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Elektrolytische Zelle
Die Erfindung bezieht sich auf elektrolytische
Zellen, insbesondere mit flüssiger Elektrode, z. B. aus Quecksilber oder Amalgam und hat die gas- dichte Abdichtung des Deckels gegen den Bodenteil zum Gegenstand.
Bei bekannten elektrolytischen Zellen, beispielsweise zur Elektrolyse von Salzlauge, besteht die Kathode aus einer kontinuierlichen Schicht von über eine schwach geneigte ebene Bodenfläche eines trogförmigen Gefässes fliessendem Quecksilber, während die Anode aus einer Anzahl von
Graphitplatten gebildet ist, die in die Salzlauge eintauchen, mit ihren Unterseiten nahe an die Quecksilberoberfläche heranreichen und mittels Graphitstangen von einem oder mehreren, den Abschluss der Zelle bildenden Deckeln herabhängen. Da im Betriebe die unteren Flächen der Graphitplatten abgenützt werden, wobei der elektrische Widerstand der Zelle zunimmt, trachtet man danach, diese Abnützung mittels einer Einstellvorrichtung für die Höhe der Elektroden zu kompensieren.
Eine solche Einrichtung soll jedoch ohne Gefahr der Kurzschlussbildung bei zu stark herabgesenkten Elektroden betätigt werden können.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist eine elektrolytische Zelle mit flüssiger Kathode, vorzugsweise einer Quecksilberkathode, bestehend aus einem trogförmigen Bodenteil, aus einem über den Bodenteil angeordneten Deckel und aus einer an dem Deckel starr angebrachten festen Anode, deren untere Fläche in kurzem Abstande über der flüssigen Kathode und im wesentlichen parallel hiezu liegt, mit einer verstellbaren gasfesten Abdichtungsvorrichtung zur Abdichtung des Deckels gegen den Bodenteil versehen. Diese Vorrichtung besteht aus einem von dem Deckel herabhängenden Mantel, einem am Bodenteil angeordneten und zur Aufnahme des Mantels dienenden Kanal, wobei dieser Kanal eine thermoplastische, gegen die bei der Elektrolyse entwickelten Gase beständige Substanz enthält, sowie aus einer Heizeinrichtung zum Schmelzen der thermoplastischen Substanz im Kanal.
Zu den hiefür geeigneten thermoplastischen Materialien gehört das feste chlorierte Naphthalin, beispielsweise mit einem Chlorgehalt von 45 bis 55%. Es können auch andere Materialien ver- wendet werden, wie z. B. festes chloriertes Paraffinwachs, für sich oder im Gemisch mit chloriertem Naphthalin. Gemische von chloriertem Paraffinwachs mit kleineren Anteilen von chloriertem Kautschuk können auch benützt werden. In einigen Fällen ist es auch möglich, natürliche oder synthetische Kohlenwasserstoffwachse zu verwenden. Die Heizeinrichtung kann zweckmässig aus einem am Boden des Kanals oder an einer Wand desselben liegenden Dampfrohr bestehen, durch welches Dampf geleitet werden kann, wenn die thermoplastische Substanz erweicht oder geschmolzen werden soll.
Vorzugsweise befindet sich die Heizeinrichtung mit dem Unterteil des Mantels in gutem thermischen Kontakt. Beispielsweise kann das Dampfrohr an der Unterkante des Mantels angeschweisst oder angelötet sein. Gegebenenfalls kann die Heizeinrichtung auch aus einem entsprechend isolierten Heizdraht bestehen, durch welchen Strom geschickt wird.
Bei Inbetriebsetzung einer Apparatur gemäss vorliegender Erfindung wird zuerst das chlorierte Naphthalin im Kanal durch Dampfeinleitung in das Dampfrohr geschmolzen, dann der Deckel derart befestigt, dass sich die Anoden im richtigen Abstand vom Zellenboden befinden und der Mantel in das geschmolzene chlorierte Naphthalin in dem Kanal eintaucht, worauf die Schmelze erstarren gelassen wird, was gewünschtenfalls durch Durchleiten von kaltem Wasser durch das Dampfrohr beschleunigt werden kann. Die Zelle ist jetzt betriebsbereit.
