DE1214007B

DE1214007B - Method and cell for the production of alkali metals, in particular sodium, and for the production of chlorine by fused-salt electrolysis

Info

Publication number: DE1214007B
Application number: DEC23860A
Authority: DE
Inventors: Joshua Szechtman
Original assignee: Chlormetals Inc
Current assignee: Chlormetals Inc
Priority date: 1960-04-14
Filing date: 1961-04-12
Publication date: 1966-04-07
Also published as: BE602547A; FI40751B; IT649601A; GB986223A; NL263306A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. α.:Int. α .:

C22dC22d

Deutsche KL: 40 c-5/06German KL: 40 c-5/06

Nummer: 1214007Number: 1214007

Aktenzeichen: C 23860 VI a/40 cFile number: C 23860 VI a / 40 c

Anmeldetag: 12. April 1961 Filing date: April 12, 1961

Auslegetag: 7. April 1966Opening day: April 7, 1966

Die zur Durchführung der Elektrolyse schmelzflüssiger Alkalichloride oder schmelzflüssiger Mischungen von Alkali- und Erdalkalichloriden zwecks Herstellung von Alkalimetallen, besonders von Natrium, und Gewinnung von Chlor bekannten Zellen gehören im allgemeinen dem sogenannten vertikalen Typ an. In diesen Zellen sind die Anoden vertikal in der Zellkammer neben den Kathoden angeordnet, oder jede Anode hat die Form eines Zylinders und ist mit einer ebenfalls zylindrischen Kathode umgeben. Dieser Art ist die bekannte Downs-Zelle. Es sind auch Elektrolysezellen des vertikalen Typs bekannt, bei denen die Elektroden oder eine von ihnen mit einer Anzahl von die Elektrodenwand durchziehenden und über die Elektrodenfläche verteilten Durchlassen versehen sind. Desgleichen kennt man Zellen für die Elektrolyse geschmolzener Salze mit in der Mitte angeordneter Anode aus Graphit, die einen über Durchlässe in der Anodenwand mit ihrer aktiven Außenfläche verbundenen zentralen Hohlraum besitzen.Those for carrying out the electrolysis of molten alkali chlorides or molten mixtures of alkali and alkaline earth chlorides for the production of alkali metals, especially sodium, and production of chlorine known cells are generally of the so-called vertical type. In these cells, the anodes are arranged vertically in the cell chamber next to the cathodes, or each anode has the shape of a cylinder and is surrounded by a cathode which is also cylindrical. This Art is the well-known Downs cell. There are also known electrolytic cells of the vertical type which the electrodes or one of them with a number of pulling through the electrode wall and passages distributed over the electrode surface are provided. Cells are known in the same way for the electrolysis of molten salts with a graphite anode arranged in the middle, the one Central cavity connected to its active outer surface via passages in the anode wall own.

Auch horizontale Zellen für die Elektrolyse geschmolzener Salze sind bekannt, bei denen eine Reihe von horizontal verlaufenden Anoden von der Decke der Zelle herabhängend oberhalb der Kathode angeordnet sind.Horizontal cells for the electrolysis of molten salts are also known, in which a number arranged hanging down from the ceiling of the cell by horizontally extending anodes above the cathode are.

Beim Betrieb der vertikalen wie der horizontalen Zellen treten Schwierigkeiten hinsichtlich der Entfernung des Chlorgases auf, das während der Elektrolyse freigesetzt wird. Das aus solchen Zellen normal gewonnene Chlor enthält beträchtliche Mengen von Verunreinigungen, die daher rühren, daß das Chlor nach seiner Freisetzung zwischen den sich gegenüberliegenden Anoden- und Kathodenflächen durch die Masse des geschmolzenen Elektrolyten hindurch aufsteigen muß, bis es oberhalb der Oberfläche des Elektrolyten aufgefangen und durch eine Austragleitung aus der Zelle ausgetragen wird. Während des Aufsteigens kommt das Chlor nicht nur mit dem geschmolzenen Elektrolyten, sondern auch mit den Kammerwänden in Berührung, die gewöhnlich aus Eisen, Stahl oder einem feuerfesten Material bestehen, mit denen sich das Chlorgas zum Teil umsetzt. So entstehen lästige Verunreinigungen des Chlorgases. Hinzu kommt, daß das Chlor während des Aufsteigens oft mit kleinen Mengen Sauerstoff in Berührung kommt. Die dabei entstehenden Reaktionsprodukte verunreinigen ebenfalls das Chlor.Removal difficulties arise in the operation of the vertical as well as the horizontal cells of the chlorine gas released during electrolysis. That from such cells is normal recovered chlorine contains considerable amounts of impurities, which result from the chlorine after its release between the opposing anode and cathode surfaces by the The mass of the molten electrolyte must rise through it until it is above the surface of the Electrolyte is collected and discharged from the cell through a discharge line. During the As the chlorine rises, it comes not only with the molten electrolyte, but also with the Chamber walls in contact, usually made of iron, steel or a refractory material, with which the chlorine gas is partially converted. This creates annoying contamination of the Chlorine gas. In addition, the chlorine often with small amounts of oxygen during the ascent comes into contact. The resulting reaction products also contaminate the chlorine.

