DE3406777C2

DE3406777C2 - Beschichtete Ventilmetallanode zur elektrolytischen Gewinnung von Metallen oder Metalloxiden

Info

Publication number: DE3406777C2
Application number: DE3406777A
Authority: DE
Inventors: Konrad Dipl.-Chem. 8505 Röthenbach Koziol; Erich Ing.(grad.) 8500 Nürnberg Wenk
Original assignee: Conradty GmbH and Co Metallelektroden KG
Current assignee: De Nora Deutschland GmbH
Priority date: 1984-02-24
Filing date: 1984-02-24
Publication date: 1985-12-19
Also published as: CA1259949A; FI850495A0; AU3902085A; FI78930C; FR2560222A1; BE901789A; ES8602969A1; FI850495L; ES540534A0; FR2560222B1; US4619752A; AU576820B2; ZA851059B; DE3406777A1; JPS60204894A; FI78930B

Abstract

Die Elektrode umfaßt einen horizontal angeordneten Stromzuleiter, der durch eine Schiene (11) aus Kupfer gebildet ist bzw. eine derartige Schiene (11) als stromführendes Bauteil aufweist. Von dieser Schiene (11) zweigt mindestens ein Stromverteiler (20) ab, der aus einem Mantel (21) aus Ventilmetall und einem darin angeordneten Kern (22) aus elektrisch gut leitendem Metall, der mit dem Mantel (21) in elektrisch leitender Verbindung steht und in den vorzugsweise eine Kontaktstruktur (23) eingebettet ist, die aus Ventilmetall besteht und über eine Mehrzahl von Schweißstellen mit der Innenfläche des Mantels (21) verbunden ist, aufgebaut ist. Mit dem Mantel (21) des Stromverteilers (20) ist ein Aktivteil der Elektrode mechanisch sowie elektrisch leitend verbunden. Die Schiene (11) des Stromzuleiters (10) aus Kupfer ist im Bereich der Anschlußstelle eines Stromverteilers (20) mit einem Anschlußelement (14) aus Ventilmetall versehen, das mit der Kupferschiene (11) durch Explosionsschweißen (15) verbunden ist. Der Stromverteiler (20) weist zweckmäßigerweise an seinem anschlußseitigen Ende eine Abschlußplatte (24), die ebenfalls aus Ventilmetall besteht, auf, über die der Stromverteiler (20) mit dem Anschlußelement verschweißt ist.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode, insbesondere Anode aus beschichtetem Ventilmetall zur elektrolytischen Gewinnung von Metallen oder Metalloxiden, bestehend aus einem horizontal angeordneten Stromzuieiter, der durch eine Schiene aus Kupfer gebildet ist bzw. eine derartige Schiene umfaßt, mindestens einem von dieser Schiene abzweigenden Stromverteiler, der aus einem Mantel aus Ventilmetall und einem darin angeordneten Kern aus elektrisch gut leitendem Metall, der mit dem Mantel in elektrisch leitender Verbindung steht und in den vorzugsweise eine Kontaktstruktur eingebettet ist die aus Ventilmetall besteht und über eine Mehrzahl von Schweißstellen mit der Innenfläche des Mantels verbunden ist aufgebaut ist und einem Aktivteil, das mit dem Mantel des Stromverteilers mechanisch sowie elektrisch leitend verbunden ist

Beschichtete Metallanoden dieser Art sollen auf dem Gebiet der elektrolytischen Gewinnung von Metallen, insbesondere Nichteisen-Metallen, aus Säurelösungen, die das zu gewinnende Metall enthalten, die ursprünglich hierfür eingesetzten Anoden aus Blei oder Bleilegierungen aus Graphit ersetzen. Die p^beitende Fläche bzw. der Aktivteil dieser beschichteten Metallanoden besteht aus einem tragenden Kern ausr einem Ventilmetall, wie z. B. Titan, Zirkonium, Niob oder Tantal, auf den eine Beschichtung aus einem anodisch wirksamen Material, z. B. aus Metallen der Platingruppe oder der Platinmetalloxide, aufgebracht ist

Der wesentliche Vorteil der Metallanoden besteht in der Einsparung elektrischer Energie gegenüber den herkömmlichen Blei- oder Graphitanoden. Diese Energieersparnis resultiert aus der bei beschichteten Metallanoden erzielbaren größeren Oberfläche, der hohen Aktivität der Beschichtung und der Formstabilität. Sie ermöglicht eine beträchtliche Erniedrigung der Anodenspannung. Die beschichteten Metallanoden erbringen eine weitere Betriebseinsparung dadurch, daß die Reinigung und Neutralisation des Elektrolyten erleichtert wird, da die Beschichtung der Anoden durch Cl-, NO3- oder freies H₂SO₄ nicht zerstört wird. Eine zusätzliche Kostenersparnis ergibt sich dadurch, daß bei der Verwendung von beschichteten Metallanoden der Elektrolyt nicht mit teuren Zusätzen, z. B. Kobaltverbindungen oder Strontiumcarbonat, versetzt werden muß, wie dies bei der Verwendung von Bleianoden erforderlich ist. Ferner entfällt die bei Bleianoden nicht zu verhindernde Verschmutzung des Elektrolyten und des gewonnenen Metalls durch Blei. Schließlich erlauben die beschichteten Metallanoden eine Erhöhung der Stromdichte und damit der Produktivität.

Bei der Auslegung dieser beschichteten Metallan-

öden hat man nun sehr unterschiedliche Wege beschriften.

