SE452993B - Katodenhet for elektrolyscell - Google Patents

Description

4s2'99s 2 För att avhjälp dessa olika olägenheter har det varit nödvändigt att anordna förstärkningselement i form av vågiga stålplattor inuti katodfingrakna, varvid dessa plattor, på vilka den inre katoden är konstruerad, förhindrar tillplattning av fingrarna vid diafragmats avsättning. En sådan montering avhjälper inte helt de ovan nämnda svårigheterna- Dessutom är kontakterna mellan dessa element och de perforerade väggarna hos den inre katoden punktformiga och sker ofta genom oxiderade ytor. Av denna anledning p¿verkar de praktiskt taget inte ledningen av ström och detta desto mer som de elektriska och mekaniska förbindelserna mellan cellväggen och katodens aktiva del sker väsentligen genom de nedre och övre, perforerade väggarna hos periferikammaren.

I FR-PS 2 287 527 föreslår man utnyttjning av distansorgan med formen av rätlinjiga plattor med tandade längsgäendë kanter. Närmare bestämt rekommenderar detta patent användningen av distansstycken, vilkas tänder har en sektion i form av en rektangel av vilkens sidor en är större och den andra mindre än de perforerade plattornas diameter, varvid tandavstíndet ïr skilt från det hos perforeringarna hos de perforerade plattorna, som bildar katodelementens lådkonstruktion (sid. 16, rad 14 till sid- 17, rad 2 hos ovannämnda patent).

Föreliggande uppfinning har till föremål en katodenhet, vid vilken monteringen och demonteringen av den inre delen underlättas och vilken ej är föremål för avsevärda deformationer vid de olika behandlingar som den kan ha att undergå, varvid katodenheten uppvisar en relativt låg resistans för passage av elektrisk ström och till pâ köpet, fordrar distansstycken som med sin verkan på de mekaniska och elektriska planen förenar stor enkelhet i utförandet.

Denna katodenhet enligt uppfinningen innefattar en behållardel med vertikala sidoväggar av elektriskt ledande metall, inuti vilken behâllardel en periferikammare är anordnad i förbindelse med en katodanordning innefattande ett flertal förlängningar av perforerad metall med väsentligen rektangulär tvär- sektion vilka sträcker sig i det inre av cellen, vilken enhet kännetecknas av att nämnda kammare och nämnda förlängningar är förstärkta genom en serie av metallplattor av konstant tjocklek, i horisontellt läge fästa på och inuti nämnda förlängningar och vid sina ändar fästa vid vertikala plattor, som är anordnade i periferikammaren, varvid nämnda vertikala plattor själva är förbund- na med den vertikala sidoväggen hos cellen.

Uttrycket “perforerad metall" används nu för att beteckna diskontinuer- lig metallyta. Det tillämpas särskilt för galler, perforerade metallplattor, metallnätverk och liknande produkter.

Cellbehållaren är i allmänhet av lågkolstål. Den uppbär på åtminstone en av sina sidor, menvanligarepå tre av de yttre sidorna, en katodgördel oftast bestående av en kopparplatta. Periferikammaren är begränsad utåt genom denna behållare och uppåt och nedåt genom de perforerade metallväggarna. 452 993 På två av de inre sidorna är rörformiga förlängningar avpassade, vilkas axlar är parallella med två av cellens väggar Det föredragna materialet för den inre katodenheten som uppbär diafragmat är perforerad järn- eller stålplåt.

Förstärkningselementen innefattar således inuti fingrarna eller förlängningarna flera plattor, som är åtskilda med ett avstånd, som beror på styvheten hos materialet som används för den inre katoden. Som en ren indikering kan man rekommendera ett sådant antal horisontella plattor, att avståndet mellan två plattor utgör mellan 5 och 152 av avståndet mellan de nedre och övre ändarna av katoden. Naturligtvis är denna indikering baserad på en jämn fördelning av plattorna, men man kan utan att gå utanför uppfinningens ram variera, t-ex. med plus minus 202, avståndet mellan två successiva plattor. De är punktsvetade vid väggarna hos den inre katoden och vid sina ändar eller vid en av sina ändar, allteftersom det gäller genomgående fingrar eller ej, vid plattorna i vertikalt läge. De olika varianterna på anordningen av dessa vertikala plattor kommer att anges tydligare nedan.

