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Amalgamverschluß für Chloralkali-Elektrolysezellen Chloralkali-Elektrolysezellen
nach dem Quecksilberverfahren bestehen üblicherweise aus einem breiten Trog, dessen
Boden von fließendem Quecksilber bedeckt ist. Das Quecksilber ist im Betrieb kathodisch
polarisiert, und Alkalimetall wird an ihm elektrolytisch abgeschieden. Nach Durchfließen
der Elektrolysezelle nimmt das Quecksilber, je nach Strombelastung und Quecksilberdurchsatz,
0,1 bis 0,8
Gewichtsprozent Alkalimetall auf. Das gebildete Alkalimetallamalgam
verläßt die Elektrolysezelle, indem es einen Amalgamverschluß passiert, um dann
unmittelbar oder nach Durchfließen einer besonderen Waschkammer in den Zersetzer
zu gelangen. Dort ,wird das Amalgam in Gegenwart von Graphitkömern mit Wasser zersetzt,
wobei Alkalihydroxydlösung, Wasserstoff und fast reines Quecksilber entstehen. Letzteres
wird erneut in die Elektrolysezelle gepumpt. . Eine in der Technik häufig
verwendete Form eines Amalgamverschlusses ist in der F i g. 1 schematisch
#im Schnitt dargestellt.
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Das mit 1 bezeichnete Amalgam fließt aus dem Elektrolysezellenraum
2 nach Passieren des Wehres 4 ,in den Zersetzerraum 3. Dabei ist es zur Vermeidung
eines Rückstaues in die Elektrolysezelle erforderlich, daß zwischen dem Spiegel
des Amalgams im Wehr auf der Zellenseite und dem Amalgamspiegel in der Zelle ein
Niveauunterschied bes' .eht. Die Schichtdicke des Amalgams ist beim übertritt aus
der Zelle in das Wehr, die in der Figur mit 5 bezeichnet ist, gegenüber der
Schichtdicke des Amalgams in der Zelle infolge der höheren Strömungsgeschwindigkeit
vermindert. Das Niveau des Amalgams auf der Zellenseite des Wehres ist durch die
in der Zelle befindliche Salzlösung und den Gasdruck des Chlors bestimmt. Es muß
auf jeden Fall gewährleistet sein, daß das Amalgamniveau auf der Zellenseite des
Wehres nicht höher als der Zellenboden 6 steigen kann. Die Scheidewand
7 soll etwa 20 bis 30 mm in das Amalgam eintauchen.
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Ein Verschluß dieser Art ist mit Nachteilen behaftet. Er kann nicht
verhindern, daß das strömende Amalgam Salzlösung aus der Elektrolysezelle in den
Zersetzer mitführt, wobei die Hauptmenge der mitgeführten Salzlösung, im Amalgam
dispergiert, vorliegt. Diesem übelstand zu begegnen, wird der Durchlaß
8 des Wehres ziemlich weit gewählt, um dem Amalgam im Wehre selbst die Gelegenheit
zu geben, sich zu beruhigen und die eingeschlossene Salzlösung noch in der Zelle
aufsteigen zu lassen. Trotz dieser Maßnahme ist die Abscheidung von Salzlösung unvollkommen,
so daß bei großen Quecksilberzellen mit einer Belastung von 50 bis 200
kA die aus dem Zersetzer ablaufende, etwa 50 70ige Lauge noch
50
bis 150 mg/1 NaC1 enthält, wenn chloridfreies Wasser für die Zerse'
zung verwendet worden ist.
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# Die Verschleppung von Salzlösung läßt sich auch dadurch eindämmen,
daß man zwischen Zelle und Zersetzer ein gesondertes Abteil schaltet, in dem das
durchströmende Amalgam mit Wasser gewaschen wird.- -
Beide Methoden bedeuten
jedoch einen Mehraufwand an Quecksilber. Im-Waschabteil wird darüber hinaus die
sogenannte,»Quecksilberbutter« gebildet, wodurch der Betrieb der Elektrolysezelle
und die weitere Aufarbeitung des Amalgams erheblich erschwert wird.
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Es ist schließlich ein geschlossenerAuslaufbehälter -für eine Quecksilberkathoden-Elektrolysenbatterie
bekanntgeworden, aus deren Endwand durch einen waagerechten Spalt chlorhaltige Sole
und Alkaliamalgam abfließen. Dieser Auslaufbehälter hat den Zweck, zu verhindern,
daß chlorhaltige Sole Quecksilber mitreißt und löst. Hierzu wird am Zellenende das
Quecksilber vor Einlaufen in den Auslaufbehälter in einen im Niveau des Zellenbodens
liegenden, sich stetig verengenden Kanal gezwungen, wobei die Tendenz des Quecksilbers
bzw. des Amalgams, in der Sole zu dispergieren, verringert wird. Durch die Verengung
des Kanals wird gleichzeitig erreicht, daß dessen Bodenfläche ständig mit Quecksilber
bedeckt bleibt. Die Verengung des Kanals wird dadurch erzielt, daß Einbauten, z.
