Sieberer; Baptist Zenk
Original assignee: FA C CONRADTY 8500 NUERNBERG
Current assignee: FA C CONRADTY 8500 NUERNBERG
Priority date: 1971-07-17
Filing date: 1971-07-17
Publication date: 1973-01-25
Also published as: SE389348B; FR2146405B1; AT317926B; US3839179A; BE786352A; NO138569B; NL168012B; IT956133B; GB1396127A; NL7209304A; NL168012C; FR2146405A1; DE2135873B2; NO138569C; CH540194A

Description

C. CONEADTY, NÜBNBEKG 16. 7. 1971

TJP Irg/-PA 3/H4

Zellenoberteil für Amalgamhochlastzellen

Die in den hochstrombelasteten Chloralkalielektrolysezellen an der Anode entwickelten Chlorgasmengen müssen aus energetischen Gründen raschestens aus dem Elektrodenbereich abgeführt werden. Ein Verweilen der Chlorgasblasen im Elektrodenbereich bewirkt bekanntlich einen empfindlichen Anstieg der Zellenspannung und ein Absinken der Stromausbeute. Diese Erscheinung, unter dem Sammelbegriff "Gasblaseneffekt" bekanntgeworden, führte in den letzten Jahren zu Konstruktionsänderungen an den Graphitanoden. So wurden beispielsweise die Anodenplatten mit zahlreichen Schlitzen und Gasabzugslöchern versehen, was bis zu Stromdichten D. e 10 kA/m auch tatsächlich den gewünschten Erfolg gebracht hat. Einer weiteren Steigerung der Stromdichte steht die keramikähnliche Graphitanode jedoch allmählich im Wege. Bei sehr hohen Stromdichten, D^ größer 10 kA/m , wird es nämlich schwierig, das entwickelte Chlorgas von der Unterseite der selbst reichlich geschlitzten und mit sehr vielen Gasabzugslöchern versehenen horizontalen Anodenplatte rasch genug wegzubringen. Höhere Überspannung am Graphit und größere Spannungsverluste in dem mit Chlorgasblasen angereicherten Elektrolyten sind die Folge. Außerdem steigen mit der Anzahl der Schlitze und Gasabzugslöcher der innere Widerstand, der Graphitverlust und die Transporternpfindlichkeit der Anoden. Diese Beschränkung versucht man durch den Einsatz von beschichteten Titananoden zu umgehen. Unter Nutzung des auf die stempeiförmige Graphitanode abgestimmten Zellenoberteils werden kostspielige Titananoden eingesetzt, die jedoch den Möglichkeiten dieses neuen, aktivierten Elektrodenwerkstoffes nicht voll Rechnung tragen. Da heute noch die Stromzuleitung und -verteilung der Anode im Zelleninneren angeordnet ist und deshalb ebenfalls aus dem widerstandsfähigen Titan bestehen muß, werden große Mengen dieses teuren Materials benötigt, was bisher die weite Verbreitung dieser Anode hemmt. Außerdem birgt die Beibehaltung den alten Zellenoberbaues und der stempelförmigen Anodenforw die dienen Konstruktionen anhaftenden Nächteile in sich.

— 2 —

2 0 9 8 8 4 / I 1 S 3

Mit seinen zahlreichen, teilweise sehr kurzlebigen Einzelteilen, wie gummierter Zellendeckel, Stromsammelschienen, flexiblen Stromverteilerkabeln, Anodenhaltestäben, Schutzrohren, DichtungseLementen, Schraub- und/oder Lötkontakten, Anodenaufhängungen und den eigentlichen Anoden, ist der Zellenoberbau ungemein aufwendig und kompliziert geblieben. Lange, den ^Tffiderstand erhöhende 3tromwege, zahlreiche Spannung kostende Kontakte und die Stromzuleitung und Stromverteilung erschwerende Anodenhaltestäbe_f in denen die Strorabahnen sehr empfindlich eingeschnürt werden, lassen deu Spannungsbeiwert (k-Wert) der Elektrolysezellen kaum unter 0,12 absinken. Wegen der großen bisher im Zellenbau üblichen Maßtoleranzen muß . bei Einsatz von Titananoden in diesen Zellen stets ein aufwendiger, langwieriger und personalintensiver Jus tierVorgang bei der Montage der Metallanoden erfolgen. Selbst der Ersatz der Einzelanodenvers teilung durch.motorische Gruppenverstellung hat; hier keine AbhiLfe gebracht.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein mit Metallanoden ausgestattetes Zellenoberteil zu schaffen, bei dem

1. die Stromzuleitung und -verteilung aus üblichem Leiterwerkstoff (Aluminium bzw. Kupfer) in form von Längsträgern mit großem Querschnitt bis an die eigentliche Anode heranreicht, um die widerstandserhöhende Einschnürung der Strombahnen zu vermeiden,

2. die Titanmenge auf ein Minimum beschränkt ist,

3. die eigentliche Anode leicht auswechselbar ist,

4. die Justierung der Einzelanode bei der Montage entfällt,

5. der Abstand zwischen der Quecksilberkathode und der eigentlichen Anode sehr gering und sehr genau einstellbar ist, um den Spannungsabfall im Elektrolyten sehr klein zu halten, und

6. der Gesamtaufbau langlebig und unkompliziert ist und allen sonstigen Erfordernissen eines wirtschaftlichen Hochlastbetriebes voll gerecht wird.