Bei den vertikalen Zellen, z.B. bei den Downs-Zellen, treten weitere Schwierigkeiten auf. Hier muß das freigesetzte Metall ebenfalls durch die Masse des geschmolzenen Elektrolyten hindurch aufsteigen. Zur Verfahren und Zelle zur Herstellung von
Alkalimetallen, insbesondere von Natrium, und
zur Chlorgewinnung durch
SchmelzflußelektrolyseWith the vertical cells, for example the Downs cells, further difficulties arise. Here the released metal must also rise through the bulk of the molten electrolyte. To the method and cell for the production of
Alkali metals, especially sodium, and
for chlorine production by
Molten electrolysis

Anmelder:Applicant:

Chlormetais Incorporated,Chlormetais Incorporated,

New York, N. Y. (V. St. A.)New York, N.Y. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dipl.-Chem. Dr. jur. W. Beil, A. Hoeppener
und Dr. H. J. Wolff, Rechtsanwälte,
Frankfurt/M.-Höchst, Adelonstr. 58Dipl.-Chem. Dr. jur. W. Beil, A. Hoeppener
and Dr. HJ Wolff, lawyers,
Frankfurt / M.-Höchst, Adelonstr. 58

Als Erfinder benannt:Named as inventor:

Joshua Szechtman, Byram, Conn. (V. St. A.)Joshua Szechtman, Byram, Conn. (V. St. A.)

Beanspruchte Priorität:Claimed priority:

V. St. v. Amerika vom 14. April 1960 (22160)V. St. v. America April 14, 1960 (22160)

Trennung des Chlors von dem Metall hat man ein Diaphragma oder Gazenetz zwischen die Anode und die Kathoden eingeschoben. Dieser Ausweg erwies sich zwar bis zu einem gewissen Grade als wirksam, doch konnte nicht verhindert werden, daß sich gelegentlich das entstandene Chlorgas mit dem freigesetzten Metall wieder verband. Das erhaltene Salz mußte erneut elektrolysiert werden, wodurch der Stromverbrauch erhöht und die Gesamtleistung gleichzeitig verringert wurde. Die Diaphragma-Elektrolysezellen sind Anoden mit Durchlässen in den seitlichen Anodenwänden gleichfalls bekannt.To separate the chlorine from the metal there is a diaphragm or gauze mesh between the anode and the cathodes inserted. This way out proved to be effective to a certain extent, but it could not be prevented that the resulting chlorine gas occasionally mixes with the released one Metal reconnected. The salt obtained had to be electrolyzed again, whereby the Power consumption increased and the overall performance decreased at the same time. The diaphragm electrolytic cells anodes with passages in the side anode walls are also known.

Die Erfindung hat ein Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallen, insbesondere von Natrium, und zur Gewinnung des in einer Zelle für die elektrolytische Zersetzung von geschmolzenen Alkali- und/ oder Erdalkalichloriden freigesetzten Chlorgases zum Gegenstand, bei dem das Chlorgas nicht durch die Masse des Elektrolyten hindurch aufsteigt oder mit den Kammerwänden in Berührung kommt und ohne daß ihm die Möglichkeit gegeben wird, sich mit dem freigesetzten Metall wieder zu verbinden.The invention has a process for the production of alkali metals, particularly sodium, and to obtain the in a cell for the electrolytic decomposition of molten alkali and / or alkaline earth chlorides released chlorine gas to the object, in which the chlorine gas is not through the Mass of the electrolyte rises through or comes into contact with the chamber walls and without that it is given the opportunity to reconnect with the released metal.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß das zwischen Kathode und Anode in Freiheit gesetzte Chlor in das Innere der Anode und von dort unter Vermeidung einer unmittelbaren Berührung mit der Hauptmasse des geschmolzenenThe method according to the invention is characterized in that the between the cathode and anode released chlorine into the interior of the anode and from there while avoiding an immediate Contact with the bulk of the molten

609 557/266609 557/266

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Elektrolyten aus der Zelle heraus nach draußen ge- Chlorabzugsweg 34 enthält, der der Gasentfernung leitet wird, gegebenenfalls unter Anlegung eines von dient und der in direkter Verbindung steht mit dem außen wirkenden Sogs. Mitteldurchgang der Anode.Electrolytes out of the cell to the outside. Chlorine removal path 34 contains the gas removal is directed, if necessary with the creation of one of serves and which is in direct connection with the external suction. Central passage of the anode.

