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DE2559192A1 - Diaphragmaelektrolysezelle - Google Patents

Diaphragmaelektrolysezelle

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Publication number
DE2559192A1
DE2559192A1 DE19752559192 DE2559192A DE2559192A1 DE 2559192 A1 DE2559192 A1 DE 2559192A1 DE 19752559192 DE19752559192 DE 19752559192 DE 2559192 A DE2559192 A DE 2559192A DE 2559192 A1 DE2559192 A1 DE 2559192A1
Authority
DE
Germany
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cell
catalytic
anode
cell according
diaphragm
Prior art date
Legal status (The legal status 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 status listed.)
Ceased
Application number
DE19752559192
Other languages
English (en)
Inventor
Louis Dr Bourgeois
Edgard Dr Nicolas
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Solvay SA
Original Assignee
Solvay SA
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Filing date
Publication date
Application filed by Solvay SA filed Critical Solvay SA
Publication of DE2559192A1 publication Critical patent/DE2559192A1/de
Ceased legal-status Critical Current

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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00—Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01—Products
    • C25B1/34—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis
    • C25B1/46—Simultaneous production of alkali metal hydroxides and chlorine, oxyacids or salts of chlorine, e.g. by chlor-alkali electrolysis in diaphragm cells
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/17—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof
    • C25B9/19—Cells comprising dimensionally-stable non-movable electrodes; Assemblies of constructional parts thereof with diaphragms

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Non-Metals, Compounds, Apparatuses Therefor (AREA)
  • Electrodes For Compound Or Non-Metal Manufacture (AREA)
  • Water Treatment By Electricity Or Magnetism (AREA)

