Vorrichtung zur Elektrolyse von Alkaliverbindungen unter Anwendung flüssiger Netallelektroden. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Elektrolyse von Alkaliverbindungen unter Anwendung flüs siger Metallelektroden.
Zur Elektrolyse von schmelzflüssigen oder im Zustand wässriger Lösungen befind lichen Alkalimetallverbindungen sind bereits verschiedene Verfahren und Vorrichtungen bekannt, bei denen umlaufende flüssige Me tallelektroden zur Anwendung gelangen. Bei spielsweise sei hier auf die bekannte Castner- Zelle und ähnliche Zellen zur Herstellung von Atzalkali hingewiesen, bei denen Queck silber als Kathode zur Elektrolyse einer wässrigen Kochsalzlösung dient. Bei diesen Verfahren wird das an der flüssigen Metall kathode freiwerdende Alkalimetall mit dieser legiert und die erhaltene flüssige Legierung kann dann in.
Umlauf versetzt werden, damit sie chemisch mit Wasser oder andern Sub stanzen reagiert zurHersrfellung vonÄtzalkali oder andern Alkal'imetallverbindungen, oder sie kann zur Gewinnung von Alkalimetall ver arbeitet werden. Bei den üblicherweise an gewandten Verfahren dient das flüssige Metall als Kathode, man lässt es in einer relativ flachen Schicht grosser Ausdehnung durch die Zelle zirkulieren, um dem Elektro lyten eine verhältnismässig grosse Elektroden oberfläche zu bieten.
Derartige Methoden er fordern aber sehr grosse Mengen des flüssigen Metalles, meist geschmolzenes Blei oder Quecksilber, ferner müssen erhebliche Lei stungen bei der Zirkulation aufgewendet werden und auch der Raum- und Flächen bedarf ist recht gross.
Ein. weiterer Nachteil der bekannten Zellen, in denen Quecksilber verwendet wird, liegt darin, dass nur verhältnismässig ge ringe Stromdichten und eine geringe Kon zentration des Alkalimetalles in dem ent stehenden Amalgam möglich und zulässig sind.
Ist die Stromdichte zu hoch im Ver hältnis zu dem Fluss des Quecksilbers durch die Zelle, so wird die Konzentration des Al kalimetalles an der Oberfäche des Queck silbers zu gross, wodurch eine Hydrolyse des Alkalimetalles im Elektrolyten hervorgeru fen wird, was wiederum die Wirksamkeit der Zelle mindert. Um diese Hydrolyse zu ver hindern, ist es notwendig, die Zelle bei ge nügend niedriger Stromdichte und mit einer solchen Durehlaufgeschwindigkeit des Queck silbers durch die Zelle arbeiten zu lassen, dass die Konzentration des Alkalimetalles in dem Amalgam,
insbesondere in den Aussen schichten nicht grösser als zirka 0,3 bis 0,4 Gewichtsprozente ist. Andernfalls neigt die Alkalimetallkonzentration an der Oberfläche des Quee.ksilbers in Zusammenwirkung mit dem Elektrolyten dazu, soweit anzusteigen (ungefähr bis<B>0.7%),</B> bis Hydrolyse auftritt.
Durch die Vorrichtung zur Elektrolyse von Alkaliverbindungen unter Anwendung flüssiger Metallelektroden gemäss vorliegen der Erfindung können die erwähnten Nach teile behoben bezw. vermindert werden.
Die Vorrichtung ist. dadurch gekennzeichnet, dass ein als symmetrischer Rotationskörper aus gebildeter Elektrodenkörper mit praktisch völlig glatter Oberfläche in einer elektroly tischen Zelle so um seine Symmetrieachse drehbar angeordnet ist, dass mindestens ein Teil der umlaufenden Oberfläche abwech selnd mit einer im untern Teil der Zelle be findlichen Menge flüssigen 3letalles und mit einem oberhalb dieser Menge befindlichen Elektrolyten in Berührung kommt, wobei diese Fläche einen gleichmässigen ununter- brochenen und festhaftenden Überzug des berührten Metalles trägt.
