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DD216966A1 - METHOD AND ARRANGEMENT FOR CORROSION PROTECTION OF DIMENSION STABILIZED ANODES - Google Patents

METHOD AND ARRANGEMENT FOR CORROSION PROTECTION OF DIMENSION STABILIZED ANODES Download PDF

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DD216966A1
DD216966A1 DD24662482A DD24662482A DD216966A1 DD 216966 A1 DD216966 A1 DD 216966A1 DD 24662482 A DD24662482 A DD 24662482A DD 24662482 A DD24662482 A DD 24662482A DD 216966 A1 DD216966 A1 DD 216966A1
Authority
DD
German Democratic Republic
Prior art keywords
electrolysis
corrosion
cell
potential
arrangement
Prior art date
Application number
DD24662482A
Other languages
German (de)
Inventor
Werner Moritz
Manfred Suchi
Karl-Heinz Heckner
Manfred Jacobs
Wolfgang Ehrlich
Volker Doelle
Original Assignee
Univ Berlin Humboldt
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Publication of DD216966A1 publication Critical patent/DD216966A1/en

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  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Anordnung zum Korrosionsschutz dimensionsstabiler Anoden, die in Elektrolyseverfahren, beispielsweise bei der Chloralkalielektrolyse, bei Anwendung bipolarer Elektrolyseure mit Ionenaustauschermembranen, bei der Metallraffination oder auch bei organischen Elektrolyseverfahren verwendet werden. Das Ziel der Erfindung besteht in der Verringerung der Korrosion edelmetall- und/oder edelmetalloxidbeschichteter dimensionsstabiler Anoden (DSA), in einer entscheidenden Minderung des Verlustes an Edelmetall und einer wesentlichen Standzeitverlaengerung dieser Anoden. Die Korrosion der DSA bei Ausserbetriebsetzung einzelner Zellen aus einer Reihenschaltung wird durch Ersatz des ueblichen Kurzschliessers durch einen Schalter mit geeignet dimensioniertem Widerstand entscheidend herabgesetzt. Der Spannungsabfall am Widerstand muss dabei kleiner als die Gleichgewichtszellspannung des Elektrolyseprozesses sein und gleichzeitig muss das Anodenpotential ueber dem Potential der reduktiven Korrosion liegen.The invention relates to a method and arrangement for corrosion protection of dimensionally stable anodes, which are used in electrolysis processes, for example in the chloralkali electrolysis, when using bipolar electrolyzers with ion exchange membranes, in metal refining or even in organic electrolysis. The object of the invention is to reduce the corrosion of noble metal and / or noble metal oxide coated dimensionally stable anodes (DSA), in a significant reduction of the loss of precious metal and a substantial service life of these anodes. The corrosion of the DSA when decommissioning individual cells from a series connection is significantly reduced by replacing the usual short circuit with a switch with suitably dimensioned resistor. The voltage drop across the resistor must be smaller than the equilibrium cell voltage of the electrolysis process and at the same time the anode potential must be above the potential of the reductive corrosion.

Description

Verfahren und Anordnung zum Korrosionsschutz dimensionsstabiler' Anoden 'Method and arrangement for corrosion protection of dimensionally stable 'anodes'

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Anordnung zum Korrosionsschutz dimensionsstabiler Anoden, die in Elektrolyseverfahren, beispielsweise bei der Chloralkalielektrolyse, bei Anwendung bipolarer Slektrolyseure mit Ionenaustauschermembranen, bei der Metallraffination oder auch bei organischen Elektrolyseverfahren verwendet werden,The invention relates to a method and arrangement for corrosion protection of dimensionally stable anodes, which are used in electrolysis processes, for example in the chloralkali electrolysis, when using bipolar Slektrolyseure with ion exchange membranes, in metal refining or even in organic electrolysis,