Description

Die Erfindung betrifft eine Verbesserung für Diaphragmazellen zur Elektrolyse von wäßrigen Alkalimetallchloridlösungen, z. B. einer !"atriumchloridsole.
Ein Nachteil von Diaphragmaelektrolysezellen beruht auf der Schwierigkeit, die Anwesenheit von Alkalimetallchlorat in der aus den Kathodenkammern entnommenen, alkalischen Lauge zu vermeiden. Die Anwesenheit von Alkalimetallchlorat in der Lauge macht diese tatsächlich für verschiedene Anwendungen ungeeignet, insbesondere für die Eunstseidenindustrie, und eine solche Anwesenheit macht daher eine kostspielige und technisch aufwendige Reinigung der Lauge erforderlich.
Der größte Teil des in der alkalischen Lauge vorhandenen Alkalxmetallchlorates stammt aus einer Zersetzung von Hypochloritionen, die in der Anodenkammer der Zelle gebildet
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und zwar durch Reaktion, von in der Anodenflüssigkeit auf gelöstem Chlor mit Hydroxylionens die aus der Kathodenkaffi™ mer stammen.» Außer ihrem ungünstigen Einfluß hinsichtlich des Vorhandenseins von Ghlorat in der in der Zelle erzeugten, alkalischen lauge weist die Bildung von Hypochloritionen in der Anodenkammer noch den Nachteil auf, daß außerdem die Stromausbeute der Elektrolyse herabgesetzt wird.
Um den Gehalt an Ghlorat in der alkalischen. Lauge zu reduzieren, ist bereits in der US-Patentschrift 2 82J 177 vorgeschlagen worden, Kobalt oder Nickel in fein unterteiltem Zustand in das Diaphragma einzubauen. In der belgischen Patentschrift 773 918 der Anmelder in wurde darüber hinaus zu dem gleichen Zweck vorgeschlagen, in das Diaphragma Eisen oder Kupfer und/ oder deren Oxide in fein unterteiltem Zustand einzubauen.
Aufgabe der Erfindung ist eine verbesserte Diaphragmaelektrolysezelle, welche die oben geschilderten Nachteile nicht aufweist.
Zur Lösung dieser Aufgabe dient die erfindungsgemäße Diaphragmazelle zur Elektrolyse einer wäßrigen Alkalimetallchloridlösung, welche die Herstellung einer alkalischen Lauge ermöglicht, die einen außergewöhnlich niedrigen Gehalt an Alkalimetallchlorat aufweist, und welche darüber hinaus bei Konstanthaltung aller anderen Faktoren die Erzielung von wesentlich verbesserten Stromausbeuten im Vergleich zu den mit bekannten Zellen erreichten Stromausbeuten ermöglicht.
Die Erfindung betrifft daher eine Diaphragmazelle zur Elektrolyse einer wäßrigen Alkalimetallchloridlösung, welche ein Gehäuse umfaßt, das durch ein Diaphragma in eine wenigstens eine Anode enthaltende Anodenkammer und eine wenigstens eine Kathode enthaltende Kathodenkammer unterteilt ist, wobei sich
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die Zelle dadurch, auszeichnet, daß sie außerdem in der Anodenkammer eine katalytische Oberfläche aus einem Material enthält, das die Zersetzung von Hypochloritionen katalysiert.
In der erfindungsgemäßen Zelle "bewirkt die katalytische Oberfläche die Zersetzung von unterchloriger Säure und Alkalimetallhypochlorit in der Anodenkammer selbst unter Freisetzung von Sauerstoff in dem Maße, wie sich solche störenden Nebenprodukte bilden.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle umfaßt das Material, aus welchem die katalytische Oberfläche gebildet wird, ein Metall oder eine Metallverbindung, das bei den in der Anodenflüssigkeit herrschenden Bedingungen beständig ist, und gegenüber dem die Überspannung für Sauerstoff höchstens gleich 1,5 V in einer molaren Lösung von Kaliumhydroxid bei einer Stromdichte von 10 kA/m ist. Vorteilhafterweise wird das Material aus der durch Iridium, Osmium, Palladium, Bhodium und Ruthenium, deren Legierungen und deren Verbindungen gebildeten Gruppe ausgewählt, vorzugsweise aus deren Oxiden.
Bei Konstanthaltung aller anderen Faktoren ist die Wirkung der katalytischen Oberfläche für die Verminderung des Alkalimetallchloratgehaltes in der alkalischen Lauge um so wirksamer, je größer die Flächenausdehnung der katalytischen Oberfläche ist. Allgemein gilt, daß es vorteilhaft ist, wenn die katalytische Oberfläche eine Flächenausdehnung besitzt, welche wenigstens gleich ungefähr 5 % <3.©r wirksamen Anodenoberfläche der Zelle ist, und welche vorzugsweise größer als ungefähr 10 % der wirksamen Anodenoberfläche ist. Die besten Ergebnisse werden erhalten, wenn die katalytische Oberfläche eine Flächenausdehnung besitzt, die wenigstens gleich 20 % der wirksamen