Bei einer bekannten Metallanode der zur Rede stehenden Art (DE-OS 24 04167) wird das wesentliche Auslegungskriterium darin gesehen, daß die der Kathode gegenüberstehende Anodenfläche 1,5- bis 20mal kleiner ist als die Kathodenoberfläche und die Anode dementsprechend bei einer Stromdichte betrieben wird, die 13- bis 20iml größer ist als die Kathodenstromdichte. Durch diese Maßnahmen soll angeblich auf wirtschaftliche Weise eine relativ reine Metallabscheidung der gewünschten kristallinen Struktur und Reinheit auf den Kathoden erhalten werden. Die Wirtschaftlichkeit soll offensichtlich darin bestehen, daß aufgrund der gegenüber der Kathode reduzierten Fläche der Anode der Werkstoffverbrauch für die Frzeugung der Anode erniedrigt und damit teurer Ventilmetall-Werkstoff eingespart wird. Die Kostenreduzierung bei der Herstellung dieser Anode wird allerdings durch nicht unerhebliche Nachteile erkauft Einer der Nachteile besteht darin, daß der arsodische Anteil der Zeüenspannung hoch ist, weil die Anode mit einer hohen Stromdichte arbeitet Dies bedingt als wesentlichen Nachteil einen hohen Energiebedarf für die mit derartigen Anoden ausgestatteten Zellen.· Die große Stromdichte und der verkleinerte Leiterquerschnitt der bekannten Anode aufgrund der verkleinerten wirksamen Räche und damit des kleinen Materialvolumens bedingen einen großen inneren Ohmschen Spannungsabfall mit der Folge einer weiteren Erhöhung der notwendigen elektrischen Energie. Um den Nachteil des großen inneren Ohmschen Spannungsabfalls zu beheben, bestehen die in einer Ebene parallel zueinander angeordneten Profilstäbe, welche die wirksame Fläche bilden, aus einem Mantel aus Titan, der mit einem Kern aus Kupfer versehen ist Einen vergleichbaren Aufbau weisen auch die Stromzuleitungsund -Verteilungsschienen auf. Diese sind kompliziert geführt, um die Stromwege in der kleinen wirksamen Fläche der Anode weitgehend zu verkürzen. Der komplizierte Aulbau der die wirksame Fläche bildenden Profilstäbe sowie die erforderlich langen Stromzuleitungsund -Verteilungsschienen verteuern die bekannte Konstruktion erheblich.

Bei einer weiteren bekannten beschichteten Metallanode (DE-OS 30 05 795) ist man zur Vermeidung der prinzipiellen Nachteile der vorstehend geschilderten beschichteten Metallanode einen völlig anderen Weg gegangen, der darin besteht, daß die wirksame Fläche dieser Anode dadurch sehr groß ausgebildet ist, daß die in einer Ebene im Abstand voneinander und parallel zueinander angeordneten Stäbe, welche die wirksame Fläche bilden, der Beziehung b>F_A:Fp>2 genügen, wobei Fa die Gesamtoberfläche der Stäbe und F_P die von der Gesamtanordnung der Stäbe eingenommene Fläche bedeutet. Diese vorzugsweise aus Reintitan hergestellte Anodenkonstruktion weist außer der Haupt-Stromzuleitungsschiene aus Kupfer keine weiteren Siromzuleiter und -verteiler auf. Der Stromtransport in vertikaler Richtung wird mithin allein durch die Stäbe aus Ventilmetall vorgenommen. Insgesamt hat sich diese Anode aufgrund der groß ausgebildeten wirksamen Fläche bei vielen elektrolytischen Metallgewinnungsverfahren bestens bewährt.

Der den steigenden Kilowattstundenpreisen anzupassende, d. h. zu erniedrigende innere Ohm'sche Spannungsabfall der Titananoden erfordert inzwischen den Einsatz großer Leittrquerschnitte für die stromführenden Bauteile aus diesem kostspieligen Metall. Bei Ausbildung der aktiven Fläche aus in einer Ebene parallel zueinander angeordneten Titanstäben müssen diese mit entsprechend großem Querschnitt ausgelegt werden, um mit dem bei den dicken, massiven Bleianoden auftretenden inneren Ohm'schen Spannungsabfall Schritt halten zu können, was wiederum die technischen und kostenmäßigen Vorteile der Ventil-Metallanoden schmälert
Bei den schon erwähnten Stromzuleitungs- und -verteilungsschienen, bestehend aus einem Kern aus Kupfer und einem diesen Kupferkern umgebenden Mantel aus Titan, wird angestrebt einen »metallurgischen Verbund« zwischen dem Metall des Kerns und dem Metall des Mantels zu erreichen. Die Verringerung des inneren Spannungsabfalls, die durch die Ausbildung des Kerns aus einem Metall mit guter elektrischer Leitfähigkeit erreicht werden soll, wird aber nur dann tatsächlich erzielt wenn der Stromübergang zum beschichteten Aktivteil durch einen großflächigen, einwandfreien metallurgischen Verbund zwischen den? Werkstoff des Mantels und dem Werkstoff des Kup«. rs gewährleistet ist Diese Voraussetzung wird aber allenfalls bei einer sehr kostspieligen Herstellung einigermaßen erreicht Trotzdem haben sich diese Stromzuleiter für Anodei: bei der Chloralkalianalyse nach dem Diaphragma-Verfahren bewahrt Die Temperaturempfindlichkeit des metallurgischen Verbunds zwischen Kupfer und Titan setzt aber voraus, daß im Fall der Wiederbeschichtung dieser Anoden für Diaphragmazellen der titanummantelte Kupferstab von dem zu beschichteten Aktivteil abgetrennt wird.