Charakteristik der bekannten "technischen Lösungen Bei anorganischen und organischen Elektrolyseverfahren werden1 in den Elektrolysezellen vielfach dimensionsstabile Anoden (DSA) verwendet, die an ihrer Oberfläche mit einem Edelmetall oder Edelmetallen und/oder deren Oxiden bfiiso-hichtet sind. Diese Elektroden unterliegen bekanntlich sowohl bei Kurzschluß, zum Beispiel zum; Zweck der Außerbetriebnahme einer Zelle, als auch beim Wiedereinschalten einer beträchtlichen Korrosion. Hierdurch entstehen Edelmetallverluste,.die Standzeit der Elektroden wird, wesentlich herabgesetzt. Zur Beseitigung dieser Korrosion sind bisher keine Vorschläge publiziert· bzw, offengelegt worden. Bekannt sind lediglich einige Patente, die die Konstruktion von Schaltelementen für.*. große Gleichströme oder die Anordnung derselben an -'die in Serie, geschalteten-Elektrolysezellen zum Inhalt haben. So wird mit dem Patent DE AS 20 55 16.1 eine VorrichtungCharacteristic of the well-known "technical solutions case of inorganic and organic electrolysis process 1 are used in the electrolysis cells often dimensionally stable anodes (DSA), which are bfiiso-hichtet on its surface with a noble metal or noble metals and / or their oxides. These electrodes are well known, both in short-circuit , for example for;... purpose of the shutdown operation of a cell, as well as when restarting a considerable corrosion this results in losses of noble metal, .the service life of the electrodes is substantially reduced to eliminate this corrosion are previously no suggestions published · respectively, have been disclosed are known only a few patents relating to the construction of switching elements for large DC currents or the arrangement of the same in series-connected electrolysis cells, for example, DE 20 55 16.1 discloses a device

2 7. DEL 19 82*05810 G2 7th DEL 19 82 * 05810 G

geschützt, die im wesentlichen aus einem Fahrgestell besteht,/das zwischen den Zellen bewegt werden.kann und auf das zwei biegsame Kontakte zum Anschluß an die Zellen und die Schaltelemente aufgebaut sind. In dem Patent DE OS 24 48 194 wird ein Kurzschließer beschrieben, der fahrbar unter den Zellen angeordnet ist. Der Vorteil dieser Vorrichtungen liegt in der leichten und schnellen Handhabung der Kurzschließer. Bei all diesen Konstruktionen wird zwar durch einen geringen Widerstand der'Energieverlust gering gehalten, die Korrosion der Elektrodenoberfläche wird aber dadurch nicht vermieden, χ protected, which consists essentially of a chassis / which can be moved between the cells and on which two flexible contacts for connection to the cells and the switching elements are constructed. In the patent DE OS 24 48 194 a short-circuiter is described, which is arranged mobile under the cells. The advantage of these devices is the easy and quick handling of the short circuiters. In all these constructions, although a low resistance der'Energieverlust is kept low, but the corrosion of the electrode surface is not avoided, χ

Ziel der ErfindungObject of the invention

Das Ziel der Erfindung besteht in der Verringerung der Korrosion edelmetall- und/oder edelmetalloxidbeschichteter dimensionsstabiler Anoden, in einer entscheidenden'Minderung des Verlustes an Edelmetall und einer wesentlichen Standzeitverlängerung dieser Anoden«.The object of the invention is to reduce the corrosion of dimensionally stable anodes coated with noble metal and / or noble metal oxide, with a decisive reduction in the loss of noble metal and a substantial extension of the service life of these anodes.

Darlegung des Wesens, der ErfindungPresentation of the essence, the invention

-Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und Anordnung zum Korrosionsschutz von DSA zu entwickeln, das es gestattet, eine Elektrolysezelle aus einer Batterie von Zellen ohne Schädigung der DSA durch Korrosion außer Betrieb zu setzen und erneut in Betrieb zu nehmen. Erfindungsgemäß wird bei einer Reihenschaltung von Elektrolysezellen parallel zu einer Zelle, die außer Betrieb genommen werden soll/eine Spannung an der Elektrolysezelle aufrechterhalten, die kleiner als die. Gleichgewichtszellspannung des Elektrolyseprozesses ist und gleichzeitig das Anodenpotential über dem reduktivem Korrosionspotential der Anode halte Zur Durchführung dieses Verfahrens kann parallel zur Elektrolysezelle ein Schaltelement angeordnet werden, dessen Widerstand die oben genannten Bedingungen realisierte Zur Vermeidung von großen Energieverlusten bei technischenThe invention has for its object to develop a method and arrangement for the corrosion protection of DSA, which makes it possible to put an electrolytic cell from a battery of cells without damaging the DSA by corrosion out of service and to put into operation again. According to the invention, in a series connection of electrolysis cells parallel to a cell which is to be taken out of operation / maintained a voltage at the electrolysis cell, which is smaller than that. Equilibrium cell voltage of the electrolysis process and at the same time keep the anode potential above the reductive corrosion potential of the anode to carry out this method can be arranged parallel to the electrolytic cell, a switching element whose resistance realized the above conditions to avoid large energy losses in technical

