DE1022562B

DE1022562B - Support for mercury cathodes of the vertical cell type

Info

Publication number: DE1022562B
Application number: DES42093A
Authority: DE
Inventors: Charles Deprez; Jean Clement
Original assignee: Solvay SA
Current assignee: Solvay SA
Priority date: 1954-01-27
Filing date: 1954-12-24
Publication date: 1958-01-16
Also published as: FR1117968A; CH324663A; US2849393A

Description

DEUTSCHESGERMAN

Die Erfindung betrifft eine Kathodenausbildung für elektrolytische Zellen mit fließender Quecksilberkathode und bezieht sich insbesondere auf die Oberflächen der Träger für das Quecksilber in den Zellen vom sogenannten Vertikal typ für die Elektrolyse von Salzlösungen, deren an der Kathode entladene Kationen mit dem Quecksilber Amalgame bilden.The invention relates to a cathode design for electrolytic cells with a flowing mercury cathode and particularly relates to the surfaces of the supports for the mercury in the cells of the so-called vertical type for the electrolysis of salt solutions, their cations discharged at the cathode form amalgams with the mercury.

Bei der praktischen Gestaltung einer elektrolytischen Zelle vom Vertikaltyp besteht die Hauptschwierigkeit darin, eine dünne, gleichmäßige und kontinuierliche Quecksilberfläche zu erhalten, die vollkommen die den Träger des Quecksilbers darstellende Metalloberfläche abdeckt. Diese Ouecksilberfläche hat die ausgesprochene Neigung, zu zerreißen oder sich in Form von Flüssigkeitsfäden netzartig zu verteilen, so daß ein mehr oder weniger großer Teil der Tragoberfläche unbedeckt bleibt, wodurch im Laufe der Elektrolyse schädliche Nebenreaktionen hervorgerufen werden.There is a major difficulty in practically designing a vertical type electrolytic cell in obtaining a thin, even and continuous surface of mercury that is perfect covers the metal surface representing the carrier of the mercury. This silver surface has the pronounced tendency to tear or to spread like a network in the form of liquid threads, so that a more or less large part of the supporting surface remains uncovered, whereby in the course of the electrolysis harmful side reactions are caused.

Bisher hat die hierdurch gestellte Aufgabe noch keine befriedigende Lösung gefunden. Man hat ein System von Stufen des Trägers vorgeschlagen, entlang deren das Quecksilber in aufeinanderfolgenden Kaskaden fließt. Man hat auch versucht, die Trennung der Oberfläche des flüssigen Metalls dadurch zu vermeiden, daß man es auf einem Träger umlaufen läßt, in den senkrechte, eng benachbarte Rillen eingeschnitten sind. Eine andere vorgeschlagene Lösung besteht in einem glatten senkrechten Träger, dessen senkrechte Ränder sich nach dem unteren Teil hin einander nähern.So far, the problem posed by this has not yet found a satisfactory solution. One has one Proposed system of stages of the carrier, along which the mercury in successive cascades flows. Attempts have also been made to avoid the separation of the surface of the liquid metal by that you let it circulate on a carrier, cut into the vertical, closely spaced grooves are. Another proposed solution consists in a smooth vertical support, its vertical Edges approach each other towards the lower part.

Von diesen Vorschlägen verringern die beiden ersten den Umfang der sekundären Reaktionen, ohne sie jedoch völlig zu beseitigen, während der dritte einen sehr bedeutenden Ouecksilberverbrauch erfordert. Weiterhin ist im letzteren Fall die Sturzgeschwindigkeit der Ouecksilberoberfläche beträchtlich und ruft starke Wirbel in dem Elektrolyten hervor. In dem besonderen Fall der Elektrolyse wäßriger Alkalichloridlösungen ist diese Erscheinung von einem fühlbaren Ausbeuteverlust infolge der Wiedervereinigung des in dem Elektrolyten gelösten Chlors mit dem amalgamierten Alkalimetall begleitet. Wegen des bedeutenden Ouecksilberverbrauchs ist die erreichte Alkalimetallkonzentration normalerweise schwach, und um für die Praxis annehmbare Konzentrationen zu erzielen, ist es nötig, große Trägerlängen vorzusehen. Daher haben diese elektrolytischen Zellen eine übermäßige Höhe.Of these suggestions, the first two reduce the scope of secondary responses without however, to eliminate them entirely, while the third requires a very considerable consumption of mercury. Furthermore, in the latter case, the falling speed of the mercury surface is considerable and creates strong eddies in the electrolyte. In the special case of electrolysis, aqueous Alkali chloride solutions are this phenomenon of a noticeable loss of yield as a result of reunification of the chlorine dissolved in the electrolyte is accompanied by the amalgamated alkali metal. Because of the significant mercury consumption, the alkali metal concentration achieved is usually weak, and in order to achieve concentrations that are acceptable in practice, it is necessary to have long carrier lengths to be provided. Therefore, these electrolytic cells have an excessive height.