Die Verbindung zwischen der aktiven Außen- Wird die Erfindung auf eine Zelle der horizonta-The connection between the active outer- Will the invention be applied to a cell of the horizontal

fläche der Anode, an die das Chlorgas herantritt, 5 len Art angewendet, so versieht man die untere und dem inneren Hohlraum der Anode wird durch Fläche jeder Anode mit einer Vielzahl von Öffnuneine Vielzahl von öffnungen in der Außenfläche der gen und das innere des Anodenblocks mit einer Anode hergestellt, die in Durchlässe in der Anoden- Kammer oder einem Durchgang, mit dem die öffwand einmünden, in die das freigesetzte Chlorgas nungen in Verbindung stehen. Die Anodenschäfte auf Grund seiner Anziehung an den positiven Pol io 74, die die Anodenblöcke tragen, sind ihrerseits mit hineingezogen wird. Durch Ableitungen, in die der einem Chlorabzugsweg 34^4 versehen, der mit dem innere Hohlraum der Anode direkt übergeht und die Durchgang in dem zugeordneten Anodenblock direkt aus der Zelle herausführen — vorteilhaft bestehen verbunden ist, und die aus Graphit bestehende ZeI-sie wie die Anode aus Graphit —, geh'ngt die direkte lendecke 70 enthält einen oder mehrere zentrale Austragung des Chlorgases aus dem Raum zwischen 15 Hohlräume 26A, mit denen die Chlorabzugswege Anode und Kathode aus der Elektrolysekammer und 34^4 in den Schäften in direkter Verbindung stehen, der Zelle heraus, ohne daß das Chlor die Kammer- Die Zellendecke 70 ist auch mit einer Leitung 30 wände oder andere verunreinigende Oberflächen be- zur Austragung des Gases versehen oder verbunden, rührt und ohne daß es mit dem freigesetzten Metall wobei diese Leitung ihrerseits mit dem Durchgang in Berührung kommt. 20 oder Durchgängen 26^4 in der Decke in Verbindungsurface of the anode, to which the chlorine gas comes up, 5 len type is applied, so one provides the lower and the inner cavity of the anode is provided by surface of each anode with a multitude of openings a multitude of openings in the outer surface of the gene and the inside of the anode block with an anode is produced, which is connected to passages in the anode chamber or a passage with which the opening wall opens and into which the released chlorine gas is connected. The anode shafts because of its attraction to the positive pole 74, which carry the anode blocks, are in turn drawn into it. By outlets, in which a chlorine discharge path 34 ^ 4 is provided, which merges directly with the inner cavity of the anode and the passage in the associated anode block lead directly out of the cell - is advantageously connected, and the graphite cell like the Anode made of graphite -, the direct loin cover 70 contains one or more central discharge of the chlorine gas from the space between 15 cavities 26A, with which the chlorine extraction channels anode and cathode from the electrolysis chamber and 34 ^ 4 in the shafts are in direct connection, The cell ceiling 70 is also provided with a conduit 30 walls or other contaminating surfaces for discharging the gas or connected, without the chlorine being released from the cell, this conduit in turn with the Passage comes into contact. 20 or passages 26 ^ 4 in connection in the ceiling

Bei der Ausübung des erfindungsgemäßen Verfah- steht.When practicing the method according to the invention is.

rens unter Anwendung üblicher Temperaturen, Fig. 1 zeigt eine vertikale Schnittansicht einerrens using normal temperatures, Fig. 1 shows a vertical sectional view of a

Stromdichten und anderer Arbeitsbedingungen, wie vertikalen Elektrolysezelle, die Merkmale der vorsie z.B. im Buch von D. W. F. Hardie, »Electro- Hegenden Erfindung enthält;Current densities and other working conditions, such as vertical electrolytic cell, the characteristics of the vorsie e.g. in the book by D. W. F. Hardie, “Electro-Hegenden Invention Contains;

lytic Manufacturing of Chemical from Salt«, 1959, 25 Fi g. 2 ist eine horizontale Schnittansicht der Zelle S. 30/31, beschrieben werden, wird das Chlor, das nach Fig. 1, etwa entlang der Linie 2-2 der Fig. 1; zwischen der Anode und den Kathoden aus dem Salz Fig. 3 ist eine Seitenansicht einer horizontalenlytic Manufacturing of Chemical from Salt ", 1959, 25 Fi g. 2 is a horizontal sectional view of the cell P. 30/31, the chlorine that is shown in FIG. 1, approximately along the line 2-2 of FIG. 1; between the anode and the cathodes of the salt Fig. 3 is a side view of a horizontal

freigesetzt wurde, zur Anode gezogen, gelangt durch Elektrolysezelle mit erfindungsgemäßen Merkmalen; die Durchlässe in der Anodenwand in den inneren diese Seitenansicht ist im Teilausschnitt gezeigt, um Hohlraum der Anode, fließt dann in das Innere der 30 Einzelheiten der Konstruktion besser hervortreten zu Ableitung und wird aus der Zelle ausgetragen. Man lassen;was released, drawn to the anode, passed through electrolytic cell with features according to the invention; the passages in the anode wall in the inner part of this side view is shown in order to Cavity of the anode, then flows into the interior of the 30 details of the construction better to emerge Derivation and is discharged from the cell. One let;

wird erkennen, daß auf diese Weise das entwickelte Fig. 4 ist eine von unten wiedergegebene Ansichtit will be seen that the developed in this way Figure 4 is a view from below

Chlor praktisch sofort nach seiner Bildung von der der in Fig. 3 gezeigten Konstruktion.
Stelle seiner Freisetzung abgezogen und aus der Zelle Die Fig. 1 und 2 zeigen eine vertikal angeord-Chlorine of the construction shown in FIG. 3 practically immediately after its formation.
Location of its release and withdrawn from the cell Figs. 1 and 2 show a vertically arranged

herausgeführt wird, ohne daß es mit dem freigesetz- 35 nete Elektrolysezelle 10 mit Seitenwänden 12 und ten Metall oder mit verunreinigenden Oberflächen in einem Boden 13, die eine Elektrolysekammer bilden, Berührung kommt. in der ein geschmolzener Elektrolyt 15, z.B. ge-is led out without it being released with the electrolysis cell 10 with side walls 12 and th metal or with contaminating surfaces in a floor 13, which form an electrolysis chamber, Touch comes. in which a molten electrolyte 15, e.g.

Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren erhält schmolzenes Natriumchlorid, enthalten ist. Von dem man praktisch reines Chlor. Während die Zelle arbei- Boden 13 aufwärts erstreckt sich die zylindrische tet, kann eine eventuell nur schwache Saugwirkung 40 Anode 18, und einwärts durch geeignete Öffnungen auf die Ableitung ausgeübt werden, um den Gas- in den Wänden 12 verlaufen Kathodenelemente 20 fluß durch die Durchlässe und das hohle Innere der von üblicher Form. Die Umkleidungen 22 aus elek-Anode sowie die an das Anodeninnere anschließende trisch isolierendem Material umgeben die Kathoden-Ableitung aus der Zelle heraus zu beschleunigen. Schäfte, wobei sie durch die Zellenwände hindurch-The process according to the invention gives molten sodium chloride which is contained. Of the one practically pure chlorine. While the cell work- bottom 13 extends upwards the cylindrical tet, a possibly only weak suction 40 can anode 18, and inward through suitable openings on the discharge, cathode elements 20 run around the gas in the walls 12 flow through the passages and the hollow interior of the usual shape. The casings 22 are made of elec-anode and the trisch insulating material adjoining the interior of the anode surround the cathode discharge line to accelerate out of the cell. Shafts, whereby they pass through the cell walls

Gegenstand der Erfindung sind ferner Elektrolyse- 45 laufen, so daß ein gegenüber Flüssigkeit dichter Abzellen für die Durchführung des erfindungsgemäßen schluß gebildet wird und die Kathoden von den ZeI-Verf ahrens, wobei die Anode einen durch kanalartige lenwanden isoliert werden. Ein gewöhnliches zylin-Öffnungen (Durchlässe) mit dem Kathoden-Anoden- drisches Diaphragma 24 ist um die Anode herum Zwischenraum verbundenen zentralen Hohlraum zwischen der Anodenoberfläche und den Oberflächen aufweist. Die Elektrolysezellen nach der Erfindung 50 der Kathoden angeordnet. Die Anode und die sind dadurch gekennzeichnet, daß der zentrale Hohl- Kathoden sind auf übliche Weise mit elektrischen raum der Anode mit Einrichtungen versehen ist zum Leitern verbunden, um so den Stromdurchfluß durch Abzug des Chlors direkt aus dem unmittelbaren Be- die Zelle zu ermöglichen. Übliche (nicht eingezeichreich des Elektrodenabstands aus der Zelle hinaus, nete) Vorrichtungen sind oberhalb der Oberfläche wobei alle Chlorabzugswege Oberflächen haben, die 55 des geschmolzenen Elektrolyten angebracht, um das nicht mit Chlor reagieren. während der Elektrolyse gewonnene Metall, z. B.The invention also relates to electrolysis, so that cell removal is impervious to liquids for the implementation of the circuit according to the invention is formed and the cathodes of the ZeI-Verf ahrens, the anode being insulated by channel-like walls. An ordinary zylin-openings (Passages) with the cathode-anodic diaphragm 24 is around the anode Intermediate central cavity between the anode surface and the surfaces having. The electrolytic cells according to the invention 50 arranged the cathodes. The anode and the are characterized in that the central hollow cathodes are in the usual way with electrical Space of the anode is provided with facilities for conductors connected so as to allow current to flow through it Allow the chlorine to be withdrawn directly from the immediate area. Usual (not marked the electrode spacing out of the cell, nete) devices are above the surface all of the chlorine evacuation passages having surfaces attached to the molten electrolyte to remove the do not react with chlorine. metal recovered during electrolysis, e.g. B.

Wendet man die Erfindung auf eine vertikale Zelle Natrium, aufzufangen. Geeignete Vorrichtungen, der vorstehend genannten Art an, bei der zylinder- um Strom in die Zelle zu leiten und um das Metall förmige Graphitanoden mit diese umgebenden Katho- aufzufangen, sind z. B. auf Seite 30 des obengenannden zur Verwendung kommen, dann werden die öff- 60 ten Buches von D. W. F. Hardie gezeigt. Nach nungen über den Teil der gekrümmten Oberfläche dieser Veröffentlichung bestehen die Zellenwände der Anode verteilt, der der die Anode umgebenden zweckmäßig aus Stahl und können mit Stein verklei-Kathode oder Kathoden gegenüberliegt. Innen in der det sein.Applying the invention to a vertical cell to trap sodium. Suitable devices of the type mentioned above, in the case of the cylinder, in order to conduct electricity into the cell and around the metal shaped graphite anodes with these surrounding cathodes are z. B. on page 30 of the above are used, then the open books by D. W. F. Hardie are shown. To The cell walls consist of openings across the portion of the curved surface of this publication The anode is distributed, the one surrounding the anode is expediently made of steel and can be clad with stone or cathodes opposite. To be inside the det.

