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Verfahren und Einrichtung zur Elektrolyse.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Vorfahren und eine Einrichtung zum Elektrolysieren von Losungen, insbesondere von wässerigen Alkalisalzlösungen unter Gewinnung eines Kathodenproduktes. Bei der Einrichtung der Erfindung ist der Anoden- und Kathodenraum durch ein Diaphragma getrennt, an welchem die durchlässige (zweckmässig aus Drahtgewebe oder dgl. bestehende) Kathode dicht anliegt. Die durch den Strom zn
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wird im Kathodenraume abgeführt. Derartige Einrichtungen zur Elektrolyse von Lösungen sind bereits bekannt geworden (siehe die Patentschrift Nr. 535).
Nach der vorliegenden Erfindung wird jedoch im Kathodenraume ciue solche Flüssigkeit verwendet, welche sich gegenüber den an der kathode freiwerdenden Produkten, z. B. Alkali,
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anderer Funktionen, insbesondere dazu dienen soll. eine rasche und sichere Abscheidung des Kathodenproduktes und der an der kathode freiwerdenden Wasserstoffblasen herbei- zuführen.
Ferner ist in der Kathodenkammer noch eine, die kathode in geringem Abstande
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des Elektrolyten infolge der an der Anode freiwerdenden Chlorgasblasen wesentlich gefördert wird.
Als Beispiel soll im folgenden an der Hand der Zeichnung die Elektrolyse einer
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beschrieben werden. Fig. 1 zeigt eine teilweise aufgebrochene Seitenansicht einer elektrolytischen Zelle nach der vorliegenden Erfindung. Fig. 2 ist ein lotrechter Querschnitt des
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Jede Seite 3 ist für den Transport mit Henkeln ö'versehen und mit der Kathodenleitung 7 in Verbindung.
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Um die Kathoden mit federnden Stützen zu versehen, ist eine Reihe senkrechter rohrförmiger Federn 17 vorgesehen, die aus mehreren ineinander geschraubten, rechts-und linksgängigen Spiralfedern bestehen.
Die Federn 17 sind an einer schweren Stützplatte 1 S' aus starkem Eisendrahtnetz befestigt, die ihrerseits von einer Platte 19 aus Eisen unter-
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angebracht sind. Die Platte 19 kann durch eine Anzahl senkrechter U-förmiger Stücke 22, die mit ihr vernietet sind, versteift werden. Die Stellung der Platte 19 und damit der Druck, den die Federn 17 auf die Kathode ausüben, kann durch Schrauben 21 reguliert werden, welche durch die Wand j ! 0 der Kathodenkammer hindurchgehen und auf der Platte 19 aufruhen. Durch die Schrauben 21 wird ausserdem ein erheblicher Teil des Stromes von den mit der Kathode in Verbindung stehenden Metallteilen zu den Wänden der Kathodenkammer geleitet.
Der Boden der Kathodenkammer ist vorteilhaft von den Enden nach der
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dieses Ablassen der Flüssigkeit ist jede Kathodenkammer mit einem Absperrventil versehen, welches aus einem Rohr 24 besteht, das mit seinem unteren Ende in den Siphon 28 eingeschraubt ist. Das untere Ende des Rohres ist mit einem Einschnitt 25 versehen, welcher durch Niederschrauben des Rohres 24 ganz oder zum Teil geschlossen wird. Ferner ist das Rohr 24 nahe seinem oberen Ende mit einer als Überlauf für die in der Kathode befindliche Flüssigkeit dienenden Öffnung 26 versehen. Ein Handrad 27 dient zum Drehen des Rohres 24. Um auch die Temperatur der Kathodenflüssigkeit regeln zu können, sind Rohre 28 vorgesehen, welche zum Heizen oder Kühlen dienen können.
Die Anoden werden aus Stäben 29, 29 gebildet, die vorteilhaft aus Achesongraphit bestehen. Ihre wirksamen Flachen fallen vorteilhaft in senkrechter Richtung etwas schräg ab. Zu diesen Anoden wird der Strom von dem positiven Pol 31 mit Hilfe mehrerer Schienen 12 zugeleitet. Diese sind aus Graphit, können aber auch aus Aluminium oder sonst einem gegen die schädliche Einwirkung des Elektrolyten oder der Produkte der Elektrolyse geschützten Metall bestehen. Die wirksame Fläche 30 einer jeden Anode ist mit einer Reihe schmaler Rillen 33 versehen, von weichen jede einen oder mehrere Streifen 34 aus nichtleitendem Stoff, z. B. Gins, in sich aufnimmt.
