183261. lajstromszámú szabadalom • Elektród elektrolizáló cellákhoz
1 18.1 261 2 A találmány tárgya elektród elektrolizáló cellákhoz, előnyösen higany-aikáli-klorid elektrolizáló cellák számára, amelyhez árarnbevezető tuskó csatlakozik, amely aktivált elektródrészekkel egymáshoz képest keresztirányban elrendezett, lapos profilokból álló áramelosztókon keresztül van kötve. Az ismert fémanódoknái, különösen méretstabil anódoknál egymással vízszintesen és párhuzamosan kapcsolódó titánrudak sorára aktív bevonatot visznek fel, és e titánrudakat kör keresztmetszetű, bevonat nélküli keresztbordák tartják össze. Minthogy az ilyen kerek rácsrudakkal rendelkező elektródok - mindeneseire higany elektrolizáló cellákban - több szempontból nem kielégítőek, különösen az „áramárnyék-képződés” következtében létrejövő, az ellenelektródokra kiható kedvezőtlen árameloszlás miatt, ezért más megoldásokat kerestek. Ismeretesek olyan fémanódok is (lásd az 1 818 035. számú NSZK közzétételi iratot), amelyeknél az elektródban az áramot több síkban elektromos vezetők osztják el. Mivel azonban az ellenelektród felé eső vezetősík aktivált hálószerű anyagból áll, azért a kör keresztmetszetű rudakhoz hasonlóan ennek az a hátránya, hogy viszonylag nagy aktív felületek vannak áramárnyékban, és hogy az elérendő tényleges felület a vetített felülethez képest viszonylag kicsi. Már azt is javasolták, hogy az anódok rácsos szerkezetét lapos szalagok, pántok vagy U-alakú vagy fordított U-alakú csatornák formájában képezzék ki (utóbbit lásd az 1 394 026. számú brit szabadalmi leírásban). A fordított U-profilok összekötő ívein az egyes csatornaszerű részeket összehegeszíik. A brit szabadalom szerinti megoldás előnye abban áll, hogy minden csatornaszerű elem között elég nagy rést hagynak ahhoz, hogy egy ponthegesztő készülék feje számára biztosítsák a hozzáférést, ha a csatornaszerű elemeket ponthegesztés segítségével akarják a vezetővel összekötni. Másrészről ezáltal korlátozva van az áramelosztódás miatt kívánatos különálló vezető eleinek nagy száma. Ezenfelül a fordított U-alakú elemek felső oldalán az összekötő lemezek közötti íveket cl kell távolítani, úgyhogy viszonylag nagy mennyiségű titán megy veszendőbe. Az anyagkicserélés problémája különösen higanycellákná! számottevő. Az anyagkicserlés előmozdítását, különösen az anód alsó felületén keletkező gáz elvezetését tűzte ki feladatul a 2 323 497. számú NSZK közzétételi irat olyan celláknál, amelyek 10 kA/mz-nél nagyobb áramsűrfiséggel dolgoznak. A megoldást az ellenelektród közeli és távoli tartományában igen nagy aktív felület alkalmazásában látták. Hátrányos volt azonban, hogy az áramot gyakorlatilag csak egy vezetősíkban egyetlen keresztirányú rúd szállítja, ami az elektródok aktív felületén túlságosan egyenlőtlen árameloszláshoz vezet. A legfőbb hátrány az, hogy a fő áramelosztó közvetlenül az aktivált felület síkjában van, így a gázelvezetési viszonyok és az áramlási viszonyok az aktív felületeken nem egyenletesek és nemkívánatos irányban változnak. A függőlegesen elrendezett bevonatos titánpántok nagy magassága esetén az következik be, hogy azok távoli környezetükben a viszonylag nagy elektromos ellenállás miatt csak gyengén működnek, ami magasabb feszültséget, megfelelően nagyobb elektromos energiafogyasztást és ezzel magasabb üzemi költségeket von maga után. Mivel a pántokat felső felületükön néhány keresztirányban futó hegesztési varrat köti össze, a pántok ennél az elektródkonstrukciónál