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Verfahren zur Erzeugung von Ätzalkalilösungen aus Alkalimetallamalgamen
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Die am oberen Ende der gepackten Kolonne befindliche getrennte Schicht wässeriger Phase und das unterhalb dieser Schicht wässeriger Phase befindliche, teilweise zersetzte Alkalimetallamalgam werden vorzugsweise dadurch gebildet, dass das Alkalimetallamalgam in die Kolonne eingeleitet wird, um diese zu fluten, dass das Wasser oder die verdünnte wässerige Ätzalkalilösung in dem Alkalimetallamalgam am Boden der Kolonne dispergiert wird und die so gebildete Dispersion zusammen mit dem durch die Zersetzung des Alkalimetallamalgams gebildeten Wasserstoff in der Kolonne aufwärts wandern gelassen wird, wobei sich am oberen Ende der Kolonne die wässerige Phase auf dem teilweise zersetzten Alkalimetallamalgam absondert.
Ausserdem wird vorzugsweise das am oberen Ende der Kolonne unterhalb der abgesonderten Schicht wässeriger Phase gebildete, teilweise zersetzte Alkalimetallamalgam in feiner Verteilung dem oberen Ende des Ringraumes zugeführt.
In dem Ringraum werden das teilweise zersetzte Alkalimetallamalgam und das eingeleitete Wasser oder die verdünnte wässerige Ätzalkalilösung im Gegenstrom geführt.
Wenn in der Kolonne und dem Ringraum Graphit als Alkalimetallamalgam zersetzendes Material verwendet wird, kann dieser Graphit in Form von Stücken oder Ringen vorliegen.
In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel einer Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens schematisch dargestellt. 1 ist die zylindrische Aussenwand einer 91 cm hohen Pile, 2 ist der Boden und 3 der Deckel. 4 ist die Mantelwand der zentralen Kolonne 5, die einen Durchmesser von 15 cm hat. Die Kolonne 5 hat ein zentrales Rohr mit einem Durchmesser von 51 mm, das zu einer Stelle in der Nähe des Bodens 2 führt, von dem es einen Abstand 7 hat, und mit einer Packung 8 aus Graphitringen gefüllt ist. Die Mantelwand 4 und die zylindrische Aussenwand 1 bilden einen Ringraum 9, der eine Breite von 76 mm hat. Der Ringraum 9 ist mit Graphitstücken 10 gefüllt.
Die Mantelwand 4 hat in ihrem oberen Teil ein Austrittsrohr 11, das in das Rohr 12 führt, das durch den oberen Teil des Ringraumes 9 und durch die zylindrische Wand 1 tritt.
Unter dem Austrittsrohr 11 hat die Wand 4 Löcher 13 zur Zuführung des teilweise zersetzten Alkalimetallamalgams zu dem Ringraum 9.
14 ist eine in der Kolonne 5 vorgesehene Feder, welche die aus Graphitringen bestehende Packung in ihrer Lage erhält. Mit 15 sind in dem Ringkörper 9 vorgesehene Federn bezeichnet, welche die aus Graphitstücken bestehende Packung 10 in ihrer Lage erhalten.
16 ist ein verzweigtes Wasserzuführungsrohr, von dem ein Zweig 17 durch einen Hahn 18 gesteuert wird und in einen Verteiler 19 führt, der seinerseits in die zentrale Kolonne 5 an deren Boden 2 hineinführt. Der andere Zweig 20 wird durch einen Hahn 21 gesteuert und führt zu einem Eintrittsrohr, das am Boden 2 in den Ringkörper 9 hineinführt.
23 ist ein den Boden 2 durchsetzendes Rohr, dessen eines Ende sich am Boden des Ringkörpers 9 befindet.
24 ist eine den Deckel 3 durchsetzende Gasaustrittsöffnung.
Von einer nicht gezeigten Solezelle wird heisses Alkalimetallamalgam25 über das Rohr 6 dem unteren Ende der mit Graphitringen gefüllten Kolonne 5 und dann dem Zwischenraum 7 zugeführt, so dass die Kolonne 5 mit Alkalimetallamalgam 25 geflutet wird. Durch den Verteiler 19 wird Wasser eingeleitet, so dass das Wasser und das Alkalimetallamalgem 25 durch die aus Graphitringen bestehende Packung aufwärts wandern und zusammen mit dem durch die Zersetzungsreaktion gebildeten und über das Rohr 24 abziehenden Wasserstoff durch die aus Graphitringen bestehende Packung aufwärts wandern. Am oberen Ende der Kolonne 5 bildet sich oben auf dem teilweise zersetzten Alkalimetallamalgam eine Lache 26 der wässerigen Phase.
Das teilweise zersetzte Alkalimetallamalgam tritt aus der Kolonne 5 durch die Löcher 13 aus, welche es in zahlreiche Gerinne und Tröpfchen unterteilen, damit es in Wasser dispergiert werden kann, das durch das Zuführungsrohr 22 in den graphitgefüllten Ringraum 9 eingeführt wird, so dass das Amalgam von dem Wasser zersetzt wird. Die zahlreichen Gerinne und Tröpfchen wandern im Gegenstrom zu dem aufsteigenden Strom der wässerigen Phase abwärts.
Auf dem Niveau 27 in dem graphitgepackten Ringraum 9 fliesst die durch die Zersetzung der Gerinne und Tropfen des teilweise zersetzten Alkalimetallamalgams gebildete Ätzlauge in die am oberen Ende der zentralen Kolonne 5 befindliche wässerige Phase 26 über. Das dadurch gebildete Gemisch wird als starke Ätzlauge über das Rohr 12 abgezogen.