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Diese Aufgaben werden in besonders vorteilhafter Weise durch das erfindungsgemäße Zellenoberteil gelöst.

Dieses Zellenoberteil mit automatisch verstellbarer Tragkonstruktion besteht aus vom Zelleninneren abgeschirmten Stromzuleitern und -Verteilern aus Leiterwerkstoff Kupfer bzw. Aluminium in Form von Längsträgern, darunterliegenden Kontaktleisten aus Ventilmetall , einer daran angeschweißten Zellenabschirmung aus Ventilmetallblech und an den Kontaktleisten befestigten, leicht auswechselbaren Anodenstäben aus beschichtetem Ventilmetall. Bei einigen Ausführungsformen mit Anodenrosten kann es sich als zweckmäßig erweisen, anstelle der Kontaktleisten aus Ventilmetall, kurze Kontaktbolzen aus demselben Material zu verwenden.

Nachfolgend werden anhand der beigefügten Zeichnungen einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung beispielsweise beschrieben.

Figur 1 zeigt im Schnitt eine Amalgamhoehlastzelle in perspektivischer Darstellung, ausgerüstet mit dem erfindungsgemäßen Zellenoberteil.

Pigur 2 zeigt die Befestigung der Köntaktleiste (2) mit dem Längsträger (1) mittels Dehnschrauben.

Pigur 3 zeigt die Befestigung der Kontaktleiste (2) mit dem U-förmigen Längsträger (1) mittels Schrauben.

Figur 4 zeigt die Befestigung der Kontaktleiste (2) mit dem M winkelförmigen Längsträger (1) mittels Schrauben.

Pigur 5 zeigt die Befestigung der Kontaktleiste (2) mit dem Längsträger (1) von unten mit korrosionsbeständigen Schrauben und Dichtungen, wobei zusätzlich ein Kontaktierung smittel (5) verwendet ist.

ligur 6 zeipt die Befestigung der Kontaktleiste (2) mit dem Längsträger (1) mittels Preßsitzes.

pifur 7 zeigt die Verbindung zwischen Längsträger (1) und Kontaktleiste (2) mit vergrößerter Kontaktfläche, wob-:-i äer Kontakt durch eine niedrig schmelzende verbessert ist.

? 0 9 8 8 W 1 1 6 3 " ⁴ "

Figur 8 zeigt die Verbindung zwischen Kontaktleiste (2) und Anodenstäben (4) mittels Klemmschrauben (8), wobei zusätzlich ein Kontaktierungsmittel (7) verwendet ist»

Figur 9 stellt die Befestigung einzelner mit Zapfen (9) versehener Anodenstäbe (4) an den Kontaktieisten (2) mittels Preßsitz dar.

Figur 10 stellt die Befestigung einzelner Anodenstäbe (4) an den Kontaktleisten (2) mittels Kerbstift (10) dar.

Figur 11 zeigt die Befestigung einzelner Anodenstäbe (4) an den Kontaktleisten (2) mittels Sprengzapfen (11).

Figur 12 zeigt die Befestigung einzelner Anodenstäbe (4) am Rand der Kontaktleisten (2) mittels Sprengzapfen (11).

Figur 13 stellt die Befestigung einzelner Anodenstäbe (4) an den Kontaktleisten (2) mittels Keile (12) aus beständigem Werkstoff dar.

Figur 14 zeigt das auf den Kopf gestellte mit Anodenrosten (13) ausgerüstete Zellenoberteil.

Figur 15 zeigt eine andere Ausführungsform einer, wie in Fig. dargestellten, vergrößerten Kontaktfläche.

Figur 16 zeigt die Befestigung der Anodenroste (13) an den Kontaktleisten (2) mit Senkkopfsehrauben.

Figur 17 zeigt die Befestigung der Anodenroste (13) an den Kontaktleisten (2) mittels Preßsitz.

Figur 18 zeigt in Längsrichtung angeordnete Anodenroste (13), die mit den Kontaktleisten (2) verschweißt sind.

Figur 19 zeigt einen Anodenrost (13), der aus parallel angeordneten Stegen (14) besteht, die an ihren Enden in einen Rahmen (15) münden, der an den Kontaktleisten (2) befestigt wird.

- 5 -209884/11 S3

Figur 20 zeigt einen Anodenrost (13), der aus parallel angeordneten Stegen (14) besteht, die durch Querstreifen (16) unterbrochen sind, die an den Kontaktleisten (2) befestigt werden.

Figur 21 zeigt einen Ausschnitt eines Anodenrostes (13), der ein geschlitztes Blech ist.