Zwischen Anoden und Kathoden befinden sich die Diaphragmen 35, von denen jede vorteilhaft aus zwei oder mehr Blättern dünnen Asl) estpapieres besteht. Auf der den Anoden zugekehrten Seite sind die Diaphragmen von Ilartgummiplatten 3ö gestützt, die mit Durchbohrungen 37 versehen sind. Diese Platten 36 liegen gegen die äusseren Kanten der Isolierstreifen 34 an. Jedes Diaphragma ist mithin auf seiner Anodenseite durch die gelochten Hartgummiplatten 3C und auf seiner Kathodenseite durch die Kathode 11 fest an seiner Stelle gehalten. Der obere Teil der Diaphragmen kann ausserdem noch durch
Hartgummiblätter 38 überdeckt sein.
Die Anoden, welche einen Raum 40 zwischen sich frei lassen, werden von Stutzen 39 getragen und dadurch in einiger Entfernung vom Boden gehalten. Auf diese Weise kann die Anodenfüssigkoit frei zirkulieren, u. zw. aufwärts zwischen den wirksamen Anoden- flächen 30 und den Stützplatten 36, dann in der Querrichtung über den oberen Rand der Anoden nach dem Raum 40 abwärts durch diesen Raum hindurch und von da unterhalb der Anoden nach ihren wirksamen Flächen. Diese Zirkulation kann durchaus selbsttätig erfolgen, wobei das an den Flächen 30 frei werdende und in die Höhe steigende Chlor als Bewegungsmittel dient.
Mit einer mässig hohen Stromdichte (etwa 10-15 Amp. pro s Anodendäche) erfoigt diese Zirkulation des Elektrolyten ausserordentlich rasch und ist so wirksam, dass eine irgendwie wesentliche Anhäufung von unlöslichem Material auf dem
Diaphragma verhindert wird.
Ein durch eine Stopfbüchse 42 im Boden der Zelle gehendes Rohr 41 dient zum
Ableiten des Chlors und auch als Überlauf für überschüssige Solo. Bei 43 (Fig. 1) wird die Sole zugeführt. Am Boden der Zelle befindet sich eine Rinne 44, in welcher sich etwaiger Niederschlag ansammeln kann, um alsdann von Zeit zu Zeit daraus entfernt zu werden.
Für den Betrieb wird der mittlere Raum mit einer Kochsalzlösung beschickt, welche
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abniesst. Die seitlichen Abteilungen werden bis zum oberen Rande der Platten 19 oder über diesen hinaus mit einer Flüssigkeit gefüllt, welche sich mit dem Katbodenprodukt (im vorliegenden Falle Natriumhydrat) nicht zu mischen vermag und sich diesem gegenüber sowohl chemisch als physikalisch indifferent verhält. Es ist von Wichtigkeit, dass die in den Soitenkammcrn enthaltene Flüssigkeit so beschaffen sei, dass sie sich schnell von dem
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frei, während sich an den Kathoden Natriumhydroxyd bildet. Das Chlor wird nach aussen abgeleitet, gesammelt und passend verwendet.
Das Natriumhydroxyd bildet sich an den Kathoden in Gegenwart der indifferenten, sich nicht mischenden Flüssigkeit und diffundiert zum Teil oder ganz durch die Lösung, die sich zwischen den Diaphragmen befindet und durch diese selbst hindurch. Die auf diese Weise unter dem Öl entstandene kaustische Lösung trennt sich frei von den Kathoden und wird durch den Ausfluss 23 aus der Zeile abgeführt.
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unterstützt die Abscheidung der Kügelchen der kaustischen Lösung, die auf diese Weise schnell dem Bereich der elektrolytischen Wirkung entzogen werden. Es können jedoch auch noch andere Mittel zur Verstärkung dieser Zirkulation des Öles vorhanden sein.
Die Verwendung der indifferenten Flüssigkeit, die sich nicht mit dem Kathodenprodukt vermischen kann, zum Zwecke des Auffangens dieses Produlites bietet grosse Vorteile :
1. Das Produkt bildet und sammelt sich unter dem Verschluss dieser Flüssigkeit und ist auch auf diese Weise allen Wirkungen einer Berührung mit der atmosphärischen Luft entzogen. So verhindert die Flüssigkeit, wenn es sich z. B. um Ätznatron handelt, die Bildung von Natriumkarbonat ; auch vohindert sie die Bildung der Karbonate von solchen Metallen, wie Kalzium und Magnesium, welche sich in einer ungereinigten Sole vorfinden können und deren Karbonate das Diaphragma verstopfen und seine Porosität herabsetzen könnten.