Zellen kann der Widerstand nach Demontage der Ström-' zuführung oder der Elektroden gegebenenfalls durch einen · üblichen Kurzschließer ersetzt werden» / . Das erfindungsgemäße Verfahren soll an Hand der schematischen Darstellung (Abbildung 1) erläutert werden, SpIl beispielsweise die Zelle 2 aus dem Stromkreis herausgenommen werden, .so wird ein kombinierter Schalter, bestehend aus Teil I und II, wie aus Abbildung 1 ersichtlich, an Zelle 2 und 3 angeschlossen. ,. . Teil I stellt einen Schalter mit Widerstand dar, dessen Größe sich nach der Belastung der Zellen richtet und der beim Kurzschließen der Zelle an dieser eine'Restspannung besteJaen läßt, die von den Prozeßparametern abhängig ist und z.B. für die Chloralkalielektrolyse nach dem Diaphragma verfahre η' etwa· 1 Volt beträgt. Teil II ist ein üblicher Kurzschließer. . , ' . .Cells, the resistance after disassembly of the Ström- 'supply or the electrodes may be replaced by a conventional short-circuiting »/. The inventive method will be explained with reference to the schematic representation (Figure 1), Spll example, the cell 2 are taken out of the circuit, .so is a combined switch, consisting of Part I and II, as shown in Figure 1, to cell 2 and 3 connected. . , Part I represents a switch with resistance whose magnitude depends on the load on the cells and which, when shorted, gives the cell a residual voltage which depends on the process parameters, e.g. for the chloralkali electrolysis after the diaphragm, η 'is about 1 volt. Part II is a common short circuiter. , , '. ,

Durch Schließen des Schalters I wird die Zelle 2 stromlos', gemacht. Nach Unterbrechung der Stromzuführung A zwischen Zelle. 2 und 3 wird der Kurzschließer'II geschlossen und die Zelle 2 kann demontiert werden, während die Zellen 1 und 3 normal weiterarbeiten. Beim Wiedereinschalten der Zelle 2, ist nach erfolgter Montage und Anschluß der Stromzuführung A noch vor dem Pullen der Zelle 2 mit Elektrolyt der Kurzschließer II zu öffnen. ', Danach wird die Zelle 2 kqmplett betriebsbereit gemacht und durch nachfolgendes Öffnen des Schalters I wieder dein Stromkreis angeschlossen.By closing the switch I, the cell 2 is de-energized 'made. After interruption of the power supply A between cell. 2 and 3, the short-circuiter II is closed and cell 2 can be disassembled while cells 1 and 3 continue to operate normally. When restarting the cell 2, after the assembly and connection of the power supply A is still open before pulling the cell 2 with electrolyte of the short-circuiter II. 'Thereafter, the cell 2 is made kqmplett ready for operation and connect your circuit again by subsequent opening of the switch I.

