Cellule électrolytique La présente invention a pour objet une cellule électrolytique à électrodes .multiples.
Les cellules électrolytiques à électrodes multiples, en particulier celles dont la cathode est du mercure et qui sont utilisées pour l'électrolyse de solutions, nécessitent un ajustement très précis de l'espace entre les électrodes pour fonctionner avec un rendement optimum. Dans les formes d'exécution courantes dans lesquelles la cathode liquide est sensiblement horizontale, plusieurs anodes sont disposées au-des sus de la cathode sur toute la surface de la cellule.
Ces anodes sont équipées d'organes d'ajustement qui permettent de les déplacer par rapport à la surface du mercure pour obtenir l'espace désiré entre l'anode et la cathode.
Pour obtenir un fonctionnement rationnel, on fait varier périodiquement la charge électrique sur la cellule de façon à augmenter la consommation de courant durant les périodes où le courant est bon marché, par exemple pendant la nuit, et à réduire la charge lorsque le courant est Cher, par exemple durant les périodes de pointe. Cette méthode exige des ajustements fréquents car le jeu anode-cathode optimum varie avec la densité du courant et n'est pas constant. Si cet ajustement .en fonction de la densité du courant n'est pas réalisé, la plus grande partie du gain dû aux variations de charge est perdue.
La cellule selon l'invention est caractérisée :en ce qu'elle est équipée de deux organes d'ajustement de chaque espace anode-cathode, l'un d'eux permettant d'ajuster individuellement l'espace anode-cathode et le second permettant d'ajuster cet espace simultané ment avec un ou plusieurs autres espaces anode- cathode. L'organe d'ajustement individuel peut être consti tué par un.
des dispositifs connus d'ajustage d'une anode par rapport à la surface d'une cathode liquide. par exemple un dispositif à vis et en particulier un dispositif comprenant -an écrou prisonnier ou une bride engagée sur une vis solidaire de la tige de sup port de l'anode.
La perte de gaz que subit la cellule, par exemple la perte de chlore lors d'une opération d'électrolyse, peut être évitée par .des moyens usuels tels qu'une étanchéité entre la tige d'entrée de l'anode et le couvercle de la cellule.
Pour réaliser l'ajustement simultané de plusieurs espaces anode-cathode, on peut utiliser par exemple un agencement capable d'élever ou d'abaisser le ni veau de la :cathode liquide. Pour -cela, on peut faire varier la profondeur du liquide de cathode sur la plaque de base de la cellule, mais on peut aussi élever -ou abaisser la plaque de base elle-même par rapport -au bloc des anodes.
En variante, le bloc des anodes peut aussi être élevé ou abaissé par rapport à la cathode liquide. Cette opération peut être réalisée par exemple en déplaçant le couvercle de la cellule ou un bâti por tant les différentes anodes.
Dans une autre forme d'exécution, chaque anode est équipée non seulement de son organe d'ajustage permettant l'ajustement individuel, mais encore d'un second organe d'ajustage permettant une liaison d7en- traînement à partir d'un seul organe de commande. Cet équipement.
à deux étages permet de régler la position de chaque anode à sa valeur optimum en tenant compte des différentes vitesses d'usure et de la densité de courant et d'ajuster .rapidement toutes les anodes lorsque la charge sur la cellule se modifie. Dans une forme d'exécution particulièrement avantageuse, les organes d'ajustement primaires et secondaires sont des dispositifs à vis dans lesquels la tige d'anode est filetée et porte un écrou.
Lorsqu'on désire un entraînement par d'autres moyens, on peut utiliser par exemple des organes d'entraînement hy drauliques ou des leviers au lieu des vis. La con nexion entre les organes d'ajustement secondaires peut être mécanique, électrique, pneumatique ou hy draulique.
De préférence, les organes d'ajustement secon daires de toutes les anodes sont connectés à un même organe de commande, mais cette disposition<I>peut</I> ne pas être entièrement réalisable ou désirable dans les cellules de grandes dimensions.
Le nombre d'anodes qui peut être entraîné par un seul organe de com mande dépend du type d'organe 'ajustement et des connexions employées, :de sorte :qu'il peut être né cessaire de limiter le nombre des anodes connectées à un même organe de commande. Dans le cas de cellules de grandes dimensions ayant un grand nom bre d'anodes, on peut diviser :
ces anodes en groupes, par exemple en rangées qui sont articulées chacune sur un organe de commande particulier. Les organes de commande des .différents groupes peuvent être placés suffisamment près les uns des autres pour per mettre une nuse en couvre rapide de tous les organes de commande.