Es ist bekannt, zur Herstellung von Al kalimetallamalgam umlaufende scheiben förmige Elektroden zu verwenden, die in einen Quecksilberteich als Kathoden einer Quecksilberkathodenzelle eintauchen. Jedoch haben diese Vorschläge nicht gelehrt, rotie rende Scheiben oder andere Körper mit im wesentlichen glatten gleichmässigen Ober <B>e,</B> zu verwenden. die mit einer fest haftenden einheitlichen Schicht aus Queck silber oder Amalgam bedeckt sind, denn es wurden nach den bekannten Vorschlägen die Scheiben oder dergleichen mit Furchen oder Vertiefungen versehen. Im Gegensatz hierzu werden gemäss der Erfindung die Scheiben mit glatten Oberflächen ausgestattet, die für die Erreichung des angestrebten Erfolges wichtig sind.
Mit den glatten Oberflächen auf den umlaufenden Körpern ist es nämlich möglich, diese Körper schneller rotieren zu lassen, ohne dass übermässige Mengen an Quecksilber oder Amalgam durch die Zentri fugalkraft abgeschleudert werden. Derartige Quecksilbertröpfchen, die in den Elektroly ten geschleudert werden, verursachen eine Reihe ernsthafter Schwierigkeiten, z. B. eine Reaktion mit anodischen Elektrolyseproduk- ten, wodurch die durch eine rasche Rotation gewonnenen Vorteile mehr als wettgemacht würden.
Die Zeichnungen geben eine zweckmässige Ausgestaltung der Vorrichtung wieder.
Fig. 1 ist ein vertikaler Querschnitt eines Zweizellensystems. Fig. 2 und 3 sind Schnitte im rechten Winkel zu dem Schnitt der Fig. 1 und zeigen Teile der Vorrichtung nach Fig. 1.
Die Zeichnungen zeigen ein zur Elek trolyse von Kochsalz zwecks Gewinnung von Chlor und metallischem Natrium geeignetes Zweizellensystem. Die Apparatur enthält eine "kalte Zelle", in der eine wässrige Salz lösung und eine "heisse Zelle", in der eine geschmolzene Natriumverbindung oder ein geschmolzenes Gemisch von Natriumverbin- dungen elektrolysiert werden kann.
Die "kalte Zelle" ist links im Schnitt in Fig. 1 und in Fig. 2 zu sehen, letztere ist ein Schnitt nach der Linie A-A der Fig. 1. Der Man tel oder Behälter 1, der aus Zement oder an derem geeigneten Material bestehen kann, besitzt drei halbkreisförmige Mulden 2, die in den Boden eingegossen sind. Drei vertikale Scheiben oder Räder $ sind auf einer dreh baren Welle 4 angeordnet, die von den Trägern 7 derart getragen wird, dass der untere Teil der Räder 3 in den Raum der Mulden 2 hineinhängt.
Die seitlichen und peripheren Oberflächen der Räder 3 sind g o latt und pTaktisch frei von Vertiefungen oder Erhöhungen; diese Oberflächen sind bedeckt mit einem festhaftenden zusammen hängenden einheitlichen Überzug aus Queck silber oder Amalgam. Der obere Teil der Zelle ist mit einem domähnlichen Gassammel- behälter 8 aus chlorwiderstandsfähigem Ma terial, am besten aus keramischem Material, abgedeckt.
Durch Offnungen im Oberteil des Doms 8 sind vier vertikale, vorzugsweise aus Graphit bestehende Anoden 9 eingehängt, die mit einer elektrischen Stromzuführungs- schiene 10 oder einem Kabel verbunden sind. Ein Auslassrohr 11 aus chlorresistentem Ma terial ist im Oberteil des Doms 8 vorgesehen, um das entwickelte Gas aus dem Innern der Zelle abzuführen.
Der obere Teil der Zelle ist mit einem Einlassrohr 12 zur Einführung eines wässrigen Elektrolyten in die Zelle, und einem Auslassrohr 13 zur Entfernung des wässrigen Elektrolyten aus der Zelle ver sehen. Mit Hilfe eines Elektrolytsammel- behälters und einer nicht dargestellten Pump- vorriehtung kann der wässrige 2aektrolyt ver mittels der Rohre 12 und 13 durch die Zelle geleitet werden.
Die Welle 4, auf der die Räder 3 aufmontiert sind, wird durch das Getriebe 5 und die Welle 6, die an eine nicht veranschaulichte Kraftquelle angeschlossen sind in Bewegung gesetzt.