Anode befindet sich ein Mitteldurchgang, mit dem Die Anode 18 weist einen zentralen Hohlraum 26The anode has a central passage with which the anode 18 has a central cavity 26

die Öffnungen in Verbindung stehen. Die Anode 65 auf, und der diesen umgebende Anodenteil enthält selbst ist dabei mit einer Graphit-Ableitung 30 ver- eine Vielzahl von kanalartigen Öffnungen 28, die bunden, die vom oberen Teil der Anode aus der zwischen der aktiven Außenfläche der Anode und Zelle herausführt, wobei auch die Ableitung einen dem zentralen Hohlraum 26 verlauf en. Wie in F i g. 1the openings are in communication. The anode 65, and the anode part surrounding it contains itself is connected to a graphite discharge line 30 with a multiplicity of channel-like openings 28 which bonded from the upper part of the anode from between the active outer surface of the anode and Cell leads out, the discharge line also running in a central cavity 26. As in Fig. 1

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dargestellt, sind die zur Mitte des Anodenrumpfes verwendet werden. In ähnlicher Weise wird die führenden öffnungen 28 leicht nach oben geneigt, sie Decke gegenüber dem Zellenkörper gut elektrisch können aber auch horizontal verlaufen oder aber isoliert, und da es sich um einen Leiter von Elektroeinen Neigungswinkel aufweisen, der kleiner oder lysestrom handelt, wird dieser zweckmäßig mit einem größer als der eingezeichnete ist. Die Anzahl der 5 elektrischen Isoliermittel umkleidet.
Öffnungen 28 kann schwanken, doch sind letztere Erfindungsgemäß werden die Anodenblöcke, die vorzugsweise so zahlreich wie möglich, ohne jedoch Anodenschäfte und die Decke mit untereinander in die Anodenwand in unzulässiger Weise zu schwächen Verbindung stehenden Öffnungen und Kanälen ver- oder die aktive Oberfläche der Anode zu stark zu sehen, durch die entstandenes Chlor von der Stelle verringern. Auch der Durchmesser der Öffnungen io seiner Bildung zu einem Punkt außerhalb der Zelle kann schwanken, doch müssen sie natürlich so groß geführt wird, wobei das Chlorgas sowenig wie mögsein, daß das entwickelte Gas in gewünschter Weise lieh mit verunreinigenden Oberflächen in Berührung hineinfließen kann. Vorzugsweise beträgt ihr Durch- kommt. Wie in F i g. 3 bis 5 dargestellt, weist also messer nicht mehr als 3,2 mm. Eine erfmdungsgemäß jeder Anodenblock 18 einen zentralen Hohlraum 26 geeignete Zelle hat z. B. 54 Öffnungen je 100 cm² 15 auf, und eine Vielzahl Öffnungen 28 verlaufen nach aktiver Anodenoberfläche, wobei jede der Öffnungen unten aus dieser Kammer zur aktiven Bodenfläche einen Durchmesser von 3,2 mm hat. Jedoch kann die der Anode. Die Öffnungen 28 sind zweckmäßig in Anzahl der öffnungen auch kleiner oder wesentlich Zahl und Größe den vorstehend beschriebenen Öffgrößer, z. B. zwei bis dreimal so groß, sein. An ihrem nungen ähnlich, können jedoch gegebenenfalls geoberen Ende ist die Anode 18 entweder direkt fest 20 neigt sein. Auch die Decke 70 enthält einen zentralen oder in einer anderen, gegenüber Flüssigkeit abge- Hohlraum 26^4, der durch das in jedem Anodendichteten Weise mit einer Graphit-Ableitung 30 ver- schaft 74 befindliche Bohrloch 34^4 mit den Kambunden, die aufwärts und dann seitlich verläuft und mern 26 der Anoden in Verbindung steht. Die Verdurch eine geeignete Öffnung in der Wand 12 läuft, bindungen zwischen den Schäften und der Decke und wobei eine Umkleidung ähnlich den Umkleidungen 25 zwischen den Schäften und den Anodenblöcken wer-22 die gewünschte Abdichtung und elektrische Isolie- den gasdicht gemacht. Die Decke 70 ist mit einem rung herstellt. Wie in Fig. 1 gezeigt, enthält die Graphitansatz38 verbunden, der seinerseits mit der Ableitung 30 einen Chlorabzugsweg 34, der an Deckenkammer 26^4 in Verbindung steht und an den seinem unteren Ende in direkter Verbindung steht eine (nicht eingezeichnete) Austragleitung angemit dem oberen Ende des zentralen Hohlraumes 26 30 schlossen sein kann, um das Chlor durch eine zweckin dem Rumpf der Anode 18. Außerhalb der Seiten- mäßige Vorrichtung aus der Zelle herauszuführen, wand 12 kann das Austragende der Ableitung 30 mit Durch die Verbindung mit der Ableitung 30 wird in einer (nicht eingezeichneten) Leitung von geeigneter geeigneter Weise eine elektrische Isolierung zwischen Form und zweckmäßig aus Graphit bestehend oder der Leitung und der Ableitung hergestellt, und jeder mit Graphit ausgekleidet verbunden sein, um das er- 35 Teil der aus der Decke herausragenden Ableitung haltene Chlor aus der Zelle heraus, z. B. zur Weiter- wird entsprechend elektrisch isoliert. In der Decke behandlung zu leiten. Zwischen der Austragsleitung 70 wird ein zweiter Austragkanal 90, der gespundet und dem Ansatz wird eine elektrische Isolierung vor- sein kann, um das Eindringen von Luft zu vermeigesehen, und jeder Teil der aus der Wand 12 heraus- den, vorgesehen, um die Elektrolysekammer oberragenden Ableitung wird in geeigneter Weise elek- 40 halb des Spiegels des Elektrolyten 64 -belüften zu irisch isoliert. können.shown are those used towards the center of the anode body. In a similar way, the leading openings 28 are inclined slightly upwards, but they can also run horizontally or isolated from the ceiling with respect to the cell body with one larger than the one drawn. The number of 5 electrical insulators cased.
Openings 28 can vary, but according to the invention, the anode blocks, which are preferably as numerous as possible, but without the anode shafts and the cover with openings and channels interconnected in an inadmissible manner in the anode wall, or the active surface of the anode are closed can be seen strongly, reducing the chlorine produced by the site. The diameter of the openings as it is formed at a point outside the cell can also vary, but of course they must be made so large, the chlorine gas being as little as possible so that the evolved gas can flow into it in the desired manner in contact with contaminating surfaces. Preferably it is through. As in Fig. 3 to 5 shown, so the knife does not exceed 3.2 mm. According to the invention, each anode block 18 has a central cavity 26 suitable cell, for. B. 54 openings per 100 cm ² 15, and a plurality of openings 28 extend to the active anode surface, each of the openings from the bottom of this chamber to the active bottom surface has a diameter of 3.2 mm. However, that of the anode. The openings 28 are expedient in number of openings also smaller or substantially the number and size of the opening described above, z. B. two to three times as large. Similar to their openings, but the anode 18 can either be directly inclined at the top end, if necessary. The ceiling 70 also contains a central cavity or another cavity 26 ^ 4 which is sealed off from liquid and which is passed through the borehole 34 ^ 4, which is located in each anode-sealed manner with a graphite discharge line 30, with the cam ties that extend upwards and downwards then runs laterally and mern 26 of the anodes is in connection. The passage through a suitable opening in the wall 12, bonds between the shafts and the ceiling and with a jacket similar to the jackets 25 between the shafts and the anode blocks making the desired sealing and electrical insulation gas-tight. The ceiling 70 is made with a ring. As shown in Fig. 1, contains the graphite extension 38 connected, which in turn with the discharge line 30 is a chlorine discharge path 34, which is in connection with the ceiling chamber 26 ^ 4 and at its lower end is in direct connection with a discharge line (not shown) with the upper one The end of the central cavity 26 30 can be closed in order to lead the chlorine out of the cell through a purpose in the body of the anode 18 in a line (not shown) of a suitable suitable manner electrical insulation between the form and suitably consisting of graphite or the line and the discharge line made, and each lined with graphite to hold the part of the discharge line protruding from the ceiling Chlorine out of the cell, e.g. B. to continue is electrically isolated accordingly. To guide in the ceiling treatment. Between the discharge line 70, a second discharge channel 90, which can be plugged and the extension can be provided with electrical insulation in order to avoid the penetration of air, and each part of the wall 12 protruding above the electrolysis chamber is provided Discharge is suitably insulated electrically 40 to the level of the electrolyte 64 ventilate. can.