Zu diesem Problemkreis wurde die im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 vorausgesetzte Elektrode entwickelt (DE-OS 32 09 138). Danach wurde in erster Linie der Konstruktion der Stromzuleiter sowie der Stromverteiler Augenmerk gegeben. Die wesentliche Konstruktionsidee bei dieser Elektrode besteht darin, daß die Stromzuleiter bzw. die Stromverteiler aus einem aus Profilen zusammengesetzten Mantel aus Ventilmetall und einem darin angeordneten Kern aus elektrisch f.it leitendem Metall aufgebaut sind, wobei der Kern mit dem Mantel in elektrisch leitender Verbindung steht und darüber hinaus in diesem Kern eine Kontaktstruktur eingebettet ist, die aus Ventilmetall besieht und über eine Mehrzahl von Schweißstellen mit der Innenfläche des Mantels verbunden ist Die Kontaktstruktur ist dabei ein räumliches Gebilde mit in mehreren Richtungen orientierten Oberflächen, das von dem Kernmetall aus mehreren Richtungen her umgeben ist. Nach einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Kontaktstruktur aus einem oder mehreren Streifen aus Streckmetall, Drahtnetz, Lochblech oder dergleichen. Der jeweilige Streifen ist vorteilhafterweise zur Stromfließrichtung im StrOmzuleiter bzw. Stromverteiler verlegt. Durch die angesprochene Maßnahme ergibt sich bei der bekannten Elektrode eine elektrisch gut leitende Verbindung zwischen dem Kernmetall und dem Mantelmetall mit der Folge eines geringen Spannungsabfalls auch bei hohen Stromstärl in. Der erzielte innige Kontakt zwisehen der Kontaktstruktur und dem Kernmetall bleibt für eine lange Betriebszeit auch bei großen Temperaturdifferenzen erhalten. Darüber hinaus verbessert die Kontaktstruktur die mechanische Festigkeit des entsprechend ausgebildeten stromführenden Bauteils und

damit der Elektr^e insgesamt. Die beschriebene Elektrode ist darüber hinaus kostengünstig und wirtschaftlich herstellbar, weil die bei den vorbekannten Anordnungen gegebenen Schwierigkeiten der metallurgischen

Verbindung des Kernmetalls mit dem Mantelmetall bzw. das Einbringen einer geeigneten Zwischenschicht, z. B. aus einem bei Betriebstemperaturen flüssigen Werkstoff, entfallen. Bei der Herstellung der bekannten Elektrode kann nämlich das Kernmetall im flüssigen Zustand einfach in den Innenraum des Mantels eingegossen werden. Aufgrund der entsprechenden Ausbildung der Kontaktstruktur umströmt das Kernmetall innig die Kontaktstruktur und schrumpft auf diese mit Vorspannung auf. Dadurch ergibt sich der gewünschte gute Kontakt zwischen dem Kernmetall und der Kontaktstruktur. Diese wiederum ist elektrisch gut leitend mit der Innenfläche des Mantels verschweißt Insgesamt zeichnet sich also die bekannte Elektrode aus durch einen möglichst kleinen inneren Spannungsabfall im Langzeitbetrieb durch kostengünstige und wirtschaftliche Herstellungsmöglichkeit, durch eine hohe Betriebssicherheit sowie dadurch, daß sie relativ flach baut

Schließlich ist bei einer bekannten Metaü-Biektrode (US-PS 42 51 337) der Stromzuleiter aus Kupfer mit der Elektrodenplatte aus Titan über einen Streifen aus Titan verbunden. Für jede Anschlußstelle zwischen Stromzuleiter und der jeweiligen Elektrodenplatte ist der Streifen aus Titan mittels Explosionsschweißen mit der Siromzuieiterschiene aus Kupfer zu verbinden. Dadurch ergeben sich nur kurze Verbindungslängen zwischen der Stromzuleiterschiene aus Kupfer und dem jeweiligen Streifen aus Titan mit der Folge, daß das Explosionsschweißen sehr kostenintensiv wird.

Gegenüber dem geschilderten Stand der Technik ist es Aufgabe der Erfindung, für die Elektroden der genannten Art eine Verbindungskonstruktion zwischen dem Stromzuleiter und dem Stromverteiler bzw. den Stromverteilem, die dem Aktivteil der Elektrode den Strom zuführen, zu schaffen, bei dem das sich anbietende Explosionsschweißen verfahrensgünstig eingesetzt

Diese Aufgabe wird bei einer Elektrode der vorausgesetzten Art dadurch gelöst, daß daß die Schiene aus Kupfer im Bereich der Anschlußstelle eines Stromverteilers mit einem Kupferelement verbunden ist, mit dem durch Explosionsschweißen ein Anschlußelement aus Ventilmetall verschweißt ist, mit dem der Stromverteiler verbunden ist

Die erfindungsgemäße Lösung zeichnet sich grundsätzlich dadurch aus, daß gegenüber der Anschlußkonstruktion nach der US-PS 42 51 337 sozusagen ein separates Kupferelement in die Verbindung miteinbezogen ist Dadurch ist es möglich, daß in einem Vorprozeß relativ lange Kupfer- und ebenfalls lange Ventilmetallstreifen durch Extrusionsschweißen miteinander verbunden und aus dieser derart hergestellten Verbundplatte dann die Verbindungselemente, nämlich das jeweilige Anschlußelement aus Kupfer und das jeweilige Anschlußelement aus Ventilmetall, bereits durch Explosionsschweißen miteinander verbunden, herausgeschnitten werden. Die so gewonnenen Anschlußelemente können dann über das Kupferelemeru leicht mit der K^upfer-Stromzuleitungsschiene verbunden werden. Aufgrund der geschilderten langen Verbindungslänge von Kupfer- und Ventilmetallstreifen in dem eingeschalteten Vorprozeß gestaltet sich das Explosionsschweißen sowohl herstellungstechnisch einfach als auch kostengünstig.