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Anodenoberfläche ist. Aus wirtschaftlichen Gründen ist es nicht vorteilhaft, wenn die katalytische Oberfläche eine zu hohe Flächenausdehnung besitzt, z. B. oberhalb von 300 % der wirksamen Anodenoberfläche.
Unter wirksamer Anodenoberfläche der Zelle ist der nutzbare Teil der Anode zu verstehen, der effektiv an der Entladung von Chlorionen unter den normalen Betriebsbedingungen der Zelle teilnimmt.
Im Fall einer Zelle des Typs, wae sie in der belgischen Patentschrift 780 912 der Anmelderin beschrieben ist, wobei diese mit einer abwechselnden Anordnung von planen und parallelen Kathoden- und Anodenplatten, welche einander gegenüberliegend angeordnet sind, ausgerüstet ist, entspricht die wirksame Anodenoberfläche im allgemeinen der gesamten Flächenausdehnung der Anodenplatten.
Im Fall einer Zelle, die mit besonderen Anoden des Typs ausgerüstet ist, wie sie in der südafrikanischen Patentschrift 71 03637 beschrieben sind, und wobei sie einen senkrechten Graphitblock umfaßt, welcher senkrechte Rippen gegenüber der Kathode trägt, entspricht dagegen die wirksame Anodenoberfläche den äußeren Enden der Rippen in der Nähe der Kathoden. Die Erfahrung hat tatsächlich gelehrt, daß der massive Block aus Graphit nur zu einem vernachlässigbaren Teil, unterhalb von 2 %, d. h. praktisch mit dem Wert NuIl, an der Entladung von Chlorionen teilnimmt.
Im Fall der bekannten Metallanoden, die aus einem Träger aus Titan gebildet werden, der einen Überzug aus einem die Entladung von Chlorionen katalysierenden Material, z. B. aus* Platin, trägt, beschränkt man sich im allgemeinen aus wirtschaftlichen
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Gründen darauf, den Überzug der Anode im wesentlichen auf die Zone des Trägers zu "begrenzen, welche der Kathode am nächsten liegt, wobei die Flächenausdehnung des Überzuges so geregelt wird, daß ein normales und wirtschaftliches Funktionieren der Zelle sichergestellt wird- In diesem besonderen Fall ist die wirksame Anodenoberfläche der Zelle im allgemeinen auf diese überzogene Zone des Trägers der Anode begrenzt. Dies ist z. B. der Fall für die Anode, die in der belgischen Patentschrift 791 675 eier Anmelderin beschrieben ist, wobei die Anode aus zwei senkrechten Titanplatten gebildet wird, die einander gegenüberliegend derart angeordnet sind, daß sie einen Kasten bilden, und die einen aktiven, die Entladung von Chlorionen katalysierenden Überzug lediglich auf ihrer äußeren Fläche des Kastens tragen.
Bei der erfindungsgemäßen Zelle kann die katalytisch^ Oberfläche z. B. in Form von Drähten (Fäden), Plättchen, durchbrochenen oder zellenförmigen Blechen vorliegen, welche während der Elektrolyse in der Anodenflüssigkeit eintauchen.
Bei der erfindungsgemäßen Zelle kann die katalytische Oberfläche nicht polarisiert sein, oder sie kann auch andererseits mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle verbunden sein.
Besonderheiten und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, bei der auf die Zeichnung Bezug genommen wird, deren Figuren beispielhaft besondere Ausführungsforinen der erfindungsgemäßen Zelle wiedergeben.
Fig. 1 ist eine Ansicht eines teilweise angeschnittenen Längsaufrisses einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Zelle;
Fig. 2 stellt in einem größeren Maßstab einen partiellen Schnitt längs der Schnittlinie II-II von Fig. Λ dar;
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Fig. 3 ist eine der Fig. 2 analoge Ansicht einer zweiten
Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle; Fig. 4 zeigt im größeren Maßstab eine Einzelheit der Fig. 3i 6e" sehen im Schnitt längs der Schnittlinie IV-IV von
Fig. 3;
Fig. 5 ist eine den Fig. 2 und 3 analoge Ansicht einer dritten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugsziffern identische Bauteile.