Es ist bekannt, daß entsprechend dem allgemeinen Verhalten elektrochemischer Zellen für einen stromlosen Zustand keine Herabsetzung der Spannung auf Null notwendig ist, sondern ' nur auf eine Spannung, die kleiner als7 die betreffende Gleichgewichtszellspannung ist. Somit ist bezogen auf die Anodenreaktion nur eine Pierabsetzung des Potentials auf Werte unter dem Gleichgewichtspotential erforderlich, um eineIt is known that according to the general behavior of electrochemical cells for a currentless state, no reduction of the voltage to zero is necessary, but only to a voltage which is less than 7, the equilibrium cell voltage in question. Thus, based on the anodic reaction, only one pier displacement of the potential to values below the equilibrium potential is required to produce a

.Stromlosigkeit zu erreichen. Unerwartet wurde gefunden, daß eine starke Korrosion der DSA erst in Verbindung mit einer Reduktion von Oberflächenoxiden beziehungsweise Valenzänderungen von Oberflächenverbindungen > (reduktive Korrosion) bei Potentialen unterhalb der . anodischen Hauptreaktion einsetzt (siehe Ausführungsbeispiel 1) und daher ein Potentialgebiet existiert, in dem die Stromlosigkeit der Zelle erreicht werden kann, ohne daß eine Korrosion der DSA-Oberflache einsetzt. . To achieve powerlessness. Unexpectedly it was found that a strong corrosion of the DSA only in connection with a reduction of surface oxides or valence changes of surface compounds > (reductive corrosion) at potentials below the. Anodic main reaction begins (see Embodiment 1) and therefore a potential area exists in which the electrolessness of the cell can be achieved without causing corrosion of the DSA surface. ,

Das erfindungsgemäße Verfahren verhindert eine Korrosion der Edelmatall~/Edelmatalloxi'd-Schicht der DSA bei notwendiger Demontage einer Zelle, dadurch wird der Edelmetallverlust entscheidend gesenkt, und die Standzeit der DSA wesentlich verlängert.The inventive method prevents corrosion of the noble metal / Edelmatalloxi'd layer of the DSA when necessary dismantling a cell, thereby the precious metal loss is significantly reduced, and significantly extended the life of the DSA.

Ausführung_sbeispiel 1 _ Embodiment SExample 1

.An einer mit Pt/Ir-beschichteten DSA wurde in einer ,Laborzelle Chlor entwickelt (Bedingungen: 2 m WaCl, T m HClO4, E= .1,2 V/SCE, T = 25 0C) (Bereich I). Ohne Unterbrechung wurde anschließend das Potential linear.·..An with a Pt / Ir coated DSA chlorine was in a laboratory cell develops (Conditions: 2 m WACL, T m HClO 4, E = .1,2 V / SCE, T = 25 0 C) (range I). Without interruption the potential then became linear.

in katodischer Richtung variiert (Bereich II)* Gleich-varies in the cathodic direction (area II) * equal

192192

zeitig wurde an Hand des Isotops Ir. die Korrosion; der DSA radioche.inisch. verfolgt.early was on the basis of the isotope Ir. the corrosion; the DSA radioche.inisch. tracked.

Das Ergebnis dieser Messungen ist.in Abb. 2. dargestellt» Es zeigt sich, daß die Korrosion zunächst absinkt und erst im Potentialgebiet 0,7 - 0,3 V/SCE steil ansteigt. Dieses Gebiet entspricht dem Gebiet der Reduktion der Oberflächenoxide„ Überraschend tritt in diesem Bereich eine stärke Korrosion auf, die die Ursaohe" der Korrosion beim Kurzschluß ist ο Das Potentialgebiet unterhalb des Gleichgewichtspotentials der Anodenreaktion und oberhalb der reduktiven Korrosion ist somit während einer Außerbetriebsetzung der Zellen einzuhalten.The result of these measurements is shown in Fig. 2. »It can be seen that the corrosion first decreases and only rises sharply in the potential range 0.7 - 0.3 V / SCE. This area corresponds to the area of the reduction of the surface oxides "Surprisingly occurs in this area a strong corrosion, which is the Ursaohe" of the corrosion with the short ο The potential area below the equilibrium potential of the anode reaction and above the reductive corrosion is to be kept thus during a decommissioning of the cells ,

Ausführungsbeispiel 2 . ' ; Embodiment 2 . ';

In.Labordiaphragmazellen mit Pt/Ir-beschichtetenIn.Labordiaphragmazellen with Pt / Ir-coated