Durch die erfindungsgemäße Anschlußkonsiruktion ist ferner eine sehr innige, durch Gittericräfte bewirkte Verbindung zwischen der Kupferschiene des Stromzuleiters und dem Anschlußelement, an das dann der ei gentliche Stromverteiler angeordnet wird, erzeugt, clic zum einen einen möglichst geringen Spannungsabfall gewährleistet und zum anderen auch eine mechanisch starre Verbindung ergibt Es hat sich nämlich in vielen Versuchen gezeigt, daß durch eine rein mechanische Verbindung, wie z. B. durch Verschrauben, Anpressen oder dergleichen, sich nicht ein ausreichend guter Stromübergang zwischen den Bauteilen erreichen läßt Darüber hinaus sind natürlich auch die mechanischen

to Verbindungsmittel ungünstig in den Kosten und meist auch nicht ausreichend mechanisch starr, da sie sich bei Krafteinwirkung durchaus lösen können.

Die erfindungsgemäße Anschlußkonstruktion ist darüber hinaus mechanisch sehr robust, was sich entspre- chend auf die Gesamtelektrode auswirkt, so daß diese den Betriebsgegebenheiten bei Metallelcktroden zur elektrolytischen Gewinnung von Metallen bzw. Metalloxiden gerecht wird. Derartige Metallelektroden müssen bekanntlich zum Reinigen oder Strippen aus der Zelle heraus und danach wieder in diese eingebracht werden, wobei bei diesen Arbeits- und Bewegungsabläufen erhebliche mechanische Einwirkungen auf die Elektroden auftreten können. Nachdem Form und Abmessungen der Anschlußele mente aus Ventilmetall beliebig wählbar sind, können schließlich an die Anschlußelemente äußerst unterschiedlich ausgebildete Stromverteiler der vorausgesetzten An angeschlossen werden, also Stromverteiler-Konstruktionen, die aus einem Mantel aus Ventilmetall, einem darin eingegossenen Kern aus elektrisch gut leitendem Metall und einer darin eingebetteten Kontaktstruktur aufgebaut sind. Die Formen und Abmessungen dieser Stromverteiler variieren je nach Ausbildung des Aktivteils und der zu transnortierenden Ströme. Die erfindungsgemäße Anschlußkonstruktion erlaubt deshalb eine vielfältige Gestaltung der damit auszurüstenjj_sr! E!ejctrc<^r..

Nach einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anschlußkonstruktion ist das Anschlußelement durch eine Platte aus Ventilmetall gebildet, deren Anschlußabmessungen im wesentlichen denen des zugeordneten Stromverteilers entsprechen. Die Breite der Anschlußplatte ist dabei zweckmäßigerweise nicht größer als die Breite der Kupferschiene des Stromzuleiters, so daß die Platte nicht über die Schiene hinausragt Andererseits sind die Anschlußabmessungen, d. h. Breite und Länge, im wesentlichen denen des zugeordneten Strom Verteilers angepaßt Insgesamt bemessen sich also die Abmessungen der Anschlußplatte anhand der Ouerschnitts- Abmessungen des Stromverteilers. Diese wiederum hängen ab von den durch den Stromverteiler hindurchzuleitenden Strömen bei vorgegebenem geringen Spannungsabfall und von der Art des Aktivteils, der an den Stromverteiler angeschlossen ist

Nach einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrode ist das Anschlußelement auf einer durchgehenden Fläche der Schiene angeordnet Diese Maßnahme ergibt einen einfachen Aufbau der Schiene des Stromzuleiters, da hier von einer herkömm liehen Konstruktion ausgegangen werden kann.

Es bieten sich nun eine Reihe von Integrationslösungen für die Anschlußelemente mit zugehörigem Kupferelement mit der Stromzuleiterschiene aus Kupfer an. Eine Möglichkeit besteht darin, daß das Anschlußele ment mit dem zugehörigen Kupferelement einen Ab schnitt der Schiene bildet Bei dieser Lösung wird also die Schiene aus Abschnitten gebildet, wobei einige der Abschnitte durch das jeweilige Anschlußelement mit

dem zugehörigen Kupferelement gebildet werden, während die die Anschlußkonstruktionen verbindenden Abschnitte der Schiene ausschließlich aus Kupfer bestehen. Eine weitere Möglichkeit ist darin zu sehen, daß das Anschlußelement mit dem zugehörigen Kupferelement in eine entsprechende Ausnehmung in der Schiene eingesetzt ist. Die Kupferschiene wird also hier mit einer Ausnehmung oder mehreren Ausnehmungen je nach Anzahl der Stromverteiler versehen, worauf jeweils in die Ausnehmung das Anschlußelement mit dem zugehörigen Kupferelement eingesetzt wird. Dabei kann das Anschlußelement bündig mit der entsprechenden Fläche der Kupferschiene liegen. Das Anschiußelement und teilweise das zugehörige Kupferelement können aber auch herausragend in bezug auf die entsprechende Fläche der Kupferschiene angeordnet sein.