In den Fig. 1 und 2 ist eine Diaphragmazelle mit senkrechten Elektroden von dem Zellentyp dargestellt, der in der belgischen Patentschrift 780 912 der Anmelderin beschrieben ist. Die Zelle umfaßt auf einer von Isolatoren 2 getragenen Fußfläche 1 einen Sockel 3 aus Beton, der den Boden der Zelle bildet und an seinem Umfang einen rechteckigen Behälter 4 aus Stahl trägt, der mit einem Deckel 5 verschlossen ist. Im Inneren des Behälters 4 wechseln Kathoden 6 mit Reihen aus praktisch senkrechten und parallelen Anodenplatten 7» welche an einer im Betonsockel 3 versenkten Stromzuführung 8 befestigt sind, ab. Die Anoden 7 werden z. B. durch Platten aus Graphit oder vorzugsweise aus Platten aus Titan gebildet, welche auf ihren beiden Flächen einen an sich bekannten Überzug tragen, der den in der Zelle herrschenden Bedingungen widersteht und die Entladung von Chlorionen katalysiert. Beispielsweise kann der Anodenüberzug ein Metall der Platingruppe oder eine Verbindung, z. B. ein Oxid, eines Metalls dieser Gruppe enthalten.
Die wirksame Anodenoberfläche der Zelle ist im wesentlichen gleich der gesamten Flächenausdehnung der beiden Flächen der Einheit "der Anodenplatten 7·
Die Kathoden 6 werden aus einem' Stahlgitter gebildet, das an den Wänden des Behälters 4 befestigt und derart profiliert ist,
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daß Kathodenkammern oder -taschen 10 gebildet werden, xirelche sich zwischen den Anoden 7 erstrecken. Das kathodische Gitter 6 ist vollständig mit einem nicht dargestellten Diaphragma "bedeckt, welches auf diese Weise die Kathodenkammern 10 von der die Anoden 7 enthaltenden Anodenkammer trennt.
Die Anodenkammer steht durch den Deckel 5 mit einer Leitung 12 zur Zuführung einer Natriumchloridsole und mit einer Leitung 13 zur Entnahme des an den Anoden 7 erzeugten Chlors in Verbindung. Die Kathodenkammern stehen durch den Behälter 4 mit einer Leitung 14 zum Abziehen des an den Kathoden während der Elektrolyse freigesetzten Wasserstoffs und mit einer Leitung 15 zur Entnahme einer alkalischen Lauge in Verbindung.
Gemäß der Erfindung enthält die Anodenkammer der Zelle eine waagerechte, durchbrochene Platte 16 aus einem Material, welches die Zersetzung von Hypochloritionen katalysiert. Die durchbrochene Platte 16 befindet sich an ihrem Umfang im Eingriff zwischen dem Deckel 5 und einem am Umfang des Behälters 4 befindlichen Flansch 17, wobei Dichtungen 18:und I9fzwischengelegt sind, so daß sie während der Elektrolyse in der Anodenflüssigkeit eintaucht.
Die durchbrochene Platte 16 kann aus einem perforierten Blech oder Streckmetall aus einem filmbildenden Metall bestehen, das mit einem die Zersetzung von Hypochloritionen in der Anodenflüssigkeit katalysierenden Material bezogen ist.
Das filmbildende Metall der Platte 16 kann vorteilhafterweise Titan, Tantal, ITiob, Wolfram, Zirkonium oder eine Legierung hieraus sein.
Das die Zersetzung von Hypochloritionen katalysierende Material kann vorteilhafterweise durch Metalle wie Iridium, Osmium,
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Palladium, Rhodium oder Ruthenium, deren Legierungen oder ihre Oxide gebildet werden, für welche die Sauerstoffüberspannung in einer wäßrigen Kaliumhydroxidlösung maximal
gleich 1,5 V bei einer Stromdichte von 10 kA/m beträgt. Vorzugsweise besteht es aus einem Gemisch eines Oxids eines Metalls der durch Iridium, Osmium, Palladium, Rhodium oder Ruthenium gebildeten Gruppe und eines Oxides eines filmbildenden Metalls der durch Titan, Tantal, Niob, Wolfram und Zirkonium gebildeten Gruppe.
Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Fig. 1 und 2 wird die katalytische Platte 16 aus einem Gitter aus einem synthetischen, der Korrosion durch das Chlor der Anodenflüssigkeit widerstehenden Polymeren, das mit katalytischem Material überzogen ist, gebildet. Das das Gitter bildende Polymere kann ein Fluorpolymeres sein, z. B. Polytetrafluoräthylen, Polyvinylidenfluorid oder Polytrifluormonochloräthylen (z. B. das unter der Warenbezeichnung KeI-P von Kellog Co. bekannte Produkt). Die Steifigkeit des Gitters kann gegebenenfalls mit Hilfe von Verstrebungen verstärkt werden.
In den Fig. 3 und 4 ist eine bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle dargestellt.