Dans certains cas, il est possible que les anodes situées à l'une des -extrémités d'une, cellule néces sitent des amplitudes de déplacement différentes de celles situées à l'autre extrémité. On peut alors con necter les organes d'ajustement secondaires des d@if- férentes anodes à des hauteurs appropriées ou faire en sorte que la mise en oeuvre ide l'organe de com mande provoque des mouvements différents des dif férentes anodes, selon. leurs positions dans la cellule.
Le mécanisme de commande peut fonctionner pas à pas ou permettre un ajustage continu. Il est indiqué de prévoir un .certain nombre d'étapes de préaju.stage correspondant .aux diverses densités de courant dans la cellule. Cette disposition évite la nécessité d'un ajustage fin lorsque l'opérateur modi fie la charge sur la cellule et rend possible l'ajustage simultané de toutes les anodes dans un minimum de temps.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution :de la cellule selon l'invention. La fig. 1 est une vue isométrique partielle, par tiellement coupée de ladite forme d'exécution, et la fi-. 2 une vue -en coupe verticale d'.une partie de la cellule de la fig. 1.
La cellule représenté à la fia. 1 comprend un couvercle 1 portant sur sa face supérieure un étrier 2 dont la base présente une forme telle qu',elle entoure l'arbre principal 3 de l'anode. L'espace entre l'arbre 3 et le couvercle 1 :est occupé par une garniture d'étanchéité non représentée. A son extrémité infé rieure, l'arbre d'anode 3 porte un bloc d'anode 4. Son :extrémité supérieure consiste en une tige mé- tallique verticale 5 filetée à sa partie extrême en 6.
Un écrou à portée 7 est engagé sur la tige 6 et sa portée 8 forme le siège d'un manchon 9 qui est libre ment mobile en rotation sur la portée 8 et qui est retenu en place par un circlip 10. Le manchon 9 est solidaire d'un bras :de levier 11 permettant de l'en traîner en rotation. Sa surface extérieure est .filetée et engagée dans un taraudage pratiqué dans une ouverture que présente la partie supérieure 12 de l'étrier 2. Le bras de levier 11 est articulé à son extrémité sur une barre .de connexion 13 qui relie entre :eux différents dispositifs tels que celui qui vient d'être décrit.
La tige verticale filetée 5 porte encore deux écrous 14 et 15 entre lesquels sont fixés une rondelle 16 et un conducteur :d'alimentation 17 pour le courant d'électrolyse.
Pour déplacer verticalement le bloc d'anode 4 pendant le fonctionnement de la cellule, on fait tour ner l'écrou à portée 7, ce qui provoque un déplace ment vertical de la tige 5 qui entraîne l'arbre 3 et le bloc 4 avec elle. Cet écrou à portée 7 constitue donc un organe :d'ajustement primaire permettant l'ajustage individuel. On peut également obtenir un déplacement vertical du bloc d'anode par un dé placement horizontal du levier 11, ce qui impartit un mouvement rotatoire et vertical au manchon 9. Les positions extrêmes que peut atteindre le levier 11 sont indiquées en 11A et 11B.
Comme la tête de l'écrou à portée 7 repose sur la face supérieure du manchon 9, le déplacement vertical de ce man chon se transmet au bloc d'anode 4 par l'inter médiaire de la tige 5 et de l'arbre 3. Cette combi naison d'un levier et d'un manchon constitue ainsi un organe d'ajustement secondaire faisant partie de moyens permettant d'ajuster plusieurs anodes simul tanément grâce à la barre de connexion 13.
Le pas des différents filets, ainsi que la longueur et l'amplitude de déplacement des bras de levier peuvent varier selon les applications et selon la vi tesse d'ajustement désirée. Il est particulièrement avantageux de constituer l'organe d'ajustement pri maire, c'est-à-dire l'écrou à portée, .avec un filetage à pas fin pour permettre un ajustement précis de cet écrou, et de constituer l'organe .d'ajustement secon daire, c'est-à-dire le manchon solidaire d'un levier, avec un filet à pas incliné permettant d'obtenir l'ajustement désiré après un déplacement d'amplitude minimum.
Le mouvement du levier peut, si on le désire, être étalonné de façon à permettre l'arrêt sur des positions intermédiaires correspondant à des degrés d'ajustement particuliers. Il peut également être pourvu de butées permanentes ou temporaires faci litant l'étalonnage. Une amplitude de l'ordre de 60 est assez avantageuse, mais l'amplitude effective peut être supérieure ou inférieure à cette valeur.
