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"PROCEDE D'EXTRACTION ELECTROCHIMIQUE D'OXYDE DE MAGNESIUM CONTENU DANS L'EAU DE MER ET SUBSTANCES ANALOGUES , "
La présente invention est relative à un procédé servant à extraire par voie électrochimique l'oxyde de magnésium contenu dans l'eau de mer ou dans des solutions de composition analogue contenant des sels de magnésium. Conformément à la présente invention, on fait passer l'eau de mer ou autre solution dans la cellule cathodique d'un électrolyseur, après quoi on sépare l'électrolyte de l'hydrate de magnésium précipité que l'on sèche et grille pour donner un oxyde.
L'eau de mer contient surtout du chlorure de sodium, du chlorure de magnésium, du sulfate de magnésium, du sulfate de calcium et du chlorure de potassium, à peu près en quantités suivantes par tonne d'eau :
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EMI2.1
<tb>
<tb> NaCl <SEP> 28,6 <SEP> kilogrammes
<tb> MgCl2 <SEP> 3,6 <SEP> "
<tb> SO4Mg <SEP> 2,3 <SEP> "
<tb> S04Ca <SEP> 1,4 <SEP> "
<tb> KCl <SEP> 0,75 <SEP> Il
<tb>
Pendant l'électrolyse de l'eau de mer, il se produit une conversion des sels ae magnésium en hydrate de magnésium.
Etant donné que l'hydrate est insoluble dans l'eau, on l'obtient sous forme de précipité que l'on peut facilement séparer de l'électrolyte. Les autres substances qui se forment du fait de l'électrolyse sont solubles et le précipité peut en être séparé ensuite par lavage.
Les sels d'alcali contenus dans l'eau de mer jouent un rôle important dans la production d'hydrate de magnésium du fait que ces sels, lorsqu'il se décomposent, réagissent avec les sels de magnésium non décomposés en donnant lieu à la formation d'hydrate de magnésium, de façon purement chimique. En fait, la quantité d'hydrate de magnésium obtenue indirectement par voie chimique est beaucoup plus grande que celle obtenue directement par voie électrolytique.
On va maintenant décrire en se référant au dessin annexé un procédé d'extraction du magnésium contenu dans l'eau de mer, conforme à l'invention. Le dessin représente schématiquement une installation permettant de travailler de façon continue.
L'installation comporte trois parties d'appareil principales : la première un appareil A électrolyseur, du type à diaphragme, servant à faire précipiter l'hydrate de magnésium; la seconde, un séparateur B séparant l'hydrate de l'électrolyte et la troisième, un four C servant à sécher
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l'hydrate et à le griller pour donner l'oxyde.
L'électrolyseur A comporte un récipient contenant une électrode positive 1, de préférence en carbone, et une électrode négative 2, par exemple en fer. Les électrodes ont la forme de plaques disposées parallèlement l'une à l'autre.
A l'aide d'un diaphragme 3, le récipient contenant l'électrolyte est divisé en deux parties, à savoir une cellule anodique 4 et une cellule cathodique . La partie supérieure de chacune des cellules constitue un espace où se rassemble le gaz. Pour cette raison, la partie du diaphragme qui se trouve au-dessus du niveau du liquide dans les cellules est rendue étanche, par exemple par imprégnation. Les électrodes sont reliées, à la façon ordinaire, à une source de courant continu dont la tension peut être réglée à une valeur appropriée. Les deux cellules 4 et comportent des conduits d'entrée et de sortie distincts 7, 8 et , 10 respectivement. Dans le conduit d'entrée 8, on envoie de l'eau de mer, de préférence sous pression constante et on la fait passer dans la cellule cathodique.
De préférence, on envoie l'eau de façon continue à la cellule .2 et, à l'aide d'un dispositif de guidage approprié, par exemple une tuyère montant en oblique, on la fait arriver sous forme d'un courant montant, dirigé sur le côté de la plaque cathodique faisant face à l'anode, de sorte que la cathode est débarrassée d'au moins une partie considérable des bulles d'hydrogène gazeux qui se forment sur elle au cours de l'électrolyse. Les bulles de gaz libérées montent à la surface, aidant ainsi à maintenir le courant ascendant sur ce côté de la cathode.