Es ist zweckmäßig, daß das Kupferelement mit der Schiene durch Argon-Arc-Schmelz-Schweißen verbunden ist. Hier wird aiso eine metallurgische Verbindung erreicht mit den Vorteilen eines günstigen Stromübergangs und zugleich einer sehr starren mechanischen Verbindung.

Eine besonders günstige Möglichkeit des Anschlusses des Stromverteilers an dem zugehörigen Anschlußelement des Siromzuleiters ist darin zu sehen, daß der Stromverteiler an seinem AnschlußeniJe mit einer Abschlußplatte aus Ventilmetall versehen ist und der Stromverteiler über diese Abschiußplatte mit dem Anschlußelement verbunden ist. Bei verschiedenen Ausführungsformen der in der DE-OS 32 09 138 vorgeschlagenen Stromzuleiter sind bereits derartige Abschlußplatten vorgesehen. Über diese können dann die Stromverteiler mit den Anschlußelementen des Stromzuleiters verbunden werden. Dies ergibt eine einfache Konstruktion im Zusammenhang mit den bekannten Stromverteilern, die sich bereits im Einsatz bestens bewährt

Zum Anschluß der Abschlußplatte des Stromverteilers an dem Anschlußelement der Stromzuleitung bietet es sich an, daß eine Auftrags-Schweißverbindung zwischen dem Anschlußelement und der Abschlußplatte des Stromverteilers vorgenommen ist. Auch hier wird also wieder eine metallurgische Verbindung zwischen den beiden Teilen hergestellt, um die schon erörterten Vorteile zu erreichen.

Um die Kupferschiene des Stromzuleiters und die Anschlußkonstruktionen zwischen Stromzuleiter und den Stromverteilern vor Korrosion und ggf. mechanischer Beschädigung zu schützen, wurden ebenfalls Lösungsvorschläge erarbeitet.

Eine der Lösungen besteht darin, daß die Schiene des Stromzuleiters von einem umgossenen Mantel aus z. B. Blei umgeben ist und dieser Mantel an der Anschlußstelle eines Stromverteilers mindestens bis zu dessen Mantel reicht.

Eine zweite prinzipielle Lösungsmöglichkeit ist darin zu sehen, daß die Schiene in einem Mantel geführt ist, der aus Profilen aus Ventilmetall besteht Diese Konstruktion erlaubt eine besonders vielfältige Ausgestaltung des Stromzuleiters. Der Stromzuleiter kann nämlich dann entsprechend den Stromverteilern ausgebildet werdea So kann auch der Mantel des Stromzuleiters mit Kernmetall ausgegossen sein, in das eine Kontaktstruktur eingebettet sein kann. Des weiteren bietet sich an, daß der Manie! des Stromverteilers an dem Mantel des Stromzuleiters gas- und flüssigkeitsdicht angeschlossen ist

Die zweckmäßigen Werkstoffe für den Aktivteil der erfindungsgemäßen Elektrode sind schon angesprochen worden. Er besteht danach aus einem tragenden Kern aus einem Ventilmetall, wie z. B. Titan, Zirkonium, Niob oder Tantal, auf den eine Beschichtung aus einem an-5 odisch wirksamen Material, z. B. aus Metallen der Platingruppe oder aus Metalloxiden, aufgebracht ist. Die Form des Aktivteils kann beliebig sein. Er kann aus Stäben, Blechen oder dergleichen gebildet sein. Besonders bevorzugt ist aber gewelltes Streckmetall, weil diese Konfiguration eine sehr große aktive Oberfläche ergibt, sparsam im Ventilmetallbedarf und zugleich ausreichend mechanisch stabil ist, insbesondere wenn Schutzmaßnahmen für die freien Ränder des gewählten Streckprofils ergriffen werden. Derartige Schutzmaßnahmen können in separat aufgebrachten Materialstreifen an den freien Rändern des Aktivteils aus Streckmetall bestehen.

Die Profile für die Mäntel der erfindungsgemäßen Elektrode, und zwar sowohl in bezug auf die Siromverteiler als auch in bezug auf die entsprechende Ausbildung des Stromzuleiters, weisen zweckmäßigerweise eine Wandstärke zwischen 0,5 mm und einigen mm auf. Sie bestehen ebenfalls aus einem der schon angesprochenen Ventilmetalle.

Ais Vergußmetali zur Herstellung des Kerns der bei der erfindungsgemäßen Elektrode verwendeten Stromverteiler und gegebenenfalls des Stromzuleiters eignen sich Metalle mit einem Schmelzpunkt, der um mindestens 500⁰C niedriger liegt als der des Metalls des Mantels des stromführenden Bauteils. Das Kernmetall soll ferner eine wesentlich höhere elektrische Leitfähigkeit besitzen als das Ventilmetall des Mantels, z. B. Titan. Unter Berücksichtigung dieser Forderungen kommen z. B. als Kernmetall Zink, Aluminium, Magnesium, Zinn, Antimon, Blei, Kalzium, Kupfer oder Silber und entsprechende Legierungen hiervon infrage. Selbstverständlich muß die Auswahl des Metalls für den Kern auch den speziellen Erfordernissen des jeweiligen Metallgewinnungsverfahrens Rechnung tragen. Für die Zinkgewinnungselektrolyse bietet sich Zink als Kernmetall an. Ein gleiches gilt für die Gewinnung von Kupfer, wobei hierfür allerdings auch Aluminium, Magnesium oder Blei sowie die entsprechenden Legierungen eingesetzt werden können.

