EP0685575B1 - Elektrolysezellen-Elektrode - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für Elektrolysezellen, insbesondere für Quecksilber-Chloralkali-Elektrolysezellen, mit Stromzuführungen über Stäbe oder Stromzuführungsbolzen und Stromverteilern in Form von hochkant stehenden, mit Abstand zueinander angeordneten Flachprofilen, die an ihrer Unterkante mit senkrecht zu ihnen angeordneten aktivierten Elektrodenteilen aus hochkant stehenden Flachprofilen mit vertikalen oder annähernd vertikalen Außenseiten durch Verschweißen verbunden sind, wobei die aktivierten Elektrodenteile aus einer größeren Zahl von Einzelelementen bestehen als die Stromverteiler, und die aktivierten Elektrodenteile mit einem Spalt von wenigstens 2 mm zueinander angeordnet sind.

Aus der US-A-35 07 771 ist es bekannt, an der Unterseite von Stromverteilern senkrecht angeordnete, hochkant stehende und zueinander parallel angeordnete aktivierte Elektrodenteile aus Blechprofilen einzusetzen, die im Querschnitt gesehen sich keilförmig verjüngende Unterkanten aufweisen; die Blechprofile sind im Bereich ihrer U-förmig ausgebildeten oberkante mit Öffnungen versehen, durch die Gas und verbrauchte Lösung nach oben austreten.

Die GB-A-10 68 992 beschreibt eine Anodenanordnung für die Chloralkali-Elektrolyse, bei der die Unterseite von Stromverteilern mit Elektrodenteilen aus Titanblechprofilen versehen ist, die sich keilförmig verjüngende Unterkanten aufweisen, um einen Gasblasenabzug aus dem Anodenbereich zu verbessern.

Als problematisch erweist es sich, daß bei den bekannten Anodenanordnungen die aufgrund aufsteigender Gasblasen entlang der aktiven Elektrodenflächen entstehende Verwirbelung in Form eines Elektrolyt-Gasgemisches die elektrochemische Umsetzung (lonenaustausch) im oberen Teil der Elektrode behindern kann.

Weiterhin ist aus der US-PS 40 22 679 eine Elektrode für Quecksilber-Chloralkali-Elektrolysezellen mit Stromzuführungen über Stäbe oder Stromzuführungsbolzen bekannt, welche im Abstand zueinander angeordnete Flachprofile aufweist, die an ihrer Unterkante mit senkrecht zu ihnen angeordneten aktivierten Elektrodenteilen verbunden ist, wobei die aktivierten Elektrodenteile aus einer größeren Zahl von Einzelelementen bestehen, als die Stromfahrteile und die Einzelelemente im Querschnitt gesehen eine sich verjüngende Unterkante aufweist, die im wesentlichen abgasförmig ausgebildet ist; als problematisch erweist sich bei solchen kreis- bzw. halbkreisförmigen Ausgestaltungen die Abfuhr der bei der Elektrolyse entstehenden Gasblasen, da diese einerseits den lonenaustausch im elektrolytischen Spalt zwischen den Halbkreisprofilen und der Quecksilberkathode behindern, andererseits keine rasche Abzugsmöglichkeit haben, so daß im unteren Bereich der Profilanode mit einer Art Gasblasen-Polster gerechnet werden muß; weiterhin ist die Höhe der Aktivierungsbeschichtung auf den Elektroden verhältnismäßig hoch, so daß auf die vom Elektrodenspalt verhältnismäßig weit enffernten Bereiche mit edelmetallhaltigen Substanzen versehen sind, jedoch praktisch kaum noch zu elektrochemischen Umsetzung beitragen.

Aus der US-PS 4 364 811 ist eine Anode für Quecksilber-Chloralkali-Elektrolysezellen mit Stromzuführung über einen Stab oder Bolzen bekannt, der mit aktivierten Elektrodenteilen aus Flachprofilen über der Stromverteilung dienenden und quer dazu verlaufenden Stromverteilern in Form von Rechteckprofilen verbunden ist; auch hier besteht die Gefahr der Bildung eines Gaspolsters im Elektrodenspalt, bzw. unterhalb der horizontal verlaufenden Unterkante der Elektrodenelemente, so daß eine rasche elektrochemische Umsetzung mit ausreichender lonenzufuhr nicht möglich ist und die Umsetzung aufgrund der Gaserzeugung behindert wird; auch wenn eine günstige Stromverteilung über drei Leiterebenen mit optimal dimensionierten Flachprofilen hier möglich ist, stellt sich doch die Frage einer raschen elektrochemischen Umsetzung im Elektrodenspalt und deren Behinderung durch Gasblasenerzeugung, bzw. Bildung eines Gaspolsters.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Elektroden, bzw. Anoden für die Chloralkali-Elektrolysezelle so auszugestalten, daß der Gasabzug aus dem Bereich des Elektrodenspalts gefördert wird und eine möglichst gasblasenfreie Grenzfläche zwischen Anode und Elektrolyt im Bereich des Elektrodenspaltes zur Verfügung steht; darüberhinaus soll eine hohe Energieausnutzung bei der Elektrolyse durch niedrige Elektrodenspannung erzielt werden.

Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.

Als besonders vorteilhaft erweist es sich, daß praktisch keine Verwirbelung des Elektrolyt-Gasgemischs im Elektrodenspalt mehr stattfindet, so daß vorteilhafterweise die Elektrodenspannung niedrig gehalten werden kann.

