ELECTRODE FOR ELECTROCHEMICAL PROCESSES

Abstract: 1. A tubular electrode for electrolytic processes, in particular an anode for galvanic processes or cathodic anticorrosive protection, comprising a conductor of a material of good electrical conductivity, which is ensheated by a tubular valve metal element which is connected to the conductor in an electrically conductive manner and whose surface facing away from the conductor is provided with a coating of electrocatalytic material, characterized in that the electrically conductive connection between the conductor (1) and the valve metal element (2) is established via at least two composite elements (4) arranged with mutual spacing, each composite element (4) comprising a portion (5) of valve metal and a portion (6) of copper, aluminium or an alloy based on one of these metals and that the valve metal portion (5) with the valve metal element (2) and the portion (6) of copper, aluminium or the alloy, annularly surround the conductor (1) and are connected to the conductor in an electrically conductive and mechanically secure manner.

Description: "Elektrode für elektrochemische Verfahren" Die Erfindung betrifft eine rohrförmige Elektrode für elektrolytische Verfahren, insbesondere Anode für galvanische Verfahren oder kathodischen Korrosionsschutz, mit einem Stromleiter aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff, der von einem rohrförmigen Ventilmetallkörper umhüllt ist, der elektrisch leitend mit dem Stromleiter verbunden ist und dessen dem Stromleiter abgekehrte Oberfläche mit einer Auflage aus elektrokatyltischem Werkstoff versehen ist. Es ist bekannt, bei elektrolytischen Prozessen, welche ein Edelmetall der Platin-Gruppe als elektrochemisch aktives Elektrodenmaterial benötigen, dieses zwecks sparsamer Verwendung auf einen Träger aus Ventilmetall aufzubringen; solche Ventilmetalle besitzen bei anodischer Schaltung eine weitgehende Sperrwirkung, wonach der Stromübergang in den Elektrolyten nur an den Stellen erfolgt, an denen der Edelmetallüberzug auf dem Träger aufliegt. Da Ventilmetalle einen verhältnismässig hohen elektrischen Widerstand aufweisen, wurde bereits mehrfach vorgeschlagen, die Funktion der Stromzufuhr der Elektrode soweit wie möglich aus dem Material des Trägers herauszulagern und die Stromzufuhr zum Träger so nahe wic möglich an die Austrittsstelle im Elektrolyten über Material hoher elektrischer Leitfähigkeit zu führen. So beschreibt die DE-PS 913 768 Elektroden aus Kombinationen von Tantal als Ventilmetall mit Metallen von hohem elektrischen Leitvermögen, in denen das Tantal nur eine verhältnismässig dünne Oberflächenschicht bildet. Derartige Kombinationen bestehen aus einem mit einer geschlossenen, dünnen Schicht Tantal oder Tantal-Legierung überzogenen Grundkörper aus elektrisch gut leiten dem Metall, wie z. 8. Silber, Kupfer oder Aluminium. Für Prozesse, die als wirksame Elektrodenfläche Platin erfordern, wird die Tantalschicht mit einer dünnen Schicht Platin überzogen oder mit einem dünnen Platindraht gegebenenfalls in Form einer Spirale umwickelt. Weiterhin beschreibt die AT-PS 212 284 den Einsatz von Titan als Ventilmetall, welches gegenüber Tantal einen etwa viermal höheren elektrischen, spezifischen Widerstandswert besitzt. Um eine möglichst günstige Energicausbeute zu erzielen, soll ein Trägerkörper aus einem Kern von Kupfer, Silber oder Aluminium eingesetzt werden, welcher mit einer Titanschicht