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Verfahren zur Chloralkali-Elektrolyse
Die Neuerungen, welche den Gegenstand vorliegender Erfindung bilden, dienen dazu, den Betrieb von Zellen, in welchen Quecksilber einen bipolaren Mittelleiter zwischen einer Anodenund der dazu gehörigen Kathodenkammer bildet, nicht nur völlig betriebssicher, sondern auch möglichst ökonomisch zu gestalten. Ihre wichtigsten Merkmale, welche einzeln oder auch alle gleichzeitig zur Anwendung gebracht werden können, bestehen darin :
1.
Dem in Zirkulation gehaltenen flüssigen Metall, das als Mittelleiter dient, AlkalimetallAmalgam, das ausserhalb der Mittelleiterzellen erzeugt wird, in solcher Menge zuzuführen, dass diese dazu ausreicht, mindestens den Unterschied auszugleichen, welcher zwischen der in den Anodenzellen beim Durchfluss des Quecksilbers gebildeten etwas kleineren und der beim Durchfluss durch die zugehörigen Kathoden- (oder Lauge-) Zellen umgesetzten, etwas grösseren Alkalimetallamalgammenge besteht, ohne dass in irgend einer der Anodenzellen der Alkalimetallgehalt des Amalgams über 0, 5% steigt und dass dem flüssigen Metall zusätzlich mindestens 6% Alkalimetall, bezogen auf die in der Anodenzelle elektrolytisch gebildete Menge, zugeführt wird.
2. Diese Zusatz-Amalgam-Menge als Ganzes oder geteilt einer Gruppe von z. B. 8 bis 10 in Serie geschalteten Mittelleiterzellen zuzuführen, durch deren Laugekammern die in denselben entstehende Lauge derart in einer Richtung geführt wird, dass die Ätzalkalikonzentration von Zelle zu Zelle dieser Gruppe ansteigt, was dadurch bewirkt werden kann, dass Wasser am einen Ende der Zellengruppe zugeführt, konzentrierte Lauge am andern Ende der Gruppe abgezogen wird und noch dadurch unterstützt wird, dass die Vermischung der Lauge in jeder der einzelnen Zellen bzw. Laugekammern-z. B. durch Einbau geeigneter Zwischenwände, welche den Fluss der sich bildenden Lauge steuern-erschwert wird.
3. Die Lauge bei Vorhandensein mehrerer Mittelleiterzellen von Laugekammer zu Laugekammer geführt wird.
4. In einer Gegenführung des flüssigen Metalls zur Bewegungsrichtung der Laugelösung.
Quecksilberzellen, in welchen das flüssige Metall einen zirkulierenden Mittelleiter bildet, der als bipolare Zwischenelektrode dient, bestehen be- kanntlich aus zwei Kammern, die, mechanisch genommen, ein einheitliches Ganzes bilden oder auch räumlich voneinander getrennt sein können.
In der ersten Kammer bildet das flüssige Metall die Kathode, in der zweiten Kammer-der
Laugekammer-wirkt es anodisch als Lösungs- elekrode gegen eine Kathode aus starrem Metall, an welcher Wasserstoff mit geringerer Überspannung entwickelt wird, als dies an Quecksilber der
Fall wäre. Dadurch wird eine wesentliche Spannungsersparnis erzielt, welche in den ungünstig- sten Fällen bei Herstellung 50%iger Lauge noch
0, 3Volt beträgt, aber bis zu 0, 5, ja 0, 6 Volt steigen kann.
Im Prinzip können beide Kammern (Anodenbzw. Laugekammer) horizontal oder vertikal ange- ordnet sein ; doch hat es sich als praktisch erwiesen, wenigstens in der Laugekammer vertikale Kathoden zu verwenden. Die Anoden, als welche Amalgam bzw. mit Amalgam überzogenes starres Metall dient, können dann die Form rotierender Kreisscheiben, deren Unterteil in flüssiges Amalgam taucht, welches die Scheiben bei ihrer Rotation mit einer dünnen Amalgamschicht überzieht, vorstellen oder aus unbewegten Metallteilen bestehen, die-auf an und für sich bekannte Art-mit Amalgam berieselt werden.
Wesentlich ist es in allen Fällen, dass die beiden Teile der Mittelleiter guten elektrischen Kontakt untereinander bewahren, da sie die Verbindung zwischen Anoden und Kathodenkammer herstellen und dass das flüssige Metall in den Fällen, in denen es durch mehrere Zellen hintereinander geführt wird, keine Nebenschlüsse zwischen denselben herstellt, was durch Anwendung gut bekannter Vorrichtungen sichergestellt werden kann.