Auch hindert das Öl ein Verdunsten der Flüssigkeit, welche das Produkt in Lösung hält, was einen Niederschlag der weniger leicht löslichen Bestandteile der Lösung auf dem Diaphragma oder auf der Kathode zur Folge haben könnte.
: 3, Die Verwendung des Öles bewirkt die vollständige Trennung des Produktes von der Elektrode, eine Wirkung, die wahrscheinlich auf die Verschiedenheit des Adhäsionskoeffizienten von Öl einerseits und liaustischer Lauge andererseits gegenüber der Elektrode zurückzuführen ist. So haftet z. B. das Öl fest an solcher Oberfläche und hieraus folgt, dass die kaustische Lauge, die nicht imstande ist, das Öl zu verdrängen, sofort die Gestalt eines Kügelchens annimmt und sich von der Oberfläche frei abscheidet. Da der Betrag der Diffusion einer Flüssigkeit in eine andere von der Zeit abhängt, innerhalb derer die beiden in Berührung miteinander sind, so ist die erwähnte schnelle Abtrennung der kaustischen
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in dem Anodenraum befindliche Flüssigkeit zu verhindern.
3. Diese Abtrennung der kaustischen Lauge von der kathode wird noch dadurch unterstützt, dass der Wasserstoff, welcher ein Produkt der Reaktion des Natriums mit dem Wasser der Sole ist und welcher gleichzeitig mit der Bildung der kaustischen Laue entsteht, unter dem hydrostatischen Druck des Öles frei wird, anstatt lediglich frei in die Luft zu expandieren.
4. Da der Wasserstoff sich schnell zwischen der Kathode und der l'lattc jJ aufwärts bewegt, so bewirkt er eine rasche Zirkulationsbewegung im Öl.
5. Diese rasche und vollkommene Loslösung der kaustischen Lauge von der Kathode unter der Wirkung teils der unter dem Öl entweichenden Wasserstoffbläschen, teils des zirkulierenden Öles hat eine Zunahme der Stromdichte, welche ihrerseits wieder die besagten beiden Wirkungen befördert. innerhalb gewisser Grenzen zur Folge.
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nutgerissene kaustische Lauge von dem Öl abscheiden und sammelt sich im unteren Teil der Zelle, von wo sie abgelassen wird.
7. Das Öl dient ferner ganz wesentlich dazu, das Diaphragma den Produkten der Elektrolyse gegenüber zu schützen. Man kann für die Diaphragmen einen vegetabilischen oder animalischen Faserstoff verwenden, wobei die dünne Ölschicht, welche das Diaphragma bedeckt, eine Berührung der Fasern mit Produkten der Elektrolyse und dadurch die korrodierende Wirkung der letzteren verhindert.
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9. Das Öl dient auch dem Diaphragma als Halt, namentlich die Partikel desselben, welche zwischen den Maschen der Kathode liegen und deshalb von dieser nicht abfallen. Auf diese Weise wird der Neigung des Diaphragmas, dem Druck der Flüssigkeit im Anodenraum nachzugeben und dadurch t-Locher zu bekommen, wirksam begegnet.
10. Der hydrostatische Druck der Anodenflüssigkeit variiert vom oberen bis zum unteren Rande des Diaphragmas und deshalb variiert auch in Abwesenheit eines balancierenden hydrostatischen Druckes der Durchgangsgrad durch Teile des Diaphragmas in verschiedenen Hohon desselben'n weiten Grenzen. Hier kompensiert nun der balancierende hydrostatische Druck des Öles diese Höhenunterschiede und macht den Durchgang durch das Diaphragma in den verschiedenen Höhen desselben zu einem gleichmässigen.
11. Die vorgesehenen Heiz- oder Kühlmittel zum Verändern der Temperatur des Öles und dadurch auch des Elektrolyten bieten ein geeignetes Regulierungsmittel.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Elektrolyse von Salzlösungen in Apparaten, bei welchen Anodenund Kathodonraum mittels eines Diaphragmas und daran anliegender durchlässiger Kathode geschieden sind und bei welchen der Elektrolyt nur den Anodenraum erfüllt, dadurch gekennzeichnet, dass in den Kathodenraum eine sich mit dem Kathodenprodukte nicht mischende, nichtleitende Flüssigkeit, wie z. D. Mineralöl, eingebracht wird, wodurch eine sehr gute Abtrennung des Kathodenproduktes von der Kathode stattfindet.