oder einem stärkeren Titanmantel überzogen ist. Durch die Ummantelung wird der leitfähige Kern gegen die Einwirkung des Elektrolyten abgeschirmt und gleichzeitig der Stromweg durch das elektrisch schlecht leitende Titan in den Elektrolyten über die kürzeste Entfernung senkrecht zur Zuleitungsrichtung erzielt. Auf dem Träger befindet sich in Form eines geschlossenen oder unterbrochenen Überzuges oder in Form einer Spirale von Band oder Draht der elektrokatalytisch wirksamc Elektrodenwerkstoff aus Platin oder einem Platinmetall. Aus der US-PS 1 970 804 ist weiterhin eine Elektrode für di' hlorclektrolysc bekannt, bei der auf einem Kupferkern eine Umhüllung aus einem Ventilmetall aufgebracht ist. Ventil metallkörper und Kern sind miteinander durch eine Schmelz ve rbi n- dung, Plattierverfahren oder Spritzverfahren, elektrisch leitend und mechanisch fest miteinander verbunden. Neben einer optimalen Stromzuleitung soll die üblicherweise vorliegend Sperrwirkung des Ventilmetalles eliminiert werden. Es ist somit bekannt, die als Trägermaterial für Elektroden eingesetzten Ventilmetalle mit ihrer verhältnismässig schlechten elektrischen Leitfähigkeit durch Stromleiter als Kernmaterial zu ergänzen, wobei die Stromleiter gegen die Einwirkung des Elektrolyten durch den sie umgebenden Ventilmetallkörper abgeschirmt sind. Als nachteilig erweist es sich dabei insbesondere, dass die Ventilmetalle aufgrund ihres verhältnismässig hohen Preises stets nur eine verhältnismässig dünne Ummantelung für einen massiven Kernleiter bilden, wobei die Ausmasse des massiv ausgeführten Kernleiters durch die erforderlichen Elektrodenabmessungen vorgegeben sind. Dies führt insbesondere bei grossformatigen Elektroden zu einem für die eigentliche Stromleitung überdimensionierten Stromleiterquerschnitt und zu einem verhältnismässig hohen Gewicht aufgrund der Massivität des Kernleiters. Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, eine Elektrode hoher Stabilität in Leichtbauweise mit einem für die praktischen Bedürfnisse ausreichend dimensionierten Stromleiter aufzubauen, welcher zur Stromversorgung eines als Hüllkörper ausgeführten Ventilmetallkörpers dient, dessen Ausmasse vom Format des Stromleiters völlig unabhängig ist. Ferner sollen Elektroden als Einzelelemente auf einfache Weise zu grösseren Elektrodeneinheiten zusammenzusetzen sein. Die Aufgabe wird dddurch gelöst, dass die elektrisch leitende Verbindug zwischen Stromleiter und Ventilmetallkörper über wenigstens zwei im Abstand zueinander angeordnete Verbund körper erfolgt, wobei jeder Verbundkörper einen Bereich aus Ventilmetall und einen Bereich aus elektrisch gut leiten dem Werkstoff aufweist und dass der Ventilmetall-Bereich mit dem Ventilmetallkörper und der elektrisch gut leitende Bereich mit dem Stromleiter elektrisch leitend und mechanisch fest verbunden sind, In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verbundkörper durch eine Schweissverbindung mit dem Ventilmetallkörper verbunden, während er mit dem von ihm ringförmig umschlossenen Bereich des Stromleit ers eine Löt-, Schra ub- oder Pressverbindung bildet. Der aus dem Ventilmetall bestehende Bereich des Verbundkörpers umschliesst in Form eines Hohlzylinders den ringförmigen Bereich aus dem Material guter elektrischer Leitfähigkeit. Als vorteilhaft erweist sich die einfache Herstellung durch Aufschieben und anschliessende Verschweissung des Ventilmetallkörpers auf dem mit Verbundkörpern versehenen Stromleiter. Aufgrund der Leichtbauweise wird eine hohe Stabilität auch beim Zusammenbau zu grösseren Elektrodenei nh eiten aus mehreren Elektrodenelementen erzielt. Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren la, Ib und 2 näher erläutert. Figur la zeigt eine erfindungsgemässo Elektrode im Längsschnitt, Figur lb die gleiche Elektrode in einem perspektivischen Aufriss. Figur 2 zeigt eine Elektrode mit doppeltem elektrischem Anschluss. Gemäss Figur la befindet sich der aus einem Werkstoff guter elektrischer Leitfähigkeit bestehende Stromleiter 1 in einem gegenüber dem Ausscnraum abgeschlossenen zylindersymmetrischen L'cntilmetallkörper 2, welcher koaxial zum Stromleiter 1 angeordnet ist. Die Achse des Stromleiters ist mit 3 bezeichnet. Da der Innendurchmesser des Ventilmetallkörpers grösser ist als die Ausdehnung des Stromleiters 1 wird die elektrische Verbindung zwischen dem Stromleiter 1 und dem Ventilmetallkörper 2 durch Verbundkörper 4 hergestellt, welche in Abständen auf dem Stromleiter 1 angeordnet sind und mit dem Ventilmetallkörper eine SchweiEverbindung 7 bilden. Die Abstände der Verbundkörper zueinander werden dabei so gewählt, dass bei üblicher Strombelastung die Jouleschen Wärmeverluste in dem Ventilmetallkörper 2 einen vorgegebenen Wert nicht überschreiten; es handelt sich somit um einen Kompromiss zwischen einer möglichst geringen Anzahl von Verbundkörpern und einer möglichst grossen Energieausbeute der Elektrode. Die Verbundkörper 4 besitzen eine ringförmige Struktur, wobei der innere Bereich 6 der Ringe aus einem Werkstoff guter elektrischer Leitfähigkeit besteht und von einem Bereich 5 aus Ventilmetall mantelförmig umgeben ist. Der aus Ventilmetall bestehende Bereich 5 ist durch Strangpressen, Schrumpfung, Plattierung oder thermische Vrefahren auf den elektrisch gut leitenden Bereich aufgebracht; vorzugsweise wird Strangpressen eingesetzt. In der Praxis übliche Elektroden in Stabform werden mit einem Strom gespeist, welcher im Bereich von 5 bis 100 A/dm2 aktive Anodenfläche liegt. Bei einem Innendurchmesser des Ventilmetallkörpers 2 von beispielsweise 23 mm ergibt sich aus konstruktiven Gründen eine Ringbreite des Verbundkörpers 4 von 15 mm. Der Stromleiter 1 ist zylindrisch ausgebildet und weist einen Durchmesser von 12 mm auf, wobei seine Länge geringer ist als die Gesamtlänge des Ventilmetallkörpers 2. Als Werkstoff für den Stromleiter 1 wird Kupfer oder eine Kupfer-Legierung eingesetzt, während der Werkstoff des Vcntilmetalikörpers 2 bzn. des Ventilmetall Bereichs 5 des Verbundkörpers 4 aus Titan besteht; der mit dem Stromleiter 1 in Kontakt stehende innere Bereich 6 des Verbundkörpers 4 kann beispielsweise aus Kupfer oder einer Kupfer-Legierung bestehen, es ist jedoch auch möglich andere Werkstoffe mit guter spezifischer, elektrischer Leitfähigkeit zu verwenden. Der Stromleiter 1 ist kürzer als der Ventilmetallkörper 2, da das becherförmige Ende 10 des Ventilmetallkörpers 2 von einem Verbundkörper 4 mit Strom versorgt wird, welcher sich in einem vorgegebenen Abstand zu dem Ende befindet. An seinem anderen Ende ist der Stromleiter 1 mit dem letzten Verbundkörper und einer Buchse 12 mechanisch und elektisch leitend fest verbunden. Die Buchse 12 weist den gleichen prinzipiellen Aufbau auf wie die übrigen Verbundkörper 4, so dass die Mantelfläche 13 ebenfalls aus dem Material des Ventilmetallkörpers besteht. Die aus dem oberen Ende des