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"Cellule électrolytique appropriée à une utilisation dans la production de chlorate de sodium."
La présente invention se rapporte à une cellule élec- trolytique appropriée-en particulier à la production de chlorate de sodium à partir de chlorure de sodium.
L'invention se rapporte également à un système com- prenant une série de cellules électrolytiques et dans lequel le liquide provenant des cellules est amené a l'extérieur par un dégagement de gaz et recyclé au bas de ces cellules,
L'invention concerne également un procédé amélioré pour la production de chlorate de sodium a partir de chlorure de sodium par électrolyse et dans lequel la concentration en chlorure de sodium est réduite à un degré inférieur à celle ordinairement possible.
Un but de la présente invention est de prévoir une cellule améliorée pour la production de sels, tels que le chlo- rate de sodium, l'hypochlorite de sodium et le perchlorate de sodium.
Un autre but de la présente invention consiste à prévoir un système dans lequel une série de cellules électroly. tiques sont utilisées pour la production de sels, tels que le chlorate de sodium et l'hypochlorite de sodium, et dans lequel
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la circulation du fluide électrolytique est ré@lisée au moyen d'un dégagement de gaz dans les cellules électrolytiques, sans l'utilisation de pompes ou d'autres organes mécaniques.
Un autre but encore de, la présente invention consiste en la production de chlorate de sodium au départ de chlorure de sodium, au cours de laquelle la concentration en chlorure de sodium est rédutie à un faible niveau*
Les buts précités, ainsi que d'autres buts de l'inven- tion, sont atteints, d'une part, par l'utilisation d'une cellule métallique cylindrique présentant une anode cylindrique, cons- tituée de grapnite,sur laquelle du bioxyde de plomb a Été dépose par placée, conçue en détail et construite comme décrite ci-après, et en outre,d'autre part, par l'utilisation d'un conduit d'écoulement provenant du sommet de chacune des cellules connec- téos en série,
au moyen duquel le liquide électrolytique se trouvant dans la cellule est amené à l'extérieur par un dégage- ment de s et est ramena au bas des cellules par l'intermédiaire d'un réservoir collecteur. En liaison avec l'emploi du système et de la cellule mentionnés ci-avant, il est possible de produire du chlorate de sodium au départ de chlorure de sodium et de réaliser la réaction au moment où la concentration du chlorure de sodium est inférieure à 50 g/1 et même de préférence a 10 g/1 ou moins.
La présente invention est plus particulièrement repré- sentée sur les dessins annexes au présent mémoire.
Sur ces dessins, la figure 1 est une vue en élévation de la cellule électrolytique, dont les éléments sont séparés les uns des autres. La figure 2 est une coupe verticale partielle de la partie supérieure de la cellule électrolytique et montre les éléments mis en place, tandis que la figure 3 est une coupe verticale partielle de la partie inférieure de la cellule élec- trolytique et montre les éléments mis en place.
La figure 4 est une représentation schématique d'une partie d'un système électrolytique incorporant des cellules électrolytiques similaires
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à celles décrites ci-avant et montrant le recyclage du fluide électrolytique à partir des cellules au moyen d'un dégagement de gaz depuis le sommet des cellules jusqu'au bas de celles-ci
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par l'intermëdiaire d'un réservoir collecteur,
En se référant % la figura 1 des dessins annexés, il est représenté une enveloppa 1 de cellule métallique qui peut être composée d'acier inoxydable;
, de cuivre ou d'un autre métal
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approprié, et' ans laquelle est imnerfrëe une électrode 2 en graphite, sur laquelle est plaaué du bioxyde de plomb. Il est prévu un fond en plastique 3 qui est muni d'une rainure annu- laire, dans laquelle la cellule cylindrique 1 s'adapte et par laquelle elle est supportée. Le fond en plastique 3 est muni également d'une admission 12 et d'un bouchon d'écoulement
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13.
Entre le fond de la cellule 1 ,..A: le fond en plastique 3, il est interposa un séparateur 4 qui consiste en un anneau annulaire Ci% plastique contenant des fines verticales conçues
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pour positionner l'anor''"! 2 une certaine distance de la cellule 1 qui est la cl.1hode" Une haque de scellement 5 coenposée de plastique est interposée 6galm1\ont entre le eSparataur 4 et la cellule 1, te sommet de la cillulo nrespnte un 816mont en plan- tiquo 6 qui contient une tubulure de ddoharqa 11 pour la fluide éloctrolytiaue so trouvant dans la cellule et qui est eupportê par la cellule 1 en interposant une ba ue de ocellamont 7 en plastique., L'anode ut supmort6o au moyen d'une baaue fondât lUmulaj.re 90 laquell' est soutenue à son tour dans une rainure annulaire pratîmude dans le commet de l'element 6.