In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung schließt das Dreieck, bzw. keilförmige Element der Unterkante einen Winkel im Bereich von 30 bis 90° ein, wobei insbesondere im Bereich von ca. 60° ein besonders rascher Gasabzug der elektrolytischen Reaktion erfolgen kann. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Vorzugsweise liegt die Dikke der aktivierten Elektrodenteile im Bereich von 1,5 bis 2,5 mm.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.

Figur 1 zeigt eine Elektrode, deren oberer Teil des Querschnitts nach oben verjüngend ausgebildet ist, während der untere Teil sich keilförmig nach unten verjüngend ausgebildet ist.

Figur 2 zeigt schematisch eine Elektrode mit Elektrodenelementen gemäß Figur 1, wobei die beiden oberen Stromableiter-Ebenen erkennbar sind.

Figur zeigt schematisch den Einsatz der erfindungsgemäßen Elektroden 1,2 mit einem Basis-Winkel Alpha im Bereich der Unterkante 3 von 60°, wobei aufgrund des sich von der Unterkante 3 gleichschenkelig erstreckenden Teil-Dreiecks 4 mittels der aufgebrachten elektrokatalytischen Schicht 5 eine rasche elektrolytische Umsetzung sowie einen raschen Abtransport eventuell entstehender Gasblasen mittels eines im Spalt 6 zwischen zwei benachbarten Elektroden 1,2 entstehenden Kamineffekts zu bewirken. Die Gasblasen sind hier symbolisch mit Bezugszeichen 7 versehen. In der Praxis sind bei der Chloralkali-Elektrolyse die Elektrodenelemente 1 und 2 in einem Spalt 6 von wenigstens 2mm zueinander angeordnet, um durch eine Vielzahl kleiner Gasblasen nach dem Prinzip der Mammutpumpe eine aufwärts gerichtete Strömung entstehen zu lassen, welche für einen raschen Gasabtransport aus dem kritischen Elektrodenspalt 6 sorgt und so einen verhältnismäßig hohen Wirkungsgrad der Elektrolysezelle ermöglicht; gemäß Figur 1 ist über die Verjüngung im Bereich des Teildreiecks 4 der Unterkante 3 hinaus auch der obere Teil der Elektroden 1,2 sich nach oben verjüngend ausgebildet, so daß hier die entstandenen Gasbläschen 7 ohne Berührung oder irgendwelche Beeinflussung des Stoffaustauschs mit der elektrokatalytisch aktiven Oberseite der Elektroden aufsteigen; aufgrund der nach oben gerichteten trichterartigen Erweiterung des Abstandes der beiden Elektroden 1 und 2 können die Gasblasen 7 senkrecht nach oben steigen, während die aktiven Flächen 11, 12 der Elektroden 1,2 im rückwärtigen Bereich von den Gasblasen nicht mehr abgedeckt werden, so daß die elektrochemische Umsetzung im oberen Teil der Elektrode weitgehend ohne Behinderung der von unten heranströmenden Gasblasen erfolgen kann. Somit können auch die rückwärtigen Seitenflächen der aktivierten Elektrodenteile ohne Behinderung durch Gasblasen am Elektrolyseprozess teilnehmen.

An ihrer Oberseite 14 sind die Elektroden 1, 2 jeweils mit den Stromverteilern 17 der zweiten Ebene verbunden, die hier zwecks besserer Übersicht nur gebrochen dargestellt sind.

Figur 2 zeigt schematisch die erfindungsgemäße Elektrode mit ihren drei Stromableiterebenen von denen die beiden oberen Ebenen aus rechteckförmigen Flachprofilen 17, 18 gebildet sind, welche übereinander hochkant stehend und zueinander senkrecht so verbunden sind, daß keinerlei Behinderung des Gasabflusses aus dem Bereich des Elektrodenspalts 6 auftreten kann; an die Unterkanten der Stromverteiler 17 der zweiten Ebene sind die Elektrodenelemente 1, 2 durch Verschweißen in einem Winkel von 90° so befestigt, daß der Gasabzug der entstehenden Gasblasen nicht behindert wird. Im Hinblick auf den Elektrodenaufbau der beiden oberen Ebenen und der Stromzuleitung wird auf die US-PS 4 364 811 verwiesen.

Claims (3)

1. Elektrode für Elektrolysezellen, insbesondere für Quecksilber-Chloralkali-Elektrolysezellen, mit Stromzuführungen über Stäbe oder Stromzuführungsbolzen und Stromverteilern in Form von hochkant stehenden, mit Abstand zueinander angeordneten Flachprofilen, die an ihrer Unterkante mit senkrecht zu ihnen angeordneten aktivierten Elektrodenteilen aus hochkant stehenden Flachprofilen mit vertikalen oder annähernd vertikalen Außenseiten durch Verschweißen verbunden sind, wobei die aktivierten Elektrodenteile aus einer größeren Zahl von Einzelelementen bestehen als die Stromverteiler, und die aktivierten Elektrodenteile mit einem Spalt von wenigstens 2 mm zueinander angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die aktivierten Elektrodenteile (1, 2) im Querschnitt gesehen sich keilförmig/prismatisch verjüngende Unterkanten aufweisen, die im Querschnitt des Profils gesehen ein dreieckförmiges Unterteil aufweisen, das von einem sich nach oben verjüngenden Oberteil gehalten wird.
2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die keilförmige Unterkante aus zwei Ebenen gebildet ist, die sich in einem Winkel im Bereich von 40 bis 100° schneiden.
3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrodenteile (1, 2) der dritten Ebene in einem Abstand im Bereich von 1,5 bis 3 mm zueinander parallel verlaufend angeordnet sind.

Images