Die Erfindung hat zum Ziel, diese Übelstände mittels einer Ausbildung zu vermeiden, die es ermöglicht, ■eine merkliche Verlangsamung des Rieseins der erforderlichen Quecksilbermenge zu erzielen, während dieses Metall auf der Tragoberfläche ausgebreitet Träger für Quecksilberkathoden
des senkrechten ZellentypsThe aim of the invention is to avoid these inconveniences by means of a design which makes it possible to achieve a noticeable slowdown in the amount of mercury required while this metal is spread out on the supporting surface of the carrier for mercury cathodes
of the vertical cell type

Anmelder:
Solvay & Cie., BrüsselApplicant:
Solvay & Cie., Brussels

Vertreter: Dr.-Ing. A. van der Werth, Patentanwalt,
Hamburg-Harburg 1, Wilstorfer Str. 32Representative: Dr.-Ing. A. van der Werth, patent attorney,
Hamburg-Harburg 1, Wilstorfer Str. 32

Beanspruchte Priorität:
Belgien vom 27. Januar 1954Claimed priority:
Belgium from January 27, 1954

Charles Deprez, Uccle, Brüssel,Charles Deprez, Uccle, Brussels,

und Jean Clement, Ixelles, Brüssel (Belgien),and Jean Clement, Ixelles, Brussels (Belgium),

sind als Erfinder genannt wordenhave been named as inventors

bleibt, und diese Oberfläche doch völlig mit einer dünnen Ouecksilberfläche zu bedecken. Sie ist dadurch gekennzeichnet, daß der metallische Träger des Quecksilbers mit einem Rillennetz versehen ist, dessen Rillen in entgegengesetztem Sinne geneigt sind und sich unter Winkeln kreuzen, und in der Trägerebene zwei Reiben aufeinander senkrecht stehenden Winkelhalbierenden bestimmen, von denen die der einen Reihe waagerecht liegen.remains, and yet to completely cover this surface with a thin surface of mercury. She is through it characterized in that the metallic carrier of the mercury is provided with a network of grooves, the grooves of which are inclined in the opposite sense and intersect at angles, and two in the support plane Rubbing each other to determine perpendicular bisectors, one of which is the one of the series lie horizontally.

Das Prinzip der erfindungsgemäßen Ausbildung des Kathodenträgers ist schematisch in den Fig. 1 und 2 wiedergegeben. Die Fig. 1 zeigt von vorn eine Tragfläche für das Quecksilber, die mit einer Quecksilberspeiseanordnung versehen ist. Die Fig. 2 ist ein senkrechter Schnitt durch diesen Träger. Der Träger 1 ist mit Rillen 2 und 3 versehen, die in diesem besonderen Fall aufeinander senkrecht stehen. An Träger 1 ist ein an sich bekanntes Gefäß 4 mit Wehr oder Überlauf 7 befestigt, das den Quecksilbervorrat 5 durch eine Leitung 6 empfängt.The principle of the design of the cathode support according to the invention is shown schematically in FIGS. 1 and 2 reproduced. Fig. 1 shows from the front a support surface for the mercury, which is provided with a mercury feed arrangement is provided. Fig. 2 is a vertical section through this carrier. The carrier 1 is provided with grooves 2 and 3, which in this particular case are perpendicular to each other. On carrier 1 is a known vessel 4 with weir or overflow 7 attached, which the mercury supply 5 through a line 6 receives.