Zur Kompensation der bei fortgesetztem Betriebe abgenützten Unterseiten der Anodenblöcke muss der Deckel etwas herabgesenkt werden ; zu diesem Zweck wird die Elektrolyse für kurze Zeit unterbrochen und das chlorierte Naphthalin geschmolzen, worauf der Deckel mittels einer hiefür vorgesehenen Schraubeinstellvorrichtung bis auf den richtigen Elektrodenabstand herabgelassen wird. Wenn die thermoplastische Substanz bei gewöhnlichen Temperaturen zum Brüchigwerden neigt, wie dies bei chloriertem Naphthalin mit 50-55% Chlor der Fall ist, ist es vorteilhaft, während des Betriebes der Zelle die Verschlussmasse auf einer dem Erstarrungspunkt verhältnismässig naheliegenden Temperatur, z. B. zwischen 10 und 20 C unterhalb des Erstarrungspunktes zu
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halten.
Dies kann mittels der zum Schmelzen der thermoplastischen Substanz vorgesehenen Heiz- einrichtung erfolgen.
Die Tiefe des Kanals wird entsprechend der
Länge und dem Gefälle der Zelle sowie unter Be- rücksichtigung des Abstandes ausgewählt, um welchen der Deckel während der Lebensdauer eines vorhandenen Anodensatzes herabzusenken beabsichtigt ist. Beispielsweise wird bei einem
Höhenunterschied zwischen Laugeneintritts- seite und Laugenaustrittsseite der Zelle von x cm und einer zulässigen Abnützung eines
Anodenblockes um y cm die Mindesthöhe des geschmolzenen Verschlussmittels an der Austritts- seite x+y cm und an der Eintrittsseite y cm be- tragen.
Zwecks Herabsetzung der für die Ab- dichtung erforderlichen Menge an Verschluss- material kann die Zelle so konstruiert sein, dass bei normaler Arbeitslage derselben, d. i. unter schwacher Neigung des Zellenbodens gegen die
Horizontale, der Boden des Kanals und der untere
Rand des Mantels zueinander parallel liegen und horizontal angeordnet sind. Gegebenenfalls können, wenn das Gefälle der Zelle leicht variierbar ist, der Boden des Kanals und die untere Kante des Mantels auch noch parallel zu dem die flüssige Elektrode tragenden Zellenboden angeordnet sein.
In diesem Falle wird die Zelle, u. zw. vor dem Schmelzen der thermoplastischen Verschlussmasse und vor dem Einstellen der Höhe des Deckels bzw. des Elektrodenabstandes, mittels einer eigenen Einrichtung in horizontale Lage gebracht und dann das Verschlussmaterial festwerden gelassen, worauf erst die Zelle geneigt und wieder auf den normalen Betriebswert für das Gefälle eingestellt wird.
Die Erfindung kann bei den üblichen Arten von elektrolytischen Zellen erfolgreich benützt werden. Besonders wertvoll ist jedoch deren Anwendung auf Zellen mit hoher Laugengeschwindigkeit entsprechend einem noch unveröffentlichten Vorschlag der Erfinderin, bei welchem Verfahren normalerweise die Aufrechterhaltung eines erhöhten Druckes innerhalb der Zelle während ihres Betriebes erforderlich ist. Eine andere von der Erfinderin vorgeschlagene Zelle, welche mit einer Elektrodenhalterabdichtung versehen ist, die den dort erforderlichen erhöhten Drücken vollkommen zufriedenstellend widersteht, aber gewünschtenfalls wiederholt hergestellt und gelöst werden kann, ist gleichfalls zur Anwendung bei der vorliegenden Erfindung vorzüglich geeignet.
Der Erfindungsgegenstand ist in den nichtmassstäblichen, schematischen Zeichnungen näher veranschaulicht, ohne denselben auf die dargestellten Ausführungsformen zu beschränken.
Fig. l zeigt einen Vertikalschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Zelle, welche aus einem trogförmigen Unterteil mit glatter Bodenfläche 1, auf welchem die flüssige Elektrode fliesst und aus doppelten, einen Kanal 2 rings um die ganze Zelle bildenden Seitenwänden bestehen, die ein thermoplastisches Verschluss- material 3 und ein am Boden des Kanals liegendes
Rohr 8 aufweisen, durch welches Dampf bzw. kaltes Wasser geleitet werden kann, wenn das Verschlussmaterial geschmolzen bzw. verfestigt werden soll. Das Dampfrohr 8 durchsetzt mit seinen beiden Enden die Wand des Kanals 2 und ist dort mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Dampfzuleitung bzw. mit einer Ableitung für den Abdampf und das Kondensat verbunden.