Pigur 22 zeigt einen Ausschnitt eines Anodenrostes (13), der ein geschlitztes Blech ist, bei dem die Stege (14) mit der Kathode- einen Winkel von 90° bilden.

Pigur 23 zeigt einen Ausschnitt eines Anodenrostes (13)ι bei dem die öffnungen zwischen den Stegen (14) ohne Mate- | rialverluste hergestellt eind.

Pigur 24 zeigt einen Ausschnitt eines Anodenrostes (13), der ein gelochtes Blech ist, bei dem die Löcher ohne Materialverlust hergestellt sind.

Figuren 25 und 26 zeigen einen Ausschnitt eines Anodenroste» (13),

bei dem die Stege (14) und Querstreifen (16) aus Ventilmetallhalbzeugen bestehen und miteinander verschweißt sind.

Pigur 27 zeigt einen Schnitt durch eine Ausführungsfοrm, bei der die Anodenstäbe (4) parallel zur Queoksilberflußriehtung A angeordnet sind, wobei die Anodenstäbe (4) zusätzlich über eine quer angeordnete Hilfsbrücke (17) kontaktiert sind.

Pigur 28 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zellenoberteils mit Kontaktbolzen (2a).

Pigur 29 zeigt einen Anodenrost (13) mit Querstreifen (16),bei dem die Gasabzugslöcher parallel zur Quecksilberflußrichtung laufen.

Die in den oben erläuterten Figuren angegebenen Positionen bezeichnen folgende Bauteile ι

Pos. 1 » Längsträger aus Leiterwerkatoff Aluminium bzw. Kupfer

209884/11 S3 _ ₆ _

— D —

Pos.	2 =
Pos.	2a =
Pos.	3 =
Pos.	4 =
Pos.	5 =

Kontaktleiste aus Ventilmetall Kontaktbolzen aus Ventilmetall Zellenabschirmung aus Ventilmetallblech Anodenstäbe aus beschichtetem Ventilmetall Oxydationshemmendes Kontaktierungsmittel bzw. kontaktverbesserndes Metall

Pos. 6 = niedrig schmelzende legierung, z. B. Lot, lipowitz-Iegierung, Wood-Metall

Pos. 7 = Kontaktierungsmittel wie Beschichtung aus Platinmetall, Silber, oxidationshemmende Paste Klemms chraub eη

an den Anodenstäben angebrachte Zapfen an den Anodenstäben angebrachte Kerbstifte an den Anodenstäben angebrachte Strengzapfen Keile aus beständigem Werkstoff leicht auswechselbare Anodenroste aus beschichtetem Ventilmetall
Stege der Anodenrdste
Rahmen der Anodenroste
Querstreifen der Anodenroste Hilfsbrücke

In Figur 1 ist das erfindungsgemäße Zellenoberteil mit automatisch verstellbarer Tragkonstruktion, das aus vom Zelleninnern abgeschirmten Stromzuleitern und -verteilern aus Leiterwerkstoff Kupfer bzw. Aluminium in Form von Längsträgern (1), darunterliegenden Kontaktleisten (2) aus Ventilmetall, einer daran angeschweißten Zellenabschirmung (3) aus Ventilmetallblech und an den Kontaktleisten (2) befestigten, leicht auswechselbaren Anodenstäben (4) aus beschichtetem Ventilmetall schematisch dargestellt. Das erfindungsgemäße Zellenoberteil gestattet es, die aus den sehr gut elektrisch leitenden Werkstoffen Aluminium oder Kupfer gefertigten Längsträger (1) in geringem Abstand von den Anodenstäben (4) anzuordnen und somit die Zuleitung der zur Elektrolyse nötigen Strommengen mit minimalstem Spannungsabfall zu ermöglichen. Die sehr dünnen, aus Ventilmetall, vorzugsweise Titan, gefertigten Kontaktleisten (2) schnüren die Strombahnen

20988A/1153 " ⁷ "

Pos.	8
Pos.	9
Pos.	10
Pos.	11
Pos.	12
Pos.	13
Pos.	14
Pos.	15
Pos.	16
Pos.	17

nicht ein und führen zu beachtlichen Titaneinsparungen, ohne den elektrischen Widerstand zu erhöhen.

In den Figuren 2-4 sind drei Ausführungsfοrmen der aus Leiterwerkstoff hergestellten Längsträger (1) dargestellt, die ein Versehrauben mit den Kontaktieisten (2) von oben her ermöglichen. Eine andere Möglichkeit besteht darin, die Kontaktleisten (2) von unten an die Längsträger (1) zu schrauben (Figur 5). Da die Schrauben bei dieser Ausführungsfοrm mit dem Elektrolyten im ständigen Kontakt sind, müssen sie aus korrosionsbeständigem Material, vorzugsweise Ventilmetall, bestehen und zusätzlich abgedichtet sein. Eine weitere Verbindungsmöglichkeit zwischen Längsträger (1) und Kontaktleiste (2) kann mittels eines Preß- | sitzes erfolgen, wie in Figur 6 dargestellt.