Das über den Überlauf 7 hinübergehende Quecksilber ergießt sich über den Träger 1 in sehr dünner Schicht von der Größenordnung eines Zehntelmillimeters. Sein senkrechter Sturz wird durch die Rillen abgebremst, deren Tiefe etwa 0,3 mm und deren Breite etwa 1,5 mm ist. Die im entgegengesetzten Sinn schrägen Rillen, die eine Quadrierung bilden, deren Quadrate eine Seitenlänge von ungefähr 4 mm besitzen, führen einen Teil des Quecksilbers gegen die äußeren Ränder des Trägers und verteilen es so unter Aufrechterhaltung einer völligen Kontinuität der Ouecksilberfläche auf dem waffelartigen Träger.The mercury passing over the overflow 7 pours over the carrier 1 in a very thin form Layer of the order of a tenth of a millimeter. Its vertical fall is due to the grooves braked, the depth of which is about 0.3 mm and whose width is about 1.5 mm. Those inclined in the opposite sense Grooves that form a squaring, the squares of which have a side length of approximately 4 mm, lead some of the mercury against the outer edges of the support and thus distribute it while maintaining it a complete continuity of the mercury surface on the waffle-like support.

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Beispielsweise wurde eine in der angegebenen Weise gerillte Trägerplatte mit Quecksilber bespeist, und zwar mit 1 1 in der Minute pro Meter der Trägerbreite. Der so ausgebildete Katbodenträger wurde in einer elektrolytischen Zelle mit einer Kathodenstromdichte von 30 Amp./dm² verwendet und lieferte ein Amalgam, dessen Konzentration an Alkalimetall 0,5 Gewichtsprozent war. Dabei betrug die Nutzhöhe der Kathode etwa 2 m.For example, a carrier plate grooved in the manner indicated was fed with mercury at 1 liter per minute per meter of carrier width. The cathode carrier thus formed was used in an electrolytic cell with a cathode current density of 30 amps / dm ² and produced an amalgam whose alkali metal concentration was 0.5 percent by weight. The usable height of the cathode was about 2 m.

Die durch die Rillung hervorgerufene Wirkung des Abbremsen« und Ausbreitens des Quecksilbers schwankt hauptsächlich als Funktion der Viskosität und der Oberflächenspannung des Amalgams, das sich über den metallischen Träger ergießt. Diese Faktoren nehmen in stetiger Weise über die Länge des Quecksilberweges zu. Um diesen Schwankungen Rechnung zu tragen, können die ein Netz darstellenden Rillen nicht mehr parallel sein. Die Winkel, die sie mit der Waagerechten bilden, werden in dem Maße größer, als sie sich dem unteren Teil des Trägers nähern, Jedoch scheint ein Winkel von 45° eine annehmbare Höchstgrenze zu sein.The effect of the slowing down and spreading of the mercury caused by the grooving varies mainly as a function of the viscosity and surface tension of the amalgam that is poured over the metallic carrier. These factors increase in a steady manner over the length of the mercury route to. In order to take these fluctuations into account, the grooves, which form a network, can be used no longer be parallel. The angles that they form with the horizontal become larger to the extent that they approach the lower part of the beam. However, an angle of 45 ° seems an acceptable maximum limit to be.

Die Tragflächen können je nach den Umständen eben oder gekrümmt sein. Bei einer senkrechten Zelle kann der Träger rohrförmige Gestalt haben, und jede der zwei Rillenreihen stellt dann eine oder mehrere Schraubenlinien dar. Die Schraubenlinien können von konstanter Steigung sein. Wenn man der Zunahme der Viskosität und/oder der Oberflächenspannung des Amalgams Rechnung zu tragen wünscht, kann die Steigung veränderlich sein und sich gegen das untere Ende des Trägers vergrößern.The wings can be flat or curved, depending on the circumstances. With a vertical cell the carrier can have a tubular shape, and each of the two rows of grooves then provides one or more The helical lines can be of constant slope. Given the increase in Desires to take into account the viscosity and / or the surface tension of the amalgam, the Incline be variable and increase towards the lower end of the beam.

Die Tragflächen können von auf einer oder beiden Flachem gerillten Platten gebildet sein. Diese Platten können in ihrem Innern eine Umlaufeinrichtung für ein Heiz- oder Küblfluidum besitzen.The airfoils can be formed by plates grooved on one or both of the planes. These plates can have a circulation device for a heating or Küblfluidum inside.