Au voisinage de la surface libre du liquide contenu dans la cellule, il est prévu un passage libre, par exemple consistant:
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en ouvertures faites dans la plaque cathodique ou placées au-dessus du bord de celle-ci et par ce passage, l'électrolyte peut passer de l'autre côté de la plaque cathodique puis redescendre dans la cellule jusqu'au conduit de sortie 10 disposé de cet autre côté.
La cellule cathodique 4 est alimentée en eau de mer par le tuyau 7,de même sous pression constante, le liquide circulant dans la cellule anodique de la même façon que dans la cellule cathodique quoique avec une vitesse d'écoulement beaucoup plus faible. La quantité de liquide passant dans la chambre anodique par unité de temps peut être, par exemple, quelques pour-cent de la quantité de liquide passant dans la chambre cathodique. Si on le désire, on peut renouveler le liquide de la chambre anodique périodiquement, à intervalles appropriés.
L'enlèvement du liquide des cellules s'effectue par des dispositifs de trop-plein 12 et 13 respectivement qui, de préférence, sont réglables et sont réglés de façon que le niveau du liquide dans la cellule cathodique soit un peu plus élevé que dans la cellule anodique. De cette façon, le niveau du liquide dans chacune des cellules est sensiblement constant.
Du fait de la différence qui existe dans les niveaux des deux cellules, le liquide anodique et les substances qu'il contient sont empêchés de se diffuser à travers le diaphragme pour passer dans la cellule cathodique, ce qui est d'une importance considérable dans l'électrolyse de l'eau de mer en vue d'extraire les hydrates de magnésium car, si on laissait le chlore formé dans la cellule anodique pénétrer dans la cellule cathodique, il dissoudrait le précipité
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d'hydrate de magnésium formé dans celle-ci, en donnant un composé du chlore soluble dans l'électrolyte.
Les gaz formés pendant l'électrolyse, à savoir le chlore et l'oxygène dans la cellule anodique 4 et l'hydrogène dans la cellule cathodique 5, sortent des cellules par les tuyaux 14 et 15,respectivement, lesquels communiquent avec un dispositif D d'égalisation de pression et avec un récipient ou une cloche à gaz avec compresseur correspondant, prévu pour chaque cellule. Sur le dessin, on n'a représenté que le récipient à gaz E avec son compresseur H pour le mélange ga- zeux provenant de la cellule anodique.
Le dispositif D, égalisateur de pression, est destiné à régler la pression du gaz dans les chambres à gaz des cellules 4 et 5, de façon que les pressions dans les deux cel- lules électrolytiques soient toujours les mêmes ou bien diffè- rent l'une de l'autre avec un exces de pression sensiblement constant dans la cellule cathodique. Le dispositif D comporte quatre récipients 16, 17, 18 et 19 de dimension égale et qui sont partiellement remplis de liquide.
Parmi ces récipients, le récipient 16 communique avec le conduit 14 venant de la cellule anodique 4 et le récipient 19 communique avec la ca- nalisation de gaz 15 venant de la cellule cathodique . Les deux récipients 16 et 19 communiquent l'un avec l'autre par l'intermédiaire des récipients 17 et 18 de façon que les cham- bres à liquide des deux récipients 16, 17 et 18, 19 respecti- vement, communiquent l'une avec l'autre, tandis que les cham- bres à gaz des récipients 17 et 18 communiquent l'une avec l'autre par l'intermédiaire d'une fermeture hydraulique 20.
Pour empêcher les gaz venant des canalisations 14 et 15 de se @
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mélanger, les surfaces de liquide libre dans les récipients sont recouvertes d'une mince couche d'huile de stéarine par exemple. Le récipient 16 est muni d'un conduit de sortie 21 pour le mélange d'oxygène et de chlore, tandis que l'hydrogène sort du récipient 19 par un conduit 22 allant à un récipient à gaz, non représenté, et par un conduit 23 allant au four C ci-dessus mentionné que l'on peut chauffer à l'hydrogène. Les conduits 14 et 15 débouchent en dessous de la surface de liquide dans les récipients 16 et 19, respectivement. Les gaz venant des cellules 4 et 2 doivent, par suite, surmonter à la fois la pression d'une colonne liquide et la pression du gaz dans les récipients respectif s.