Eine Erniedrigung des Übergangswiderstandes ergibt sich durch eine vergrößerte Kontaktfläche zwischen Kontaktleiste (2) und Längsträger (1). Diese Vergrößerung der Kontaktfleche kann man durch eine günstige Gestaltung der Oberflächen, wie sie eine Verzahnung (Figur 16) darstellt, erreichen. Die gleiche Wirkung haben auch wellen- oder lamellenartig gestaltete Kontaktflächen. In der in Figur 7 dargestellten Ausführungsform wird durch geeignete Gestaltung der Schraubverbindung die Vergrößerung der Kontaktfläche erreicht.

Um während langer Betriebszeiten einer Oxydation der Ventil- J metall-Kontaktfläche vorzubeugen, ist es in manchen Fällen zweckmäßig, die Kontaktfläche zwischen Längsträger (1) und Kontaktleiste (2) mit verhältnismäßig edlen Metallen und/oder einer oxydationshemmenden Paste zu versehen.

Hauptsächlich bei den Ausführungsformen mit vergrößerter Kontaktfläche erhält man bei einer zusätzlichen Kontaktierung der Längsträger (1) mit den Kontaktleisten (2) über eine niedrig schmelzende Legierung (6), z. B. Lot, eine weitere Erniedrigung des Übergangswiderstandes. Der Schmelzpunkt dieser Legierung kann auch unterhalb der Betriebstemperatur der Elektrolyezelle liegen, um eine gleichmäßige Ausfüllung der Hohlräume zu gewährleisten.

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In den Figuren 8 - 13 sind verschiedene Ausführungsformen der Verbindung zwischen Kontaktleiste (2) und Anodenstäben (4) gezeigt. Figur 8 zeigt die Befestigung der Anodenstäbe (4) in den hierfür vorgefertigten Aussparungen der Kontaktleiste (2) mit Hilfe von Klemmschrauben (8). Weitere Ausführungsformen bestehen darin, daß Zapfen (Figur 9, Pos. 9) bzw. Kerbstifte (Figur 10, Pos. 10) der Anodenstäbe (4) in Bohrungen der Kontaktleiste (2) eingepreßt sind. Eine sehr einfache Befestigung kann über Sprengzapfen (Figur 11 + 12, Pos. 11) erfolgen. An den Anodenstäben (4) sind Hohlzapfen befestigt, deren Höhlung mit einer Sprengladung versehen ist. Bei der Montage werden diese Sprengzapfen in dafür vorgesehene Bohrungen der Kontaktleiste (2) eingeführt. Je nach Höhe der Bohrungen in den Kontaktleisten (2) erfolgt die Befestigung des Sprengzapfens entweder hauptsächlich über einen Preßsitz (wie in Figur 11 dargestellt) oder über eine hohlnietähnliche Verbindung (Figur 12). Wie in Figur 12 an der Ausführungsform mit Sprengzapfen (11) aufgezeigt, können auch die in den Figuren 9 und 10 dargestellten Verbindungen am Band der Kontaktleiste (2) erfolgen. Die Befestigung der Anodenstäbe kann auch mit Keilen (12) aus beständigen Werkstoffen, wie Ventilmetall oder Kunststoff, erfolgen (Figur 15).

Die mit dem Zellenmedium in Berührung kommenden.Ventilmetallflächen passivieren bei anodischem Einsatz unter Ausbildung nicht leitender Oxidschichten.· Kontaktflächen, bei denen eine Berührung mit dem Zellenmedium nicht vollständig auszuschließen ist, müssen durch zusätzliche Kontaktierungsmittel geschützt werden. Als zusätzliche Kontaktierungsmittel fungieren Schichten aus Platinmetall, Silber, oxidationshemmender Paste usw. Diese Kontaktierungsmittel sind in Figur 8 durch Position 7 bei der Verwendung von Klemmschrauben dargestellt; sie können aber auch bei den anderen Befestigungsarten Verwendung finden.

Die A.noäenstäbe (4) des erfindungsgemäßen Zellenoberteils bestehen aus Ventilmetall, das mit Beschichtungen versehen ist, die eine wirtschaftliche Durchführung des Anodenprozesses ermöglichen. Der Ausdruck "Anodenstäbe" beschränkt sich nicht nur auf Stäbe

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mit kreisförmigen. Querschnitt, sondern es können beliebige Querschnitte, z. B. Vierkant, Dreikant, Sechskant, Rechteck usw. verwendet werden.

Sollen die Anodenstäbe (4) parallel zur Quecksilberflußrichtung angeordnet werden, ist eine zusätzliche Kontaktierung über eine quer angeordnete Hilfsbrücke (Figur 27, Pos. 17) möglich.