Wie bereits darauf hingewiesen, ist die Erfindung Wird die in Fig. 3 bis 5 gezeigte Zelle in Betrieb nicht auf vertikale Zellen beschränkt, sondern läßt gesetzt, dann fließt das Chlor, das sich in dem Raum sich auch bei horizontal angeordneten Elektrolyse- zwischen den gegenüberliegenden Oberflächen der zellen wirksam anwenden. In F i g. 3 bis 5 wird eine 45 Anoden und der z. B. aus flüssigem Blei bestehenden horizontale Zelle gezeigt, mit der sich die Erfindung Kathode entwickelt hat, sofort in die Öffnungen 28 leicht ausführen läßt. Zu der Zelle 60 gehört eine der Anodenblöcke 18 und erreicht dann nach DurchAnlage 62, die durch gestrichelte Linien dargestellt fluß durch den zentralen Hohlraum 26 die Bohrist, die eine Elektrolysekammer umgrenzen, die ihrer- löcher 34.4 und den Hohlraum 26 .,4 den Austragseits den geschmolzenen Elektrolyten 64, z. B. ge- 50 ansatz 30 und kann abgeleitet werden, ohne daß es schmolzenes Natriumchlorid, enthält. Der Boden der mit verunreinigenden Oberflächen oder mit dem Zelle66 trägt die geschmolzene Kathode68, z.B. freigesetzten Alkalimetall in Berührung gekommen flüssiges Blei, das während der Elektrolyse z. B. von ist. Wenn auch in der Decke 70 nur ein einziger von rechts nach links kontinuierlich durch die Zelle Hohlraum 26^4 gezeigt ist, so kann die Decke doch fließt. Die Zelle ist mit einer Decke 70, die zweck- 55 auch eine Vielzahl von Hohlräumen aufweisen, mäßig aus Graphit besteht, versehen. Die Anoden- wobei jeder mit dem Bohrloch 34 A einer Anode in blöcke 18, werden von dieser Decke 70 mit Hilfe von Verbindung steht und wobei alle mit dem Autrag-Schäften74 gestützt. Fig. 3 und 5 zeigen den ZeI- ansatz30 verbunden sind.As already pointed out, the invention is. If the cell shown in FIGS. 3 to 5 is not limited in operation to vertical cells, but can be set, then the chlorine that is in the space also flows between the opposing cells when the electrolysis is arranged horizontally Effectively apply the surfaces of the cells. In Fig. 3 to 5 is a 45 anode and the z. B. shown consisting of liquid lead horizontal cell with which the invention cathode has developed, can be carried out easily in the openings 28 immediately. One of the anode blocks 18 belongs to the cell 60 and then reaches the through-system 62, which is shown by dashed lines, flows through the central cavity 26, which delimit an electrolysis chamber, its holes 34.4 and the cavity 26., 4 the discharge side molten electrolyte 64, e.g. B. batch 30 and can be derived without containing molten sodium chloride. The bottom of the contaminated surfaces or with the cell66 carries the molten cathode68, eg released alkali metal, which has come into contact with liquid lead, which during the electrolysis e.g. B. of is. Even if only a single one is shown continuously from right to left through the cell cavity 26 ^ 4 in the ceiling 70, the ceiling can still flow. The cell is provided with a ceiling 70, which expediently also has a large number of cavities and is moderately made of graphite. The anodes - each with the borehole 34 A of an anode in blocks 18, are connected to this ceiling 70 by means of connections and are all supported with the support shafts74. 3 and 5 show the cell attachment 30 connected.