Förbindelsen mellan dessa vertikala plattor och cellens vägg kan, såsom det kommer att likaledes visas mera i detalj i det följande, utföras genom svetsning av plattorna på flänsar, som själva är fästa vid de övre och nedre delarna av den vertikala behållaren och är avsedda för det ena att mottaga locket och för det andra att vila på cellens golv eller, företrädesvis, utförs denna förbindelse genom plåtar av järn eller stål i form av S eller Z, så att de uppvisar en viss böjlighet och är förbundna med cellens vägg, väsentligen vid katodgördelns nivå.

Plattornas tjocklek väljs som funktion av strömstyrkan som går genom cellen och de använda metallernas natur så att några ansenliga distans- OCh energiförluster genom Jouleeffekt ej uppträder- Tjockleken på förbindelsestyckena med cellväggen är av storleksordningen 3~6mm.

För att tillåta en fri cirkulation av elektrolyten är det nödvändigt att de olika förstärkningsstyckena är förseddamed perforeringar. Proportionen hålytor i förhållande till den totala ytan hos dessa stycken är företrädesvis från 10-302. De vertikala plattorna kan likaledes vara av perforerad metall av samma beskaffenhet som den hos den inte katoden.

Den i allmänhet av koppar bestående katodgördeln, vars sektion och skärning är sådana att, såsom är väl känt inom klorindustrin, betydande strömförluster genom Jouleeffekt undviks alltunder det att en homogen fördelning av strömmen gynnas, kan utföras och monteras med cellen på olika sätt, som kommer att illustreras nedan. Man föredrar att genom explosion anbringa cellens 452 993 4 vertikala väggar eller partier av dessa väggar vid katodgördeln eller element av denna gärdel Pig. 1 är en vy av en katod som helhet av typen med genomgående hfinåflfingrar.

Fig. 2, 5 och 7 är tvärsnitt av ett stycke av cellen av vilka ytterligare delvyer är visade i fig. 3, 4 resp. 6.

Fig. 8 är en sidovy av den yttre väggen av en cell försedd på en sida med katodgördeln.

Fig. 9 och 10 representerar två utföringsvarianter av denna katodgördel.

Man ser i fig. 1 de vertikala väggarna l hos en elektrolyscell, försedda med flänsar 2 vid sina övre och nedre delar. På dessa väggar är en katodgördel 3 anbringad. Inuti cellen begränsar en periferikammare 4 av vilken man ser den övre delen, med fingrarna 5, av vilka man likaledes ser den övre delen, cellens katodavdelning. Mellan fingrarna uppträder tomma utrymmen 6 i vilka de vid cellens golv fästa anoderna kommer att anbringas vid cellens montering, vilka anoder ej är visade här. Förbindelseöppningen 7 med periferikammaren 4 möjlig- gör evakuering av vid katoden bildade gaser.

Väggarna hos katodfingrarna 5 och periferikammaren 4 är likaledes synliga i fig. 2. Man ser metallplattorna 8, som är fästa i horisontellt läge på katodfingrarna och inuti dessa, genom punktsvetsar återgivna av svarta punkter i figuren och vid sina ändar vid vertikala plattor 9, som själva är förbundna med cellväggen 1 genom böjliga stycken eller bälgar 10. Elementen hos den inre katoden är återgivna i fig. 3. Man skall notera att de horisontella plattorna 8 är svetsade vid sina ändar vid de vertikala plattorna 9, som är anordnade motstående katodavdelningarna och de motsvarande fingrarna 5- Ett analogt utförande är återgivet i fig. 4 och 5- De vertikala plattorna är emellertid bildade av perforerade metallbockningar, avjämnade vid 9a, hos den inre katoden. Hela metallprofilen skulle likaledes kunna utnyttjas istället för den perforerade, avjämnade metallen- De horisontella plattorna som de vertikala plattorna uppbär är anordnade ihuvudsak mitt emot utrymmet beläget mellan katod- fingrarna- I utförandet hos fig. 6 och 7 visas en katod, vars inre del är styvare än tidigare. De vertikala plattorna 9 är svetsade vid änden av flänsarna 2, vilka skjuter ut mot det inre av cellen.