In Figur 14 ist eine weitere Ausführungafοrm des erfindungsgemässen Zellenoberteils mit automatisch verstellbarer Tragkonstruktion, das aus vom Zelleninnern abgeschirmten Stromzuleitern und -verteilern aus Leiterwerkatoff Kupfer bzw. Aluminium in Form von Längsträgern (1), darunterliegenden Kontaktleisten (2) aus Ventilmetall, | einer daran angeschweißten Zellenabschirmung (3) aus Ventilmetallblech und an den Kontaktleisten (2) befestigten, leicht auswechselbaren Anodenrosten (13) aus beschichtetem Ventilmetall besteht, dargestellt. Die Verbindung zwischen Längsträger (1) und Kontaktleiste (2) wird zweckmäßig in einer Art und Weise durchgeführt,' wie bei der ersten Ausführungsform beschrieben.

Die Befestigung der Anodenroste (13) an den Kontaktleisten (2) kann durch Schraubverbindung (Figur 16) erfolgen, wobei die Kontaktfläohe zwischen Kontaktleiste (2) und Anodenrost (13) zusätzlich mit Platinmetall beschichtet ist. Als weitere Ausführungsformen kommen die bereits vorher erwähnten Befestigungsarten mittels Zapfen (figur 17), Kerbstifte, Sprengzapfen und | Keile in Frage. Bei den Ausführungsformen mit Anodenrosten können wesentlich weniger Verbindungstiemente zwischen Kontaktleisten (2) und Anodenroste (13) verwendet werden, als bei den Ausführungsformen mit Anodenstäben. Um trotzdem während des Betriebes eine sichere und wirtschaftliche Zuführung des Stromes zu den Anodenrosten zu gewährleisten, werden die Kontaktflächen mit einem der bereits erwähnten Kontaktierungsmittel versehen. Eine weitere sichere Zuführung des Stromes zu den Anodenrosten wird durch eine metallische Verbindung zwischen Anodenrost und Kontaktleiste gegeben. Dazu eignet sich eine Schweißverbindung (Figur 8). Da es eich auch hier nur um wenige Verbindungspunkte

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. - ίο -

handelt, können die Anodenroste ausgewechselt werden, indem man die Schweißverbindung mittels eines geeigneten Werkzeuges, z. B. Trennschneider, löst. ITm beim Auswechseln ein Bearbeiten der Kontaktleisten (2) zu vermeiden, werden die Stege (14) der neuen Anodenroste versetzt an die Kontaktleiste geschweißt. Deshalb fertigt man hierzu Anodenroste mit verschiedenen Abständen der Querst^ifen (16). Dann wird erst nach mehrmaligem Auswechseln ein Nachbearbeiten der Kontaktleiste erforderlich.

Einige Ausführungsformen der Anodenroste, die die vorliegende Erfindung verdeutlichen, aber keinesfalls einschränken sollen, sind in den Figuren 19 - 26 dargestellt. Figur 19 zeigt eine Ausführungsform eines Anodenrostes aus parallel angeordneten Stegen (14) mit Rahmen (15), während in Figur 20 eine Ausführungsform mit Querstreifen (16) dargestellt ist. Die Befestigung der Anodenroste (13) an den Kontaktleisten (2) mittels einer der vorstehend beschriebenen Verbindung erfolgt am Rahmen (15) bzw. an den Querstreifen (16). Bei Verwendung von Streckmetall als Anodenrost erhält man die mechanische Festigkeit durch Verschweißen mit einem Rahmen (15) oder entsprechender Querstreifen (16) aus Ventilmetallhalbzeug. Anodenroste, die aus einem Stück gefertigt sind, sind in den Figuren 19-24 dargestellt. Werden die Anodenroste aus Ventilmetallblech gefertigt, können die Öffnungen mit (siehe Figur 19 - 22) oder ohne Materialverlust (siehe Figur 23 - 24) erzeugt sein. Die Figuren 19 - 21 zeigen Anodenroste aus geschlitzten Ventilmetallblechen. Durch Verdrehen der Stege erhält man bei gleicher Anodenfläche wesentlich größere Öffnungen, die -dazu führen, daß die Chlorgasblasen raschestens aus dem Elektrodenbereich abgeleitet werden. Es hat sich gezeigt, daß die Stege zweckmäßigerweise mit der Kathode Winkel von 30 - 90° bilden sollen. Eine Ausführungsform, bei der der Winkel 90° beträgt, ist in Figur 22 dargestellt. In Figur 23 ist eine weitere Ausführungsform mit Querleiste (16) gezeigt. Bei dieser Ausführungsform sind die Öffnungen durch Umbiegen der Stegkanten ohne Materialverlus^erzeugt. Auch die in Figur 24 dargestellte Form eines Anodenrostes läßt sich ohne Materialverlust herstellen, indem man z. B. mittels eines spitzen Werkzeuges Löcher in ein Ventilmetallblech schlägt, ohne die Löcher nachträglich zu entgraten.

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Selbstverständlich kann anstelle dieses Bleches auch ein handelsübliches Lochblech verwendet werden, das zur Erreichung der mechanischen Festigkeit mit Querstreifen versehen ist.

In Figur 25 und 26 sind Anodenroste (13) gezeigt, deren Stege (14) und Querstreifen (16) aus Ventilmetallhalbzeugen bestehen, die miteinander verschweißt sind. In gleicher Weise kann man auch Anodenroste (13), deren Stege (14) und Rahmen (15) aus verschweißten Ventilmetallhalbzeugen bestehen, anfertigen.

