CS263765B1

CS263765B1 - Electrolyzer for preparing manganese dioxide

Info

Publication number: CS263765B1
Application number: CS872451A
Authority: CS
Inventors: Stanislav Ing Papez; Zdenko Prom Chem Ternbach
Original assignee: Papez Stanislav; Ternbach Zdenko
Priority date: 1987-04-06
Filing date: 1987-04-06
Publication date: 1989-04-14
Also published as: CS245187A1

Abstract

Účelem řešení bylo zabezpečit samovolnou cirkulaci elektrolytu v elektrolýzám, aby koncentrační a teplotní spád v elektrolyzéru byl co nejmenší. Tohoto cíle se dosáhne tak, že každá řada elektrod je z obou stran obklopena svislými přepážkami pro usměrnění toku elektrolytu v mezielektrodovém prostoru směrem vzhůru.The purpose of the solution was to secure it spontaneously circulating electrolyte in electrolysis, to allow concentration and temperature gradient in the electrolyzer was as small as possible. this the target is achieved by each row of electrodes it is surrounded on both sides by vertical partitions to direct the electrolyte flow in the electrode compartment upwards.

Description

Vynález se týká elektrolyzéru na výrobu oxidu manganičitého - burelu.The invention relates to an electrolyzer for the production of manganese dioxide - burel.

Burel se vyrábi zpravidla elektrolýzou kyselého roztoku síranu manganatého (70 až 180 g MnSO^/litr, 15 až 100 g HjSO^/litr) při teplotě 80 až 95 °C a proudových hustotách 0,6 až 1,2 A/dm². Za těchto podmínek se vylučuje burel ve formě pevného povlaku na anodách, zatímco na katodách se vylučuje vodík. Při elektrolýze stoupá v roztoku koncentrace kyseliny 2+Burel is generally produced by electrolysis of an acidic manganese sulfate solution (70-180 g MnSO4 / liter, 15-100 g H2SO4 / liter) at 80-95 ° C and current densities of 0.6-1.2 A / dm ² . Under these conditions, burel is deposited as a solid coating on the anodes, while hydrogen is deposited on the cathodes. During electrolysis, the concentration of acid 2+ increases

Sírové a klesá koncentrace MnSulfur and decreases Mn concentration

Elektrolyzér na výrobu burelu je tvořen obvykle ocelovou nádobou opatřenou korozivzdorným povlakem, ve které jsou zavěšeny střídavě za sebou anody a katody, které mohou být tyčového nebo výhodněji deskového tvaru. Protože na anodách vzniká pevný povlak burelu, je nutno pracovat s relativně značnou mezielektrodovou vzdáleností. Anody bývají grafitové, ze slitin olova nebo titanové. Z hlediska konstrukčního a z hlediska kvality produktu jsou nejvýhodnější anody titanové.The burel electrolyzer is usually a steel vessel provided with a corrosion-resistant coating in which anodes and cathodes are suspended alternately in succession, which may be rod-shaped or more preferably plate-shaped. Since a solid burel coating is formed on the anodes, it is necessary to work with a relatively large interelectrode distance. The anodes are graphite, lead alloys or titanium alloys. Titanium anodes are the most preferred for design and product quality.

Při procesu vylučováni burelu je důležité, aby nedošlo k příliš silnému obohaceni rozto2+ ku kyselinou sírovou, resp. k velkému snížení koncentrace Mn v bezprostřední blízkosti povrchu anod, neboř v takovém případě dochází k tvorbě špatně lpícího povlaku burelu, poklesu proudových výtěžků a vzrůstu napětí na elektrolyzéru. Z těchto důvodů je nutno zabezpečit dostatečné mícháni, aby koncentrace kyseliny sírové i síranu manganatého byla v celém objemu elektrolyzéru pokud možno stejná (konstantní).In the process of burel elimination it is important that the enrichment of the 2+ solution with sulfuric acid and / or sulfuric acid is avoided. there is a large decrease in the concentration of Mn in the immediate vicinity of the anode surface, since in this case, a poorly adherent burel coating, a decrease in current yields, and an increase in voltage on the electrolyzer occur. For this reason, it is necessary to ensure sufficient stirring so that the concentration of both sulfuric acid and manganese sulphate in the entire volume of the electrolyser is as constant as possible.

Konstantní koncentraci kyseliny sírové a síranu manganatého v celém objemu elektrolyzéru lze zajistit vnější nucenou cirkulací elektrolytu, Toto řešeni vyžaduje zvýšené náklady na čerpání elektrolytu a komplikuje celé zařízení.A constant concentration of sulfuric acid and manganese sulphate throughout the volume of the electrolyzer can be ensured by the external forced circulation of the electrolyte. This solution requires increased costs for pumping the electrolyte and complicates the entire plant.

