CATHODE FOR ALKALI METAL CHLORIDE ELECTROLYSIS, AND MANUFACTURE THEREOF

Abstract: 1. Methode for the production of a cathode for chloro-alkali electrolysis, in particular electrolysis by the diaphragm or membrane methode, comprising an underlayer (3) of nickel having a minimum thickness of 30 mu m applied on a carrier (2) of mild steel or steel, and an overlying Raney nickel activating covering layer (4) from which covering layer the aluminium is dissolved subsequently, the carrier (2) having sprayed on to it a dense nickel underlayer (3) of a thickness of up to 60 mu m, the latter having sprayed on to it a covering layer (4) of a thickness of 20 to 60 mu m formed by a mixture of nickel and aluminium powders having a proportion of aluminium of 10 to 50%, by means of plasma jet methods in each case, the covering layer having a porosity within the range from 10 to 50%.

Description: "Kathode für die Chloralkali-Elektrolyse und Verfahren zu deren Herstellung" Die Erfindung bezieht sich auf eine Kathode für die Chloralkali Elektrolyse, insbesondere nach dem Diaphragma- oder Membran Verfahren, die auf einem Trager aus Weicheisen oder Stahl eine Aktivierungsschicht aus Raney-Nickel aufweist. Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung solcher Kathoden. Kathoden der eingangs charakterisierten Art sind handeisüblich. Bei diesen Kathoden ist die Aktivierunysschicht aus Raney- Nickel aufgewalzt. Bei diesen bekannten Kathoden ist nicht auszuschliessen, dass durch die Elektrolytlauge Korrosionsschäden hervorgerufen werden, die sich beispielsweise in der Bildung von Blasen in der Nickel-Schicht souie einer teilweisen 'ösun3 der Nickel-Schicht von dem Trager äussern und zu einem Abblättern de Nic4el-Schicht führen. Das Aufwalzen der Raney-Nickel-Sc.hicht setzt ebene Träger voraus, die erst nach der Beschichtung in die gewünschte Kathodenform verformt werden können, wodurch ebenfalls ein Abplatzen der Beschichtung an gekrümmten Kathodenbereichen nicht auszuschliessen ist. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kathode für die Chloralkali-Elektrolyse zu schaffen, die eine hohe Korrosionsbeständigkeit gegen die Elektrolytlauge, sehr niedrige Wasserstoffabscheidungspotentiale und ausserdem eine hohe Haftfestigkeit der Aktivierungsschicht auf dem Träger aufweist, selbst bei verformtem Träger. Gelöst wird diese Aufgabe für eine Kathode der eingangs charakterisierten Art erfindungsgemäss dadurch, dass die Aktivierungsschicht aus einer 30 bis 60 Wm dicken und dichten Nickel-Unterschicht, die mit dem Träger verbunden ist, besteht, auf der eine poröse Raney-Nickel-Deckschicht mit rauher Oberfläche und einer Schichtdicke von 20 bis 60 Wm angebracht ist. Weitere vorteilhafte Eigenschaften der erfindungsgemässen Kathode ergeben sich aus den Unteransprüchen. Zur Herstellung einer Kathode für die Chloralkali-Elektrolyse, insbesondere nach dem Diaphragma- oder Membranverfahren, mit einer auf einem Träger aus weicheisen oder Stahl aufgebrachten Aktivierungsschicht aus Raney-Nickel hat sich insbesondere ein Verfahren bewährt, welch es dadurch gekennzeichnet ist, dass auf die gereinigte Trägeroberfläche zunächst eine 30 bis 60 iim dicke, dichte Nickel-Unterschicht mittels Plasmastrahlverfahren aufgespritzt wird, auf die dann mittels Plasmastrahiverfahren eine 20 bis 60 Wm dicke Deckschicht aus einem Nickel-Aluminium-Gemisch mit einem Aluminlumge halt von 10 bis 50 %, Rest Nickel, aufgespritzt wird, aus der anschliessend das Aluminium ausgelaugt wird. Zur Auslaugung