Alle vorstehend beschriebenen Anodenroste können entweder nur auf einer Seite oder auch auf beiden Seiten mit einer Beschichtung versehen sein, die eine wirtschaftliche Durchführung des i Anodenprozesses ermöglicht.

Zur Vergrößerung der "wahren Anodenfläche" können in einer weiteren Ausführungsform die Stege der Anodenroste ganz oder zumindest an ihrer Oberfläche aus gesintertem, aktiviertem Ventilmetall bestehen und mit dem Rahmen bzw. Querstreifen verschweißt sein.

Figur 28 zeigt eine dritte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zellenoberteils für Amalgamhochlastzellen mit vom Zelleninnern abgeschirmten Stromzuleitern und -verteilern aus leiterwerkstoff Kupfer bzw. Aluminium in Form von Längsträgern (1), darunterliegenden Kontaktbolzen (2a) aus Ventilmetall, einer daran angesehweißten Zellenabsehi'jbmung (3) aus Ventilmetall blech und an % den Kontaktbolzen (2a) befestigten, leicht auswechselbaren Anodenrosten (13) aus beschichtetem Ventilmetall. Die Verbindung zwischen Längsträger (1) und Kontaktbolzen (2a) bzw. Kontaktbolzen (2a) und Anodenrost (13) wird zweckmäßig in gleicher Art und Weise wie bei den vorstehenden Ausführungsformen durchgeführt. Diese Ausführungsform mit Kontaktbolzen (2a) führt zu einer weiteren Einsparung von Ventilmetall und dadurch zur Kostensenkung bei der Herstellung. Bedingt durch den großen Leiterquerschnitt der kurzen Kontaktbolzen (2a) ist bei dieser Ausführungsform die Erhöhung der Zellenspannung durch die nicht vermeidbare Einschnürung der Strombahnen unbedeutend. Die

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Anodenroste (15) sind in der gleichen Weise wie in der vorstehend beschriebenen zweiten Ausführungsform gestaltet.

Bei den beiden Ausführungsfoimen dee erfindungegemäßen Zellenoberteils mit Anodenrosten (15) können die Stege (14) der Anodenroste (15) quer oder parallel zur Quecksilberflußrichtung angeordnet werden. Die Anordnung und Gestaltung von Anodenrosten mit Rahmen, bei denen die Stege parallel zur Quecksilberflußrichtung verlaufen, ist aus Figur 14 ersichtlich. Die Gestaltung von Anodenrosten, bei denen die Stege quer zur Quecksilberflußrichtung verlaufen, ist in Figur 19 an einem Anodenrost mit Rahmen (15) und in Figur 16 und 20 an einem Anodenrost mit Querstreifen (16) dargestellt. Figur 29 zeigt einen Anodenrost (15) mit Querstreifen (16), dessen Stege (14) parallel zur Quecksilberflußrichtung angeordnet sind.

Bei dem erfindungsgemäßen Zellenoberteil ist die Stromzuleitung und -verteilung aus den sehr gut leitenden Werkstoffen Kupfer bzw. Aluminium hergestellt, wodurch sehr viel Titan eingespart wird. Durch die Verwendung der wesentlich billigeren und besser leitenden Leiterwerkstoffe ist es wirtschaftlich tragbar, die Stromzuleiter und -verteiler großzügig zu bemessen. Durch die reichliche Dimensionierung des Leiterquerschnittes und die kurzen Entfernungen zur eigentlichen Anode wird mit diesem Zellenoberteil ein ausgezeichneter Spannungsbeiwert erreicht. Je besser der Spannungsbeiwert, desto niedriger die Betriebskosten.

Bei allen Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Zellenoberteils wird bedingt durch die Konstruktion eine ausgezeichnete Planparallelität der Anodenflächen erreicht. Durch die PlanparalleLität ist ein sehr geringer Abstand zwischen Quecksilberkathode und Anode möglich, woraus ein sehr kleiner Spannungsabfall im Elektrolyten resultiert.. Diese Planparallelität der Anodenfläche bleibt auch beim Austausch der Anodenstäbe oder Anodenroste erhalten, weil bei der Montage der Austauschanoden konstruktionsbedingt die an ihnen befindlichen Verbindungsstücke in dafür vorgesehene Aussparungen der Kontaktleiste bzw. der Kontaktbolzen eingreifen und somit eine automatische Justierung der

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Anodenflache ergeben. Der aufwendige und langwierige Justiervorgang bei der herkömmlichen Montage von Metallanoden entfällt somit bei Verwendung des erfindungsgemäßen Zellenoberteils, ^rotz dieses aufwendigen Justierens war es bei den herkömmlichen Stempelanoden sehr schwierig, während der gesamten Betriebsdauer die PlanparalMität zu erhalten. Planparallelität der Anodenfläche ist aber eine der wichtigsten Voraussetzungen für ein sicheres Betreiben der Amalgamzellen, weil Unebenheiten der Anodenfläche häufige Kurzschlußursachen sind.