Die erfindungsgemäße Lösung eignet sich sowohl zur Gestaltung von kleineren Elektrodenformen mit Elektrodenflächen von ca. 1,0 bis 1,2 m² als auch für sogenannte Jumbo-Elektroden mit einer Elektrodenfläche von ca. 2,6 m² bis 3,2 m².

so Aufbau und Vorteile von Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Elektroden werden im folgenden unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert Es zeigt

F i g. 1 eine perspektivische Gesamtdarstellung einer kleinen Elektrode mit dem erfindungsgemäßen Aufbau, F i g. 2 eine perspektivische Gesamtdarstellung einer großen Elektrode mit dem erfindungsgemäßen Aufbau, F i g. 3 eine vergrößerte Ansicht der Anschlußkonstruktion zwischen Stromzuleiter und Stromverteiler der erfindungsgemäßen Elektrode,

F i g. 4 einen Längsschnitt durch die Anordnung nach Fig. 3,

F i g. 5 eine prinzipielle Möglichkeit der Anordnung der Anschlußelemente an der Kupferschiene,

F i g. 6 eine weitere Möglichkeit der Integration der Anschlußelemente in der Stromzuleiter-Schiene,

F i g. 7 eine weitere Möglichkeit der Anordnung der Anschlußelemente an der Stromzuleiter-Schiene,

9 ¹⁰

F i g 8 einen Querschnitt durch eine weitere Ausge- Auch hier ist also ein ausgezeichneter Stromübergang '■'-. staltung der Anschlußkonstruktion zwischen Stromzu- bei großer mechanischer Festigkeit gegeben

leiter und Stromverteiler einer erfindungsgemäßen Der Stromve«« er ™™™«™™J$™£Z£

Elektrode rechteckförmigen Mantel 21, der zweckmäUigerweise

F i g 9 einen Längsschnitt durch die Anordnung nach 5 aus geeigneten Profilen aus Ventilmetall, bevorzugt Ti-F i e 8 und ^tan· zusammengesetzt ist. In den Mantel ist ein Kernme-

"t FiK 10 einen Querschnitt durch eine weitere Ausfüh- tall 22 aus elektrisch gut leitendem Material eingegos-

[c rungsform der Anschlußkonstruktion zwischen Strom- sen. In das Kernmetall ist eine Kontaktstruktur 23 ein· :.: zuleiter und Stromverteiler der erfindungsgemäßen gebettet, die zweckmäßigerweise aus Streckmetall-■ ■' Elektrode "> Streifen besteht und über eine Mehrzahl von Schweiß-

'^: Aus den F i g 1 und 2 ergibt sich der prinzipielle Auf- punkten mit der Innenfläche des Mantels 21 des Strom-

:: bau von zwei Versionen einer erfindungsgemäß be- Verteilers 20 verbunden ist. An dem dem Stromzuleiter schichteten Metallanode. Danach ist ein Stromzuleiter 11 zugewandten Ende des Stromverteiler ist der Man-' · mit 10 ein Stromverteiler mit 20 und ein mit dem Strom- tel 21 durch eine Abschlußplatte 24 aus Ventilmetal f i verteiler verbundener Aktivteil, d. h. die aktive arbeiten- is abgeschlossen, die zweckmäßigerweise mit dem Mantel W de Fläche der Elektrode, mit 30 bezeichnet 21 verschweißt ist und die andererseits mit der Kontakt-

X F i g. 1 zeigt die kleine und meist übliche Version ei- struktur 23, ebenfalls durch Schweißen, in Verbindung

'''·' ner Metallanode mit einer Anodenfläche von ca. 1,0 bis steht. Damit ist ein guter Stromübergang zwischen der π i ,2 in=. Bei dieser kleinen Elektrode ist nur ein mit dem AbschWißnlatte 24 und dem Kernmetall 22 und der Kon- ?■ Stromzuleiter 10 verbundener Stromverteiler 20 vorge- 20 taktstruktur 23 des Stromverteilers 20 gewährleistet. ;; sehen, an dessen beiden Seiten parallel zum Stromzulei- Andererseits ist diese Abschlußplatte 24 über eine '·' ter je ein plattenförmiges Element 31 angeordnet ist die Schweißverbindung 25, die zweckmäßigerweise durch gemeinsam den Aktivteil 30 bilden. eine Argon-Arc-Auftragsschweißung erzeugt ist, mit

In F i g. 2 hingegen ist eine sogenannte Jumbo-Anode dem Anschlußelement metallurgisch verbunden, so daß mit einer Anodenfläche von ca. 2,6 bis 3,2 m² dargestellt 25 auch hier ein guter Stromübergang erreicht ist - Diese Elektrode umfaßt zwei mit dem Stromzuleiter 10 Der Stromverteiler 20 trägt als Aktivteil, wie schon

verbundene Stromverteiler 20. An jedem dieser Strom- ausgeführt worden ist, plattenförmige Elemente 31. Wie verteiler 20 sind beidseits je ein plattenförmiges EIe- sich deutlich aus den F i g. 3 und 4 ergibt, ist jedes platment 31 angeordnet so daß insgesamt vier dieser plat- tenförmige Element 31 durch ein gewelltes Streckmetall tenförmigen Elemente 31 den Aktivteil 30 der Elektrode 30 dargestellt Die elektrische und mechanische Verbinbilden. Die Seitenkanten der beiden inneren plattenför- dung zwischen jedem plattenförmigen Element 31 und migen Elemente 31 können im Abstand voneinander dem Mantel 21 des Stromverteilers 20 erfolgt durch eine liegen und durch nicht dargestellte Überbrückungsele- entsprechend geführte Schweißnaht 32. mente miteinander verbunden sein. Die beiden inneren Die Stromzuleiter-Schiene 11 ist insgesamt durch ei-

plattenförmigen Elemente 31 können aber auch durch 35 nen Mantel 40 umgössen, der bevorzugt aus Blei besteht ein integrales Element dargestellt sein. und die Schiene 11 innerhalb der Zelle vor Korrosion

