-
Vorrichtung zur Zersetzung des bei der wäßrigen Chloralkalielektrolyse
gebildeten Alkaliamalgams Das bei der Chloralkalielektrolyse nach dem Amalgamverfahren
entstehende Alkaliamalgam wird in einer besonderen Apparatur, Sekundärzelle oder
Amalgamzersetzer genannt, mit Wasser zur Umsetzung in Alkalilauge, Wasserstoff und
Quecksilber gebracht. Hierfür finden sowohl Zersetzer in Form langgestreckter horizontaler
Kästen als auch in Form senkrechter Tünne Anwendung.
-
Die Zersetzung der Alkaliamalgame mit Wasser erfolgt ohne Hilfsmittel
so träge, daß es praktisch unmöglich ist, sie in der gleichen Zeit, in der
sie in der Elektrolysezelle gebildet werden, auch wieder zu zersetzen.
-
Man bringt deshalb bei der technischen Durchführang derartiger Zersetzungsreaktionen
das Alkaliamalgam in Gegenwart von Wasser oder verdünnten Alkalihydroxydlösungen
mit Metallen, z. B. Eisen, oder anderen leitenden Stoffen, z. B. Graphit, in Berührung.
Hierbei bilden sich galvanische Elemente, wobei die Metall- bzw. Graphitteile die
Kathoden bilden, an denen die Wasserstoffentwicklung stattfindet, während das vorbeiffießende
Amalgam die Anode bildet, an welcher Alkaliionen in Lösung gehen.
-
Es hat sich nun herausgestellt, daß die Verwendung von Eisenteilen
als zersetzungsfördernde Kathode zu erheblichen Schwierigkeiten im praktischen Betrieb
führt. Eisen ist gegen den Angriff von konzentrierten Alkalilaugen, wie sie bei
der modernen Chloralkalielektrolyse nach dem Amalgamverfahren erzeugt werden, bei
erhöhten Temperaturen nicht sehr beständig. Außerdem überziehen sich die Eisenteile
während des Betriebes mit Schichten von festhaftenden und hochviskosen Amalgamen,
die die zersetzungsfördernde Aktivität des Eisens sehr schnell vermindern. Man hat
auch versucht, das Eisen durch alkalibeständigere Legierungen von Eisen mit Chrom
und Nickel zu ersetzen. Diese Legierungen verlieren aber im Gebrauch ihre anfängliche
gute Wirksamkeit, indem sie sich mit Quecksilber benetzen oder amalgamieren.
-
Graphit oder Kohle zur Beschleunigung der Amalgamzersetzung weisen
gegenüber den eben erwähnten Metallen den Vorteil auf, daß sie nicht sich mit Amalgam
besetzen und dadurch ihre Wirksamkeit verlieren. Auch besteht bei der Verwendung
von Graphit zur Beschleunigung der Amalgamzersetzung im allgemeinen keine Gefahr,
daß die erzeugten Alkalilaugen Verunreinigungen von Schwermetallen aufweisen. Derartige
mit Graphit oder Kohle gefüllte Amalgamzersetzer weisen aber meist eine beachtliche
Größe auf, da zur vollständigen Zersetzung des in den Primärzellen der Elektrolyseanlage
gebildeten Alkaliamalgams eine bestimmte Mindestverweilzeit des Amalgams bzw. des
Quecksilbers in der Sekundärzelle erforderlich ist.
-
Man hat nun versucht, durch Verwendung von besonders imprägniertem
Graphit die Zersetzung der Alkaliamalgame zu beschleunigen. So ist z. B. durch das
deutsche Patent 852 845 die Tränkung des die Zersetzung fördernden Graphits
mit Lösungen von Eisensalzen bekanntgeworden. Die mit Eisensalzlösungen getränkten
Graphitteile werden nach den Vorschlägen dieses Patentes anschließend gewaschen
oder erhitzt. In beiden Fällen bleibt in den so behandelten Graphitteilen das Eisen
in Form von Eisenoxyd oder basischen Eisensalzen zurück, die eine erhebliche Erhöhung
der Zersetzungsgeschwindigkeit des. Amalgams im Vergleich zu unbehandeltem Graphit
bewirken. Nach einem anderen Verfahren des deutschen Patents 852 845 wird
zur Aktivierung des Graphits Graphitstaub, Eisenpulver und ein organisches Bindemittel
zu Preßkörpern verarbeitet, welche gegenüber reinen Graphitkörpern eine etwa 20fache
Wirksamkeit aufweisen.
-
Der Grund für die Erhöhung der Zersetzungsgeschwindigkeit besteht
in folgendem: Die Graphitpartien bedecken sich während des Betriebs mit einer Schicht
von Wasserstoffblasen, die die für eine beschleunigte Reaktion erforderliche elektrische
Verbindung zwischen dem Graphit und dem Amalgam unterbrechen oder doch zumindest
reduzieren. Die elektrische Verbindung zwischen dem amalgamierten Metall und dem
Alkaliamalgam wird jedoch durch die Wasserstoffblasen nicht zerstört, so daß über
das amalgamierte Metall der elektrische Kontakt zwischen dem Amalgam und dem Graphit
erhalten bleibt.