Pour éviter des interférences entre les deux organes d'ajus tement, on peut disposer des organes empêchant l'écrou à portée 7 de tourner, lorsque le levier 11 est déplacé.
L'amplitude de l'ajustement possible grâce aux organes secondaires doit être suffisante pour per mettre de compenser toutes les variations de charge dont il faut tenir compte. En :général, l'amplitude doit être de l'ordre de 2 mm.
Le dispositif décrit peut être constitué .de diffé rents matériaux. Ainsi, par exemple, le bloc d'anode et l'arbre peuvent être de graphite, la cellule elle même et son couvercle de béton, la tige verticale peut être en cuivre et l'étrier ;e:n acier. Le conducteur d'amenée du courant ainsi que l'un ou les deux écrous qui le fixent peuvent être en :cuivre ou :en un autre métal de grande conductibilité.
Pour le bloc d'anode, on peut utiliser toute cons truction connue. 9i on le désire, ce bloc peut être constitué d'une autre matière, telle par exemple que du titane ou un alliage de titane présentant une sur face d'anode activa recouverte d'un métal à base de platine, en particulier de platine ou d'iridium.
Le dispositif décrit plus haut est particulièrement utile dans la production de .chlore par électrolyse de certaines solutions telles :que des solutions naturelles ou artificielles de chlorures d'un métal .alcalin.
Electrolytic cell The present invention relates to an electrolytic cell with multiple electrodes.
Multiple electrode electrolytic cells, particularly those with a mercury cathode that are used for the electrolysis of solutions, require very precise adjustment of the space between the electrodes to operate at optimum efficiency. In the current embodiments in which the liquid cathode is substantially horizontal, several anodes are arranged above the cathode over the entire surface of the cell.
These anodes are equipped with adjustment members which allow them to be moved relative to the surface of the mercury to obtain the desired space between the anode and the cathode.
To obtain rational operation, the electrical load on the cell is periodically varied so as to increase the current consumption during periods when the current is cheap, for example at night, and to reduce the load when the current is expensive. , for example during peak periods. This method requires frequent adjustments because the optimum anode-cathode clearance varies with current density and is not constant. If this adjustment as a function of current density is not made, most of the gain due to load variations is lost.
The cell according to the invention is characterized: in that it is equipped with two adjustment members for each anode-cathode space, one of them allowing the anode-cathode space to be individually adjusted and the second allowing to adjust this space simultaneously with one or more other anode-cathode spaces. The individual adjuster can be one.
known devices for adjusting an anode with respect to the surface of a liquid cathode. for example a screw device and in particular a device comprising a captive nut or a flange engaged on a screw integral with the anode support rod.
The loss of gas which the cell undergoes, for example the loss of chlorine during an electrolysis operation, can be avoided by usual means such as a seal between the inlet rod of the anode and the cover of the cell.
To achieve the simultaneous adjustment of several anode-cathode spaces, one can use for example an arrangement capable of raising or lowering the level of the liquid cathode. This can be done by varying the depth of the cathode liquid on the baseplate of the cell, but we can also raise -or lower the baseplate itself relative to -the anode block.
Alternatively, the anode block can also be raised or lowered relative to the liquid cathode. This operation can be carried out for example by moving the cover of the cell or a frame for the various anodes.
In another embodiment, each anode is equipped not only with its adjustment member allowing individual adjustment, but also with a second adjustment member allowing a drive connection from a single control member. ordered. This equipment.
with two stages makes it possible to adjust the position of each anode to its optimum value taking into account the different wear rates and the current density and to adjust all the anodes quickly when the load on the cell changes. In a particularly advantageous embodiment, the primary and secondary adjustment members are screw devices in which the anode rod is threaded and carries a nut.
When a drive by other means is desired, for example, hydraulic drives or levers can be used instead of screws. The connection between the secondary adjustment members can be mechanical, electrical, pneumatic or hydraulic.
Preferably, the secondary adjustment members of all the anodes are connected to the same control member, but this arrangement <I> may </I> not be entirely feasible or desirable in large cells.
The number of anodes which can be driven by a single control member depends on the type of adjustment member and on the connections used,: so: it may be necessary to limit the number of anodes connected to the same control unit. In the case of large cells with a large number of anodes, we can divide:
these anodes in groups, for example in rows which are each articulated on a particular control member. The actuators of the different groups can be placed close enough to each other to allow rapid coverage of all the actuators.