Die Anodenstäbe und Anodenroste des erfindungsgemäßen Zellenoberteils werden allseitig vom Elektrolyten umspült und deshalb kann der Elektrolyseprozeß an der gesamten beschichteten Oberfläche der Anoden stattfinden. Dadurch ist bei gleichbleibendem Eaumbedarf eine Erhöhung der Produktionskapazität möglich.

Die Konstruktion des erfindungsgemäßen Zellenoberteils erlaubt es, die Anodenstäbe oder Anodenroste so auszubilden, daß das entwickelte Ghlorgas raschestens aus dem Elektrodenbereich abgeführt wird. Dadurch wird der unerwünschte Einfluß des sogenannten Gasblaseneffektes weitgehend unterbunden.

Durch weitestgehenden Ersatz des bisher für die Stromzuleitung und -verteilung benötigten Ventilmetalla durch die weitaus billigeren Leiterwerkstoffe Kupfer oder Aluminium resultiert eine drastische Titaneinsparung und somit eine beachtliche Senkung der Investitionskosten.

Eine Störungsquelle im bisherigen Zellenoberbau sind die zahlreichen im Zellerideckel benötigten Dichtungen, die ständig gewartet und kontrolliert werden müssen. Bei der erfinduhgsgemäßen Konstruktion werden solche oder ähnliche Verschleißteile nicht benötigt. Somit ist der Gesamtaufbau des erfindungsgemäßen Zellenoberteils für Amalgamhochlastzellen langlebig und unkompliziert und entspricht daher allen Erfordernissen eines wirtschaftlichen Hochlastbetriebes.

Patentansprüche 209884/1153

Claims

Patentansprüche :

1. Zellenoberteil für Amalgamhoehlastzellen mit automatisch verstellbarer Tragkonstruktion, gekennzeichnet durch vom Zelleninnern abgeschirmte Stromzuleiter und -verteiler aus Leiterwerkstoff Kupfer bzw. Aluminium in Form von Längsträgern (1), darunterliegende Kontaktleisten (2) aus Ventilmetall, eine daran angeschweißte Zellenabschirmung (3) aus Ventilmetallblech und an den Kontaktleisten befestigte, leicht auswechselbare Anodenstäbe (4) aus beschichtetem Ventilmetall.

2. Zellenoberteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die als Stromzuleiter und -verteiler fungierenden Längsträger (1) ein Profil aufweisen, das ein Festschrauben der Kontaktleiste (2) von oben her ermöglicht.

3. Zellenoberteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleisten (2) durch mit Dichtungen ausgestattete Ventilmetallschrauben von unten an den Längsträgern (1) befestigt sind.

4. Zellenoberteil nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die als Stromzuleiter und -verteiler fungierenden Längsträger (1) und Kontaktleisten (2) Profile aufweisen, die eine vergrößerte Kontaktfläche ergeben, z. B. Verzahnung, Wellenlinie, Lamellen.

5. Zellenoberteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleisten (2) über Preßsitze mit den Längsträgern verbunden sind.

6. Zellenoberteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleisten (2) tfägerseitig mit einem kontaktverbessernden Metall (5) beschichtet sind.

7. Zellenoberteil nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet,, daß die Kontaktleisten (2) trägerseitig mit einem die Oxidation hemmenden Kontaktierungsmittel (5) beschichtet sind.

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A $

8. Zellenoberteil nach Anspruch ι bis 6, dadurch gekennzeichnet,

daß der Kontakt zwischen Längsträger (1) und Kontaktleiste (2) zusätzlich durch eine niedrigschmelzende Legierung (6) verbessert wird.

9. Zellenoberteil nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleiste anodenseitig Aussparungen aufweist und die Anodenstäbe mit Hilfe von Klemmschrauben (8) gegen diese gepreßt sind.

10. Zellenoberteil nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleisten (2) anodenseitig Aussparungen enthalten, in die Zapfen (9) der Anodenstäbe (4) eingepaßt sind.

11. Zellenoberteil nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kontaktleisten (2) anodenseitig Aussparungen aufweisen, in die die Kerbstifte (10) der Anodenstäbe (4) eingepreßt sind.

12; Zellenoberteil nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleiste (2) anodenseitig Aussparungen aufweist, die mit den Sprengzapfen (11) der Anodenstäbe (4) Preßsitze ergeben.

13. Zellenoberteil nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleiste (2) anodenseitig Aussparungen aufweist, in denen die Anodenstäbe (4) mittels eines Keiles (12) aus beständigem Werkstoff, z. B. Ventilmetall, Kunststoff, befe-

stigt sind. φ

14. Zellenoberteil nach Anspruch 9 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Kontakt zwischen Kontaktleiste (2) und Anodenstäben (4) zusätzlich durch ein Kontaktierungsmittel (7), wie z. B. Beschichtung aus Platinmetall, Silber, oxidationshemmende Paste usw., verbessert ist.