On comprendra bien le mode de fonctionnement du dispositif D à l'aide de l'exemple suivant : On supposera que du gaz hydrogène s'échappe du récipient 19 en quantité anormalement élevée. La pression du gaz diminue donc en faisant monter le niveau du liquide dans le récipient 19 et baisser dans le récipient 18. Le changement de pression ainsi produit dans le récipient 18 est transmis par la fermeture hydraulique 20 à la chambre à gaz du récipient 17, le niveau du liquide montant alors dans ce récipient et baissant dans le récipient 16. En conséquence, la contre-pression du liquide dans le récipient 16 est réduite, de même que la pression du gaz dans la cellule 4, de sorte que le rapport primitif entre les pressions dans les deux cellules 4 et 2 est rétabli.
L'égalisation de pression s'effectue réellement de façon si rapide que les niveaux de liquide dans les cellules n'ont pas le temps de changer sensiblement.
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Du fait de l'écoulement de l'électrolyte dans la cellule cathodique, l'hydrate de magnésium précipité est entraîné de la cellule par le conduit 10, par-dessus le tropplein correspondant 13, et il descend, par un conduit 24, dans un bac de décantation 25 muni d'un dispositif régulateur de niveau, par exemple un robinet 26 commandé par flotteur.
Ce robinet se ferme lorsque le remplissage a été effectué jusqu'à un certain niveau désiré. Le bac communique avec l'extérieur par une ouverture 27 et il est muni d'un tuyau de vidange 28 avec robinet 29, de façon à vidanger l'eau jusqu'à un certain niveau. La vidange de l'eau se fait une fois que le précipité est tombé au-dessous de ce niveau et s'est recueilli dans le fond 30 en forme d'entonnoir, du bac. Pendant la période de décantation, le robinet 26 est maintenu fermé.
Le liquide s'écoulant continuellement par le conduit 24 passe dans cette période par un branchement 31, muni d'un siphon 22 servant de trop-plein, et va dans le bac de décantation suivant 33 dans lequel des dispositifs analogues peuvent être prévus pour remplir et vider le bac et pour amener le liquide cathodique à un troisième bac de décantation.
Le précipité recueilli dans le fond 30 du bac 25 et qui contient une grande proportion d'eau de mer s'écoule dans un séparateur 34 une fois que l'eau qui se trouve audessus du précipité a été vidangée par le tube 28. Dans le séparateur, le précipité est débarrassé de la plus grande partie de l'eau. Du séparateur, le précipité peut être amené, à l'aide d'un conduit 35, dans le four C pour y être séché et grillé en donnant l'oxyde. Le four est de préférence un four tubulaire tournant, avec trajet relativement long pour
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la matière qui passe en contre-courant avec les gaz chauds.
Comme on le voit sur le dessin, le four tubulaire est porté par des galets 36 et est actionné par un engrenage à vis sans fin 37. Etant donné que le four est chauffé à l'aide d'hydrogène, il n'est pas amené d'impuretés, quelles qu'elles soient, par les gaz de la combustion à l'oxyde obtenu à partir d'hydrate de magnésium. En pratique, le gaz hydrogène requis pour le four est de préférence prélevé du coté refoulement du compresseur à gaz hydrogène ci-dessus mentionné. Toutefois, dans l'exemple représenté, l'hydrogène est prélevé dans le récipient 19 et est amené par le conduit 23 à un petit compresseur 38 alimentant un brûleur à gaz 39 se trouvant dans le four C.
Avant l'opération de séchage et de combustion, on peut noyer ou laver le précipité de magnésium à l'aide d'eau pure et le soumettre ensuite à une nouvelle opération de séparation, ce qui fait que la masse de précipité est pratiquement entièrement débarrassée de résidus de substances dissoutes dans l'électrolyte. Cette purification du précipité n'est toutefois pas nécessaire lorsque l'oxyde de magnésium doit être utilisé soit seul, soit avec d'autres substances pour fabriquer, par exemple, des produits céramiques et produits de concrétion analogues. Dans ce dernier cas, il peut être avantageux à ce moment d'ajouter à la masse d'hydrate de magnésium provenant du séparateur 34 des substances, telles que des fondants ou analogues, par exemple de la silice, qui doivent être contenus dans le produit final du fait de l'opération de concrétion.