In some cases, it is possible that the anodes located at one end of a cell require different displacement amplitudes from those located at the other end. It is then possible to connect the secondary adjustment members of the different anodes to suitable heights or to ensure that the use of the control member causes different movements of the different anodes, depending on the situation. their positions in the cell.
The operating mechanism can work step by step or allow continuous adjustment. It is advisable to provide a certain number of pre-adjustment stages corresponding to the various current densities in the cell. This arrangement avoids the need for fine adjustment when the operator changes the load on the cell and makes it possible to adjust all the anodes simultaneously in a minimum of time.
The appended drawing represents, by way of example, one embodiment: of the cell according to the invention. Fig. 1 is a partial isometric view, partially cut away, of said embodiment, and the fi-. 2 a vertical sectional view of a part of the cell of FIG. 1.
The cell shown in fia. 1 comprises a cover 1 carrying on its upper face a bracket 2, the base of which has a shape such that it surrounds the main shaft 3 of the anode. The space between the shaft 3 and the cover 1: is occupied by a seal, not shown. At its lower end, the anode shaft 3 carries an anode block 4. Its upper end consists of a vertical metal rod 5 threaded at its end part at 6.
A bearing nut 7 is engaged on the rod 6 and its bearing 8 forms the seat of a sleeve 9 which is freely movable in rotation on the bearing 8 and which is held in place by a circlip 10. The sleeve 9 is integral an arm: lever 11 allowing it to be dragged in rotation. Its outer surface is threaded and engaged in a tapping made in an opening that has the upper part 12 of the bracket 2. The lever arm 11 is articulated at its end on a .de connection bar 13 which connects between: them different devices such as the one just described.
The threaded vertical rod 5 also carries two nuts 14 and 15 between which are fixed a washer 16 and a supply conductor 17 for the electrolysis current.
To move the anode block 4 vertically while the cell is in operation, the bearing nut 7 is turned, which causes a vertical displacement of the rod 5 which drives the shaft 3 and the block 4 with it. . This nut with seat 7 therefore constitutes a member: of primary adjustment allowing individual adjustment. It is also possible to obtain a vertical displacement of the anode block by a horizontal displacement of the lever 11, which imparts a rotary and vertical movement to the sleeve 9. The extreme positions that the lever 11 can reach are indicated at 11A and 11B.
As the head of the bearing nut 7 rests on the upper face of the sleeve 9, the vertical displacement of this sleeve is transmitted to the anode block 4 through the intermediary of the rod 5 and the shaft 3. This combination of a lever and a sleeve thus constitutes a secondary adjustment member forming part of the means making it possible to adjust several anodes simultaneously by virtue of the connection bar 13.
The pitch of the different threads, as well as the length and amplitude of movement of the lever arms can vary according to the applications and according to the desired speed of adjustment. It is particularly advantageous to constitute the primary adjustment member, that is to say the nut within reach, with a fine-pitch thread to allow precise adjustment of this nut, and to constitute the member. .d'adement secon daire, that is to say the sleeve integral with a lever, with an inclined pitch thread making it possible to obtain the desired adjustment after a displacement of minimum amplitude.
The movement of the lever can, if desired, be calibrated so as to allow stopping in intermediate positions corresponding to particular degrees of adjustment. It can also be provided with permanent or temporary stops to facilitate calibration. An amplitude of the order of 60 is quite advantageous, but the effective amplitude can be greater or less than this value.
To avoid interference between the two adjustment members, it is possible to have members preventing the bearing nut 7 from rotating when the lever 11 is moved.
The amplitude of the adjustment possible thanks to the secondary components must be sufficient to make it possible to compensate for all the load variations which must be taken into account. In general, the amplitude should be of the order of 2 mm.
The device described can be made of different materials. Thus, for example, the anode block and the shaft can be of graphite, the cell itself and its cover of concrete, the vertical rod can be of copper and the caliper; e: n steel. The current supply conductor as well as one or both nuts which fix it can be in: copper or: in another metal of great conductivity.
Any known construction can be used for the anode block. 9i desired, this block can be made of another material, such as for example titanium or a titanium alloy having an activa anode surface covered with a platinum-based metal, in particular platinum or iridium.
The device described above is particularly useful in the production of .chlorine by electrolysis of certain solutions such as: natural or artificial solutions of chlorides of an alkali metal.