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Verfahren zur Elektrolyse in Zellen mit bewegter Quecksilberkathode
Es ist bekannt, dass bei Verwendung von Zellen mit bewegter Quecksilberkathode für die Herstellung von Chlor und Alkaliamalgamen das erzeugte Chlor von geringen Mengen Wasserstoff begleitet ist, welche in gewissen Fällen genügen, um eine explosive Mischung mit dem Chlor zu ergeben. Die Anwesenheit dieses Wasserstoffs wird durch lokale Zersetzungen des Alkaliamalgams in den Zellen verursacht.
Es ist bekannt, dass die Zersetzungen auf die Gegenwart von auf dem Amalgam vorhandenen Graphitteilchen zurückzuführen sein können, welche sich von den Anoden loslösen ; sie können jedoch auch durch die Gegenwart von Amalgamen anderer Metalle hervorgerufen werden, die sich in Form von unlöslichen Klümpchen im Quecksilber bilden ; diese Klümpchen werden oft auf Grund ihres Aussehens als Dickquecksilber bezeichnet. Das Dickquecksilber zeigt die Tendenz, an die Oberfläche der flüssigen Kathode zu steigen und sich dort zu kleinen Inseln zusammenzulagern, welche die Elektrolyse stören.
In horizontalen Zellen, in welchen das Quecksilber in verhältnismässig dicker Schicht fliesst und bei welchen der Abfluss sich unter einer genügenden Turbulenz vollzieht, sind die schädlichen Erscheinungen des Dickquecksilbers auf den ersten Blick nicht zu entdecken und man nimmt oft an, dass eine Wasserstoffentwicklung aus dem Dickquecksilber nur jenseits des Dammes, der die kathodische Schicht begrenzt, am Ende der Zelle, wo die Verringerung der Zirkulation des Quecksilbers das Auftreten und die Agglomeration der Klümpchen begünstigt, eintreten kann.
Wird eine systematische Analyse der Gase entlang der Zelle vorgenommen, so stellt man fest, dass sich gegen die äusserste Stelle des Amalgamabflusses das Gas beträchtlich an Wasserstoff anreichert, dessen Gegenwart nicht nur auf mit dem Quecksilber nicht mischbare Verunreinigungen, wie Graphitabfälle" sondern auch auf Dickquecksilber, welches auf der Oberfläche der Kathode erscheint, bevor diese den Damm am Ende der Zelle erreicht, zurückgeht.
In den Vertikalzellen, in welchen die Kathode in Form einer sehr dünnen Schichte auf einen unbeweglichen Träger herab rieselt und schliesslich in ein Gefäss, welches sich unterhalb des Trägers befindet, mündet, kann man ebenfalls eine relativ beträchtliche Entwicklung von Wasserstoff oberhalb des Gefässes feststellen. Diese Wasserstoffentwicklung kann dadurch erklärt werden, dass auf Grund der geringen Fliessgeschwindigkeit von Amalgam ausserhalb des Gefässes das Dickquecksilber, welches unvermeidlich im Amalgam enthalten ist4-7-eit hat, zur Kontaktfläche zwischen Elektrolyt und Amalgam aufzusteigen und eine Zersetzung des letzteren hervorruft.
Die Erfindung zielt darauf ab, diese unzeitige und gefährliche Zersetzung zu beseitigen. Zu diesem Zwecke wird erfindungsgemäss eine angemessene zusätzliche Bewegung der flüssigen Kathode an den Stellen bewirkt, an welchen die Zirkulation zu gering ist ; auf diese Art hält man die Klümpchen des Dickquecksilbers im Inneren der flüssigen Kathode dispergiert und beseitigt somit ihre schädlichen Wir- kungen. Wie beobachtet wurde, liegt bei einer Laboratoriums-Vertikalzelle, die einen Quecksilberfänger unter der vertikalen Oberfläche der Rieselkathode enthält, in dem das Quecksilber nicht bewegt wird, der Wasserstoffgehalt der Gase in unmittelbarer Nähe des Quecksilbers etwa in der Grössenordnung von 5 Vol.-% ;
unterwirft man jedoch das Quecksilber einer entsprechenden Bewegung, so sinkt der Wasserstoffgehalt bis auf 0,5-0, 6% ab.
Bei Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens kann jede Art der Bewegung benutzt werden. Es ist jedenfalls nicht erforderlich, komplizierte Einrichtungen anzuwenden, deren Einführung in die Zelle in
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der Praxis auf zahlreiche Schwierigkeiten hinsichtlich Anordnung und Instandhaltung stossen kann. Somit besteht die einfachste Vorrichtung, welche auf Grund ihrer zumeist ausreichenden Wirksamkeit angewendet wird, z. B. aus einer Zahnradpumpe, deren Saugleitung von der Ableitung des Amalgams abzweigt und deren Druckleitung einige Millimeter unterhalb der Oberfläche des sich im Amalgamfänger der Zelle befindlichen Amalgams einmündet. Der Zirkulationskreislauf ist in Anlehnung an den normalen Kreislauf der Quecksilberzirkulation eingerichtet.