Die bekannten Verfahren haben jedoch gewisse Nachteile:
Bei den mit einer Lösung aus Eisensalzen imprägnierten Graphitkörnem läßt, wie sich
gezeigt hat, die Wirkung mit ansteigender Betriebszeit schnell nach, was wahrscheinlich
darauf zurückzuführen ist, daß sich das Metalloxid - wenn auch nur spurenweise
- im Zersetzungswasser bzw. in der entstehenden Alkalilauge auflöst. Die
erwähnten, aus Graphitpulver und Eisenpulver bestehenden Preßkörper haben den Nachteil,
daß sie durch die Stoßwirkung des fallenden Quecksilbers, durch die Rührwirkung
der aufsteigenden Gasblasen und insbesondere deshalb, weil das Bindemittel bei höheren
Alkalilaugekonzentrationen und -temperaturen zersetzt wird, allmählich zerfallen.
Ein daraus resultierender weiterer Nachteil besteht darin, daß sich die Reinheit
der Lauge verschlechtert. Hinzu kommt schließlich noch, daß die Herstellung der
Preßkörper relativ umständlich ist.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, diese Nachteile zu beseitigen.
-
Die Erfindung knüpft somit an eine Vorrichtung Zier Zersetzung des
bei der wäßrigen Chloralkalielektrolyse gebildeten Alkaliamalganis in senkrechten
Amalgamzersetzern, in deren Innenraum Brocken oder Formteile aus Graphit oder Kohle
in Metallkörben aus Blech, Drahtnetz oder Streckmetall gelagert sind, mit elektrisch
gut leitenden und von Quecksilber benetzbaren Kontakten zwischen den Elektroden
der die Zersetzung bewirkenden galvanischen Elemente an.
-
Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, daß im Innenraum des senkrechten
Amalgamzersetzers mehrere konzentrisch ineinander angeordnete Hohlzylinder aus Metallblech,
Drahtnetz, Metallgitterwerk oder Streckmetall angeordnet sind.
-
Der Vorteil, den man auf diese Weise erzielt, besteht darin, daß unter
Beibehaltung des hohen Reaktionsablaufs die Herstellung des Amalgamzersetzers wesentlich
einfacher und billiger ist und ein Zerfall der Elektroden mit allen seine Begleiterscheinungen
nicht mehr auftreten kann.
-
Eine andere bevorzugte Lösung nach der Erfindung besteht darin, daß
an Stelle der Hohlzylinder auf dem Boden der Metallkörbe eine Anzahl von senkrecht
stehenden Metallstäben, -rohren oder -profilen angeordnet ist.
-
Besonders zweckmäßig ist es, wenn erfindungsgemäß die Graphit- oder
Kohleteile im Innern des Amalgamzersetzers mit einer oder mehreren Schlingen aus
Metalldraht oder einem oder mehreren Streifen aus Metallblech umwickelt sind. Es
fiat sich beispielsweise gezeigt, daß sich die Zersetzungsgeschwindigkeit von Natriumamalgam
an Graphitwürfeln, deren jeder mit einem 4 mm breiten Nickelband umgeben
ist, gegenüber einem reinen Graphitwürfel auf etwa das 30fache erhöht. Graphitwürfel,
die mit einer etwa 4 mm breiten Eisenklammer oder einem 4, mm breiten
Eisenband umgeben sind, zeigen eine 20- bis 25fache Erhöhung der Zersetzungsgeschwindigkeit.
Ein Graphitwürfel, der nur mit einer einzigen Schlinge aus 0,6 nim starkem
Eisendraht umwickelt wird, ergibt immer noch eine 10fach höhere Zersetzungsgeschwindigkeit
als ein reiner Graphitwürfel.
-
In der Zeichnung sind zwei Ausführungsbeispiele gemäß der Erfindung
dargestellt, und zwar zeigt F i g. 1 einen Korb mit in seinem Inneren konzentrisch
angeordneten zylindrischen Metallsieben, F i g. 2 den Querschnitt des Gegenstandes
der Fig. 1,
F i g. 3 einen Korb mit in seinem Inneren angeordneten
Metallstäben bzw. Rohren und F i g. 4 den Querschnitt des Gegenstandes der
Fig. 3.
-
Gemäß der F i g. 1 und 2 sind zwischen den beiden aus gelochtem
Blech- oder Maschendrahtsieb hergestellten Böden 1 zylindrische Mäntel 2
konzentrisch angeordnet, die ebenfalls aus Lochblechen oder Maschendrahtsieben bestehen
und in die die Kohle- oder Graphitfüllung 3 eingeschüttet wird.
-
Bei der Ausführungsform nach den F i g. 3 und 4 befinden sich
zwischen den Böden 1 der Außenmantel 2 und als Kontaktgeber Metallstäbe 4
oder Rohre 5 beliebiger Form, die auf dem unteren Boden angeordnet sind.
-
Für die erfindungsgemäße Vorrichtung sind alle Metalle geeignet, die
gegen Alkaliamalgam und Alkalilauge bei den Betriebstemperaturen der Amalgamzersetzer
chemisch beständig sind und welche die notwendige Abriebfestigkeit aufweisen. Neben
einfachem Eisen haben sich vorzugsweise vernickeltes Eisen und reine Nickelteile
bewährt.