Vom unteren Teil des Ringkörpers 9 wird an dem Boden 2 Quecksilber über das Rohr 23 abgezogen und zu der nicht gezeigten Solezelle zurückgepumpt.
Wenn das über das verzweigte Rohr 16 zugeführte Wasser auf die zentrale Kolonne 5 und den Ringraum 9 beispielsweise so aufgeteilt wird, dass der grösste Teil über das Rohr 17 der zentralen Kolonne 5 und der Rest über das Rohr 20 dem Boden des Ringraumes 9 zugeführt wird, so stellt man in jedem Zeitabschnitt fest, dass nur eine kleine Menge relativ schwacher Ätzlauge, beispielsweise 30-bis 40%iges Natriumhydroxyd, in dem Ringraum 9 erzeugt zu werden braucht, damit in der zentralen Kolonne 5 eine viel grössere Menge einer starken Lauge (z.
B. 74% iges Natriumhydroxyd) erzeugt werden kann, welche die wässerige Schicht 26 bildet, und dass beim Überlaufen der relativ schwachen Ätzlauge auf dem Niveau 27 von dem Ringraum 9 in die viel stärkere Ätzlauge, welche die wässerige Schicht 26 in der Kolonne 5 bildet, die endgültige Stärke der wässerigen Schicht 26, die in das Rohr 12 überläuft und in demselben abgezogen wird, beispielsweise einem Gehalt von 70% Ätznatron entspricht.
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Man stellt ferner fest, dass das erfindungsgemässe Verfahren die Gegenstromwäsche von teiweise zer- setztem Quecksilberamalgam mit Wasser oder schwacher Ätzlauge gestattet, ehe das gebildete Quecksilber in die Solezelle zurückkehrt. Ferner gestattet das Verfahren eine Anpassung des Betriebes an schwankende
Belastungen und eine Steuerung nicht nur der Zersetzung des Alkalimetallamalgams in der gepackten
Kolonne 5, sondern auch eine Steuerung der Zersetzungsreaktion des teilweise zersetzten Alkalimetall- amalgams in dem gepackten Ringraum 9.
Der einzige Teil der Pile, der mit Ätzalkali von beispielsweise 70-74% in Berührung kommt, ist die verhältnismässig kleine Zone 26 am oberen Ende der zentralen Kolonne 5.
Da in der Pile nur die verhältnismässig kleine Zone 26 am oberen Ende der zentralen Kolonne 5 mit Ätzalkali von beispielsweise 70-74% in Berührung kommt, ist das Problem der Konstruktionsmaterialien verhältnismässig einfach.
Ferner ist eine Überwachung des erfindungsgemässen Verfahrens mit Instrumenten ohne weiteres möglich.
Eine Pile der hier beschriebenen Art wurde in ausgedehnten Arbeitsprüfungen mit einer zweistufigen
De Nora-Turmpile verglichen. Dabei hat es sich gezeigt, dass in der beschriebenen Pile die Menge des in der Einrichtung zurückgehaltenen Quecksilbers um etwa 25% geringer ist, dass eine Ätzlauge von 68-70% ohne Wärmezufuhr von aussen erzeugt werden kann und dass nur etwa die Hälfte der Leistung zum Pumpen von Quecksilber erforderlich ist. Diese Einsparung an Leistung zum Pumpen von Quecksilber ist darauf zurückzuführen, dass erfindungsgemäss die beiden Zersetzungsstufen in Zersetzungszonen durchgeführt werden, die auf gleichem Niveau, d. h. ineinander, und nicht wie in der zweistufigen De Nora-Turmpile übereinander liegen.
In dem Verfahren gemäss der Erfindung besteht das Alkalimetallamalgam zersetzende Material gewöhn- lich aus Graphit. Man kann jedoch auch andere Alkalimetallamalgam zersetzende Materialien verwenden, beispielsweise Graphit-Eisen-Presslinge, Graphit-Nickel-Presslinge, Sintereisengraphit und Siliciumcarbid.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Ätzalkalilösungen von hoher Konzentration aus Alkalimetallamalgam in einem zwei Zersetzungszonen aufweisenden, mit Alkaliamalgam zersetzendem Material gefüllten Zer- setzer, gemäss welchem das Alkalimetallamalgam einer ersten, eine Kolonne darstellenden Zersetzungszone zugeführt wird, in welcher es durch ein wässeriges Medium teilweise zersetzt wird, von welcher es in ein wässeriges Medium eingeführt wird, und von diesem im wesentlichen vollkommen zersetzt wird, welches sich in einer zweiten, einen Ringraum darstellenden Zersetzungs-zone, welche die erste umgibt, befindet, wonach das erhaltene Quecksilber vom Boden der zweiten Zersetzungszone entfernt wird, dadurch gekennzeichnet, dass das wässerige Medium, welches aus Wasser oder verdünntem Ätzalkali besteht,
zum Boden einer jeden Zone (5, 9) getrennt zugeführt wird und in der ersten Zone (5) mit dem Amalgam im Gleichstrom und in der zweiten Zone (9) mit diesem im Gegenstrom fliesst, und dass die erhaltene Ätzalkalilösung, die das obere Ende der ersten Zone (5) verlässt, vom teilweise zersetzten Amalgam abgetrennt und mit der Ätzalkalilösung, die das obere Ende der zweiten Zone (9) verlässt, vereinigt und als hochkonz.
Ätzalkalilösung abgezogen wird.