Etant donné que le grillage de l'hydrate de magnésium se fait à température relativement élevée, par exemple 1500 à 2000 , le sel contenu dans l'eau de mer avec le pourcentage le plus élevé, à savoir le chlorure de sodium, ainsi que
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d'autres substances qui sont volatiles à température élevée, sont complètement volatilisées et chassées de la masse d'oxyde de magnésium. Par suite, le procédé suivant l'invention peut être appliqué de façon particulièrement avantageuse lorsque l'on désire faire de l'oxyde de magnésium de grande pureté.
L'hydrogène et le chlore gazeux qui se dégagent pendant l'électrolyse constituent des sous-produits de valeur.
En conséquence, les gaz sont recueillis et peuvent être comprimés de façon connue. Le chlore gazeux et l'oxygène gazeux se forment dans la même cellule, la cellule anodique et sont amenés sous forme de mélange au compresseur H dans lequel ils peuvent être comprimés de façon telle que le chlore puisse se séparer sous forme liquide.
Pour empêcher que des réductions de pression se produisant du côté aspiration du compresseur, réagissent sur la pression dans l'électrolyseur, le conduit 21 est branché sur une soupape de retenue 40 qui coupe l'entrée de la conduite 41 allant au réservoir à gaz E, lorsque la dépression dans ce réservoir devient trop élevée. Le robinet 40 est porté par un flotteur 42 logé dans une chambre à flotteur 43 qui communique avec un réservoir à air 44. La surface libre du liquide dans la chambre à flotteur et dans le réservoir à air peut être réglée à un niveau approprié en soulevant ou abaissant un conduit flexible 45 en U, contenant un volume relativement grand de liquide.
A l'aide de ce dispositif, on peut faire que le robinet 40 se ferme lorsqu'il se produit une certaine pression minimum désirée dans le conduit à gaz 21-41.
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A ce sujet, on doit faire remarquer que, pour faciliter le dégazage de l'électrolyte liquide dans les deux cellules 4 et 5. de l'électrolyseur, il est avantageux de faire fonctionner l'installation à des pressions de gaz inférieures à la pression atmosphérique. En conséquence, le réservoir à gaz E, représenté sur le dessin, est monté de façon à être soulevé avec un contre-poids 46 qui est relié à la cloche à gaz à l'aide d'un câble 48 passant sur des poulies 47. Le gaz sort du récipient par un conduit 49 allant au compresseur H actionné par un moteur 50. De préférence, on règle la vitesse de fonctionnement du compresseur en fonction de la pression dans le réservoir à gaz.
Dans l'exemple représenté, le dispositif servant à régler la vitesse du moteur 50 est actionné par les déplacements du contre-poids 46 et de la cloche à gaz par l'intermédiaire d'un levier 52 pivotant en 51, d'une tige 53 et d'une manivelle 54. Ce mécanisme de transmission de mouvement est disposé de façon que le dispositif de réglage de la vitesse du moteur 50 soit réglé de façon à pouvoir maintenir un nombre inférieur de tours du moteur 50 et du compresseur H lorsque la pression dans le réservoir à gaz E est réduite et inversement.
Dans la cellule anodique de l'électrolyseur, il se produit, comme on l'a indiqué ci-dessus, du chlore gazeux et de l'oxygène gazeux, une partie du chlore gazeux se dissolvant dans le liquide anodique. Si l'on renouvelle lentement le liquide de cette cellule ou si on le laisse dans la cellule pendant un temps approprié, le liquide sera saturé en chlore.
En conséquence, l'électrolyte retiré de la cellule anodique contient dans tous les cas du chlore en solution dont, toutefois, on peut disposer de façon simple. Conformément à
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l'exemple représenté, le liquide anodique retiré est amené par un conduit 55, partant du trop-plein 12, à une chaudière 56 dans laquelle, en chauffant de façon appropriée le liquide, le chlore se sépare de ce liquide sous forme de gaz. Pour recueillir ce gaz, la chaudière 56 est reliée par un conduit 57 au conduit d'arrivée 41 du réservoir à gaz E. La chaleur nécessaire pour élever la température de la chaudière 56 est donnée par les gaz de combustion quittant le four C et qui sont amenés, dans ce but, dans une chambre de chauffe 58.
