DE2328769C3 - Verbesserte elektrische Verbindungen für Metallelektroden - Google Patents
Verbesserte elektrische Verbindungen für MetallelektrodenInfo
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Description
Die vorliegende Erfindung betrifft Elektrolysezellen mit einer Metallanode und einer Metallkathode und
insbesondere Elektrolysezellen für die Herstellung von Chlor und Ätzalkali. Ein neues Verfahren für die
Herstellung einer elektrischen und mechanischen Verbindung zwischen Metallkathode und Metallanode
wird aufgezeigt.
Normalerweise wurde bisher für die Herstellung von Chlor und Ätzalkali aus einer wäßrigen Alkalichloridlösung eine Membranzelle mit Graphitanode verwendet
Neuerdings wurden auch praktisch brauchbare formbeständige Metallanoden für den Einsatz in Membranzellen entwickelt Diese Metallanoden haben es auch
ermöglicht, für die Membranzelle die Filterpressenanordnung in Erwägung zu ziehen. Für die Entwicklung
einer praktisch brauchbaren, kompakten Filterpressen-Zelle sind jedoch innere elektrische Verbindungen
erforderlich. Da im Innern der Zellen Bedingungen herrschen, die auf viele Metalle stark korrodierend
wirken, ist es notwendig, stabile elektrisch-mechanische Verbindungen zu schaffen, die leicht zu schützen sind.
Gegenstand der Erfindung ist eine Verbesserung einer zweipoligen Filterpressen-Elektrolysezelle für die
Herstellung von Chlor aus einer wäßrigen Alkalichloridlösung, in der die Anode aus einem Ventilmetall und die
Kathode aus Eisen oder auch einer Eisenlegierung besteht und Anode und Kathode durch eine Schraubverbindung elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch
gekennzeichnet, daß durch eine der Elektroden ein mit Gewinde versehener Bolzen aus im wesentlichen
demselben Metall wie die Elektrode hindurchgeführt ist und die andere Elektrode mit einer entsprechenden
Öffnung mit Innengewinde versehen ist, wobei das Gewinde aus Eisen mit einem Münzmetall und das
Gewinde aus dem Ventilmetall mit wenigstens einem Metal.1 der Platingruppe überzogen ist
Auf diese Weise werden bei Herstellung der elektrischen Verbindung das weichere Platinmetall und
das Münzmetall in festen Kontakt miteinander ge
bracht, wodurch eine feste elektrische Verbindung und
eine gegenüber Schwerbeanspruchungen stabile mechanische Verbindung entsteht
Die Zeichnung zeigt einen Schnitt, ausgeführt entlang
der Längsachse der Schraube, durch eine Eisenkathode
und eine Ventilmetallanode, die erfindungsgemäß
elektrisch und mechanisch miteinander verbunden sind. In der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsform der Erfindung wird eine Metallanode 1 verwendet
die wie üblijh ein Blech (entweder geschlossen oder mit
Öffnungen verschiedener Formen versehen) oder ein aus einem Ventilmetall bestehendes Streckgeflecht sein
kann. Als zweite Elektrode der zweipoligen Zelle ist eine Kathode 6 aus Eisen oder auch einer Eisenlegierung vorgesehen. Wie die Anode 1 kann die Kathode 6
entweder aus Blech (geschlossen oder mit Öffnungen verschiedener Formen versehen) oder Streckmetall
bestehen. Aus Gcünden der Zweckmäßigkeit wird die
zwischen den Elektroden befindliche und parallel zu ihnen verlaufende Trennwand in der Zeichnung nicht
gezeigt, da die vorliegende Erfindung keine spezielle Zelle betrifft die Verwendung von Trennwänden
bekannt ist und durch das Weglassen der Trennwand in der Zeichnung größere Deutlichkeit in der Darstellung
der Einzelheiten der Erfindung erreicht wird.
An einer der Elektroden muß ein Zapfen mit einem Innengewinde zur Aufnahme der Schraube S befestigt
werden, z.B. durch Schweißen. Im Hinblick auf die geringe Dicke üblicher Elektroden ist es zu empfehlen,
beide Elektroden mit einem Zapfen zu versehen, so daß,
wenn Anode 1 und Kathode 6 zueinander richtig
ausgerichtet sind, die beiden Zapfen aufeinander liegen und den richtigen Abstand der Elektroden von der
Trennwand zwischen Anolyt- und Katholyt-Kammer sicherstellen. Der mit einem Innengewinde versehene
Zapfen kann an der einen oder der anderen Elektrode befestigt werden.