Statt den Kanal 2, wie dargestellt, in die Wandung selbst zu verlegen, kann auch an der Aussen-oder Innenseite der einfachen Zellenwand ein starker Metallstreifen zwecks Ausbildung des benötigten Kanals in entsprechender Lage angeschweisst werden. Über dem Bodenteil 1 befindet sich ein mit Ebonit oder einem anderen chlorbeständigen Material überzogener Deckel 4 aus Stahl, der einen Mantel 7 besitzt, welcher bis unter die Oberfläche des Verschlussmaterials 3, z. B. chloriertes Naphthalin, reicht. Die Höhe des Deckels in bezug auf den Bodenteil ist mittels der Schraubbolzen 6 einstellbar, welche in die Gewindelöcher eines Flansches 5 an jeder Seite des Deckels eingreifen und auf einem entsprechenden Flansch an der Aussenwand des Bodenteiles aufliegen.
Der Deckel 4 trägt die Kohleanodenblöcke 9, welche von Kohlestangen 10 gehalten werden, die durch entsprechende Löcher des Deckels 4 hindurchtreten. In der Zeichnung ist die Abdichtung zwischen dem Deckel 4 und den Stangen 10 mit Hilfe einer Verschlussmasse 11 dargestellt ; es kann jedoch auch irgend eine andere geeignete Methode zur Herstellung einer gasdichten Verbindung verwendet werden. Der Deckel ist mit einer oder mehreren Chlorableitungen 12 versehen. Die Zelle ist mit geeigneten, in der Zeichnung nicht dargestellten Mitteln zur Zuführung von Quecksilber und frischem Elektrolyten in die Zelle, sowie zur Ableitung von Amalgam und verbrauchtem Elektrolyten und Stromzuführungen zu den Elektroden ausgestattet.
Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Zelle, bei welcher der trogförmig gestaltete Bodenteil aus einer glatten Bodenfläche 1 und aus einem an den Aussenteilen der vertikalen Zellenwände angeordneten Kanal 2, der ein thermoplastisches Verschlussmaterial 3 enthält besteht und mittels Trägern 13 so unterstützt ist, dass der Bodenteil in Längsrichtung leicht gegen die Horizontale geneigt ist. Der Deckel 4 trägt den Kohlenanodenblock 9 mittels der Kohlestangen 10, wobei die Abmessungen des Blockes 9 derart gewählt sind, dass ein möglichst kleiner Raum zwischen der Oberseite des Blockes 9 und dem Deckel 4 sowie zwischen den Seiten des Blockes und der Innenseite des Bodenteiles verbleibt.
Der Deckel 4 ist an jeder Zellenwand mit Flanschen 5 ausgestattet, die von Schraubstützen 6 getragen werden und die Einstellung der vertikalen Lage des Deckels in bezug auf den Bodenteil gestatten. Der Deckel ist auch mit einem Mantel 7 versehen, dessen untere Kante ein daran angelötetes Dampfrohr 8
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trägt, welches rund um die Zelle läuft und mit zeichnerisch nicht dargestellten Einlass-und Auslassverbindungen versehen ist, die nach oben durch den Deckel hindurchtreten. Der Kanal 2 enthält chloriertes Naphthalin mit einem Chlorgehalt von 45 bis 55 Gew.-% in einer zur Herstellung des gasdichten Verschlusses zwischen dem Mantel und dem Bodenteil ausreichenden Menge. An dem Deckel sind in der Zeichnung nicht dargestellte Chlorableitungsrohre vorgesehen, die über dem zwischen aufeinanderfolgenden Anodenblöcken vorhandenen Spalt angeordnet sind.
Der Deckel und der Bodenteil bestehen zweckmässig aus Stahl, wobei die der Korrosion durch den Elektrolyten ausgesetzten Teile mit Ebonit ausgekleidet sind. Die Ebonitauskleidung des Mantels 7 reicht bis zu einer unterhalb der Oberfläche des Verschlussmaterials 3 liegenden, jedoch über dem Niveau des Dampfrohres endigenden Linie.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrolytische Zelle mit flüssiger Kathode, vorteilhaft aus Quecksilber, bestehend aus einem trogförmigen Bodenteil, einem Deckel über dem Bodenteil und einer mittels des Deckels starr in der Zelle angeordneten festen Anode, deren untere Fläche in kurzem Abstande über der flüssigen Kathode und im wesentlichen parallel hiezu liegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine verstellbare gasfeste Abdichtungsvorrichtung zur Abdichtung des Deckels gegen den Bodenteil vorgesehen ist, welche aus einem von dem Deckel herabreichende Mantel, aus einem an dem Bodenteil angeordneten und zur Aufnahme des Mantels geeigneten Kanal, welcher eine thermoplastische, den bei der Elektro- lyse entwickelten Gasen gegenüber beständige Substanz enthält, sowie aus einer Heizeinrichtung zum Schmelzen der thermoplastischen Substanz im Kanal besteht.
