Биполярный электрод для электрохимических процессов

СОКИ СОВЕТСНИХ др С 25 В 11/03 ЗОБРЕ НИЯ ИОАН АТЕНТУ ГОСУДАРСТ 8 ЕННЫЙ К 04 ИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНР(71) Оронцио де Нора ИмпиантиЭлектрохимичи:ь.п.А (Италия)(54)(57) БИПОЛЯРНЫЙ ЭЛЕКТРОД ДЛЯ ЭЛЕТРОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ, имеющий вертикальный основной лист, заключенный в прямоугольную раму, выноснойсетчатый анод, выполненный из вентильного металла с нанесенным нанего непассивирующимся покрытием,и выносной сетчатый катод, выполненный нз коррознонностойкого материала, установленные параллельно основному листу и соединенные электрически, и проставки, размещенныемеаду основным листом и выноснымианодом и катодом по всей их ширине,при этом проставки и основной листсо стороны анода выполнены из вентильного металла, а со стороныка-.тода - из стали, о т л и ч а ющ и й с я тем, что, с целью сни-жения энергозатрат, проставки выполненыв виде перегородок, проходящихпо болыпей части высоты основноголиста и наклоненных поочередно вту или иную сторону относительноплоскости, перпендикулярной плоскости электродов, с образованием вертикальных каналов, при этом отношение площади электрода, заключенноймеаду двумя перегородками, ограничивающими канап, к.площади поперечного сечения этого канала отличается от аналогичного отношения в смежном с ним канапе в 1,5-8 раз.20 30 Целью изобретения является снижение энергозатрат при эксплуатации электрода за счет улучшения циркуляции электролита.Указанная цель достигается тем, 55 что в биполярном электроде дляэлектрохимических процессов, имеющем вертикальный основной лист, заИзобретение относится к технологии электрохимических производств,в частности к конструктивным элементам электролизеров фильтрпрессноготипа, используемых, например, для получения хрома и щелочи путем электролизахлоридов щелочных металлов, а такжедля других электролитических процессов, где имеет место выделениегазовИзвестен биполярный электрод,включающий основной лист, заключенный в прямоугольную .раму, и выносныеперфорированные анод и катод, установленные параллельно основному листу и соединенные электрически приэтом, на выносной анод и основнойлист со стороны анода нанесено непассивирующееся покрытие И .Недостатком такого электродаявляется повышенный расход электроэнергии при его эксплуатации в связис высокой степенью газонаполненияэлектролита, обусловленной незначительной внутренней циркуляциейэлектролита в каждом из электродныхпространств.Известен также биполярный электрод,состоящий из основного листа и выносных сетчатых электродов, расположенных на некотором расстоянии отосновного листа и параллельно емуи соединенных электрически, Выносной сетчатый анод и основной листсо стороны анода выполнены из вен 35тильного металла с нанесенным нанего непассивирующим покрытием, катод и сторона основного листа, обращенная к катоду, - из коррозиоиностойкого материала. Между основнымлистом и электродами по всей ихширине установлены металлическиеперегородки 2 .Знергозатраты при работе известного электрода достаточно высоки,так как перегородки между основнымлистом и электродами лишь в небольшой степени улучшают циркуляциюэлектролита, снижая его газонаполнение,50 ключенный в прямоугольную раму,выносной, сетчатый анод, выполненныйиз вентильного металла с нанесеннымна него непассивирующимся покрытием,и выносной сетчатый катод, выполненный из коррозионностойкого материала, установленные параллельноосновному листу и соединенные электрически, и проставки, размещенныемежду основным листом и выноснымианодом и катодом по всей их ширине,при этом проставки и основной листсо стороны анода выполнены из вентильного металла, а со стороны катода - из стали, проставки выполненыв виде перегородок, проходящих побольшей части высоты основного листа и наклоненных поочередно в туили иную сторону относительно плоскости, перпендикулярной плоскостиэлектродов,с образованием вертикальных каналов, при это отношение площади электрода, заключенной междудвумя перегородками, ограничивающими канал, к площади,поперечного сечения этого канала отличается отаналогичного отношения в смежном сним канале в 1,5-8 раз,Сущность изобретения заключается .в том, что перегородки, проходящиепочти по всей высоте электродногопространства и имеющие ширину, равную толщине электродного пространства, наклоненные поочередно в туили иную сторону относительно вертикальной плоскости, перпендикулярнойплоскости электродов, разделяютвсе электродное пространство на рядвертикальных каналов и, благодарятому, что отношение площади электрода, заключенной между перегородками,ограничивающими канал, к площадипоперечного сечения этого канала,отличается от такого же отношенияв смежном канале, в электролите образуются многочисленные рециркуляционные течения, эффективно перемешивающие всю массу электролита вэлектродном пространстве. В зависимости от площади электрода, заключенной между двумя перегородками, газонаполнение: электролита в двух смежных каналах различно, что обуславливает возникновение разнонаправленных течений, захватывающих всю массу электролита.Высокая скорость циркуляции обеспечивает однородный состав электро3 1126210 4лита по всей поверхности электрода . между желобами таковы, что отношеи, следовательно, оптимальные уело- ние участка поверхност Схности анодавия его работы, что особенно важно заключенного между кмежду краями стенок.при Работе с высокими плотностями Зй и ЗЬ желобажело а, к площади попе- .