In der Zeichnung ist der mit Innengewinde versehene Zapfen 2 an der Anode 1 befestigt Das Innengewinde
des Zapfens 2 ist mit einer dünnen, aber zusammenhän
genden Schicht 3 überzogen. Zapfen 2 besteht aus im
wesentlichen demselben Metall wie die Anode 1, d. h. er besteht ebenfalls aus einem Ventilmetall. Der Überzug 3
besteht aus einem Platinmetill, das nach einer für das
Platinieren üblichen Methode aufgebracht wurde. Nach
Vi einem zweckmäßigen Verfahren dieser Art wird eine
durch Erhitzen reduzierbare Plattnierlösung mit dem Pinsel aufgebracht und dann mit Hilfe einer kleinen
Lötlampe zu einem fest haftenden Überzug reduziert. Der Zapfen 7 auf der Kathode 6 besteht aus im
M) wesentlichen demselben Metall wie Kathode 6, nämlich
aus Eisen oder einer Eisenlegierung.
Auch Zapfen 7 ist angeschweißt oder in anderer geeigneter Weise befestigt Zapfen 7 ist mit einer
Öffnung versehen, die sich in axialer Richtung mit einer
h"> entsprechenden Öffnung in der Kathode 6 deckt. Durch
diese Öffnungen wird eine Schraube 5 eingeführt, die zur Herstellung der erfindungsgemäßen elektrisch-mechanischen Verbindung dient
Die Schraube 5 besitzt einen gewöhnlichen Kopf mit druekaufnehmender Schulter, einen Schaft und am
anderen Ende ein Gewinde. Erfindungsgemäß ist dieses Gewinde mit einem Metallüberzug 4 versehen. Die
Schraube besteht aus einem ähnlichen Material wie die Elektrode, durch die sie hindurchgesteckt ist. Gemäß
der Zeichnung wird die Schraube durch die Kathode 6 und den Kathodenzapfen 7 hindurchgeführt; dementsprechend
besteht die Schraube S aus Eisen oder einer Eisenlegierung und der Überzug 4 aus einem MünzmetalL
Für die Zwecke dieser Erfindung kann der Kopf der Schraube 5 mit einem Schlitz für das Anziehen der
Schraube mit einem Schraubendreher (siehe Zeichnung) versehen oder so beschaffen sein, daß man einen
Inbus-Schlüssel oder ein ähnliches Werkzeug verwenden
kann. Die Druckschulter des Schraubenkopfes ist in der Zeichnung konisch dargestellt, doch können auch
andere Formen verwendet werden, z. B. eine flache Schulter, je nachdem welche Stärke die Elektrode
besitzt und vorausgesetzt, daß jede Elektrode einen entsprechenden Zapfen aufweist Es ist natürlich ohne
weiteres klar, daß bei zwischen der Schraub"; 5 und dem
mit Innengewinde versehenem Zapfen hergestellter Verbindung der Kopf der Schraube 5 gegen Elektrode
und/oder Zapfen anliegen muß, damit die Elektrode (in der Zeichnung Kathode 6) festgehalten wird.
Wenn die Schraube 5 in den mit Innengewinde versehenen Zapfen 2 eingeführt wird, so geben der
Oberzug 4 auf dem Schraubengewinde und der Überzug 3 auf dem Innengewinde des Zapfens gerade so viel jo
nach, daß die Schraube 5 eingedreht werden kann und dabei doch eine dichte, massive, unter mechanischer
Spannung stehende elektrisch-mechanische Verbindung entsteht. Der auf den Widerstand der Verbindung
zurückzuführende Verlust an elektrischer Energie wird y,
daher auf ein vernachlässigbares Maß reduziert Die Dichtheit der Anordnung gewährleistet darüber hinaus
eine feste, nicht nachgebende mechanische Verbindung.
Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß der Anodenzapfen 2 mit Bezug auf die Kathode 6 (oder den -id
Kathodenzapfen 7, falls ein solcher vorgesehen ist) so angeordnet sein muß, daß der Kopf der Schraube 5 auf
die Kathode einen Druck ausübt und sie arretiert
Für den Fachmann ist es aus der obigen Beschreibung ohne weiteres klar, daß die Vorteile dieser Erfindung i*>
ohne Rücksicht darauf zur Geltung kommen, ob die Schraube durch die Anode 1 und deren Zapfen 2 oder
durch die Anode 6 und deren Zapfen 7 hindurchgeht und die Verbindung mit dem anderen Zapfen herstellt In
jedem Falle besteht d:?. Schraube aus im wesentlichen in
demselben Material wie die Elektrode, durch die sie hindurchgeht. In jedem Falle ist das aus Eisen oder einer
Eisenlegierung bestehende Gewinde mit einem Platinmetall überzogen.