Si le liquide anodique sort de façon continue de la cellule anodique de l'électrolyseur, l'arrivée de liquide à la chaudière 56 peut se faire de façon continue. Le liquide débarrassé du gaz sort de la chaudière par un conduit 59.
Comme on l'a dit ci-dessus à l'occasion de la description des réactions chimiques, les sels alcalins qui se trouvent dans l'électrolyte jouent un rôle important dans la fabrication de l'hydrate de magnésium. En conséquence, dans la mise en oeuvre du procédé, il est important que le liquide anodique et le liquide cathodique se trouvant dans l'électrolyseur soient renouvelés tous deux de façon telle qu'ils ne puissent pas devenir trop pauvres en ces sels. D'autre part, en ajoutant des sels ou des solutions salines appropriés à l'électrolyte, on peut agir favorablement sur l'action électrochimique. Par exemple, on peut augmenter de cette façon la conductibilité de l'électrolyte ou réduire la chute de tension entre les électrodes.
En outre, en plaçant les trop-pleins mobiles 12 et 13 à des niveaux appropriés tout en maintenant la différence de niveau entre les cellules de l'électrolyseur, on peut régler à une valeur désirée la densité de courant dans l'électrolyte. En ajoutant des sels
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ou des solutions concentrées ayant sensiblement la même composition que l'eau de mer, on peut augmenter considérablement la capacité de l'installation et améliorer son rendement.
Une solution additionnelle convenant très bien est la liqueur mère obtenue comme produit résiduel dans le traitement de l'eau de mer en vue d'en extraire le sel de cuisine, étant donné que cette liqueur contient des sels alcalins et de magnésium en solution concentrée. On peut également utiliser comme sels additionnels les sels déposés naturellement, de composition analogue.
Les sels additionnels peuvent, en ce cas, être amenés soit à la cellule anodique seule de l'électrolyseur, dans laquelle la consommation d'électrolyte est normalement très faible et peut encore être réduite au moyen de ces additions, soit aux deux cellules 4 et 5, ce qui permet de réduire également la quantité de liquide passant dans la cellule cathodique. Il est évidemment possible, si l'on dispose de grandes quantités de solutions de sels naturels de ce genre, de n'utiliser que ces solutions comme matière première pour le procédé, l'électrolyte étant alors amené de préférence à circuler plusieurs fois dans la ou les cellules respectives.
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"PROCESS FOR THE ELECTROCHEMICAL EXTRACTION OF MAGNESIUM OXIDE CONTAINED IN SEA WATER AND SIMILAR SUBSTANCES,"
The present invention relates to a process for electrochemically extracting the magnesium oxide contained in seawater or in solutions of similar composition containing magnesium salts. In accordance with the present invention, sea water or other solution is passed through the cathode cell of an electrolyser, after which the electrolyte is separated from the precipitated magnesium hydrate which is dried and roasted to give a oxide.
Sea water contains mostly sodium chloride, magnesium chloride, magnesium sulfate, calcium sulfate and potassium chloride, in approximately the following amounts per tonne of water:
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EMI2.1
<tb>
<tb> NaCl <SEP> 28.6 <SEP> kilograms
<tb> MgCl2 <SEP> 3,6 <SEP> "
<tb> SO4Mg <SEP> 2,3 <SEP> "
<tb> S04Ca <SEP> 1,4 <SEP> "
<tb> KCl <SEP> 0.75 <SEP> It
<tb>
During the electrolysis of seawater, a conversion of magnesium salts to magnesium hydrate occurs.
Since the hydrate is insoluble in water, it is obtained as a precipitate which can be easily separated from the electrolyte. The other substances which are formed as a result of electrolysis are soluble and the precipitate can then be washed off.
Alkali salts in seawater play an important role in the production of magnesium hydrate as these salts, when broken down, react with undecomposed magnesium salts giving rise to the formation of magnesium hydrate, purely chemical. In fact, the amount of magnesium hydrate obtained indirectly chemically is much larger than that obtained directly electrolytically.
With reference to the accompanying drawing, a description will now be given of a process for extracting the magnesium contained in seawater, in accordance with the invention. The drawing schematically represents an installation allowing continuous working.