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Electrolytic cell
The invention relates to electrolytic
Cells, especially with a liquid electrode, e.g. B. made of mercury or amalgam and has the gas-tight sealing of the lid against the bottom part.
In known electrolytic cells, for example for the electrolysis of brine, the cathode consists of a continuous layer of mercury flowing over a slightly inclined flat bottom surface of a trough-shaped vessel, while the anode consists of a number of
Graphite plates are formed which are immersed in the brine, reach with their undersides close to the mercury surface and hang down by means of graphite rods from one or more lids forming the closure of the cell. Since the lower surfaces of the graphite plates are worn out during operation, and the electrical resistance of the cell increases, efforts are made to compensate for this wear by means of an adjustment device for the height of the electrodes.
Such a device should, however, be able to be operated without the risk of short-circuit formation when the electrodes are lowered too far.
According to the present invention, an electrolytic cell with a liquid cathode, preferably a mercury cathode, consists of a trough-shaped base part, a cover arranged over the base part and a solid anode rigidly attached to the cover, the lower surface of which is a short distance above the liquid cathode and is substantially parallel to it, provided with an adjustable gas-tight sealing device for sealing the lid against the bottom part. This device consists of a jacket hanging down from the cover, a channel arranged on the bottom part and used to receive the jacket, this channel containing a thermoplastic substance resistant to the gases developed during electrolysis, and a heating device for melting the thermoplastic substance in the Channel.
The thermoplastic materials suitable for this purpose include solid chlorinated naphthalene, for example with a chlorine content of 45 to 55%. Other materials can also be used, such as B. solid chlorinated paraffin wax, by itself or in a mixture with chlorinated naphthalene. Mixtures of chlorinated paraffin wax with smaller proportions of chlorinated rubber can also be used. In some cases it is also possible to use natural or synthetic hydrocarbon waxes. The heating device can expediently consist of a steam pipe lying at the bottom of the channel or on a wall of the same, through which steam pipe can be passed when the thermoplastic substance is to be softened or melted.
The heating device is preferably in good thermal contact with the lower part of the jacket. For example, the steam pipe can be welded or soldered to the lower edge of the jacket. If necessary, the heating device can also consist of a correspondingly insulated heating wire through which current is sent.
When starting up an apparatus according to the present invention, the chlorinated naphthalene in the channel is first melted by introducing steam into the steam pipe, then the cover is attached in such a way that the anodes are at the correct distance from the cell bottom and the jacket is immersed in the melted chlorinated naphthalene in the channel, whereupon the melt is allowed to solidify, which if desired can be accelerated by passing cold water through the steam pipe. The cell is now ready for use.
To compensate for the undersides of the anode blocks that are worn out during continued operation, the cover must be lowered slightly; For this purpose, the electrolysis is interrupted for a short time and the chlorinated naphthalene is melted, whereupon the cover is lowered to the correct electrode gap by means of a screw adjustment device provided for this purpose. If the thermoplastic substance tends to become brittle at normal temperatures, as is the case with chlorinated naphthalene with 50-55% chlorine, it is advantageous, during operation of the cell, to keep the sealing compound at a temperature relatively close to the solidification point, e.g. B. between 10 and 20 C below the freezing point
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hold.
This can be done by means of the heating device provided for melting the thermoplastic substance.
The depth of the channel will be according to the
The length and the slope of the cell are selected, taking into account the distance by which the cover is intended to be lowered during the service life of an existing anode set. For example, a
Height difference between the lye inlet side and the lye outlet side of the cell of x cm and a permissible wear of one
Anode block by y cm the minimum height of the melted sealing means on the exit side x + y cm and on the entry side y cm.
In order to reduce the amount of sealing material required for the seal, the cell can be constructed in such a way that, in its normal working position, ie. i. with a slight inclination of the cell floor against the
Horizontal, the bottom of the channel and the lower
Edge of the jacket are parallel to each other and are arranged horizontally. If necessary, if the gradient of the cell can be easily varied, the bottom of the channel and the lower edge of the jacket can also be arranged parallel to the cell bottom carrying the liquid electrode.
In this case, the cell, u. Between before melting the thermoplastic sealing compound and before adjusting the height of the lid or the electrode spacing, it was brought into a horizontal position by means of its own device and then the sealing material was allowed to solidify, after which the cell was inclined and returned to the normal operating value for the slope is set.