Ventilmctallkörpers 2 herausragende Buchse 12 ist im Bereich ihrer Mantelfläche 13 mit dem oberen Rand des Ventilmetallkörpers 2 verschweisst. Das hinausragende Ende der Buchse 12 ist in einer Aussparung 14 eines Anschlussteils 15 untergebracht und im Randbereich der Aussparung mit diesem verschweisst. Zur besseren Übersicht wurden in Figur la nur wenige Segmente der erfindungsgemässen Elektrode dargestellt. In der Praxis betragen die Abstände zwischen den Verbundkörpern 200 bis 1000 mm, wobei zwischen dem becherförmigen Ende 10 und dem nächsten Verbundkörper 4 der Abstand entsprechend verringert ist. In einer weiteren erfindungsgemässen Ausführungsform ist es möglich, zwei oder mehere Teilelektroden, die an ihren Enden jeweils ein Verbindungselement in Form eines Verbundkörpers aufweisen miteinander zu verbinden. So kann beispielsweise gemäss Figur la eine Teilelektrode mit einem Verbindungselement 19 versehen scin, welches seinerseits in Richtung der Achse 3 des Stromleitcrs 1 ein Gewindeloch zur Aufnahme der anderen Teilelektrode, die mit einem Gewindebolzen im Verbindungs element 18 ausgebildet ist, verschraubt werden. Nach dem Verschrauben werden die beiden Verbindungselemente 18, 19 jeweils an ihren angrenzenden Flächen durch eine umlaufende Schweissnaht miteinander verbunden, um somit die Verbindungszone gegen Eintritt des Elektrolyten abzuschirmen. Mit Hilfe solcher Elemente ist es auch möglich, aus zwei jeweils geraden Teilelektroden und einem U-förmigen Mittelstück eine Elektrode mit Doppelanschluss aufzubauen, wie sie anhand Figur 2 näher erläutert ist. Figur lb zeigt in einer perspektivischen Darstellung die erfindungsgemässe Elektrode, wobei zur besseren Verständlichkeit der Ventilmetallkörper nur teilweise dargestellt wurde. Gemäss dieser Figur ist der Stromleiter 1 mit vier Verbundkörpern 4 versehen, welche in regelmässigen Abständen zueinander angeordnet sind. Dabei versorgt jeder Verbundkörper 4 jeweils einen Mantelbereich des Ventilmetallkörpers 2, dessen Länge den jeweiligen Abständen der Verbundkörper 4 entspricht. Zwischen dem becherförmigen Ende 10 des Ventilmetallkörpers 2 und dem benachbarten Verbundkörper ist die Länge des zu versorgenden Teilstückes entsprechend halb so lang wie der Abstand zwischen den Verbundkörpern. Am anderen Ende des Stromleiters 1 ist die aufgelötete Buchse 12 erkennbar, deren äussere Mantelfläche 13 mit dem oberen Rand des Ventilmetallkörpers 2 rundum verschweisst ist. Der Venitlmetallkörper 2 ist an den für die Verschweissung vorgesehenen Punkten zwischen Verbundkörper 4 und Ventilmetallkörper 2 mit jeweils wenigstens einer Öffnung 16 versehen, um eine exakte Positionierung der Verbundkörper 4 innerhalb des Ventilmetallkörpers 2 zu ermöglichen. Nach dem jeweiligen Schweissvorgang liegen im Bereich dieser Öffnungen jeweils hermetisch dichte Schweissverbindungen 7 zwischen den Verbundkörpern 4 und dem Ventilkörper 2 vor, so dass der Stromleiter 1 gegen jeglichen Angriff des Elektrolyten abgeschirmt ist. Der Ventilmetallkörper 2 dient als Träger des hier nicht näher dargestellten elektrokata lvtischet Elektrodenmaterials beispielsweise Platin bzw eines Metalls der Platin-Gruppe. In Figur 2 ist eine U-förmige Elektrode mit zwei Stromanschlüssen 20 dargestellt, woraus sich eine erhöhte Belastbarkeit ergibt. Die beiden Teilelektroden weisen jeweils im Bereich ihrer beiden oberen Verbundkörper 4 den gleichen prinzipiellen Aufbau auf wie die