In der Zelle der Fig. 3 und 4- umfaßt jede Anode eine Reihe von senkrechten Lamellen 18, die in Querrichtung an einer senkrechten Tragplatte 19 befestigt sind. Diese ist an eine in dem Betonsockel 3 versenkten Stromzuführung angeschlossen, wie im Fall der Zelle der Fig. 1 und 2. Die Lamellen 18 werden beispielsweise durch Flansche mit senkrechtem U-Profil gebildet, die mit der Tragplatte 19 längs dem Steg 20 verschweißt sind.
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Die wirksame Anodenoberfläche der Zelle der I1Ig. 3 und 4· entspricht der Flächenausdehnung der freien Enden 17 der Lamellen, die den Kathoden 6 unmittelbar benachbart sind. Diese freien Enden 17 cLer Lamellen stellen auf diese Weise die eigentlichen Anoden dar, an denen die Entladung von Chlorionen wirklich stattfindet. Der restliche Teil der Lamellen 18, der Steg 20 der U-Profile und die Tragplatte 19 bilden die katalytisch^ Oberfläche, welche zur Zersetzung von Hypochloritionen in der Anodenflüssigkeit fähig ist.
Die U-Profile und die Tragplatte 19 können z. B. aus Titan bestehen. Die freien Enden 17 der Flügel 18 sind mit einem die Entladung von Chlorionen katalysierenden Material überzogen, z. B. mit Platin, während der restliche Teil der Flügel 18, der Steg 20 der U-Profile und die Tragplatte 19 mit einem Material überzogen sind, das die Zersetzung von Hypochloritionen in der Anodenflüssigkeit katalysiert, z. B. mit Rutheniumoxid.
Bei einer anderen Ausführungsform kann man für die Gesamtheit der U-Profile und der Tragplatte 19 einen Überzug anwenden, der zur gleichen Zeit zur Katalyse der Entladung von Chlorionen und zur Katalyse der Zersetzung von Hypochloritionen in der Anodenflüssigkeit geeignet ist, z. B. ein Gemisch aus Rutheniumoxid und Titandioxid.
Bei dieser besonderen Ausführungsform gemäß der Erfindung bilden die freien Enden 17 der Lamellen die wirksame Anodenoberfläche der Zelle, d. h. den nutzbaren Teil der Lamellen, der tatsächlich an dem Prozeß der Entladung von Chlorionen während des normalen Betriebes der Zelle teilnimmt. Der restliche Teil der Lamellen und die Tragplatte 19 nehmen nur zu einem vernachlässigbaren Teil, nämlich unterhalb von 2 %, d.h. praktisch mit dem Wert Null an dem Prozeß der Entladung von Chlorionen teil.
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Gesäß einer weiteren AusiÜBrungsform der Zellen gemäß den Fig. 3 und 4 sind die Tragplatte 19 und die U-Profile nach oben über die Kathoden 6 bis unter den Deckel 5 d.er Zelle verlängert. Der Teil 21 der Tragplatte 19 und der TJ-Profile, welcher sieb, oberhalb der Anoden und der Kathoden erstreckt,, ist mit einem Material überzogen, das die Zersetzung von Hypochloritionen katalysiert.
Bei der in der Jig. 5 dargestellten Ausführungsforni ist die erfindungsgemäße Zelle mit Anoden 7 ausgerüstet, die jeweils von einem im wesentlichen senkrechten Plattenpaar 22 aus Titan gebildet werden, wobei sie gegenüberliegend zueinander angeordnet sind, so daß ein hohler Kasten gebildet wird, der an seinem, oberen und unteren Ende offen ist und in dein die Anodenflüssigkeit während der Elektrolyse mit absteigender Bewegung zirkuliert. Verstrebungen 23 halten den Abstand zwischen den beiden Platten 22 der Anodenkästen 7 aufrecht. Die Platten aus Titan tragen auf ihrer hinsichtlich der Anodenkästen 7 außen liegenden fläche einen Überzug, der die Entladung von Chlorionen während der Elektrolyse katalysiert.
In der Zelle der Fig. 5 ist die wirksame Anodenfläche gleich der gesamten Flächenausdehnung der äußeren, überzogenen Flächen der Platten 22 der Gesamtheit der Anodenkästen 7·
Gemäß der Erfindung sind die Platten 22 auf ihrer Fläche, die nach dem Inneren der Anodenkästen gerichtet ist, mit einem Überzug überzogen, der die Zersetzung von Hypochloritionen in der Anodenflüssigkeit katalysiert.
Bei einer vorteilhaften Abänderung der Ausführungsform gemäß Fig. 5 sind geneigte Lamellen 24 aus Titan, die einen die Zersetzung von Hypochloritionen katalysierenden Überzug tragen,
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an den Platten 22 im Inneren der Anodenkästen 7 "befestigt, z. B. verschweißt. Bei Konstanthaltung aller anderen Faktoren vergrößern solche Lamellen die die Zersetzung von Hypochloritionen katalysierende Oberfläche; sie bewirken darüber hinaus eine Turbulenz in der Strömung der Anodenflüssigkeit in den Anodenkästen 7, die für das Ausmaß der Zersetzung von Hypochloritionen in der Anodenflüssigkeit günstig ist.