des Aluminiums verwendet man vorzugsweise 1 n NaOH. Besonders geeignet ist das Verfahren für Träger, die vor der Beschichtung mit der Unterschicht und der Deckschicht in die gewünschte Kathodenform verformt werden. Zum Aufspritzen der Unterschicht wird vorzugsweise ein Nickelpulver einer Korngrösse im Bereich von 10 bis 60 pm verwendet. Zum Aufspritzen der Deckschicht hat sich die Verwendung eines Pulvergemisches aus 50 Teilen Nickel und 50 Teilen Aluminium einer Korngrösse im Bereich von 10 bis 60 Wm bewährt. Die erfindungsgemässen Kathoden zeigten bei einer 3-wöchigen stromlosen Laoerung in einer Diaphragmenzellenlauge der Zusammensetzung 150 g/l NaOH + 130 g/l NaCl nur ausserordentlich geringe Korrosionsschäden, während Kathoden gemass dem Stand der Technik teilweise starke Ablösungen der Nickel-Schicht, Lochfrass sowie Blasenbildung aufwiesen, durch die die Nickelschicht teilweise abplatzte. Ähnliche Ergebnisse zeigten die Kathoden unter Betriebsbedingungen. Messungen des Wasserstoff-Abscheidungspotentials ergaben, dass gegenüber Kathoden mit einer Aktivierungsschicht, die durch Spritzen von reinem Ni erzeugt wurden, die erfindungsgemässen Kathoden bei 10 kA/m2 ein um etwa 50 bis 100 mV geringeres Potential aufwiesen, was zu erheblichen Energieeinsparungen beim Einsatz der erfindungsgemässen Kathoden in der Chloralkali-Elektrolyse führt. Das niedrige Wasserstoffpotential erfindungsgemässer Kathoden, das bei 10 kA/m2 etwa 1,25 V gegen gesättigte Kalomel-Elektrode beträgt, ist vermutlich auf die grössere Oberfläche der porösen Ran ey-Nick el-Deckschicht zurückzuführen. Hervorzuheben ist, dass das erfindungsgemässe Verfahren sich nicht nur für die Beschichtung ebener Träger eignet, sondern insbesondere auch für solche Träger, die vor der Beschichtung bereits in die gewünschte Kathodenform verformt sind, weil durch das Aufspritzen sowohl der Unter- als auch der Deckschicht mittels Plasmaspritzverfahren keine Schwierigkeiten entstehen, da der Plasmaspritzstrahl auch gekrümmte oder geknickte Flächenteile des Trägers sicher erreicht. In der Figur 1 ist ein Ausschnitt eines Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemässen Kathode dargestellt, wobei Figur la eine Ansicht zeigt und Figur lb einen Vertikalschnitt entlang der Ebene A-B. Mit der Bezugsziffer 1 ist in der Figur die Kathode bezeichnet. Sie besteht, wie sich aus der Figur lb ergibt, aus einem Träger aus Weicheisen oder Stahl, der auf diesen Träger aufgebrachten tUnterschicht 3 aus mittels Plasmastrahlverfahren aufgespritzter ;Nickelschicht und der darauf angeordneten nach dem erfindungs- gemässen Verfahren hergestellten porösen Deckschicht 4 aus Raney-Nickel. Aus den Figuren ist deutlich ersichtlich, dass jdie Deckschicht eine rauhe Oberfläche aufweist. I beispielsweise wie Figur dargestellten Kathode folgt: Abstrahlen mit Aluminiumoxidpulver gereinigt. Danach wird die Nickel-Unterschicht mittels eines Plasmabrenners aufgespritzt, der mit Argon als Trägergas und Wasserstoff als Zusatz gas bei einem Druck von etwa 1,5 bar arbeitet.. Als Nickelpulver wird ein handelsübliches Pulver mit einer Korngrösse im Bereich von 10 bis 60 Wm verwendet. Nach Aufbringung der Nickel-Unterschicht wird die Nickelpulver-Zufuhr unterbrochen und der Plasmabrenner mit einem Pulver aus einem Gemisch aus Nickel- und Aluminium Pulver mit 50 Teilen Nickel und 50 Teilen Aluminium gespeist und dieses Pulver aufgespritzt. Anstelle des Pulvers aus einem 50/50 Gemisch können auch Pulver mit der Gemischszusammensetzung Ni/Al 