15. Zellenoberteil für Amalgamhochlast/zellen mit automatisch verstellbarer Tragkonstruktion, gekennzeichnet durch vom Zelleninnern abgeschirmte Stromzuleiter und -verteiler aus Leiterwerkstoff Kupfer bzw. Aluminium in Form von Längsträgern (1), darunterliegende Kontaktleisten (2) aus Ventilmetall,

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eine daran angesehweißte"Zellenabschirmung (3) aus Ventilmetallblech und an den Kontaktleisten (2) befestigte, leicht auswechselbare Anodenroste (13) aus beschichtetem Ventilmetall.

16. Zellenoberteil nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Längsträger (1) und Kontaktleiste (2) nach in den Ansprüchen 2 bis 8 dargestellter Weise ausgeführt ist.

17. Zellenoberteil nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleiste (2) anodenseitig mit Platinmetall beschichtet ist und die Anodenroste (13) daran angeschraubt sind.

18. Zellenoberteil nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleisten (2) anodenseitig Aussparungen (7) enthalten, in die die Zapfen (9) der Anodenroste (13) eingepreßt sind.

19. Zellenoberteil nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Kontaktleisten (2) und Anodenroste (13) in der in den Ansprüchen 11 bis 14 genannten Weise ausgeführt ist.

20. Zellenoberteil nach Anspruch 15 und 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontaktleiste (2) mit den Anodenrosten (13) verschweißt ist.

21. Zellenoberteil nach Anspruch 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenrost (13) aus parallel angeordneten Stegen (14) besteht, die an ihren Enden in einem Eahmen (15) münden, der an den Kontaktleisten (2) befestigt ist.

22. Zellenoberteil nach Anspruch 15 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenrost (13) aus parallel angeordneten, durch Querstreifen (16) unterbrochenen Stegen (14) besteht, wobei die Querstreifen (16) an den Kontaktleisten (2) befestigt sind.

23· Zellenoberteil nach Anspruch 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß Stege (14) und Rahmen (15) bzw. Stege (14) und Querstreifen (16) aus einem Stück gefertigt sind.

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24. Zellenoberteil nach Anspruch 21 bis ?3, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenrost (13) ein geschlitztes Blech ist.

25. Zellenoberteil nach Anspruch 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenrost (13) ein geschlitztes Blech ist, bei dem

. die Stege (14) mit der Kathode Winkel von 30 bis 90° bilden.

26. Zellenoberteil nach Anspruch 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenrost (13) ein gelochtes Blech ist.

27. Zellenoberteil nach Anspruch 21 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenrost (13) ein Blech ist, bei dem die öffnungen ohne Materialverlust erzeugt sind.

28. Zellenoberteil nach Anspruch 21 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenrost (13) aus Streckmetall besteht. i

29. Zellenoberteil nach Anspruch 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (14) und Rahmen (15) bzw. Querstreifen (16) aus Halbzeugen bestehen und miteinander verschweißt sind.

30. Zellenoberteil nach Anspruch 21 und 22, dadurch gekennzeichnet, daß die Stege (14) ganz oder zumindest ihre Oberfläche aus gesinterten Ventilmetall bestehen und mit dem Rahmen (15) bzw. den Querstreifen (16) verschweißt sind.

31. Zellenoberteil für Amalgamhochlastzellen mit automatisch verstellbarer Tragkonstruktion, gekennzeichnet durch vom Zelleninnern abgeschirmte Stromzuleiter und -verteiler aus leiter- , werkstoff Kupfer bzw. Aluminium in Form von Längsträgern (1), i darunterliegende Kontaktbolzen (2a) aus Ventilmetall, eine daran angeschweißte Zellenabschirmung (3) aus Ventilmetallblech und an den Kontaktbolzen (2a) befestigte, leicht auswechselbare Anodenroste (13) aus beschichtetem Ventilmetall.

32. Zellenoberteil nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Längsträger (1) und Kontaktbolzen (2a) nach in den Ansprüchen 2 bis 8 dargestellter Weise ausgeführt ist.

•A

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33. Zellenoberteil nach Aii&pruch 51 und 32, dadurch gekennzeichnet, daß die Verbindung zwischen Kontaktbolzen (2a) und Anodenroste (13) in der in den Ansprüchen 17 bis 20 genannten Weise ausgeführt ist.

34. Zellenoberteil nach Anspruch 31 bis 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Anodenrost (13) in der in den Ansprüchen 21 bis 30 genannten Weise ausgeführt ist.

35. Zellenoberteil nach Anspruch 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenstäbe (4) bzw. die Stege (14) der Anodenroste (13) quer zur Quecksilberflußrichtung angeordnet sind.

36. Zellenoberteil nach Anspruch 1 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenstäbe (4) bzw. die Stege (14) der Anodenroste (13) parallel zur Quecksilberflußrichtung angeordnet sind, wobei die Anodenstäbe (4) zusätzlich über eine quer angeordnete Hilfsbrücke (17) kontaktiert sind. -

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