B. mit Gummi überzogene Blöcke, von jeder Längsseite der metallenen Bodenfläche
aus sich schräg nach innen erstrecken. Nach Durchlaufen des Kanals passiert das
Amalgam eine Falle und tritt von dort in eine Amalgamwaschabteilung ein, wo es von
mitgerissener Sole mit Hilfe von Wasser befreit wird. Erst dann gelangt es durch
einen Amalgama.uslaß in einen Amalgamzersetzer.
Aufgabe der vorliegenden
Erfindung ist es, auf einfache Weise ein Mitreißen von Sole durch das Quecksilber
zu verhindern und eine besondere Amalgamwaschabteilung, wie sie bei den bekannten
Vorrichtungen unerläßlich ist, mit allen ihren Nachteilen, wie Bildung von »Quecksilberbutter«,
erhöhter apparativer Aufwand, erhöhter Quecksilbereinsatz, zu vermeiden.
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Es wurde gefunden, daß das Verschleppen von Salzlösung aus Elektrolysezellen
mit stiömenden Quecksilberkathoden in den Amalgarn ersetzer durch einen Verschluß,
der aus einer mit Amalgam gefüllten Mulde besteht, in die von oben teilweise eine
Scheidewand hineinragt, wobei auf dem Wege des Amalgams vom Ausgang der Elektrolysezelle
zur Mulde Schikanen angeordnet sind, praktisch vollkommen verhindert werden kann,
wenn die Schikanen auf einer Fläche angeordnet sind, die von dem Boden der Elekrolysezelle
abgesetzt ist und tiefer liegt und in die Mulde einmündet, wobei die Schikanen über
die gesamte Breite der Fläche quer zur Strömungsrichtung des Quecksilbers verlaufen.
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Eine zweckmäßige Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verschlusses
wird in F i g. 2 schematisch dargestellt. Das Amalgam10 fließt aus dem Zellenraum
11 nach Passieren des Wehres 15 in den Zersetzerraum 12. Vor Einlaufen
in das Wehr 15
fließt das Amalgam über die horizontale oder schwach geneigte
Fläche 16, die mit quer zur Strömungsrichtung des Amalgams. angeordneten
Schikanen 17 in Form von Rippen versehen ist. Die Fläche 16 ist gegenüber
dem Zellenboden 14 nach unten versetzt und mündet in die Wehrmulde ein. Das Amalgamniveau
auf der Zellenseite des Auslaufwehres wird zweckmäßig auf einer solchen Höhe gehalten,
daß die Schikanen mit etwa 5 mm Amalgam bedeckt bleiben. Dies- ist
leicht zu erreichen, indem das Niveau des Amalgamaustrittes aus dem Wehr, entsprechend
den Flüssigkeitssäulen an Zellen- und Zersetzerseite sowie den beidseitigen Gasdrücken,
mehr oder minder hoch gehalten wird. Durch den Niveauunterschied des Amalgamspiegels
zwischen der Zellenseite des Wehres und der Zelle wird die Schichtdicke des Amalgam
durch die erhöhte Strömungsgeschwindigc# keit, wie es in der Figur mit
13 veranschaulicht ist, vermindert und damit ein Rückstau in die Zelle vermieden.
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Ein Amalgam-Auslaufwehr der erfindungsgemäßen Art besitzt eine sehr
wirksame Sperrwirkung für mitgerissene Salzlösung. Im Betrieb mit großen Quecksilberzellen
mit einer Belastung von etwa 50 bis 200 kA weist die im Zersetzer
erzeugte, 50 %ige Lauge einen Kochsalzgehalt von 3 bis 12 mg/1 auf,
wenn chloridfreies Wasser für die Zersetzung verwendet wird. Ein weiterer Vorteil
des erfindungsgemäßen Wehres besteht darin, daß der Durchlaß 18
des Wehres
dabei sehr eng gehalten werden kann. üblicherweise beträgt die Weite des Durchlasses
18
nur 10 bis 20 mm gegenüber 30 bis 50 mm bei
dem Durchlaß 8 des in F i g. 1 wiedergegebenen bekannten Auslaufwehres,
so daß beträchtliche Quecksilbermengen bei der Zellenfüllung eingespart werden können.
Trotz der Verengung des Durchlasses und der dadurch bewirkten Vergrößerung der Fließgeschwindigkeit
des Amalgams im Durchlaß gelingt es bei dem erfindungsgemäßenVerschluß, die Soleverschleppung
aus der Elektrolysezelle in den Amalgamzersetzer auf ein Zehntel der Menge herabzusetzen,
wie sie bei herkömmlichen Elektrolysezellen mit erheblich größeren Durchlaßweiten
auftritt.