90/10, Ni/Al 80/20, Ni/Al 70/30, Ni/Al 60/40 verwendet wer den. Die k'crngrösse des verwendeten N ick el-A lumi nium-P ul ve r- gemisches liegt vorteilhafterweise im Bereich von 10 bis 60 Wm. Nach dem Aufbringen der Deckschicht wird der beschichtete Träger zum Herauslösen des Aluminiums mittels 1 n NaOH behandelt, und zwar indem der beschichtete Träger solange in ein Laugebad getaucht wird, bis der Aluminium-Anteil aus der Deckschicht herausgelöst ist. Danach wird die Kathode mit Wasser gespült. Anstelle des Pulvergemisches aus Nickel und Aluminium können auch andere Nickel enthaltende Pulvergemische, wie beispielsweise Nickel/Zink, verwendet werden. Wichtig dabei ist, dass sich die dem Nickel beigemischte Komponente aus der gespritzten Deckschicht, ohne das Nickel und den Träger anzugreifen, herauslösen lädt. Anstelle von Natronlauge kann auch Kalilauge verwendet werden. Die Dicke der Deckschicht beträgt vorteilhafterweise 20 bis 40 Fm-

Claims: Kathode für die Chloralkali-Elektrolyse und Verfahren zu deren Herstellung" Patentansprüche 1. Kathode für die Chloralkali-Elektrolyse, insbesondere nach dem Diaphragma- oder Membranverfahren, die auf einen Träger aus Weicheisen oder Stahl eine Aktivierungsschicht aus Raney-Nickel aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Aktivierungsschicht aus einer 30 bis 60 Fm dicken und dichten Nickel-Unterschicht, die mit dem Träger verbunden ist, besteht, auf der eine poröse Raney-Nickel-Deckschicht mit rauher Oberfläche und einer Schichtdicke von 20 bis 60 Fm angebracht ist. 2. Kathode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Unterschicht 30 bis 60 ijm beträgt. 3. Kathode nach den Ansprüchen 1 und/oder 2, dadurch gekenn zeichnet, dass die Dicke der Deckschicht 20 bis 40 Fm beträgt. 4. Kathode nach den Ansprüchen 1 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Porosität der Deckschicht im Bereich von 10 bis 50 OD liegt. 5. Verfahren zur Herstellung einer Kathode für die Chlor alkali-Elektrolyse, insbesondere nach dem Diaphragma oder Membranverfahren, mit einer auf einem Träger aus Weicheisen oder Stahl aufgebrachten Aktivierungsschicht aus Raney-Nickel, dadurch gekennzeichnet, dass auf die gereinigte Trägeroberfläche zunächst eine 30 bis 60 Fm dicke, dichte Nickel-Unterschicht mittels Plasmastrahlver fahren aufgespritzt wird, auf die dann mittels Plasmastrahl verfahren eine 20 bis 60 tjm dicke Deckschicht aus einem Nickel-Aluminium-Gemisch mit einem Aluminium-Gehalt von 10 bis 50 %, Rest Nickel aufgespritzt wird, aus der an schliessend das Aluminium ausgelaugt wird. 6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Aluminium aus der Deckschicht mittels Natronlauge oder Kalilauge ausgelaugt wird. 7. Vertahren nach den Ansprüchen 5 und/oder 6, dadurch gekenn zeichnet, dass ein Träger verwendet wird, der vor der Be schichtung in die gewünschte Kathodenform verformt wird. 8. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufspritzen der Unterschicht ein Nickel-Pulver einer Korngrösse im Bereich von 10 bis 60 Wm verwendet wird. 9. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufspritzen der Deckschicht ein Gemisch aus Nickel und Aluminiurn-Pulver einer Korngrösse im Bereich von 10 bis 60 Wm verwendet wird. 10. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufspritzen der Deckschicht ein Pulvergemisch verwendet wird, das aus Nickel- und Zink-Pulver besteht.

Inventors: FABIAN, PETER
Applicants: HERAEUS ELEKTRODEN GMBH
Application year: 1983
Main classification: C25B11
IPC codes: C25B11