Im Betriebe wird die "kalte Zelle" mit Quecksilber oder flüssigem Alkalimetall- amalgam bis unterhalb der untern Enden der Anoden 9 gefüllt. Das Quecksilber kann durch Rohr 17 in die Zelle eingeführt und durch die Rohre 14, die an den Boden der Mulden: 2 angeschlossensind, wieder entfernt werden.
Der obere Teil der Zelle oberhalb des flüssigen Metallspiegels ist mit einer wässri- genAlkalimetal"lsalzlösung, beispielsweise mit einer Kochsalzlösung, gefüllt, vorzugsweise bis etwas oberhalb der Oberkanten der Rä der 3. Vorzugsweise werden die Räder 3 rasch gedreht, wobei jedoch die maximale Umdrehungsgeschwindigkeit nur so gross ge wählt wird, dass die Schicht des flüssigen Amalgams nicht durch die entwickelte Zen trifugalkraft weggeschleudert wird.
Die Salz lösung kann ständig durch den obern Teil der Zelle zirkulieren und ebenso kann das als Kathode dienende Quecksilber vermittels der Rohre 14 und 17 ständig durch den un tern Teil der Zelle umlaufen.
Bei der besonderen Ausführungsform nach der Fig. 1 wird die "kalte Zelle" zu sammen mit der "heissen Zelle" von ähnlicher Konstruktion betrieben. Die beiden Zellen sind durch Leitungen zur Zirkulation des Quecksilbers oder des .flüssigen Alkalimetall- amalgams durch jede Zelle und von einer Zelle zur andern verbunden.
Bei dieser Aus führungsform ist auch ein Wärmeaustauscher 18 vorgesehen, durch den das flüssige Metall, das aus der "heissen Zelle" kommt, gekühlt wird, ehe es in die "kalte Zelle" eintritt, und das flüssige Metall aus der "kalten Zelle" er wärmt wird, ehe es in die "heisse Zelle" ein tritt. Es ist zuweilen ratsam, auch noch eine zusätzliche Kühlvorrichtung vorzusehen, um das Metall, welches den Wärmeaustauscher verlässt, zu kühlen, ehe es in die "kalte Zelle" eintritt.
In der Fig. 1 ist die für die Herstellung von Alkalimetall durch Elektrolyse der geschmolzenen Alkalimetallverbindung mit einem flüssigen Alkalimetallamalgam als Anode geeignete "heisse Zelle" im Querschnitt rechts zu sehen, während Fig. 3 einen Quer schnitt der "heissen Zelle" nach der Linie B-B der Fig. 1 wiedergibt. Die "heisse Zelle" weist einen Mäntel oder Behälter auf, dessen unterer Teil 23 verhältnismässig schwer sein soll und z.
B. aus Gusseisen oder Gussstahl bestehen kann, während der obere Teil 24 leichter sein und z. B. aus Stahl platten hergestellt sein kann. Die untere Hälfte 23 der Zelle ist mit drei halbkreis förmigen Mulden 25 versehen. Eine Welle 27 geht quer durch die Zelle und wird von Lagern 41 abgestützt; diese Welle ist mit einem Getriebe 28 und einer weiteren Welle 29 verbunden, die mit einem nicht gezeichne- ten Antrieb verbunden ist. Drei Räder 26 sind auf der Welle 27 drehbar angeordnet; die untern Räderteile 26 ragen in die Mulden 25.
Diese Räder gleichen den Rädern 3 in der "kalten Zelle" und besitzen glatte Ober flächen, die mit einer festhaftenden Schicht flüssigen Amalgams überzogen sind. In dem obern Teil der Zelle befinden sich vier me tallische Kathoden 30, vorzugsweise aus Stahl, die an dem horizontalen metallischen Stab 31 aufgehängt sind, der seinerseits an der Leitungsschiene 32 hängt, die durch den Dom 33 nach aussen geht. Der Sammeldom 33, der am besten aus Gussstahl besteht, ist oberhalb der Kathoden 30 angeordnet und dient dazu, das an den Kathoden frei werdende und aufsteigende Metall zu sam meln.
Das Rohr 36 ist mit dem Kopf des Doms 33 verbunden zum Abtransport des ge sammelten, geschmolzenen, kathodischen Pro duktes in den angeschlossenen Sammelbehäl- ter 37. Der Sammelbehälter 37 ist an seinem untern Ende mit einem Ventil 38 ausgestal tet, wodurch das geschmolzene Metall von Zeit zu Zeit entfernt werden kann. Rohre 39, die mit den Böden der Mulden 25 verbunden sind, dienen mit den Rohren 21 und 22 dem Umlauf des geschmolzenen Metalles durch die Zelle. In dem obern Teil der Zelle ist eine vertikale Abschirmung 34 gegenüber allen Wänden 24 der Zelle und in kurzem Abstand von ihnen angeordnet.