Für die Zwecke dieser Erfindung ist unter Ventilme- τ>
tall eine Gruppe von Metallen zu verstehen, die auf dem Gebiet der Elektrochemie wohlbekannt sind. Der
Einfachheit halber sei darauf hingewiesen, daß es '-ich hierbei um Titan, Zirkonium, Wolfram, Tantal und
Niobium handelt Vorzugsweise verwendet man Titan oder Tantal, und zwar normalerweise solches von
handelsüblicher Reinheit, ζ. Β. elektrolytische Sorten.
Legierungen des Titans können ebenfalls verwendet werden, vorausgesetzt, daß die Legierung das Kriterium
der Passivität erfüllt; Metallegierungen, die sich bei anodischer Polarisation passivieren, können auch bei
einer weit höheren Anodenspannung als derjenigen, die für die Umwandlung eines Chlorid-Ions in Chlor
erforderlich ist, passiv bleiben. Die Erscheinung der Passivität in diesem Zusammenhang wird in einem
Artikel diskutiert, der von Greene in der Ausgabe der
Zeitschrift »Corrosion« von April 1962, Seite 136-t bis
142-t, veröffentlicht wurde. Besonders ist auf Figur 1 in
diesem Artikel hinzuweisen, in der der typische aktiv-passive Übergang eines Metalls zu einem
korrodierenden Medium beschrieben ist Titanlegierungen mit Aluminium, Vanadium, Palladium, Chrom oder
Zinn, in denen die letzteren Metalle weniger als 10% der Legierung ausmachen, sind für die Zwecke der
Erfindung geeignet
Dcf Überzug auf dem Gewinde aus Eisen oder einer
Eisenlegierung besteht aus einem Münzmetall, d. h. Kupfer, Silber oder Gold. Wegen der beim direkten
Überziehen des Eisens mit diesen Metallen erforderlichen Lösungsbedingungen ist es in manchen Fällen
ratsam, zunächst eine Schicht eines Metalls wie Nickel, das aus einer weniger unangenehmen Galvanisierlösung
aufgebracht wird, und erst dann das gewünschte Münzmetall aufzubringen. Zum Beispiel kann man bei
Einsatz von Nickel und Kupfer die Verwendung eines Cyanid-Bades vermeiden. Zweistufiges Galvanisieren
mit Nickel und Kupfer bedeutet also, daß das Kupfer über einer dünnen Schicht Nickel aufgebracht wird. Bei
anderen Zwischenschichten verhält es sich ähaheh. Bei
der zweischichtigen Anordnung der Weichmetalle werden die Vorteile der vorliegenden Erfindung
gewahrt und gleichzeitig die Verwendung weniger unangenehmer Galvanisierlösungen ermöglicht Ein
solches zweistufiges System ist als unter den Umfang dieser Erfindung fallend anzusehen.
Metalle der Platingruppe sind zum Beispiel Platin, Ruthenium, Osmium, Rhodium, Iridium und Palladium
sowie Legierungen von zwei oder mehr der vorgenannten Metalle. Es ist zweckmäßig, diese Gruppe von
Metallen als Platingruppe zu bezeichnen, da von diesen Metallen vorzugsweise Platin verwendet wird.
Aus der obigen Beschreibung ergeben sich für den Fachmann zahlreiche Modifikationen, die als unter den
Ur.ira-ig dieser Erfindung fallend anzusehen sind.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (2)
1. Bipolare Filterpressen-Elektrolysezelle fQr die
Herstellung von Chlor aus wäßrigen Alkalichloridlösungen, deren Anode aus einem Ventilmetall und
deren Kathode aus Eisen oder einer Eisenlegierung besteht und Anode und Kathode durch eine
Schraubverbindung elektrisch miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, daß
durch eine der Elektroden ein mit Gewinde versehener Bolzen aus im wesentlichen demselben
Metall wie die Elektrode hindurchgeführt ist und die andere Elektrode mit einer entsprechenden öffnung
mit Innengewinde versehen ist, wobei das Gewinde aus Eisen mit einem Münzmetall und das Gewinde
aus dem Ventilmetall mit wenigstens einem Metall der Platingruppe überzogen ist
2. Bipolare Filterpressen-Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß auf der
der Kathode zugewandten Seite der Anode ein aus einem Ventilmetall bestehender Zapfen mit einer
mit Innengewinde versehenen Öffnung befestigt ist, wobei das Innengewinde mit einem Metall aus der
Gruppe der Platinmetalle überzogen ist, und eine Schraube aus Eisen oder einer Eisenlegierung durch
die Kathode hindurchgeführt ist, wobei das Gewinde der Schraube mit einem Kupfer- oder Nickel-Kupfer-Oberzug versehen ist, so daß bei Herstellung der
elektrischen Verbindung das weichere Platinmetall und das Nickel-Kupfer-Metall in festen Kontakt
miteinander gebraucht werden, wodurch eine feste elektrische Verbindung und eine gegenüber Scherbeanspruchungen stabile mechanische Verbindung
entsteht.
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