Beispielsweise ist in Fig. 3 eine aus einem flachen eisernen Hohlkörper bestehende und auf beiden Flächen aktive Kathode dargestellt. Die Kathode besitzt zwei gegenüberliegende gerillte Oberflächen 8, deren obere waagerechte Kanten 9 Überläufe 10 bilden, die aus einem Ouecksilbervorrat gespeist werden, der sich in zwei durch eine Rippe 12 getrennten Ausnehmungen 11 befindet. Das Quecksilber kommt aus Rohren 13, ergießt sich über die Überläufe 10 und rieselt über die gerillten Oberflächen 8. Das im Laufe der Elektrolyse gebildete Amalgam wird nach einem Sammler 14 geleitet, von wo es durch ein Rohr 15 die elektrolytreche Zelle verläßt. Die Kathode ist mit dem Stromnetz durch eine Leitung 16 verbunden. Der Umlauf des Heiz- oder Kühlfluidums ist durch Leitungen 17 und 18 ermöglicht.For example, in Fig. 3 there is one consisting of a flat iron hollow body and on both Area active cathode shown. The cathode has two opposite grooved surfaces 8, the upper horizontal edges of which form 9 overflows 10, which are fed from a mercury supply, which is located in two recesses 11 separated by a rib 12. The mercury is coming from pipes 13, pours over the overflows 10 and trickles over the grooved surfaces 8. That in the course the electrolysis formed amalgam is passed to a collector 14, from where it is through a pipe 15 the electrolyte-rich cell leaves. The cathode is connected to the power grid by a line 16. The circulation the heating or cooling fluid is made possible by lines 17 and 18.

Die nicht mit Quecksilber bedeckten metallischen Oberflächen dürfen nicht in Berührung mit dem Elektrolyten gebracht werden. Deshalb sind sie mit einer isolierenden Schutzschicht überzogen. Diese Isolierung kann durch einen sich über die Rippe 12, die Stromzufuhr 16, die Ouecksilbereinlässe 13 und über den Sammler 14 erstreckenden festhaftenden Überzug bewirkt werden. Aus baulichen Gründen können die seitlichen Flächen 19 des Kathodenkörpers vorteilhafterweise mit einer elastischen Isolierschicht 20 bedeckt werden, die auf den Kathodenkörper durch Endplatten 21 (aus einem durch eine Isolierschicht geschütztem Metall) gedrückt ist. Die Endplatten werden an ihrem Platz durch Schrauben 22 gehalten, die auf Stäbe 23 mit Zwischenlage von Scheiben 24 geschraubt sind. Die Leitungen 17 und 18 gehen durch die Isolierschicht 20 und die Platte 21 und sind mit auf Scheiben 26 angebrachten Schrauben 25 befestigt. Nach dem Zusammenbauen werden die nicht geschützten Metallenden, die in die Platten 21 hineingehen, ebenfalls mit einem isolierenden Schutzüberzug bedeckt.The metallic surfaces not covered with mercury must not come into contact with the electrolyte to be brought. That is why they are covered with an insulating protective layer. This isolation can by one over the rib 12, the power supply 16, the Ouecksilbereinlätze 13 and over the Collector 14 extending adherent coating are effected. For structural reasons, the Lateral surfaces 19 of the cathode body are advantageously covered with an elastic insulating layer 20 that are attached to the cathode body by end plates 21 (made of a material protected by an insulating layer Metal) is pressed. The end plates are held in place by screws 22 which are screwed onto rods 23 with washers 24 in between. Lines 17 and 18 go through the insulating layer 20 and the plate 21 and are fastened with screws 25 mounted on washers 26. Once assembled, the unprotected metal ends that go into the panels 21 will also be covered with an insulating protective coating.

Claims

Patent claims:

1. The carrier for flowing mercury that conducts electricity as a cathode in cells of the vertical type for the electrolysis of saline solutions, characterized in that its dated Mercury overflowing surface has a network of grooves, the grooves of which intersect at angles and determine two rows of perpendicular bisectors in the support plane, of which those of the one row lie horizontally.

2. Carrier according to claim 1, characterized in that the angles between the groove direction and the horizontal towards the lower edge of the support become larger.

3. Carrier according to claim 1 or 2, characterized in that that its surface is a plane.

4. Carrier according to claim 1 or 2, characterized in that its surface is curved.

5. Carrier according to claim 4, characterized in that it is a vertical cylinder.

6. Carrier according to one of claims 1 to 5, characterized in that it is for passing through a heating or cooling means is hollow.

1 sheet of drawings