Cotte baquo annulaire fendue 0 pr(-Dentn uns bride annulaire conçue pour clontfaler dans une rainure annulaire 0 nratinuet dans l'anode 2. Au sommet et au bas de la cellule, des joints étancha. à l'eau peuvent être fabriquas car l'emploi de tout adhésif approprié, comme par exemple des polysulfures d'é[oxy ou des caoutchoucs à base de silicone,
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Si besoin est, les bagues de scellement 5 et 9 peuvent être supprimées et:
des crampons extérieurs peuvent tire ajoutes pour'maintenir les éléments étroitement serres les uns sur les ' autres,
Il est prévu une connexion à une source négative d'électricité pour la cathode par un organe métallique fixé à la cellule 1,notamment l'élément 14. Il est prévu également une connexion à une source positive d'électricité pour l'anode ',' par un organe métallique 10.
Quelques cellules connectées les unes aux autres sont représentées schématiquement sur la figure 4. Un système appro- prié est un système qui comprend 80 unités connectées en série, au point de vue électrique, chaque unité comprenant 12 cellules reliées en parallèle. Ces cellules sont opportunément montées en groupes présentant deux cellules de chaque cote,d'une charpente de soutien.
Sur la figure 4, une série de cellules 101 sont reliées de la manière décrite ci-avant. Elles sont représentées comme si elles étaient toutes reliées en série à l'anode 102 de la première cellule, connectée à une. source positive d'électricité .
103 et à une cathode de la dernière cellule connectée à une gour- ce négative d'électricité 104. Le conduit d'écoulement 105 pro- venant du bas de chaque cellule est raccordé à un autre conduit' d'écoulement 106, qui est relié & son tour & un conduit collecteur,
107 aboutissant à un'réservoir 108. Le conduit 107 présente des collecteurs 109 qui se raccordent au conduit d'écoulement de gaz 110 aboutissant dans l'atmosphère.
Le réservoir collecteur
108 se raccorde au.conduit 111 qui est relié aux conduits 105 raccordés à leur tour aux admissions 12 prévues dans le bas des cellules électrolytiques,
Lors du fonctionnement du système électrolytique pour la production de chlorate de sodium, une solution aqueuse de chlorure de sodium est introduite dans le système. Celui-ci peut contenir toute concentration désirée de chlorure de sodium,
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mais 250 à 300 @ sont souhaitables. De l'acide chlorhydrique dilué est ajoutt pour régler le pH à environ 6,2 - 6,8.
Il est également désirable d'ajoutée à la solution d'alimentation environ 1/2 à 2 qul de fluorure de sodium, L'hydrogène, qui est
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dégagé, contraint l'électrolyte h sortir à partir des sommets des cellules et ! pénétrer dans le réservoir collecteur 108, A partir de ce dénier, l'hydrogène est ramené dans le bas des
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cellules. Cas oeJLu18s sont de préférence mise en action à environ ois ampStt/pouoe carre -{0,8 ampêre/ 6',45 cm2) pour la production de chlorate.
Une caractéristique importante de l'inven- tion consiste en le maintien continu de lé action êlaotrolyt:l.- que, jusqu'h ce Mie la teneur en chlorure de sodium soit 1ntA. rieure a 50 bzz, et de préférence plus petite que loq/1 et soit m8Ma de pr6:f6rence d'environ 3.q/l. il n' a pas lit. possible prg* o6dMtm<Mtt de mettre en action des cellules de chlorate z des concentrations en allaruro da sodium inférieures 60 ex/1, car ceci entraînerait la destruction des anodes. En utilisant des anodes en grabhite recouvertes de bioxyde de plomb, cette dif- ficulté est vite,
Les exemples suivants, dans lesquels les proportions sont en grammes par litre, sont donnés à titre d'exemple, mais ne sont pas limitatives.
EXEMPLE 1
Une cellule cylindrique en cuivre ou en acier inoxyda- ble est utilisée, dans laquelle est immergée une anode ronde d'un diamètre de 3" 3/16 (80,9 mm) composée de graphite présen- tant un revêtement de bioxyde de plomb.