lenaufbau in schematischer Weise, wobei die Schäfte Man wird feststellen, daß bei den horizontalen wielen construction in a schematic manner, with the shafts. It will be found that with the horizontal as

74 von Schlitzen aufgenommen werden, die in der 60 auch bei den vertikalen Zellen der Spiegel des aus74 are received by slits, which in FIG. 60 also appear in the vertical cells of the mirror of the

Decke 70 und in den Blöcken 18 angebracht sind, so geschmolzenen Chloriden bestehenden ElektrolytenCeiling 70 and in the blocks 18 are attached, so molten chlorides existing electrolytes

daß diese Teile beweglich miteinander verbunden in der Elektrolysekammer so hoch ist, daß diethat these parts are movably connected to one another in the electrolysis chamber is so high that the

sind. Die Schäfte können aber auch nur mit der Anoden mindestens teilweise in dem Elektrolytenare. However, the shafts can also only be at least partially in the electrolyte with the anode

Decke oder nur mit den Anoden beweglich verbun- eingetaucht sind und daß ein Teil des ElektrolytenCover or only movably connected to the anodes and that part of the electrolyte

den sein, oder es werden alle Teile als einheitliches 65 durch die Öffnungen gelangt, so daß die Öffnungenbe the, or it will pass all parts as a unit 65 through the openings, so that the openings

Ganzes ausgebildet. Die Stromzuführungen sind sehe- und die Kammern innerhalb der Anoden den glei-Whole trained. The power supply lines are visible and the chambers within the anodes are the same

matisch bei 75 und 76 angezeigt, doch kann jede üb- chen Elektrolytspiegel aufweisen wie die Elektrolyse-automatically indicated at 75 and 76, but can have any usual electrolyte level such as the electrolysis

liche Vorrichtung zum Anschließen der Stromleiter kammer. Dadurch wird jedoch der Durchfluß desLiche device for connecting the conductor chamber. However, this increases the flow rate of the

Chlorgases durch die inneren Durchgänge zu der für das Chlor bestimmte Austragleitung nicht gehindert. Im Gegenteil, die schwere Flüssigkeit in den Öffnungen und dem unteren Teil der Verbindungskammer fördert den raschen Auftrieb des Chlorgases, da nämlich infolge des unterschiedlichen spezifischen Gewichtes der Gasblasen und des schweren Elektrolyten die Gasblasen mit größerer Geschwindigkeit aufgetrieben werden, als dies der Fall wäre, wenn keine Flüssigkeit vorhanden ist. Dieser Auftrieb erfolgt sofort, nachdem die elektrolytische Kraft das Chlorgas in die Anoden hineingetrieben hat, wobei beide Kräfte in der gleichen Richtung zusammenarbeiten. In den nun verwendeten vertikalen Zellen, in denen die elektrolytische Kraft abwärts zu den unteren Teilen der Anoden verläuft, ist die Aufkraft, die durch das unterschiedliche spezifische Gewicht der Gasblasen und des Elektrolyten entsteht, nicht mit der abwärts verlaufenden elektrolytischen Kraft koordiniert. Durch die erfindungsgemäße Koordinierung der Kräfte aber wird die Gesamtleistung solcher Zellen weitgehend verbessert.Chlorine gas is not hindered through the inner passages to the discharge line intended for the chlorine. On the contrary, the heavy liquid in the openings and the lower part of the connecting chamber promotes the rapid buoyancy of the chlorine gas, as a result of the different specific Weight of the gas bubbles and the heavy electrolyte causes the gas bubbles to move at greater speed than would be the case in the absence of fluid. This buoyancy takes place immediately after the electrolytic force has driven the chlorine gas into the anodes, wherein both forces work together in the same direction. In the vertical cells now used, in which the electrolytic force runs downward to the lower parts of the anodes is the upward force, caused by the different specific gravity of the gas bubbles and the electrolyte, not coordinated with the downward electrolytic force. Due to the coordination according to the invention of the forces, however, the overall performance of such cells is largely improved.