Die Wand 34 reicht gerade bis oberhalb des Spiegels der flüssigen Metallanode, aber ohne ihn zu berühren; sie wird am obern Ende durch die elektrische Isolierung 35 gehalten, die ihrerseits durch den herausragenden Flansch der Seitenwand 24 gehalten wird. Der Zweck des Schildes 34 in der "heissen Zelle" ist, die Wände 24 da von abzuhalten, als Anode zu wirken, da die Wände 24 in elektrischer Verbindung mit der flüssigen Metallanode in dem untern Teil der Zelle stehen. Die ganze Zelle ist vorzugs weise mit einer Schicht eines hitzeisolieren den Materials 40 bedeckt. Die "heisse Zelle" kann durch I-Träger 42, wie in Fig. 3 ge zeigt, gestützt werden.
Es ist ratsam, die Zelle mit einer Abdeckung 44 zu versehen, um Luftzutritt zu dem Elektrolyten zu ver hindern.
Bei dem Betrieb der "heissen Zelle" wird der untere Teil mit der umlaufenden flüssi gen Amalgamanode gefüllt, vorzugsweise bis gerade oberhalb der Achse der umlaufen den Räder. Der Raum oberhalb der flüssigen Metallanode wird mit einer geschmolzenen Alkalimetallverbindung gefüllt oder mit einem geschmolzenen Gemisch von Alkali metallverbindungen, die als Elektrolyt dienen. Das flüssige Alkaliinetallamalgam, wie Natriumamalgam, wird durch den untern Teil der "heissen Zelle" geführt und dient als Anode.
Bei dem Durehfluss des elektri schen Stromes wird Alkalimetall aus dem flüssigen Metallfilm auf den Oberflächen der Räder 26 gelöst und an der Kathode frei gesetzt. Das kathodische Produkt in flüssi gem Zustand steigt in den Sammeldom 33 auf und fliesst daraufhin durch Rohr 36 zu dem Sammelbehälter 37. Die Temperatur des geschmolzenen Elektrolyten kann durch Regelung des elektrischen Stromes beeinflusst werden. Falls es erwünscht; ist, kann. die Temperatur zusätzlich noch durch beson dere Heiz- oder Kühlvorrichtungen im Zu sammenwirken mit . dem Elektrolyten ge regelt werden.
Um das flüssige Metall, das in der heissen und kalten Zelle als Elektrode dient, um laufen zu lassen, führt Rohr 15 das flüssige Metall aus den Rohren 14 im Boden der "kalten Zelle" zu der Pumpe 16, die das Metall heraufführt und es durch den Wärme- austauseher 18 zwingt. Von dem Wärme austauscher 18 fliesst das flüssige Metall durch das Rohr 21 und tritt in den Boden der "heissen Zelle" durch die Rohre 39 ein.
Das flüssige Metall verlässt dann die "heisse Zelle" durch dae Rohr 22 nahe der Oberfläche des flüssigen Metalles in der "heissen Zelle" und fliesst dann infolge seines Schwergewichtes durch den Wärmeaustau- scher 18 und weiter durch Rohr 17 in die "kalte Zelle".
Der Wärmeaustauscher 18, der in Fig. 1 dargestellt ist, kann eine bekannte Konstruktion sein. Es ist zweckmässig, ihn mit einer Schicht von wärmeisolierendem Ma terial 19 zu bedecken. Ebenso wird auch Rohr 21, das von dem Wärmeaustauscher zur "heissen Zelle" führt, mit einer Wärme isolierung 43 abgedeckt.
Bei dem Betrieb der "heissen Zelle" kann die Konzentration des Alka.limetalles in der flüssigen Metallanode in der Zelle in weiten Grenzen schwanken. Bei der Herstellung von Natrium sollte die Natriumkonzentration des flüssigen Amalgams, das in die "heisse Zelle" eintritt, bei 0,03 bis 0,7 Gewichts prozent liegen.