1 2 1 2

Anoden (Stromdichte 1,8 KA'm" , Zellspannung 3,6 V, : Anolytkonzentration 180 g/l NaCl) wurden Kurzschlußversuche durchgeführt« Dazu wurde eine der.Zellen direkt kurzgeschlossen, so daß eine Restspannung von 0,3 V anlag, und eine weitere Zelle wurde über einen parallel geschalteten Kohlenwiderstand (siehe Abb, 1, Schalter I) kurzgeschlossen, so daß eine Restspannung von 1,1 Y an den Zellen bestehen blieb. Alle anderen Zellen arbeiteten unter Normalbedingungen weiter. Die radiochemische Bestimmung der Edelmetallverluste brachte einen sehr deutlichen Unterschied in den Korrosionsraten. Die Korrosionsraten bei den Kurzschlußversuchen ohne Parallelwiderstand waren, jeweils 20mal höher als bei den Versuchen mit Parallelwiderstande ' 'Anodes (current density 1.8 KA'm ", cell voltage 3.6 V,: anolyte concentration 180 g / l NaCl) were short-circuit tests are carried out" by a der.Zellen was directly short-circuited, so that a residual voltage of 0.3 V abutted, and another cell was short-circuited via a parallel-connected carbon resistor (see Fig. 1, switch I) so that a residual voltage of 1.1 Y persisted in the cells.All other cells continued to operate under normal conditions The corrosion rates in the short-circuit tests without parallel resistance were 20 times higher than in the experiments with parallel resistances.

Claims (4)

Erf in.dungsan.apr uchErf in.dungsan.apr uch 1. Verfahren zum Korrosionsschutz dimensionsstabiler Anoden mit Edelmetall und/oder Edelmetalloxid-Beschichtung bei Außer- und Wiederinbetriebnahme1. A method for corrosion protection of dimensionally stable anodes with precious metal and / or precious metal oxide coating on commissioning and recommissioning ' einer Elektrolysezelle aus einer Batterie solcher Zellen in Reihenschaltung, dadurch gekennzeichnet, daß eine Spannung an der Elektrolysezelle aufrechterhalten wird, die kleiner als die Gleichgewichtszellspannung des Elektrolyseprozesses ist und gleichzeitig das Änodenpotential über dem reduktiven Korrosionspotential der Anode hält·an electrolytic cell from a battery of such cells in series, characterized in that a voltage is maintained at the electrolytic cell which is smaller than the equilibrium cell voltage of the electrolysis process and at the same time keeps the anode potential above the reductive corrosion potential of the anode. 2· Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach x Punkt 1, dadurch/gekennzeichnet, daß parallel zu der Elektrolysezelle beim Abschalten ein Schaltelement angeordnet ist, dessen Widerstand so bemessen ist, daß sein Spannungsabfall kleiner als die Gleichgewichtsaellspannung des Elektrolyseprozesses ist und daß es gleichzeitig das Anodenpotential über. ; dem reduktiven Korrosionspotential der Anode hält.Arrangement for carrying out the method according to x point 1, characterized in that parallel to the electrolysis cell when switching off a switching element is arranged whose resistance is so dimensioned that its voltage drop is smaller than the Gleichgewichtsaellspannung the electrolysis process and that it is the anode potential over. ; the reductive corrosion potential of the anode holds. 3· Anordnung nach Punkt 2, dadurch gekennzeichnet, daß nach Außerbetriebnahme gegebenenfalls ein weiteres übliches Schaltelement parallel zu der abgeschalteten Elektrolysezelle angeordnet ist.3 · Arrangement according to point 2, characterized in that after decommissioning optionally another conventional switching element is arranged parallel to the switched-off electrolysis cell. 4· Anordnung nach Punkt 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß für die Chloralkalielektrolyse nach dem Diaphragmaverfahren mit Eisenkatoden ein Schaltelement angeordnet ist, an dessen Widerstand ein Spannungsabfall von mindestens 0,9 V auftritt· .Arrangement according to items 2 and 3, characterized in that a switching element is arranged for the chloralkali electrolysis according to the diaphragm method with iron cathodes, at whose resistance a voltage drop of at least 0.9 V occurs. ; .jt ; .jt 2a'JAH.1983*O65lG42a'JAH.1983 * O65lG4
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