Aus den F i e. 3 und 4 ergibt sich die Anschlußkon- schützt Im Bereich der Anschlußstelle eines Stromverstruktion zwischen dem Stromzuleiter 10 und dem je- teilers ist dieser Mantel 21 bis zum Mantei 40 des Strömweiligen Stromverteiler 20 und dessen Ausbildung so- Verteilers 20 heruntergezogen, so daß der Mantel 40 wie die Ausgestaltung des Aktivteils 30. 40 noch teilweise den Mantel 21 überdeckt Auf diese Wei-

Danach umfaßt der insgesamt mit 10 bezeichnete se sind sämtliche Anschlußbauteile einschließlich der Stromzuleiter eine horizontal verlaufende Schiene 11, Schweißnähte ebenfalls vor Korrosion und gtgebenendie aus einem elektrisch gut leitendem Material, bevor- falls mechanischer Beschädigung geschützt zugt Kupfer, besteht An der Anschlußstelle eines F i g. 5 stellt die Konfiguration von Anschlußelement

Stromverteilers 20 ist an der Unterseite der Schiene 11 45 14, Kupferelement 12 und Schiene 11 dar, wie sie in den ein Element 12, ebenfalls aus Kupfer, angeordnet Die- F i g. 3 und 4 gegeben ist Danach ist das Anschlußeleses Kupferelement 12 besteht aus einer Platte mit einer ment 14 über das Kupferelement 12 an der unteren, der Breite der Schiene 11 entsprechenden Breite und durchgehenden Fläche der Schiene 11 angeordnet einer Länge, die etwas kleiner ist als die entsprechende F i g. 6 betrifft eine weitere Möglichkeit der Ausge-

Breite des Stromverteilers 20. Das Kupferelement 12 ist 50 staltung der Schiene 11 einschließlich Anschlußelement mit der Schiene 11 durch eine Schweißnaht 13 verbun- 14. Danach bilden das Anschlußelement 14 und das zuden, die zweckmäßigerweise durch Argon-Are- gehörige Kupferelement 12 einen Abschnitt der Schiene Schmelz-Schweißen erzeugt ist Dadurch ergibt sich ei- 11, während die anderen Abschnitte 11a ausschließlich ne innige metallurgische Verbindung zwischen der aus Kupfer bestehen.

Schiene 11 und dem Kupferelement 12, die einen sehr 55 Gemäß F i g. 7, die eine weitere Möglichkeit betrifft guten Stromübergang zwischen diesen beiden Bauteilen ist in der Schiene 11 eine Ausnehmung 11 b ausgestanzt gewährleistet bzw. ausgefräst bzw. ausgeschnitten, in die das An-

An der unteren freien Fläche des Kupferelements 12 Schlußelement 14 über das Kupferelement 12 eingesetzt ist ein Anschlußelement 14 angeordnet Dieses An- ist

schlußelement 14 besteht aus einem Ventilmetall, 60 F i g. 8 und 9 betreffen eine andere Ausgestaltung des zweckmäßigerweise Titan, und weist ebenfalls die Form Stromzuleiters 10. Danach verläuft die Kupferschiene einer Platte auf. Die Breite der Platte entspricht der 11 in einem insgesamt mit 50 bezeichneten Mantel aus Breite des Kupferelements 12 und damit der Breite der Ventilmetall, bevorzugt Titan. Dieser Mantel (50) ist aus Schiene 12. Auch die Längen (in Richtung der Erstrek- drei Profilen zusammengesetzt Zum einen ist ein planes kune der Schiene 11) von Kupferelement 12 und An- 65 Profil 51 vorgesehen. Das weitere Profil 52 weist eine schlußelement 14 sind gleich. Das Kupferelement 12 und S-Form auf, setzt sich also zusammen aus einem Steg das Anschlußelement 14 sind durch Explosionsschwei- 52a, von dem einerseits ein langer Schenkel 52b und Ben 15 mkeinander innig durch Gitterkräfte verbunden. andererseits ein kurzer Schenkel 52c gegensinnig abge-

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winkelt sind. Dieses Profil 52 liegt mit seinem kurzen Schenkel 52c im Bereich des unteren Randes des planen Profile.-. 51 auf. In diesem Bereich sind die beiden Profile zweckmäßigerweise durch eine Rollschweißnaht miteinander verbunden. Geschlossen wird der Mantel 50 durch ein U-förmiges Profil 53, das mh seinen beiden Schenkeln 53a innerhalb der oberen Ränder der Profile 51 und 52 liegt und in diesem Bereich mit diesen beiden Profilen zweckmäßigerweise durch Schweißen verbunden ist. Dieser derart gebildete Mantel 50 umgibt auch noch das Kupferelement 12, das in diesem Ausführungsbeispiel gemäß F i g. 5 an der Schiene 11 angeordnet ist Das Anschlußelement 14 durchgreift eine Ausnehmung 54 im Steg 52a des Profils 52. An der Unterseite des Anschlußelements 14 ist der Stromverteiler 20 über sei- ;s ne Abschlußplatte 24 in schon beschriebener Weise befestigt.