Um die gemäß der Erfindung erzielten Vorteile zu zeigen, wurden Vergleichsversuche in einer Laborelektrolysezelle durchgeführt, die mit einer rechteckigen, senkrechten Anode und
einer rechteckigen, senkrechten Kathode von 120 cm Flächenausdehnung, getrennt durch ein Asbestdiaphragma, ausgerüstet war. Die Anode wurde aus einer Titanplatte gebildet, die einen Überzug trug, der aus einem Gemisch von 50 Gew.-% Butheniumoxid und 50 Gew.-% Titandioxid gebildet wurde. Die Kathode wurde durch ein Stahlgitter gebildet, und sie trug das Diaphragma.
Die wirksame Anodenoberfläche dieser Laborzelle ist gleich der
ο Flächenausdehnung der Anode, d. h. sie beträgt 120 cm .
Bei jedem der Vergleichsversuche wurde die Elektrolyse einer Salzlösung, welche 260 g Natriumchlorid pro Kilogramm enthielt, unter einer Stromdichte in der Größenordnung von 2 kA/m der Anodenoberfläche durchgeführt. Die Temperatur der Salzlösung in der Zelle wurde auf ungefähr 85 0C während der Elektrolyse gehalten. Aus der Zelle wurde eine alkalische Lauge abgezogen, welche ungefähr 1 Gew.-% Natriumhydroxid enthielt. Bei jedem Versuch wurde die Stromausbeute für Chlor beim Elektrolysevorgang und der Natriumchloratgehalt in der alkalischen Lauge bestimmt.
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Beispiele 1 und 2 (Vergleichsversuche):
Es wurden aufeinander folgende Elektrolyseversuehe in der vorbekannten Laborzelle durchgeführt, deren Anodenkammer außer mit der Anode nicht mit einer die Zersetzung von Hypochloritionen in der Anodenflüssigkeit katalysierenden Oberfläche ausgerüstet war. Es wurden die in der folgenden Tabelle I angegebenen Ergebnisse bei jedem Versuch erhalten:
Tabelle I
Bsp. Stromausbeute (%) ITatriumchloratgehalt der alkalisehen Lauge (ppm)
1 520
°A,8 310
Beispiele 3 bis 6 (erfindungsgemäß):
Gemäß der Erfindung wurde in die Anodenkammer der Laborzelle ein Titangitter eingesetzt, das einen die Zersetzung von Hypochloritionen in der Anodenflüssigkeit katalysierenden überzug trug.
Beim Beispiel 3 wurde ein katalytisches Gitter von 24 cm Flächenausdehnung verwendet (dies entspricht 20 % der wirksamen Anodenoberfläche der Zelle), dessen Überzug aus einem Gemisch aus 50 Gew.-% Rutheniumoxid und 50 Gew.-% Titandioxid bestand. Im Verlauf des Elektrolyseversuches wurde eine Stromausbeute für Chlor von 96,7 % und ein Natriumchloratgehalt in der alkalischen Lauge von 4-6 ppm gefunden.
Beim Beispiel 4- wurde ein katalytisches Gitter der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 3 verwendet, das jedoch eine
Flächenausdehnung von 120 cm besaß, dies entspricht 100 % der wirksamen Anodenoberfläche der Zelle. Während der Elektrolyse
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wurde eine Stromausbeute von 96,3 % und ein Natriumchloratgehalt von 30 ppm in der alkalischen Lauge gefunden.
Beim Beispiel 5 wurde ein katalytisches Gitter aus Titan verwendet, das die gleiche Zusammensetzung des Überzuges wie in den Beispielen 3 und 4 besaß, dessen Flächenausdehnung jedoch
240 cm betrug, was 200 % der wirksamen Anodenoberfläche der Zelle entspricht.
Es wurde eine Stromausbeute von 94,4- % und ein Chloratgehalt in der alkalischen Lauge von 27 ppm gefunden.
Beim Beispiel 6 wurde ein katalytisches Gitter aus Titan von
120 cm , was 100 % der wirksamen Anodenoberfläche der Zelle entspricht, verwendet, das einen Überzug aus Rutheniumoxid trug. Die Stromausbeute der Elektrolyse für Chlor belief sich auf 95,5 %, und die alkalische Lauge wies einen Natriumchloratgehalt von 32 ppm auf.
In der folgenden Tabelle II sind die Ergebnisse der Beispiele 3 bis 6 zusammengestellt.
Tabelle II
katalytisches Material katalytische Strom-Oberfläche ausbeute (cm?) (%)
Chloratgehalt der Lauge (ppm)
50 % EuO2/5O % TiO2
ti II
EuO,
24
120
240
120
96,7 96,3 94,4
95,5
Ein Vergleich der Tabellen I und II zeigt den durch die Erfindung erzielten technischen Fortschritt hinsichtlich der Stromausbeute der Elektrolyse und des Gehaltes an Alkalimetallchlorat in der aus der Kathodenkammer abgezogenen, alkalischen Lauge.
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Claims (1)