The invention can be successfully used with the usual types of electrolytic cells. However, their application to cells with a high leaching rate is particularly valuable in accordance with a still unpublished proposal by the inventor, in which method it is normally necessary to maintain an elevated pressure within the cell during its operation. Another cell proposed by the inventor, which is provided with an electrode holder seal, which withstands the increased pressures required there in a completely satisfactory manner, but can, if desired, be repeatedly produced and detached, is likewise eminently suitable for use in the present invention.
The subject matter of the invention is illustrated in more detail in the schematic drawings, which are not to scale, without restricting the same to the illustrated embodiments.
1 shows a vertical section of an embodiment of the cell according to the invention, which consists of a trough-shaped lower part with a smooth bottom surface 1, on which the liquid electrode flows, and double side walls forming a channel 2 around the entire cell, which are a thermoplastic sealing material 3 and one lying at the bottom of the channel
Have tube 8 through which steam or cold water can be passed when the closure material is to be melted or solidified. The steam pipe 8 passes through the wall of the channel 2 with its two ends and is connected there to a steam supply line (not shown in the drawing) or to a discharge line for the exhaust steam and the condensate.
Instead of laying the channel 2 in the wall itself, as shown, a strong metal strip can also be welded to the outside or inside of the simple cell wall for the purpose of forming the required channel in the appropriate position. Above the bottom part 1 there is a cover 4 made of steel which is coated with ebonite or another chlorine-resistant material and has a jacket 7 which extends to below the surface of the closure material 3, e.g. B. chlorinated naphthalene is enough. The height of the lid in relation to the base part is adjustable by means of the screw bolts 6 which engage in the threaded holes of a flange 5 on each side of the lid and rest on a corresponding flange on the outer wall of the base part.
The cover 4 carries the carbon anode blocks 9, which are held by carbon rods 10 which pass through corresponding holes in the cover 4. In the drawing, the seal between the cover 4 and the rods 10 is shown with the aid of a sealing compound 11; however, any other suitable method for establishing a gas-tight connection can also be used. The cover is provided with one or more chlorine discharge lines 12. The cell is equipped with suitable means, not shown in the drawing, for supplying mercury and fresh electrolyte into the cell, as well as for discharging amalgam and used electrolyte and power supply to the electrodes.
2 shows a vertical section of another embodiment of the cell according to the invention, in which the trough-shaped bottom part consists of a smooth bottom surface 1 and a channel 2 arranged on the outer parts of the vertical cell walls, which contains a thermoplastic closure material 3 and is supported in this way by means of supports 13 is that the bottom part is slightly inclined in the longitudinal direction to the horizontal. The cover 4 carries the carbon anode block 9 by means of the carbon rods 10, the dimensions of the block 9 being chosen so that the smallest possible space remains between the top of the block 9 and the cover 4 and between the sides of the block and the inside of the bottom part.
The cover 4 is provided on each cell wall with flanges 5 which are carried by screw supports 6 and allow the vertical position of the cover to be adjusted with respect to the bottom part. The cover is also provided with a jacket 7, the lower edge of which has a steam pipe 8 soldered to it
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carries, which runs around the cell and is provided with inlet and outlet connections, not shown in the drawing, which pass up through the cover. The channel 2 contains chlorinated naphthalene with a chlorine content of 45 to 55% by weight in an amount sufficient to produce the gas-tight seal between the jacket and the base part. Chlorine discharge pipes, not shown in the drawing, are provided on the cover and are arranged above the gap between successive anode blocks.
The cover and the bottom part are expediently made of steel, the parts exposed to corrosion by the electrolyte being lined with ebonite. The ebonite lining of the jacket 7 extends as far as a line lying below the surface of the sealing material 3 but ending above the level of the steam pipe.
PATENT CLAIMS:
1. Electrolytic cell with liquid cathode, advantageously made of mercury, consisting of a trough-shaped base part, a cover over the base part and a solid anode arranged rigidly in the cell by means of the cover, the lower surface of which is a short distance above the liquid cathode and essentially parallel for this purpose, characterized in that an adjustable gas-tight sealing device is provided for sealing the cover against the bottom part, which consists of a jacket reaching down from the cover, a channel arranged on the bottom part and suitable for receiving the jacket, which is a thermoplastic, the at contains substances resistant to the gases developed during electrolysis, and consists of a heating device for melting the thermoplastic substance in the channel.