Die Zeichnungen erläutern in schematischer Darstellung zwei beispielsweise Ausführungsformen des erfindungsgemässen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Anordnung für eine vertikale Zelle und Fig. 2 eine entsprechende Anordnung, wie sie in horizontalen Zellen angewendet werden kann.
Gemäss Fig. 1 wird die bewegte Quecksilberkathode einer Vertikalzelle durch eine Wand 1, entlang welcher das Quecksilber herabsieselt, und einem vertikalen Hilfsleiter 2 zwischen zwei Anodenplatten 3 und 4 gebildet. Am Ende des Hilfsleiters 2 wird das Quecksilber, welches das während der Elektrolyse gebildete Amalgam gelöst enthält, in einen Sammeltrog 5 aufgefangen, von wo es über ein Rohr 6 zu einer
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thode durch Pumpen 8 und Motore 9 abgesaugt und über die Leitungen 10 in den Sammeltrog 5 auf ein Niveau, das etwas unterhalb der Oberfläche des Quecksilbers liegt, gefördert wird. Zur deutlicheren Darstellung sind die kathodischen und anodischen Stromzuführungen, die Sole und der äussere Schutzmantel der Zelle sowie die Abführungen für'die Anodengase nicht gezeichnet worden.
Die zusätzliche Bewegung der Kathode kann beispielsweise auch durch eine einzige Pumpe bewirkt werden, deren Ansaugleitung von dem Abzugsorgan 6 abzweigt und deren Förderleitung einen Sammler mit mehreren Verzweigungen speist, die in den Sammeltrog 5 münden.
Fig. 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemässen Verfahrens bei einer horizontalen Zelle.
Es sind nur die zum leichteren Verständnis dieser Ausführungsform notwendigen Elemente gezeichnet wer- den ; von der Zelle selbst wurden nur die Leitfläche 12 und die Seitenwände 11, die zur Verdeutlichung der Zeichnung unterbrochen sind, dargestellt. Die bewegte Kathode, die aus Quecksilber besteht, welches Alkalimetallamalgam gelöst und Klümpchen von schädlichem Amalgam suspendiert enthält, fliesst von der Leitfläche 12 gegen den mit einem Trog 14 ausgestatteten Randteil 13, in welchen das Quecksilber abfliesst und von wo es durch ein Rohr 15 abgezogen wird. Auf Grund der Verlangsamung des Fliessens haben die Klümpchen die Tendenz, an die Oberfläche zu kommen und sich dort zu agglomerisieren.
Diese Störung wird vermieden, indem ein Bewegungskreislauf aufrecht erhalten wird, welcher das am Boden des Troges 14 angeordnete Rohr 16 und die mit den Motoren 18 betriebene Pumpe 17 umfasst. Der
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Die zur zusätzlichen Bewegung des Quecksilbers vqrgeseheneVorrichtung zielt nicht darauf ab, das Dickquecksilber zu entfernen, vielmehr wird im Gegenteil danach getrachtet, das Dickquecksilber in dem in der Zelle vorhandenen Quecksilber zu verteilen. Die Trennung geschieht somit in einem besonderen Raum, der von der Elektrolysierzone getrennt ist. Dieser Raum kann vorzugsweise einen Bestandteil der als Dekantiergefäss arbeitenden Zelle bilden, wobei die Klümpchen an die Oberfläche getragen werden, wo sie sich zusammenballen und durch dem Fachmann bekannte Mittel entfernt werden können.
Es wird danach getrachtet werden, jedes Eindringen von wässerigen Lösungen in den als Dekantiervorrichtung dienenden Raum zu vermeiden. Tatsächlich würde das Dickquecksilber, wenn. es sich in Gegenwart eines mit Alkalimetall angereicherten Amalgams befindet, durch gleichzeitige Anwesenheit von Wasser eine vorzeitige Zersetzung des Amalgams hervorrufen. Das Verfahren der Erfindung bietet den Vorteil, dass in der Elektrolysierzelle die Zersetzung von Amalgam der Alkalimetalle durch das Dickquecksilber und in der Folge davon das Entstehen von Wasserstoff und der entsprechende Verlust an Alkalimetall vermieden werden kann.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Elektrolyse in Zellen mit bewegter Quecksilberkathode, dadurch gekennzeichnet, dass das Kathodenquecksilber an den Stellen, wo es sich nach Durchfliessen der Zelle ansammelt und seine Strömungsgeschwindigkeit zur Aufrechterhaltung einer Dispersion der im Laufe der Elektrolyse gebildeten schädlichen Amalgame im Quecksilber ungenügend ist, zusätzlich bewegt wird.