La cellule a un diamètre de 4" (101,6 mm) et une lon- gueur de 11" (279,4 mm) et l'anode est immergée dans la solution
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électrolytique sur une distance de 9" ( 22 i 6 mm ) . La solution électrolytique contient au d6marrage environ 300 g/1 de chlorure de sciium. La solution éleatrolytique est ciroulde depuis le sommet de la cellule jusqu'au bas de celle-ci. Le volume actif de la cellule est approximativement de 8,8litres.
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De l'acide chlorhydrique dilué est ajouté en vue de maintenir un pH d'environ 6,5, La cellule est mise en action' à une température d'environ 55 C et à une densité de courant
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inférieure à 1/2 ampère/pouce carre ampère/6#45 cm2).
La cellule est mise en action à environ 3,7 volte et 65 ampères. APras 7 ;ours, la teneur en chlorure de sodium à été adulte a environ 1 g/1 et la teneur en chlorate de
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sodium a 4td port6o e environ 500 g/1. Si besoin est, le chlorure an sodium reoîduaîre peut tire élimine par cristalm liston du chlorate de sodium et la liqueur mère peut être s'est'*euc EXr 11'flX')tliii* 1 est répéta; saut que la dansitd de courant est. iiiçxni>itôoo tit>r<Ba une période de 4 jour., l'augmentation de la tenl3i<:'1 est d'environ 4,1.
A la fin d'une période de 6 jouri, la solution contient $nv1ron 300 g/1 do chlorate de eodima et a'*c'x:im<. 'temant 275 p/1 de perchlorate de sodium, Î; Xié111PLE 3 1,L at utilise une batterie de cellules dlectrolyti- ,:tues d'acier inoxydables, dans lesquelles sont immer- gées 29 anodes constituées de graphite et plaquées de bioxyde de plomba La cellule a une largeur de 18 1/2" (469,9 mm), une
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longueur do 37" (939,8 mm) et une profondeur de 420 (1*066#8 zm).
Les cathodes sont placées entre les anodes à une distance de 2 1/4 " (57,1 mm) et présentent les dimensions suivantes 1/16" x 18 1/2" x 34" (1,6 mm x 469,9 mm x 863,6 mm), tandis que les anodes ont les dimensions ci-après 1 3/8" x 6 1/4" x 38" (34,92 mm x 158,7 mm x 965,2 mm). Le volume de la cellule est de 80 gallons (302,8 litres) avec 1,200 gallons d'électro- lyte (4.542,4 1.) dans le circuit. La liqueur de la cellule est circulée depuis les sommets des cellules jusqu'à un réservoir de rétention qui alimente le bas des cellules, la circulation
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dtnnt realis6o par l'hydrogène dégage.
En partant avec 300 g/1
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de chlorure de sodium et en opérant à une température de 55 à 60 C. l'électrolyse est poursuivie pendant 10 jours, temps au cours duquel la teneur en chlorate est portée à environ 450 g/1.
Les anodes sont disposées en deux rangées dans la cellule et le circuit est mis en action sous 4,000 à 5.000 ampères environ, A la fin de la période de 10 jours, la teneur en chlorure de sodium est en substance égale à zéro et le chlorate de sodium est cristallisé, la liqueur mre étant circulée pour une autre op6ration discontinue.
Conformément à la pr6sente invention, la teneur en chlorate au cours de l'éléctrolvse peut être augmentée par l'ad- dit ion de chlorure de sodium pendant le déroulement de cette électrolyse. Ainsi, un fonctionnement continu peut être obtenu en ajoutant continuellement du chlorure de sodium au début du circuit et en soutirant le chlorate de sodium à la fin du circuit.
Le chlorate de sodium peut 8tre récupéré par cristal- lisation ou peut encore être davantage oxydé en perchlorate de sodium dans un autre circuit. Si le chlorate de sodium ne doit pas être récupéré tel quel, il est-désirable que la densité du courant soit augmentée au-deld de 1/2 ampère/pouce carré (1/2 ampère/6,45 cm2) , de fanon qu'une certaine quantité de chlorate soit oxydée en perchlorate. Ceci augmente le rendement de l'opé- ration, pour autant qu'il n'y ait pas do chlorure résiduaire.
D'autre part, l'ox ation du chlorate en perchlorate est plus efficacement réalité dans une cellule séparée, sauf pour la formation d'une petrie quantité de perchlorate 5 la fin d'un cycle, au cours duquel le chlorate est formé, EXEMPLE 4¯
Une solution d'alimentation contenant 250g/1 de chlorure de sodium est introduite dans un système comprenant plusieurs cellules. Cette solution contient également 1 à 2g/1 de fluorure de sodium et suffisamment d'acide chlorhydrique pour ajuster le pH à 6,2 - 6,8.