The installation comprises three main parts of the apparatus: the first an electrolyser apparatus A, of the diaphragm type, serving to precipitate the magnesium hydrate; the second, a separator B separating the hydrate from the electrolyte and the third, an oven C used to dry
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hydrate it and toast it to give the oxide.
The electrolyzer A comprises a receptacle containing a positive electrode 1, preferably made of carbon, and a negative electrode 2, for example made of iron. The electrodes are in the form of plates arranged parallel to one another.
Using a diaphragm 3, the container containing the electrolyte is divided into two parts, namely an anode cell 4 and a cathode cell. The upper part of each of the cells constitutes a space where the gas collects. For this reason, the part of the diaphragm which is located above the level of the liquid in the cells is sealed, for example by impregnation. The electrodes are connected, in the usual way, to a direct current source, the voltage of which can be adjusted to an appropriate value. The two cells 4 and have separate inlet and outlet conduits 7, 8 and, 10 respectively. In the inlet duct 8, sea water is sent, preferably under constant pressure, and it is passed into the cathode cell.
Preferably, the water is sent continuously to the cell .2 and, using an appropriate guiding device, for example an obliquely rising nozzle, it is made to arrive in the form of an ascending current, directed to the side of the cathode plate facing the anode, so that the cathode is freed of at least a considerable part of the hydrogen gas bubbles which form on it during electrolysis. The liberated gas bubbles rise to the surface, helping to maintain the updraft on that side of the cathode.
In the vicinity of the free surface of the liquid contained in the cell, a free passage is provided, for example consisting of:
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in openings made in the cathode plate or placed above the edge of the latter and by this passage, the electrolyte can pass to the other side of the cathode plate then go down again in the cell to the outlet duct 10 arranged on that other side.
The cathode cell 4 is supplied with sea water by the pipe 7, likewise under constant pressure, the liquid circulating in the anode cell in the same way as in the cathode cell although with a much slower flow speed. The amount of liquid passing through the anode chamber per unit time may be, for example, a few percent of the amount of liquid passing through the cathode chamber. If desired, the liquid in the anode chamber can be changed periodically at appropriate intervals.
The removal of the liquid from the cells is effected by overflow devices 12 and 13 respectively which preferably are adjustable and are set so that the level of the liquid in the cathode cell is a little higher than in the cathode cell. anode cell. In this way, the level of the liquid in each of the cells is substantially constant.
Due to the difference that exists in the levels of the two cells, the anode fluid and the substances it contains are prevented from diffusing through the diaphragm into the cathode cell, which is of considerable importance in the '' electrolysis of sea water in order to extract the hydrates of magnesium because, if the chlorine formed in the anode cell were allowed to enter the cathode cell, it would dissolve the precipitate
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of magnesium hydrate formed therein, giving a chlorine compound soluble in the electrolyte.
The gases formed during electrolysis, namely chlorine and oxygen in the anode cell 4 and hydrogen in the cathode cell 5, exit the cells through the pipes 14 and 15, respectively, which communicate with a device D d pressure equalization and with a gas container or bell with corresponding compressor, provided for each cell. In the drawing, only the gas container E with its compressor H has been shown for the gas mixture coming from the anode cell.
The device D, pressure equalizer, is intended to regulate the gas pressure in the gas chambers of cells 4 and 5, so that the pressures in the two electrolytic cells are always the same or else different. one from the other with a substantially constant excess of pressure in the cathode cell. The device D has four containers 16, 17, 18 and 19 of equal size and which are partially filled with liquid.
Among these receptacles, the receptacle 16 communicates with the conduit 14 coming from the anode cell 4 and the receptacle 19 communicates with the gas conduit 15 coming from the cathode cell. The two receptacles 16 and 19 communicate with each other through the intermediary of the receptacles 17 and 18 so that the liquid chambers of the two receptacles 16, 17 and 18, 19 respectively communicate with one another. with the other, while the gas chambers of the receptacles 17 and 18 communicate with each other by means of a hydraulic closure 20.