Fig- 8 visar en sidovy av en cellvägg l, försedd med en katodgördel 3- Ett parti av väggen är belagt, företrädesvis genom explosion, av katodgördeln 3, varefter detta parti är svetsat vid komplementära delar vid väggen, utefter linjen lb- Denna katodgördel kan bestå av tre plana delar, såsom visas i fig. 9, f 1 452 993 eller av två rätvinkliga delar såsom visas i fig. 10. Den kan likaledes vara 1 två delar, varvid den ena är rätvinklig och den andra plan eller vara i en enda, hästskoformad del.

Cellens vertikala väggar svetsas därefter mellan varandra såsom fig. 9 eller 10 visar. I alla fallen utförs svetsningarna mellan metaller av samma karaktär- För att undvika problem på grund av utvidgningen kan det vara ändamålsenligt att pålägga en stålplatta på gördeln vid ställena där denna gördel inte är i kontakt med väggarna. I fig. 10 är sålunda förlëngningarna ld av cellens sidor belagda, men oberoende plattor kan utnyttjas.

Den inre delen av katoden är med fördel konstruerad genom först svetsning av de horisontella plattorna invändigt vid katodfingrarna och därefter genom fastsättning av de horisontella plattorna vid de vertikala plattorna, varvid de böjliga förbindelseelementen är fästa vid cellens inre vägg. Den inre delen införs därefter inuti lådan och de vertikala plattorna pressas då vid de böjliga elementen och slutligen svetsas de nedre och övre väggarna hos periferikammaren vid flänsarna eller överdelen av cellens vertikala väggar. Böjligheten hos förbindelseelementen mellan förstärkningselementen och de vertikala väggarna tillåter snabb och precis åustering av enheten.

Vid behov kan katodens inre del frigöras från lådan. Operationerna är då följande: skära ut den perforerade delen hos periferikammaren först och sedan svetsningarna mellan de vertikala plattorna och de böjliga förbindelserna.

Ett exempel ges nedan med det enda ändamålet att illustrera uppfinningen.

Jämförande exempel En cell med 760 mm höjd, 1800 mm längd och 1600 mm bredd, vilkens vertikala väggar är av stål av 10 m tjocklek, uppbär en katodgördel av koppar av 39 mm tjocklek och 460 mm bredd på tre av sina vertikala sidor. Botten och lock är av polyester. Denna cell innesluter en inre katod av konstruktionen med genomgående katqdfíngrar. Dessa fingrar är förstärkta medelst en förstyvning av vågplåt, svetsad vid lådan. Dessa fingrar, till antalet 20, är bildade genom en perforerad järnplatta av 2,5 mm tjocklek, varvid hålen har 3 mm diameter och är åtskilda med 5 mm från varandra- Andelen hål är 322. Fingrarna har själva en total tjocklek av 22 mm och är åtskilda från varandra av ett utrymme om 37 m i vilket anoderna, av galler av titan överdraget med platina- legering, av 37 mm medeltjocklek, är placerade- Graden eller andelen hål hos gallret är från 212 :S1- Elektrolys av en natriumkloridlösning av 300 g/l utfördes i denna cell under en strömtäthet av 25 A/dmz. De upprättade spänningsdifferenserna efter cellens stabilisering var mellan änden och mitten av ett finger 35 mV och mellan 4s2°99s 6 änden av fingirarna och lådan SÛmV, dvs. ett totalt spänningsfall av 1'25 mV.

Exempel enligt uppfinningen.