Es ist möglich, daß eine unbedeutende Menge des freigesetzten Chlors nicht in die Öffnungen der Anoden hineinströmt, sondern in die allgemeine Elektrolytzufuhr entweicht. Dieses Chlor sammelt sich in der Elektrolysekammer oberhalb des Elektrolyten und kann dann entweder kontinuierlich oder intermittierend durch einen getrennten Ausgang, z. B. den in Fig. 3 gezeigten Austragkanal 90, abgesaugt werden. Dieses Chlor ist verschmutzt, da es mit verunreinigenden Oberflächen der Zelle in Berührung kommt, aber es wird nicht mit der Hauptmenge des reinen Chlors vermischt, und falls es sich lohnt, kann dieses verschmutzte Chlor nach einem üblichen Verfahren getrennt gereinigt werden.It is possible that an insignificant amount of the released chlorine does not get into the openings of the Anodes flows into it, but escapes into the general electrolyte supply. This chlorine collects in the electrolysis chamber above the electrolyte and can then either continuously or intermittently through a separate output, e.g. B. the discharge channel 90 shown in Fig. 3, sucked off will. This chlorine is polluted as it comes into contact with contaminating surfaces of the cell comes, but it is not mixed with the bulk of the pure chlorine, and if it is worth it, this polluted chlorine can be cleaned separately by a conventional method.

Es werden solche Temperaturen angewendet, daß die Kathode und das Salz in schmelzflüssigem Zustand gehalten werden, wobei die Zelle in geeigneter Weise, z.B. durch Gas, erhitzt wird und das Salz und die z. B. aus Blei bestehende Kathode vor ihrer Einführung in die Zelle geschmolzen werden. Der Strom wird eingeschaltet, um auf übliche Weise die Elektrolyse zu bewirken, und es kann im Vergleich zu der gewöhnlich angewendeten anodischen Stromdichte von 0,47 A/cm² erfindungsgemäß eine hohe anodische Stromdichte von etwa 3,1 A/cm² erreicht werden.Temperatures used are such that the cathode and the salt are kept in a molten state, the cell being heated in a suitable manner, for example by gas, and the salt and the e.g. B. made of lead cathode are melted prior to their introduction into the cell. The current is switched on in order to effect the electrolysis in the usual way, and a high anodic current density of about 3.1 A / cm ² can be achieved according to the ^{invention in comparison to the anodic current density of 0.47 A / cm 2 which is usually used.}

Wenn auch insbesondere auf die Elektrolyse von Natriumchlorid Bezug genommen wurde, so ist die Erfindung doch in ihrem ganzen Umfang auch auf die Elektrolyse von anderen Metallsalzen, wie Kaliumchlorid, Lithiumchlorid oder Gemischen solcher Salze, z. B. einem Gemisch aus Natriumchlorid und Kaliumchlorid, anwendbar.While particular reference has been made to the electrolysis of sodium chloride, it is Invention in its full scope also on the electrolysis of other metal salts, such as potassium chloride, Lithium chloride or mixtures of such salts, e.g. B. a mixture of sodium chloride and Potassium chloride, applicable.

Claims

Patent claims:

1. Process for the production of alkali metals, especially sodium, and for their extraction des in a cell for the electrolytic decomposition of molten alkali and / or Alkaline earth chlorides released chlorine gas, thereby characterized in that the chlorine set free between the cathode and anode into the interior of the anode and from there avoiding it direct contact with the bulk of the molten electrolyte the cell is led out to the outside, if necessary with the application of one from the outside acting suction.

2. The method according to claim 1, characterized in that the chlorine gas by preferably upwardly directed discharge paths with surfaces inert to chlorine is passed.

3. electrolytic cell for performing the method according to claims 1 and 2, wherein the Anode connected to the cathode-anode intermediate space by channel-like openings having central cavity, characterized in that the central cavity (26) the anode (18) is provided with means for withdrawing the chlorine directly from the immediate The area of the electrode gap beyond the cell, with all chlorine venting surfaces being surfaces that do not react with chlorine.

4. Electrolysis cell according to claim 3, characterized in that di & chlorine discharge paths (28, 26, 34) have graphite surfaces and that an optionally present cover (70) the cell is made of graphite.

5. electrolytic cell according to claims 3 and 4, characterized in that the channel-like openings (28) the openings on the outer wall of the anode (18) are deeper than the openings on the inner wall of the anode.

Considered publications:
German Patent Nos. 692858, 709 741;
U.S. Patent No. 2,414,831.

1 sheet of drawings