To prevent gases coming from lines 14 and 15 from seizing @
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to mix, the surfaces of free liquid in the containers are covered with a thin layer of stearin oil for example. The receptacle 16 is provided with an outlet duct 21 for the mixture of oxygen and chlorine, while the hydrogen leaves the receptacle 19 through a duct 22 going to a gas receptacle, not shown, and through a duct 23 oven C above mentioned which can be heated with hydrogen. The conduits 14 and 15 open below the liquid surface in the containers 16 and 19, respectively. The gases from cells 4 and 2 must therefore overcome both the pressure of a liquid column and the pressure of the gas in the respective vessels.
The operating mode of the device D will be clearly understood with the aid of the following example: It will be assumed that hydrogen gas escapes from the receptacle 19 in an abnormally high quantity. The gas pressure therefore decreases by raising the level of the liquid in the container 19 and lowering in the container 18. The pressure change thus produced in the container 18 is transmitted by the hydraulic closure 20 to the gas chamber of the container 17, the level of the liquid then rising in this container and falling in the container 16. Consequently, the back pressure of the liquid in the container 16 is reduced, as is the pressure of the gas in the cell 4, so that the initial ratio between the pressures in the two cells 4 and 2 is restored.
The pressure equalization actually takes place so quickly that the fluid levels in the cells do not have time to change significantly.
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Due to the flow of the electrolyte in the cathode cell, the precipitated magnesium hydrate is entrained from the cell through line 10, over the corresponding overflow 13, and it descends, through line 24, into a settling tank 25 provided with a level regulating device, for example a valve 26 controlled by a float.
This valve closes when filling has been carried out to a certain desired level. The tank communicates with the outside through an opening 27 and it is provided with a drain pipe 28 with a tap 29, so as to drain the water up to a certain level. The water is drained after the precipitate has fallen below this level and has collected in the funnel-shaped bottom 30 of the tank. During the settling period, the tap 26 is kept closed.
The liquid flowing continuously through line 24 passes in this period through a branch 31, provided with a siphon 22 serving as an overflow, and goes into the next settling tank 33 in which similar devices can be provided to fill. and emptying the tank and to supply the cathode liquid to a third settling tank.
The precipitate collected in the bottom 30 of the tank 25 and which contains a large proportion of seawater flows into a separator 34 after the water which is above the precipitate has been drained through the tube 28. In the separator, the precipitate is freed of most of the water. From the separator, the precipitate can be brought, by means of a pipe 35, into the oven C to be dried and roasted there, giving the oxide. The furnace is preferably a rotating tube furnace, with a relatively long path for
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the material which passes in counter-current with the hot gases.
As can be seen in the drawing, the tube furnace is carried by rollers 36 and is actuated by a worm gear 37. Since the furnace is heated with hydrogen, it is not fed. impurities, whatever they are, by the combustion gases with the oxide obtained from magnesium hydrate. In practice, the hydrogen gas required for the furnace is preferably taken from the discharge side of the above-mentioned hydrogen gas compressor. However, in the example shown, the hydrogen is taken from the container 19 and is fed through the line 23 to a small compressor 38 supplying a gas burner 39 located in the oven C.
Before the drying and combustion operation, the magnesium precipitate can be drowned or washed with pure water and then subjected to a further separation operation, whereby the mass of precipitate is practically completely free. residues of substances dissolved in the electrolyte. This purification of the precipitate is not, however, necessary when the magnesium oxide is to be used either alone or with other substances to make, for example, ceramic products and like concretion products. In the latter case, it may be advantageous at this time to add to the mass of magnesium hydrate coming from the separator 34 substances, such as fluxes or the like, for example silica, which are to be contained in the product. final due to the concretion operation.
Since the roasting of magnesium hydrate takes place at a relatively high temperature, for example 1500 to 2000, the salt contained in seawater with the highest percentage, namely sodium chloride, as well as
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other substances which are volatile at high temperature are completely volatilized and driven out of the mass of magnesium oxide. Therefore, the process according to the invention can be applied particularly advantageously when it is desired to make high purity magnesium oxide.
The hydrogen and chlorine gas released during electrolysis are valuable by-products.
As a result, the gases are collected and can be compressed in a known manner. The gaseous chlorine and the gaseous oxygen are formed in the same cell, the anode cell and are fed as a mixture to the compressor H in which they can be compressed in such a way that the chlorine can separate out in liquid form.