in Figur la, 1b beschriebene Elektrode. Der im mittleren, U-förmigen Bereich angeordnete Verbundkörper 4' ist jedoch durch flexible, der Rohrachse folgende Stromleiter 1' mit dem Stromleiter 1 der beiden Teilelektroden mit Hilfe der in Figur la erläuterten Verbindungselemente verbunden. Mit Hilfe der in Figur 2 dargestellten Anordnung ist es möglich, auf engem Raum eine verhältnismässig grosse elektrochemisch aktive Fläche zu bilden. Als Material für den flexiblen Stromleiter wird vorzugsweise ein ummanteltes flexibles Kupfer-Kabel eingesetzt. Der Gegenstand der Erfindung wird vorzugsweise in Hartverchromungsanlagen eingesetzt, wobei das aufzubringende Material im Elektrolyten gelöst ist. Weiterhin ist es möglich den Gegenstand der Erfindung als Gegenelektrode für den kathodischen Korrosionsschutz von Schiffen, Tanks, Rohrleitungen und Bohrtürmen einzusetzen.

Claims: "Elektrode für elektrochemische Verfahren'2 Patentans orüch e 1. Rohrförmige Elektrode für elektrolytische Verfahren, insbe sondere Anode für gaivanische Verfahren oder kathodischen Korrosionsschutz, mit einem Stromleiter aus einem elektrisch gut leitenden Werkstoff, der von einem rohrförmigen Ventil metallkörper umhüllt ist, der elektrisch leitend mit dem Stromleiter verbunden ist und dessen dem Stromleiter abge kehrte Oberfläche mit einer Auflage aus elektrokataly tische Werkstoff versehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrisch leitende Verbindung zwischen Stromleiter (1) und Ventilmetallkörper (2) über wenigstens zwei im Abstand zueinander angeordnete Verbundkörper (4) erfolgt, wobei jeder Verbundkörper (4) einen Bereich (5) aus Ventil metall und einen Bereich (6) aus elektrisch gut leiten dem Werkstoff aufweist und dass der Ventilmetall-Bereich (5) mit dem Ventilmetallkörper (2) und der elektrisch gut leitende Bereich (6) mit dem Stromleiter (1) elektrisch leitend und mechanisch fest verbunden sind. 2. Elektrode nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilmetall-Bereich (5) des Verbundkörpers (4) mit dem Ventilmetallkörper (2) durch eine Schmelzverbindung (7) verbunden ist. 3. Elektrode nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch gut leitende Bereich (6) des Verbund körpers (4) wenigstens eine Ausnehmung (8) zur Aufnahme des Stromleiters (1) enthält. 4. Elektrode nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der aus Ventilmetall bestehende Bereich (5) des Verbund körpers (4) auf den Bereich (6) guter elektrischer Leit fähigkeit aufgebracht ist. 5. Elektrode nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbundkörper (4) mit seinem elektrisch gut leiten den Bereich (6) den Stromleiter (1) ringförmig umschliesst. 6. Elektrode nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch gut leitende Bereich (6) des Verbundkörpers (4) von dem Bereich (5) aus Ventilmetall mantelfurmig umschlossen ist. 7. Elektrode nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventilmetall aus Titan, Tantal, Niob oder einer Legierung auf der Basis eines dieser Metalle besteht. 8. Elektrode nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der elektrisch gut leitende Werkstoff aus Kupfer, Aluminium oder einer Legierung auf der Basis eines dieser Metalle besteht.

Inventors: KOCH, REINHARD, KORBITZ, ALBRECHT, KREBS, HELMUT, SIMON, HEINRICH, Körbitz, Albrecht
Applicants: HERAEUS ELEKTRODEN GMBH
Application year: 1986
Main classification: C25D17
IPC codes: C23F13, C25B11, C25D17