Die vertikale Anordnung der Kathoden in der Laugekammer bietet den Vorteil, die Entweichung des Gases zu erleichtern und die Möglichkeit, die Kathodenoberfläche verhältnismässig gross zu gestalten, ohne viel Bodenraum in Anspruch zu nehmen, was zum Niederhalten der Überspannung wichtig ist, welche mit zunehmender Stromdichte ansteigt. Die Spannungsersparnis ist aber umso grösser, je niedriger die Überspannung gehalten werden kann.
Gleichfalls dem Zwecke, die Spannungserspar- nis zu vergrössern, dient die eingangs unter 2. angeführte Massnahme. Die Anmelder haben naam-
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lich feststellen können, dass wesentlich höhere Spannungsersparnisse erzielt werden können, wenn man die Laugenkonzentration von Zelle zu Zelle und selbst innerhalb jeder Zelle abstuft, indem durch den Einbau von Trennwänden die Durchmischung der Lauge weitestgehend verhindert wird, als wenn man die Konzentration durchwegs auf gleicher und beträchtlicher Höhe hält.
Aus entsprechenden Gründen verbessert auch die Gegenführung des Amalgams zur Bewegungsrichtung der Lauge, bei welcher das reichste Amalgam mit der konzentriertesten Lauge in Berührung gebracht wird, die Arbeitsbedingungen.
Den Mittelleiterzellen kann das ausserhalb derselben auf beliebige Art erzeugte zusätzliche Amalgam auf verschiedene Art und Weise und auf verschiedenen Wegen zugeführt werden.
Die ausserhalb der Mittelleiterzellen, vorzugsweise in einer monpolaren Quecksilberzelle gleicher Stromkapazität, welche zu einer Gruppe von z. B. 8 bis 10 Mittelleiterzellen in Serie geschaltet ist, erzeugte zusätzliche Menge Alkalimetallamalgams kann den einzelnen Laugekammern der Mittelleiterzellen in Teilströmen zugeleitet werden oder auch als Ganzes ungeteilt durch die ganze Gruppe der 8-10 Mittelleiterzellen durchgeleitet werden. In diesem Falle empfiehlt es sich, sie in die erste oder die ersten der Mittelleiterzellen der Gruppe in den Kathodenraum-die Laugekammer-einzuleiten und aus der oder den letzten Mittelleiterzellen der Gruppe in den Anodenraum einzuführen und sie dort aus der zugehörigen Laugekammer abzuziehen.
Da nämlich der Alkalimetallgehalt des Amal- gams beim Durchfliessen beider Kammern einer
Mittelleiterzelle abnimmt, weil mehr Amalgam in der Kathodenkammer umgesetzt wird, als die zugehörige Anodenkammer entstehen lässt, wird dadurch die Möglichkeit gegeben, die Zahl der zu einer Gruppe vereinigten Mittelleiterzellen um eine Zelle zu erhöhen, ohne dass die Alkalimetall- konzentration des Amalgams in irgendeiner Ano- denkammer höher ansteigt als in dem Falle, in welchem das Zusatzamalgam in den Anoden- raum der ersten Zelle einer um eine Zelle kleineren
Gruppe von Mittelleiterzellen eingeleitet wird.
Der Prozentsatz der Mittelleiter- zu de41 Mono- polarzellen wird dadurch erhöht, die erzielte Durchschnittspannung der ganzen Zellenbatterie dadurch cet. par. ermässigt.
Bei beiden Arten dieser Führung des zusätzlichen Amalgams ist es wichtig, das flüssige Metall von einer zur andern Zelle durch dem Fachmann an und für sich bekannte Vorrichtungen treten zu lassen, welche die Bildung von Nebenschlüssen ausschliessen.
Diese Vorsichtsmassnahme wird überflüssig, wenn man zu jeder Mittelleiterzelle eine monopolare Hilfszelle parallel schaltet, deren Stromkapazität gerade nur dazu ausreicht, das Amalgammanko, das sonst in Mittelleiterzellen auftritt, zu kompensieren und das flüssige Metall durch jedes derartige Zellenpaar zirkulieren lässt. Dieser Weg ist gangbar, wenn man die Stromdichte in beiden Zellen, die ein Paar bilden, so verschieden einstellt, dass beide mit gleicher Betriebsspannung arbeiten.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Chloralkali-Elektrolyse in Zellen, in welchen Quecksilber bzw. Alkalimetallamalgam bipolar wirkenden Mittelleiter bildet und das Quecksilber bzw. Amalgam im Kreislauf geführt wird, dadurch gekennzeichnet, dass dem flüssigen Metall zusätzlich mindestens 600 Alkali- metall, bezogen auf die in der Anodenzelle elektrolytisch gebildete Menge, z. B. in Form von Amalgam, das in monopolaren in Serie oder parallel zu den Mittelleiterzellen geschalteten
Zellen hergestellt wurde, zugeführt wird, wobei die Amalgamkonzentration in der Anodenkammer nicht über 055BO steigen darf.