To prevent pressure reductions occurring on the suction side of the compressor from reacting to the pressure in the electrolyser, line 21 is connected to a check valve 40 which cuts off the inlet of line 41 going to gas tank E , when the depression in this tank becomes too high. The valve 40 is carried by a float 42 housed in a float chamber 43 which communicates with an air reservoir 44. The free surface of liquid in the float chamber and in the air reservoir can be adjusted to an appropriate level by lifting or lowering a flexible U-shaped conduit 45, containing a relatively large volume of liquid.
With the help of this device, the valve 40 can be made to close when a certain minimum desired pressure occurs in the gas pipe 21-41.
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In this regard, it should be noted that, to facilitate the degassing of the liquid electrolyte in the two cells 4 and 5 of the electrolyser, it is advantageous to operate the installation at gas pressures lower than the pressure. atmospheric. Consequently, the gas tank E, shown in the drawing, is mounted so as to be lifted with a counterweight 46 which is connected to the gas bell by means of a cable 48 passing over pulleys 47. The gas leaves the container through a conduit 49 going to the compressor H actuated by a motor 50. Preferably, the operating speed of the compressor is adjusted as a function of the pressure in the gas tank.
In the example shown, the device used to adjust the speed of the motor 50 is actuated by the movements of the counterweight 46 and of the gas bell by means of a lever 52 pivoting at 51, of a rod 53 and a crank 54. This movement transmission mechanism is arranged so that the engine speed adjustment device 50 is adjusted so as to be able to maintain a lower number of revolutions of the engine 50 and the compressor H when the pressure in the gas tank E is reduced and vice versa.
In the anode cell of the electrolyzer, as indicated above, chlorine gas and oxygen gas occur, some of the chlorine gas dissolving in the anode liquid. If the fluid in that cell is slowly renewed or left in the cell for an appropriate time, the fluid will be saturated with chlorine.
Consequently, the electrolyte withdrawn from the anode cell contains in all cases chlorine in solution, which, however, can be easily disposed of. In accordance with
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In the example shown, the anode liquid withdrawn is fed through a conduit 55, leaving from the overflow 12, to a boiler 56 in which, by appropriately heating the liquid, the chlorine separates from this liquid in the form of a gas. To collect this gas, the boiler 56 is connected by a pipe 57 to the inlet pipe 41 of the gas tank E. The heat necessary to raise the temperature of the boiler 56 is given by the combustion gases leaving the oven C and which are brought, for this purpose, into a heating chamber 58.
If the anode liquid leaves the anode cell of the electrolyser continuously, the arrival of liquid to the boiler 56 can be done continuously. The liquid freed from the gas leaves the boiler through a pipe 59.
As has been said above during the description of chemical reactions, the alkali salts which are found in the electrolyte play an important role in the manufacture of magnesium hydrate. Consequently, in carrying out the process, it is important that the anode liquid and the cathode liquid in the electrolyzer are both renewed in such a way that they cannot become too poor in these salts. On the other hand, by adding appropriate salts or saline solutions to the electrolyte, one can act favorably on the electrochemical action. For example, the conductivity of the electrolyte can be increased in this way or the voltage drop between the electrodes can be reduced.
Further, by placing the movable overflows 12 and 13 at appropriate levels while maintaining the difference in level between the cells of the electrolyzer, the current density in the electrolyte can be adjusted to a desired value. By adding salts
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or concentrated solutions having substantially the same composition as sea water, it is possible to considerably increase the capacity of the installation and to improve its efficiency.
An additional solution which is very suitable is the mother liquor obtained as a residual product in the treatment of seawater with a view to extracting therefrom kitchen salt, since this liquor contains alkali and magnesium salts in concentrated solution. Naturally deposited salts of similar composition can also be used as additional salts.
The additional salts can, in this case, be supplied either to the anode cell alone of the electrolyser, in which the electrolyte consumption is normally very low and can be further reduced by means of these additions, or to the two cells 4 and 5, which also makes it possible to reduce the quantity of liquid passing through the cathode cell. It is obviously possible, if large quantities of natural salt solutions of this type are available, to use only these solutions as raw material for the process, the electrolyte then preferably being caused to circulate several times in the or the respective cells.