тока, Использование в процессе всей 5 речного сечения желобжело а отличается отплощади электрода в оптимальном режи-. отношения участка поверхности аноме позволяет повысить выход продух- да Э заключенного меУ ого между стенкамита по току, исключить нежелатель ц и 3 к площади поперечногоные побочные реакции, вызванные кон- сечения смежного желоба 15-8о а в- раз.,центрационнымИ градиентами в элек Например, при высоте желоба околотролите и, в конечном счете, сни м указанные отношенияотношения в .двух со-.зить энергозатраты в процессе элек- седних желобах должныдолжны отличатьеятролиза. в 3-5 раз.На.фиг 1 показаны два биполярные алотично анодной стороне бипоэлектроды с установленной между . 15 лярного электрода с катодной стороними диафрагмой, вид сверху 1 наны желательно напротив соответству-,Фиг. 2 - Фрагментбиполярного электро ющих анодных желобов 3, привареныда; на фиг. 3 - биполярный электрод трапецеидальные желоба 5 толщинойв соответствии с другим вариантом15-3 мм, выполненные из стали, ниосуществления изобретения, вид евер келя илн другого материала, стойху на Фиг. 4 и 5 - биполярный элек- кого к воздействию щелочи и вОдорода.трод, вид с анодной стороны.Катод 6 представляе собой сетку или,Биполярный электрод состоит иэ Р тый лист из сталиникеля илипо истый лист изосновного листа 1, в олненного би- ДРУгого коРРозионностойкого матеметаллическим, например из толстогом риала.листа стали 10 ици другого катод- ПРи .СбоРке.электуолизеРа междУного матери а тол ной примерно . анодной сеткой биполярного электродаФ7-15 мм, и тонкого листа 1 Ъ титана и катоднои сеткой смежного. с нимили другого вентильного металла электрода устанавливают диафрагму 7,толщиной 1-2,5 мм. Прямоугольная З 0 которая может представлять собойрама 2 сварена из стального проката катионообменную мембрану. Усилиятолщиной 15-30,мм, Поверхность рав,Со сжатия пакета электродов в электростороны анодного пространства по. - лизере иногда достаточно для фикси-,кРыта тонким листом 2 Ь титана зли Рования желобов в электродных простдругого вентильного металла, гермеРанствах без приваривания их кэтично приваренного к листу 1 Ъ ос- электРодам.ионного листа.На фиг. 3 показан вариант выпол- .К гитановому листу 1 Ъ приварены ения желобов У -образного сечения.трапецеидальные желоба 3 из листа лектрический.контакт с сетчатымнЭтитана толщиной 1,5-3 мм, Желоба про-щ электродами обеспечивается приваркойходят вертикально почти по всей в - электродных сеток к вершинам желосоте анодного пространства и закан- ов. акая конструкция преддочтибов. Такчиваются на расстояиии не менее тельная когда элЕктроды 4 и 6 дола 3 см от внутренней поверхности рамы, .ны быть отнесены на некотоРое РасЖелоба равномерно, с некоторый проме от диафрагмы привареныжутком между ними, размещены .по всейк желобам.ширине анодного пространства Анод 4представляет собой сетку или пористый и т титана нли другого вентильного металла покрытого слоем непас-. 50сивирующегося материала, в качествеверхности основного листа,которых могут быть использованы На Фиг. 4 и 5.показаны различныеокислы металлов платиновой группы варианты выполнения перегородок,или окислы неблагородных металлов; наклоненных в ту или. другую сторонунапример певовскиты, шпннели и др. я относительно плоскости, перпендику 5 зависимости от толщины анодного лярной плоскости электродов какФпространства я наклон боковых стенок в поперечном, так и в продольном на 3 й и ЗЪ желобов 3 и расстояние 6 правлении.геометрические размеры: толщина анод- ного и катодного пространства составляла 2 см, высота электрода 100 см, ширина 150 см, вертикальная протя женность желобов 90 см, соотношениеуказанных отношений двух смежных каналов составляло 3:5. В электролизере, включающем два биполярных электрода, установлеиных между концевыми 10 монополярными анодом и катодом иразделенных катионообменной мембраной, проводился электролиз хлорида натрия-при концентрации 300 г/л, рН3,5, 90 С и плотности тока 1 э2500 А/м ф. Концентрация анолита на.выходе из анодных пространств составляет 160 г/л, концентрация католита на выходе иэ катодных пространств. Напряжение на ячейке было 3,9 В, фф выход но току - 933. И в том и в другом случае газ, заключенный между перегородками, ограничивающими канал; вынужден идти через проходное сечение, отличающееся от проходного сечения смежного с ним канала, в результате чего плотность пузырьков газа будет различной, что вызовет движение вверх электролита в канале с более высокой плотностью пузырьков газа и одновременно движение вниз элек" тролита в соседнем канале, в результате чего возникают рециркуляционные течения электролита.Предлагаемый интервал отличйя .отношения площади электрода, заключенной между двумя перегородками, ограничивающими канал, к площади поперечного сечения этого канала от аналогичного отношения смежного с ним канала в 1,5-8 раз обьясняется тем, что при значении йиже 15 обьемная газовая фракция в двух прилегающих каналах становится практическиодинаковой, и исчезает. движущая сила,И определяющая циркуляцию электролита,. а при значении выше 8 циркуляция электролита настолько велика, что затру;,нено отделение, газовой фазы, захваченной жидкостью, особенно в Эп нисходящих. электролитических потоках.Был использован электролизер с использованием предлагаемых биполяр" ных электродов, имеющих следующие При испытании электролизера, снабженного биполярными электродами с такими же геометрическими размерами, но без желобов, обеспечивающих циркуляцию, нри тех же параметрах проведения процесса напряжение на ячейке составило 4, 1 В., выход по току - 883,Твким образом, использование биполярных электродов предлагаемой конструкции, по сравнению с известными биполярными электродами позволит " ;приблизительно на 5-6 Ж снизить затра,ты электроэнергии..Гуменюкель орректор А.Обручар едактор В.Да Тираж 632 Подписи НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 13035, Москва, Ж, Раушская наб., д.