Im allgemeinen ist der Betrieb der elek trolytischen Zelle gleichartig, einerlei, ob sie als "kalte Zelle" mit dem flüssigen Me tall als Kathode oder als "heisse Zelle" mit der flüssigen Metallegierung eines Alkali metalles als Anode benützt wird. Das Wesen des Betriebes liegt in der Rotation der Räder 3 oder 26, wobei die Oberflächen der Räder dauernd durch das flüssige Amalgam und dann durch den Elektrolyten wandern.
So kann beispielsweise bei dem Betrieb der "kalten Zelle" der wässrige Elektrolyt eine Lösung von Kochsalz und die flüssige Metallkathode ein Natriumamalgam sein. Wenn das Rad durch das Amalgam läuft, hängt sich ein dünner Amalgamfilm an der Radoberfläche an, und dieser Film wird mit dem wä.ssrigen Elektrolyten durch die Rota tion des Rades zusammengebracht.
Auf diese Weise wird eine verhältnismässig grosse Ober fläche an Amalgam mit dem Elektrolyten in Berührung gebracht, und es wird eine rasche Elektrolyse verursacht, wodurch me tallisches Natrium an der Oberfläche des Kathodenfilms freigesetzt wird. Das Natrium legiert mit dem Kathodenfilm und wenn das Rad umläuft, so kommt etwa gebildetes, festes Amalgam mit dem flüssigen Amalgam in Berührung, das durch den untern Teil der Zelle zirkuliert.
Die Schnelligkeit der Rotation der Räder (3) ist ein wichtiger Faktor zur Erzielung einer maximalen Leistung, d. h. eines maxi malen elektrischen Wirkungsgrades der Zelle. Es wurde beispielsweise festgestellt, dass beim Umlauf der Räder 3 der "kalten Zelle" bei genügend hoher Winkelgeschwindigkeit die Zelle bei ungewöhnlich hohen Strom dichten befriedigend arbeiten kann, damit die gewünschte Al.kalimetallkonzentration in dem gebildeten Amalgam verwirklicht wird.
Ferner wird es durch die rasche Rotation möglich, die Alkalimetallkonzentration in dem aus der Zelle fliessenden Amalgam ent sprechend einem Äquivalent von 0,7 Ge wichtsprozent Natrium oder noch höher zu gewährleisten. Meist ist es nicht wünschens wert, eine Natriumkonzentration oberhalb 0,7 % zu erhalten, da reichere Amalgame dazu neigen, durch Hydrolyse mit dem wässrigen Elektrolyten zu reagieren.
Infolge der raschen Rotation der Räder ist es möglich, eine Alkalimetallkonzentration indem die Räderoberflächen bedeckenden Amalgam aufrechtzuerhalten, deren Stärke weit unter halb derjenigen liegt, bei der eine Hydrolyse auftreten könnte. Um dieses Ergebnis zu er halten, ist es nötig, die Umdrehung im Ver hältnis zur Zunahme der kathodischen Stromdichte zu beschleunigen.
Die maximale Umdrehungsgeschwindigkeit der Räder 3 ist durch die entwickelte Zentri fugalkraft begrenzt, welche die flüssige Amalgamschicht von den Rädern fortzu schleudern bestrebt ist. Diese Zentrifugal kraft ist dem Durchmesser der Räder, dem Quadrat der Umdrehungsgeschwindigkeit und dem spezifischen Gewicht der Amalgam schicht proportional. Das spezifische Gewicht des Amalgams schwankt praktisch so wenig, dass man es als konstant annehmen kann. So kann die Zentrifugalkraft F durch die Gleichung wiedergegeben werden, wobei S die Umlauf geschwindigkeit oder Winkelgeschwindigkeit, R der Radius des Rades und K eine Kon stante bedeutet.
Es wurde festgestellt, dass die maximale Geschwindigkeit, bei der die Räder noch umlaufen, ohne dass das Amalgam durch Zentrifugalkraft abgeschleudert wird (wenn die seitlichen und peripheren Ober flächen glatt und gleichmässig ohne Nuten, Löeher, oder andere Vertiefungen oder Er höhungen sind) so gross ist, dass das Quadrat der Umlaufgesch #indigkeit, in Umdrehungs zahlen pro Minute ausgedrückt, mit dem Radius des Rades, in Meter gerechnet, multi pliziert, gleich 600 ist. Mathematisch kann das folgendermassen ausgedrückt werden: S'R ist nicht grösser als 600.