  1. Patentansprüche
    Diaphragmazelle zur Elektrolyse einer wäßrigen Alkalimetallchloride, ö sung, welche ein durch ein Diaphragma in eine wenigstens eine Anode enthaltende Anodenkammer und eine wenigstens eine Kathode enthaltende Kathodenkammer unterteiltes Gehäuse umfaßt, dadurch gekennz eichnet, daß die Zelle weiterhin in der Anodenkammer eine katalytisch^ Oberfläche aus einem die Zersetzung von Hypochloritionen katalysierenden Material umfaßt.
    Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der katalytischen Oberfläche ein Metall oder eine Metallverbindung ist, gegenüber der die Überspannung für Sauerstoff höchstens gleich 1,5 V in einer molaren Lösung
    ο von Alkalimetallhydroxid bei einer Stromdichte von 10 kA/m
    Zelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Material der katalytischen Oberfläche aus der durch Iridium, Osmium, Palladium, Rhodium und Ruthenium, deren Legierungen und deren Verbindungen gebildeten Gruppe, ausgewählt ist.
    Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das katalytische Material ein Gemisch eines Oxides eines Metalls der durch Iridium, Osmium, Palladium, Rhodium und Ruthenium gebildeten Gruppe und eines Oxides eines filmbildenden Metalls der durch Titan, Tantal, Niob, Wolfram und Zirkonium gebildeten Gruppe enthält.
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    5. Zelle nach. Anspruch 4-, dadurch, gekennzeichnet, daß das katalytische Material aus einem Gemisch aus 50 Gew.-% Rutheniumoxid und 50 Gew.-% Titandioxid gebildet ist.
    6. Zelle nach einem der Ansprüche 1 "bis 5? dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenausdehnung der katalytischen Oberfläche wenigstens gleich 5 % der wirksamen Anodenoberfläche der Zelle ist.
    7. Zelle nach. Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenausdehnung der katalytischen Oberfläche wenigstens gleich 10 % der wirksamen Anodenoberfläche der Zelle ist.
    8. Zelle nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Flächenausdehnung der katalytischen Oberfläche im wesentlichen zwischen 20 und 300 % der wirksamen Anodenoberfläche der Zelle liegt.
    9. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis -8, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Oberfläche einen Träger aus einem filmbildenden Metall der durch Titan, Tantal, Niob, Wolfram, Zirkonium und deren Legierungen gebildeten Gruppe enthält, auf welchem das katalytische Material aufgetragen ist.
    10. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Oberfläche einen Träger aus einem synthetischen, der Korrosion in der Anodenflüssigkeit widerstehenden Polymeren enthält, auf welchem das katalytische Material aufgetragen ist.
    11. Zelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das synthetische Polymere ein Fluorpolymeres ist.
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    2559Ί92
    12. Zelle nach, einem der Ansprüche 1 "bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche Drähte bzw. Fäden und/oder Plättchen und/oder durchbrochene oder wellenförmige Bleche umfaßt.
    13. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Oberfläche Lamellen umfaßt, die quer zu der Kathode angeordnet sind.
    14-, Zelle nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen der katalytisehen Oberfläche Verlängerungen von Lamellen, die wenigstens einen Teil der Anode bilden, sind.
    15. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Oberfläche für den Fall, in welchem die Anode zwei praktisch senkrechte, einander gegenüber liegende Platten umfaßt, so daß ein wenigstens in der Nähe seines oberen Endes und seines unteren Endes offener Kasten gebildet wird, zwischen den beiden Platten der Anode angeordnet ist.
    16. Zelle nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß die katalytische Oberfläche im Fall einer Zelle, welche eine Reihe von im wesentlichen senkrechten und parallelen Anoden, welche sich mit von einem Diaphragma umhüllten Kathodentaschen mit durchbrochenen Wänden abwechseln umfaßt, oberhalb des Diaphragmas angeordnet ist.
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DE19752559192 1975-01-20 1975-12-30 Diaphragmaelektrolysezelle Ceased DE2559192A1 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
FR7501873A FR2297931A1 (fr) 1975-01-20 1975-01-20 Cellule a diaphragme pour l'electrolyse d'une solution aqueuse de chlorure de metal alcalin

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE2559192A1 true DE2559192A1 (de) 1976-07-22

Family

ID=9150124

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19752559192 Ceased DE2559192A1 (de) 1975-01-20 1975-12-30 Diaphragmaelektrolysezelle

Country Status (20)

Country Link
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GB (1) GB1531323A (de)
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