\ En identisk cell innehåller en likformig katod, bestående av en perforerad järnplatta av 2,5 mm tjocklek, varvid hålen har 3 mm diameter och avstånd om 5 mm från varandra. Andelen hål hos den perforerade plåten är 321. Fingrarna hos denna katod är förstärkta medelst horisontella plattor av järn med 4 m tjocklek, genom 6 plattor per finger- Dessa plattor är perforerade över hela sin längd (perforering med 10 mm diameter, andelen hål 151) och avfasade på kanterna för att göra det möjligt att svetsa dem vid den perforerade plattan som bildar katoden. För övrigt är de svetsade vid de två ändarna av fingrarna vid de vertikala plattorna (hänvisningabeteckning 9 i fig. 3), vilka själva är förbundna med cellväggen medelst styckena 10 (fig. 2 och 3). Denna cell utnytt- jades för elektrolys av en natriumkloridlösning av 300 3/1, som i det jïmförande lexemplet. Potentialfallet efter stabilisering var 1 medeltal 40 mV mellan ïnden och mitten av ett finger och det mellan fingrarna och lådan var 50 mV, dvs. ett totalt fall av 90 mV- Han observerade ingen anmïrkningsvïrd variation, varken under timmarna som följde cellens idrifttagande eller vid slutet av 30 månaders drift. v,

Claims (10)

7 452 993 PATENTKRAV

1. Katodenhet för elektrolyscell, innefattande en behållardél med vertikala sidoväggar (1) av elektriskt ledande metall, inuti vilken behållar- del en periferikammare (4) är anordnad i förbindelse med en katodanordning innefattande ett flertal förlängningar (5) av perforerad metall med väsentligen rektangulär tvärsektion vilka sträcker sig i det inre av cellen, k ä n n e - t e c k n a d av att nämnda kammare (4) och nämnda förlängningar (5) är förstärkta genom en serie av metallplattor (8) av konstant tjocklek, i hori- sontellt läge fästa på och inuti nämnda förlängningar och vid sina ändar fästa vid vertikala plattor (9), som är anordnade i periferikammaren, varvid nämnda vertikala plattor själva är förbundna med den vertikala sidoväggen (1) hos cellen.

2. Katodenhet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att de horison- tella plattorna (8) är perforerade.

3. Katodenhet enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av de horisontella perforerade plattorna (8) uppvisar en andel häl av mellan 10 och 30% av den totala ytan.

4. Katodenhet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att de horison- tella plattorna (8) är fördelade på väsentligen regelbundet sätt.

5. Katodenhet enligt krav 4, k ä n n e t e c k n a d av att antalet horisontella plattor (8) är sådant att avståndet mellan två successiva plattor utgör S till 15% av avståndet mällan de nedre och övre ändarna av katoden.

6. Katodenhet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att de vertikala plattorna (9) är anordnade åtminstone delvis mitt emot ändsidan av för- längningarna (5) hos katodanordningen samt att de är svetsade vid änden av de horisontella plattorna (8).

7. Katodenhet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att de vertikala plattorna (9) är anordnade åtminstone delvis mitt emot utrymmet (6) mellan ka- todanordningens förlängningar (5) samt att de horisontella plattorna (8) är svetsade vid sidorna av nämnda vertikala plattor.

8. Katodenhet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att förbindelserna mellan de vertikala plattorna (9) och cellens vertikala sidoväggar (1) är av böjlig metall (10).

9. Katodenhet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att förbindelsen mellan de vertikala plattorna (9) och de vertikala sidoväggarna (1) sker väsentligen mitt emot en katodgördel (3), som är anbringad på utsidan av cellens vertikala sidoväggar (1).

10. Katodenhet enligt krav 1, k ä n n e t e c k n a d av att de vertikala plattorna (9) vid sina ändar är svetsade vid de övre och nedre kanterna av cellens vertikala sidoväggar (1), på vilka en kêfi0d9ÖPdE1 (3) är HflbFífl9fld-