In nicht dargestellter Weise kann zwischen der Schiene 11 und dem Mantel 50 des Stromzuleiters 10 ein Kernmeti.ll eingegossen sein, in das auch noch eine Kontakt ~*,ruktür eingebettet sein kann.

Die Verbindung der Bauteile 11,12,14 und 24 kann in der schon beschriebenen Art und Weise erfolgen.

Schließlich kann der Mantel 21 des Stromverteilers 20 noch durch Schweißen mit dem kurzen Schenkel 52cdes Profils 52 des Mantels 50 des Stromzuleiters mechanisch und elektrisch leitend verbunden sein.

Aus F i g. 10 ergibt sich ein etwas einfacherer Aufbau eines Mantels 60 aus Ventilmetall für die Schiene M des Stromzuleiters 10. Danach sind die beiden Seitenflächen der Schiene 11 durch je ein planes Profil €1 abgedeckt, das an das Anschlußstück 14 angeschweißt ist Diese beiden Profile sind nach oben hin durch ein U-förmiges Profil 62 geschlossen, das mit seinen beiden Schenkeln 62a die oberen Ränder der Profile 61 umgreift und in diesem Bereich mit den beiden Profilen 61 verschweißt ist

Der übrige Aufbau der Anschlußkonstruktion ist vergleichbar mit den bereits beschriebenen Anordnungen.

Im Falle eines Mantels 50 bzw. 60 aus Ventilmetall für die Schiene U des Stromzuleiters 10 ··" ; sich bewährt, daß zwischen der Oberseite der ^..usne 11 und dem U-förmigen Abschlußprofil 53 bzw. 62 ein Spalt 16 verbleibt, so daß die Schweißnähte zwischen dem U-förmigen Profil 53 bzw. 62 und den weiteren Profilen 50,52 bzw. 61 nicht im unmittelbaren Bereich der Kupferschiene 11 liegen, so daß bei der Verschweißung keine negativen thermischen Einwirkungen auf die Kupferschiene 11 erfolgen.

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Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

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Claims

Patentansprüche:

1. Elektrode, insbesondere Anode aus beschichtetem Ventilmetall zur elektroiytischen Gewinnung von Metallen oder Metalloxiden, bestehend aus einem horizontal angeordneten Stromzuleiter, der durch eine Schiene aus Kupfer gebildet ist bzw. eine derartige Schiene umfaßt, mindestens einem von dieser Schiene abzweigenden Stromverteiler, der aus einem Mantel aus Ventilmetall und einem darin angeordneten Kern aus elektrisch gut leitendem Metall, der mit dem Mantel in elektrisch leitender Verbindung steht und in den vorzugsweise eine Kontaktstruktur eingebettet ist, die aus Ventilmetall besteht und über eine Mehrzahl von Schweißstellen mit der Innenfläche des Mantels verbunden ist, aufgebaut ist, und einem Aktivteil, das mit dem Mantel des Stromverteilers mechanisch sowie elektrisch leitend verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (Ii) aus Kupfer im Bereich der Anschlußstelle eines Stromverteilers (20) mit einem Kupferelement (12) verbunden ist, mit dem durch Explosionsschweißen (15) ein Anschlußelement (14) aus Ventilmetall verschweißt ist, mit dem der Stromverteiler (20) verbunden ist

2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (14) durch eine Platte gebildet ist, deren Anschlußabmessungen im wesentlichen denen des zugeordneten Stromverteilers (20) entsp'xhen.

3. Elektrode nach AnsDruch ] oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (14) auf eine durchgehende Fläche der Schiene (11) stumpf aufgesetzt ist (F i g. 5).

4. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (14) mit dem zugehörigen Kupferelement (12) einen Abschnitt der Schiene (11) bildet (F i g. 6).

5. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Anschlußelement (14) mit einem zugehörigen Kupferelement (12) in eine entsprechende Ausnehmung (lib) in der Schiene (11) eingesetzt ist (F i g. 7).

6. Elektrode nach einem der Ansprüche 2 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Kupferelement (12) mit der Schiene (11) durch Argon-Arc-Schmclz-Schweißen verbunden ist.

7. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Stromverteiler (20) an seinem Anschlußende mit einer Abschlußplatte (24) aus Ventilmetall versehen ist und der Stromverteiler (20) über diese Abschlußplatte (24) mit dem Anschlußelement (14) aus Ventilmetall verbunden ist.

8. Elektrode nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Auftragsschweißverbindung zwischen dem Anschlußelement (14) und der Abschlußplatte (24) des Stromverteilers (20) besteht.

9. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (H) des Stromzuleiters (10) von einem umgossenen Mantel (40), insbesondere aus Blei, umgeben ist und dieser Mantel (40) an der Anschlußstelle eines Stromverteilers (20) mindestens bis zu dessen Mantel (21) reicht (F ig. 3 und 4).

10. Elektrode nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Schiene (11) in einem Mantel (50; 60) geführt ist, der aus Profilen aus Ventilmetall besteht (F i g. 8,9 und 10).

11. Elektrode nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Mantel des Stromverteilers (21) an dem Mantel des Stromzuleiters (50; 60) gas- und flüssigkeitsdicht angeschlossen ist

12. Elektrode nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet daß der Mantel des Stromzuleiters (50; 60) mit Kernmetall ausgegossen ist

13. Elektrode nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet daß in das Kernmetall des ausgegossenen Stromzuleiters (50; 60) eine Kontaktstruktur eingebettet ist