U elektrolyzérů s vývojem plynu, jako je tomu v případě burelu, lze pro cirkulaci elektrolytu využít rozdílu specifických hmotností zaplyněného a bublin zbaveného elektrolytu (gas lift efekt). Jsou známy dva způsoby využití *gas lift efektu, například u chlorových elektrolyzérů:In gas-evolved cells, as in the case of burel, the difference in specific gravity of gas-filled and gas-free bubbles (gas lift effect) can be used for electrolyte circulation. There are two known uses of the * gas lift effect, for example in chlorine electrolysers:

- vytvoření elektrodové struktury s předsazenou elektrodou, kde oba kanály pro vzestupný i sestupný proud elektrolytu se nacházejí v mezielektrodovém prostoru. Tento způsob však je konstrukčně komplikovaný a navíc se na anodách nevyvíjí v případě elektrolytické výroby burelu prakticky žádný plyn;forming an electrode structure with a forward electrode, wherein both the upstream and downstream electrolyte current channels are located in the inter-electrode space. However, this method is structurally complicated and, moreover, virtually no gas is produced on the anodes in the case of electrolytic production of burel;

- vedení sestupného kanálu vně elektrolyzéru trubkou. Pro zvětšení rozdílu hydrostatických tlaků, nutné pro překonání relativně velkých tlakových ztrát je v tomto případě odlučování plynu z elektrolytu umistováno ve výšce až několika metrů nad elektrolyzérem. Elektrolyzér pracuje pod mírným přetlakem a musí být dokonale utěsněn. U elektrolyzéru pro výrobu burelu, ze kteréhoj sou v cyklech vyjímány všechny anody ke snímání burelu, by požadavek na utěsnění víka představoval velkou konstrukční komplikaci a zvýšení nároků na práci obsluhy.- guiding the downlink channel outside the electrolyzer through a pipe. In order to increase the hydrostatic pressure difference necessary to overcome the relatively large pressure losses, the separation of the gas from the electrolyte is located at a height of several meters above the electrolyzer. The electrolyzer operates under slight overpressure and must be completely sealed. In a burel electrolyser, from which all burel sensing anodes are removed in cycles, the requirement to seal the lid would be a major design complication and increase operator labor requirements.

Výhodnějším se proto jeví řešení elektrolyzéru na výrobu oxidu manganičitého z roztoku síranu manganatého sestávající z nádoby, ve které jsou střídavě za sebou zavěšeny anody a katody podle předkládaného vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že každá řada elektrod je z obou stran obklopena svislými přepážkami pro usměrnění<toku elektrolytu v mezielektrodovém prostoru směrem nahoru.A solution for the manufacture of manganese dioxide from a manganese sulphate solution consisting of a container in which the anodes and the cathodes of the present invention are alternately hinged in each other is characterized by the fact that each row of electrodes is surrounded by vertical baffles on both sides. rectifying the electrolyte flow in the inter-electrode space upwards.

Přepážky uvnitř elektrolyzéru odděluji ve svislém směru prostory, ve kterých je elektrolyt prost bublinek plynu od mezielektrodového prostoru, ve kterém je elektrolyt s bublinkami plynu. Tímto uspořádáním se může uplatnit gas lift efekt, aniž by se konstrukčně komplikovaly vlastní elektrody či elektrolyzér. Vnitřní cirkulace elektrolytu, k níž instalací svislých přepážek dochází, zajištuje prakticky stejné složení i teplotu elektrolytu v celém objemu elektrolyzéru a tlm umožňuje pracovat a optimálními hodnotami koncentrací příslušných látek a optimální teplotou.The bulkheads inside the electrolyzer separate vertically the spaces in which the electrolyte is free of gas bubbles from the inter-electrode space in which the electrolyte with gas bubbles is present. With this arrangement, a gas lift effect can be applied without complicating the design of the electrodes or the electrolyzer itself. The internal electrolyte circulation through the installation of vertical baffles ensures practically the same composition and temperature of the electrolyte throughout the electrolyser volume, and the damping allows the work to be carried out with optimum concentration values of the respective substances and optimum temperature.