Vorzugsweise sollen die Räder 3 so schnell umlaufen, dass der Wert S=R gleich<B>150</B> bis 450 ist. Bei derartigen Geschwindigkeiten können hohe Stromdichten, beispielsweise von rund 20 bis 40 Amp/din' ohne Gefahr der Hydrolyse des Amalgaines zugelassen werden.
Die Oberflächen der umlaufenden Räder 3 sollen glatt sein, damit die Räder zur Er zielung der oben angegebenen günstigen Re sultate genügend rasch umlaufen können. Er hebungen, Vertiefungen oder Rauhheiten der Oberflächen wirken als Orte, die relativ dicke Schichten des Ainalgains sammeln und dadurch dazu beitragen, dass das Amalgam durch Zentrifugalkraft leichter abgeschleu- dert wird.
Die glatten Oberflächen sollen eine ununterbrochene festhaftende Amalgam schicht von im wesentlichen gleichmässiger Dicke an allen Punkten, die gleich weit von dein Radmittelpunkt entfernt sind, bewirken.
Vorzugsweise werden feste Räder oder scheibenartig ausgebildete rotierende Körper für die beschriebene Elektrodenkonstruktion verwendet, jedoch können auch andere Aus führungsformen für den beschriebenen Ar beitsprozess benutzt werden. Es ist lediglich notwendig, dass die Querschnitte des um laufenden Körpers in allen Ebenen im rechten Winkel zu der Achse der Rotation kreisförmig sind.
So kann der rotierende Körper ausgebildet sein als um ihre Achse rotierende Kugel, symmetrische Scheibe, Ke gel oderZyl-inder, oder auch als um die Längs achse rotierendes Ellipsoi(l. Die Rotations- achse dieser Körper liegt vorzugsweise hori- zonta.l oder nahezu horizontal und dicht an der Fläche zwischen der flüssigen Amalgamschicht und dem darüber befindlichen Elektrolyten in der Zelle.
Zweckmässigerweise sind zwei Fünftel bis drei Fünftel der Oberfläche des rotierenden Körpers in Kontakt mit dem flüssigen Amalgam in dem Reservoir am Boden der Zelle. Jedoch kann die Rotations achse auch mehr oder weniger gegen die Ho rizontale geneigt werden, wobei die vertikale Lage ausgeschlossen bleibt.
Wenn die Oberfläche des rotierenden Elektrodenkörpers aus Metall wie Eisen oder Stahl besteht, mit welchem sich Quecksilber nicht rasch legiert, oder dessen Oberfläche vom Quecksilber nicht rasch benetzt wird, so wird reines Quecksilber nicht leicht an der Oberfläche des Rades haften.
Es wurde nun weiter gefunden, dass das Quecksilber, wenn es von Anfang an eine kleine Menge Alkalimetall enthält, leicht an einer Eisen- oder Stahloberfläche anhaftet, die so rein ist, dass sich ein fortlaufender Film auf ihr bilden kann. Zum Beispiel wurde gefunden, dass Natrirlmamalgam mit nicht weniger als 0,01 Gewichtsprozent Na trium eine glatte Stahloberfläche benetzt, während ein natriumärmeres Amalgam dies nicht tut. Andere Metalle als gewöhnlicher Stahl, die für die Räderoberflächen geeignet sind, können andere Natriummengen in dem Amalgam zwecks Benetzung der metallischen Oberfläche bedingen.
Ebenso wird die be nötigte Menge an Alkalimetall im Amalgam zur Verwirklichung der Benetzung einer ge gebenen Metalloberfläche für verschiedene Alkalimetalle schwanken. Die nachstehende Tabelle zeigt näherungsweise die Minimal konzentrationen an Natrium und Kalium im Amalgam zur leichten und sicheren Be netzung verschiedener metallischer Ober flächen:
EMI0007.0001
Angenäherte <SEP> Minimalkonzentrationen
<tb> an <SEP> Alkalimetall <SEP> im <SEP> Amalgam <SEP> (Gew. <SEP> %)
<tb> Metalloberfläche <SEP> Natrium <SEP> Kalium
<tb> Rostfreier <SEP> Chromstahl <SEP> <B>0,0,5%</B> <SEP> 0,15
<tb> Monelmetall <SEP> 0,01% <SEP> 0,7.0%
<tb> ISTichtlegierter <SEP> Stahl <SEP> (Kohlen stoffstahl) <SEP> (SAE <SEP> 10-10) <SEP> <B>0,01%</B> <SEP> 0,05
<tb> Nickel <SEP> <B>0,01%</B> <SEP> 0,02 Bei Anwendung der Vorrichtung zur Elektrolyse wässriger Lösungen von Alkali metallsalzen, ist es ratsam, das umlaufende Rad oder einen ähnlichen Körper vor Beginn der Elektrolyse mit einem festhaftendeu Oberzug von Amalgam zu versehen.