De temns en temps, de l'acide
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chlorhydrique supplémentaire est ajouté pour maintenir l'afflux au circuit à un ph inférieur à 7, de préférence a 6,2 - 6,8 approximativement,
Un système approptié est un système comprenant 80 unités en série, chacune de celles-ci contenant 12 cellules reliées en parallèles et mises en action sous 3.500 à 5.000 ampères. La cathode métallique est cylindrique et entoure, avec un diamètre intérieur de 5" (127 mm), une anode cylindrique re- vêtue de bioxyde de plomb, dont le diamètre est de 4 1/4 " (107,9 mm). L'anode s'étend dans la cellule sur 39 1/2" (1003,3 mm) et l'épaisseur du bioxyde de plomb est d'environ 1/16" (1,58 mm).
L'électrolyte maintient une température non supérieure à 55 C, par le fait qu'il circule à travers un réservoir conte- nant des serpentins de refroidissement. Bien que des tempéra- tures supérieures à 55 C, par exemple jusqu'à 65 C environ, peuvent Etre utilisées, ceci n'est quère désirable, en raison de l'effet adverse sur les matières plastiques et peut être moins efficace, . Il est préférable d'opérer au-dessus de 35 C pour éviter la possibilité de formation de matières explosives.
Après une période de 10 jours, la teneur en chlorure de sodium de l'électrolyte est inférieure à 1g/1, 4'50g/1 de chlorate de sodium et 300 g/1 de perchlccate de sodium sont obtenus, le chlorate pouvant être transira dans un autre circuit'* pour une transformation en perchlorate ae sodium, EXEMPLE 5
Le procédé de l'exemple 4 est répété, sauf que l'êleo- trolyte est soutiré continuellement du système, dès que la teneur en chlorure de sodium atteint 60g/1. Equité, une solution saturée de sel est ajontée pour mainte@ir la teneur en chlorure de sodium à ce niveau.
L'effluent @otenu ci-dessus eit introduit dans un système similaire à celui décrit dans ;'exemple 4, mais est
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mie en action comme une opération discontinue semblable à l'exemple 4,jusqu'à ce que la teneur en sel soit d'environ 1g/1 ou moins, ce qui nécessite approximativement 4 jours, EXEMPLE 6 Lors d'une production d'hypochlorite de sodium, un système semblable à celui précédemment décrit est mis en action dans des conditions alcalines, c'est-à-dire à un pH de 8 à 8,5 et de prférence à une température de 30 à 40 C. L'alimen- tation en chlorure de sodium doit être d'environ 20 à 22 g/1.
Les conditions suivantes peuvent être appliquées,
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<tb> Température <SEP> de <SEP> décharge <SEP> de <SEP> la <SEP> cellule, <SEP> en <SEP> C <SEP> 33 <SEP> à <SEP> 37
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<tb> Solution <SEP> d'alimentation, <SEP> en <SEP> g/1 <SEP> de <SEP> NaCl <SEP> 21,35
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<tb> Débita <SEP> en <SEP> gallons <SEP> /m <SEP> 1,17
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<tb> (4,431/m)
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<tb> Durée <SEP> de <SEP> l'essai, <SEP> en <SEP> heures <SEP> 24
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<tb> concentration <SEP> en <SEP> NaOCl <SEP> à <SEP> la <SEP> fin <SEP> de <SEP> l'essai, <SEP> en <SEP> g/1 <SEP> 9,3
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<tb>
<tb> Densité <SEP> de <SEP> courant, <SEP> en <SEP> ampères <SEP> par <SEP> pouce <SEP> carré
<tb>
<tb> (en <SEP> ampères <SEP> par <SEP> 6,45 <SEP> cm2) <SEP> 0,8
<tb>
<tb>
<tb>
<tb>
<tb> Chute <SEP> de <SEP> tension,
<SEP> en <SEP> volts <SEP> 6,5 <SEP> à <SEP> 6,9
<tb>
<tb>
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<tb> Efficacité <SEP> du <SEP> courant, <SEP> en <SEP> % <SEP> 52
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<tb> Consommation <SEP> électrique, <SEP> en <SEP> KWH/1b <SEP> (en <SEP> KWH/0,454 <SEP> g) <SEP> 4,32
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