külső végükön hosszirányukra merőlegesen nagyon könnyen szét tudnak terjeszkedni. Ezenkívül a pántok ennél a konstrukciónál csak igen költségesen hegeszthetők össze a három keresztrúddal. A 2 323 497. számú NSZK közzétételi irat szerinti megoldásnál nem számoltak azzal a problémával, amely a vékony pántok alkalmazásából ered a kielégítő mechanikai stabilitás, illetve formastabilitás, és főleg a hajlító- és csavarószilárdság szempontjából. Ezeket a követelményeket azonban az egyenletes árameloszlás és a megfelelő gázkinetika mellett is éppen úgy figyelembe kell venni, mint az alacsonyabb előállítási költségek és az alacsonyabb javítási költségek iránti kívánalmakat, valamint a szerkezet és a bevonat hosszú élettartamát, továbbá a jó rövidzárlat-védelmet. Az elektródok súlya szintén fontos, nemcsak az előállítási és szállítási költségek miatt, hanem a drágább anyagok beépítése miatt is. A találmány elé célul tűztük ki egy olyan elektród kialakítását, amely a fenti hátrányokat kiküszöböli és jól kielégíti az egymásnak részben ellentmondó követelményeket. A kitűzött célt a bevezetőben körülírt elektróddal a találmány szerint úgy értük el, hogy az aktivált elektródrészek lapos profilokból álló vezetők, amelyek élükre állított helyzetben vannak elrendezve, valamint a szélességük és magasságuk közötti arány 1:5 és 2:3 közé esik, az áramelosztók lapos profilú vezetői egymáshoz képest 30-150 mm távolságra vannak az aktivált elektródrészek vezetőire felliegesztve, és az áramelosztó vezetők szélessége és magassága közötti arány kisebb, mint az aktivált elektródrészek vezetőié és az elektród szabad átjáró felületének a vetített felülethez képesti aránya 20:30 és 60:80 között van. A találmány egy előnyös kiviteli alakja szerint vezetői három egymás fölötti síkban, egymásra merőlegesen vannak elrendezve, és valamennyi lapos profilból van. A találmány egy még további előnyös kiviteli alakjánál a harmadik síkban lévő, az ellenelektróda felé néző vezetők a fölötte lévő, második síkban lévő, élükre állított vezetőkkel egymásra merőlegesen vannak hegesztve, továbbá az első sík főáramelosztó vezetői a második sík vezetőire merőlegesen, lapjával vannak felhegesztve, és az árambevezető tuskóval össze vannak kötve, valamint a főáramelosztó vezető az árambevezető tuskóval, illetve annak védőcsövével össze van kötve; valamint az első sík vezetőinek száma kisebb, mint a második sík vezetőinek a száma, amely viszont kisebb, mint a harmadik sík vezetőinek a száma, továbbá az első sík főáramelosztó vezetője négyszög kersztmetszetű rúd vagy tuskó, amelynek a szélessége nagyobb, mint a magassága és párhuzamos az aktivált elektródrészek vezetőivel. Célszerűen a második sík vezetőinek szélessége 3-7 mm, magassága 20-50 mm között van, és a harmadik sík vezetőinek a vastagsága 1-2 mm, magassága 3-5 mm közé esik. A találmány szerint a harmadik sík vezetői között rések vannak, amelyek legalább 2 mm szélesek. Egy célszerű kiviteli alaknál az elektród valamennyi vezetője titánból, nióbiumból, tantálból vagy más, az elektrolizáló cella működésének ellenálló, elektromosan vezető fémből vagy azok ötvözetéből áll. Egy további kiviteli alak szerint az aktivált elektródarészek vezetői részben vagy egészben katalitikus hatású anyagból vannak, vagy azok felülete részben vagy előnyösen egészben katalitikus hatású anyaggal van bevonva. Célszerűen az elektród az elektrolizáló cellában anódo-5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 50 65 2