Dadurch wird eine chemische Reaktion zwischen dem Metall des Rades und dem Elektrolyten oder den Elektrolyseprodukten vermieden. Wenn beispielsweise bei der Kochsalzelektrolyse das Rad aus Eisen oder Stahl hergestellt ist, kann bei beginnender Elektrolyse am Eisen Wasserstoff entwickelt werden. Der Wasser stoff kann dann mit dem Chlor ein explosives Gemenge bilden. Es ist daher immer wün schenswert, das Rad ständig und völlig mit einer haftenden Schicht von Amalgam be deckt zu halten. Zu diesem Zweck kann vor der Elektrolyse genügend Alkalimetall im Quecksilber gelöst werden; um eine Be netzung zu verwirklichen (siehe obenstehende Tabelle), worauf das eintauchende Rad ge dreht wird, bis es mit Amalgam bedeckt ist.
Dann kann die Elektrolyse beginnen. Auf diese Weise trägt die ganze wirkende Ober fläche des Rades eine gleichmässige, fest haftende Schicht von Amalgam, wodurch ein Kontakt des Trägermetalles mit dem Elek trolyten während der Elektrolyse verhindert wird.
Wird das Rad aus .einem Metall her gestellt, das leicht mit Quecksilber legiert, z. B. Kupfer oder Messing, so ist es nicht notwendig, dass schon gleich am Anfang Alkalimetall in der flüssigen Metallelektrode anwesend ist. Jedoch ist es für die Rad konstruktion zweckmässig, Eisen eine Eisen- legierung (z. B. Stahl), Nickel oder eine Nickellegierung @(z. B. Monelmetall), zu be nutzen, da diese Metalle nicht leicht mit Quecksilber legieren und daher der Korrosion durch Quecksilber widerstehen. Chromeisen legierungen, wie z. B. rostfreier Stahl, sind für diesen Zweck geeignet.
Bei dem Betrieb einer "heissen Zelle" nach der vorliegenden Erfindung können die Lehren, die für die "kalte Zelle" gegeben wurden, ebenfalls angewandt werden. Zirku liert beispielsweise eine Legierung von Na trium und Quecksilber durch den untern Teil der "heissen Zelle", um als Anode zu dienen, und wird eine geschmolzene Natrium verbindung, z.
B. NaOH, als Elektrolyt ver wendet, so wird metallisches Natrium elek trolytisch von der flüssigen Metallanode ge löst und an der Kathode freigesetzt, von wo es dank seines geringen spezifischen Ge wichtes in den obern Teil des Sammeldomes 33 aufsteigt und von dort durch das Rohr 36 in den Sammelbehälter 37 gelangt.
Bei Betrieb einerc;,heissen Zelle" dieser Art ist es wünschenswert, die Temperatur so niedrig wie möglich zu halten wegen der Neigung des Quecksilbers, bei höheren Temperaturen zu verdampfen, ferner wegen des Energieverlustes durch Strahlungswärme bei ausserordentlich hohen Temperaturen und auch wegen des Schadens, der durch Ab blättern und Korrosion der Zellenteile ent stehen kann, falls ausserordentlich hohe Temperaturen angewandt werden.
Der geschmolzene Elektrolyt in der "heissen Zelle" sollte vorzugsweise einen Schmelzpunkt besitzen, der nicht höher ist als<B>300'</B> C, wenn die flüssige Metallelektrode, die zwischen den beiden Zellen fliesst, aus Quecksilber oder Alkalimetallamalgam be steht, da der Dampfdruck des Quecksilbers bei Temperaturen über<B>300'</B> C übermässig hoch wird. Es ist vorteilhaft, in der "heissen Zelle" eine Mischung zu verwenden, wie sie in der schweizerischen Patentschrift Nr. 213242 beschrieben wird.