Svislé přepážky, například z polypropylenu či pogumované oceli, se mohou nebo nemusí dotýkat čel elektrolyzéru, musí být v elektrolytu ponořeny, nesmí se dotýkat dna a musí být dostatečně vzdáleny od stěn elektrolyzéru tak, aby všude zbýval volný průřez pro samovolnou cirkulaci elektrolytu bez bublin směrem dolů. Mezielektrodovým prostorem se rozumí prostor, jímž prochází proud z jedné elektrody do druhé.Vertical partitions, such as polypropylene or rubberized steel, may or may not touch the electrolyzer faces, must be immersed in the electrolyte, must not touch the bottom, and be sufficiently distant from the electrolyzer walls to allow free cross section of the electrolyte free of bubbles down. Inter-electrode space is understood as the space through which current flows from one electrode to another.

Na přiloženém obli l je'schematicky znázorněn půdorys elektrolyzéru se zabudovanými svislými přepážkami, na obr. 2 je znázorněn řez tímtéž elektrolyzérem s vyznačenými směry cirkulace elektrolytu.Figure 2 shows a cross-sectional view of the same electrolyzer with the directions of electrolyte circulation.

_1 označuje katody, 2 anody, 2 svislé přepážky, 4 prostor vyplněný elektrolytem bez plynu, 2 mezielektrodový prostor, 6 topné elementy, T_ nádoba elektrolyzéru, 2 hladina elektro lytu.1 denotes cathodes, 2 anodes, 2 vertical baffles, 4 gas-free electrolyte space, 2 inter-electrode space, 6 heating elements, T-cell electrolyzer, 2 electrolyte level.

V nádobě elektrolyzéru T_ jsou umístěny střídavě anody 2 a katody 1. ve dvou řadách vedle sebe. Na anodách 2 se vylučuje burel, na katodách 1, vodík, čímž dochází k zaplynění mezielektrodového prostoru 5, vymezeného svislými přepážkami 2, které jsou ponořeny pod hladinu elektrolytu B. Zaplynění elektrolytu má za následek jeho proudění v mezielektrodovém prostoru 5 směrem nahoru. Tento jev je podporován i funkcí topných elementů 6, umístěných pod řadami anod 2 a katod JL. Po odplynění na hladině elektrolytu 2 proudí elektrolyt směrem dolů prostorem mezi svislými přepážkami 2 ^a podélnými stěnami elektrolyzéru a prostorem mezi oběma řadami elektrod. Samovolná cirkulace je způsobována oddělením prostoru s elektrolytem s nižší specifickou hmotností (mezielektrodový prostor 2) prostoru s elektrolytem s vyšší specifickou hmotností (prostor mezi svislými přepážkami 2 ^a stěnami elektrolyzéru a prostor mezi oběma řadami elektrod). Po instalaci svislých přepážek 2 ěinil maximální rozdíl teplot elektrolytu v nádobě elektrolyzéru ]_ - 2 °C a rozdíl koncentrací - 0,5 g H^SO^/litr, což jsou hodnoty, které byly dostatečné k vylučování burelu správné konzistence bez použití cirkulačních čerpadel či speciálních úprav anod 2 ia katod 2·The anodes 2 and the cathodes 1 are alternately arranged in two rows next to each other in the electrolyzer vessel T. At the anodes 2, the burel, at the cathodes 1, exudes hydrogen, thereby gassing the inter-electrode space 5 delimited by vertical baffles 2 which are submerged below the electrolyte B. The gassing of the electrolyte results in its upward flow in the inter-electrode space 5. This phenomenon is also supported by the function of the heating elements 6 located below the rows of anodes 2 and cathodes 11. After degassing at the level of the electrolyte 2, the electrolyte flows downwardly through the space between the vertical baffles 2 ^{and the} longitudinal walls of the electrolyzer and the space between the two electrode rows. The spontaneous circulation is caused by the separation of the electrolyte compartment having a lower specific gravity (inter-electrode compartment 2) of the electrolyte compartment having a higher specific gravity (the space between the vertical baffles 2 ^{and the} cell walls and the space between the two electrode rows). After the installation of the vertical baffles 2, the maximum electrolyte temperature difference in the electrolyzer vessel was _2 ° C and the concentration difference was g0.5 g H ^SO ^ / liter, which were sufficient to eliminate the burel of proper consistency without the use of circulation pumps. or special anode 2 and cathode 2 treatments ·

Claims

An electrolyzer for the manufacture of manganese dioxide from a manganese sulphate solution, consisting of a vessel in which anodes and cathodes are alternately suspended, characterized in that each row of electrodes is surrounded on both sides by vertical baffles (3) for channeling electrolyte flow in the inter-electrode space ( 5) upwards.