DE1245931B - Elektrolysezelle - Google Patents

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. Cl.:

COId

Deutsche Kl.: 121 -1/10

C25 B - 1 /3 8 /

Nummer: 1 245 931

Aktenzeichen: J 24099IV a/121

Anmeldetag: 18. Juli 1963

Auslegetag: 3. August 1967

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolysezelle zur Herstellung von Chlor durch Elektrolyse einer Salzlösung unter Verwendung einer fließenden Quecksilberkathode.

Die Elektrolyse von Salzlösungen in Zellen, die eine bewegte Quecksilberkathode besitzen, ist ein feststehendes Verfahren. Es wurde bisher daran festgehalten, daß es am günstigsten ist, fließende Quecksilberkathoden zu verwenden, die im wesentlichen horizontal liegen, da eine solche Anordnung das Problem der Aufrechterhaltung einer steten und ununterbrochenen Quecksilberoberfläche während der Elektrolyse verringert. Die Stetigkeit der Quecksilberoberfläche ist besonders bei Zellen wichtig, in denen das Quecksilber einen Eisenträger bedeckt, da, wenn das Eisen dem Elektrolyt ausgesetzt wird, Wasserstoffentwicklung und Korrosion die Folge sind. Die Horizontalzellen haben jedoch den Nachteil, daß sie eine unerwünscht große Bodenfläche beanspruchen.

Es sind bereits Elektrolysezellen bekannt geworden, bei denen der Quecksilberkathodenfilm in einer im wesentlichen senkrechten oder stark geneigten Richtung nach unten strömt. So ist beispielsweise in der deutschen Patentschrift 953 161 eine Elektrolysezelle beschrieben, welche einen senkrecht angeordneten Kathodenträger besitzt, an dem ein Quecksilberkathodenfilm nach unten fließt und wobei eine oder mehrere Anoden parallel zu dem Kathodenträger angeordnet sind. Der Kathodenträger besitzt zylindrische Form und die Anoden sind in einem gewissen Abstand um die Oberfläche des zylindrischen Kathodenträgers herum angeordnet. Diese Anordnung hat den wesentlichen Nachteil, daß der Zwischenraum zwischen der Kathoden- und Anodenoberfiäche nicht durch Bewegen der Elektroden in einer senkrechten Richtung verändert werden kann. Bekanntlich muß zwischen den Elektroden ein bestimmter Abstand aufrechterhalten werden, der innerhalb sehr enger Grenzen liegt, um wirtschaftlich mit der Elektrolysezelle arbeiten zu können, wobei aber häufig eine Nachstellung des Abstandes erforderlich ist, um die Abnutzung und Erosion des üblichen Anodenmaterials, beispielsweise Graphit ausgleichen zu können. Die Abnutzung und Erosion der Anode kann wohl durch Verwendung eines bestimmten Anodenmaterials, wie Titan, das eine Platinmetalloberfläche besitzt, wesentlich verringert werden. Es ist jedoch immer noch notwendig, den Abstand zwischen den Elektroden genau einzustellen, um Veränderungen der Stromdichte ausgleichen zu können.

Elektrolysezelle

Anmelder:

Imperial Chemical Industries Limited, London

Vertreter:

Dr.-Ing. H. Fincke, Dipl.-Ing. H. Bohr

und Dipl.-Ing. S. Staeger, Patentanwälte,

München 5, Müllerstr. 31

Als Erfinder benannt:

Sydney Thomas Glover,

Runcorn Heath, Cheshire (Großbritannien)

Beanspruchte Priorität:

Großbritannien vom 18.JuIi 1962 (27 610)

Die vorliegende Erfindung betrifft nunmehr eine Elektrolysezelle mit einem senkrechten Kathodenträger, wobei der Abstand zwischen der Anode und Kathode durch eine senkrechte Bewegung einer der beiden Elektroden genau eingestellt werden kann. Die Elektrolysezelle gemäß der Erfindung zur Herstellung von Chlor durch Elektrolyse einer Salzlösung ist mit einem vertikal angeordneten, vorzugsweise aus Eisen oder Stahl bestehenden Kathodenträger, auf dem ein Quecksilberkathodenfilm fließt und mit einer benachbarten, im wesentlichen parallelen Anode aus Titan versehen, die auf ihrer Oberfläche einen Belag aus einem Platinmetall besitzt. Die Erfindung besteht darin, daß eine der Elektroden, vorzugsweise die Kathode, in Form eines Kegeloder Pyramidenstumpfs ausgebildet ist, so daß die Elektrodenflächen gegen die Vertikale unter einem Winkel geneigt sind, der über 30° nicht hinausgeht, falls die Oberfläche gegen seine Basis sich nach außen neigt und der nicht über 10° hinausgeht, wenn ein überhängender Kathodenträger verwendet wird.

Der Winkel der Abweichung von der Vertikalen soll nicht größer als 30° sein, obwohl bei einigen Ausführungsarten der Vorrichtung eine geringere Abweichung von der Vertikalen als diese zulässig sein kann. Es ist z. B. wichtig, daß die Neigung der Kathodenoberfläche keine Schwierigkeiten bei der Aufrechterhaltung des Quecksilberfilms verursacht, und im besonderen soll sie nicht bewirken, daß das

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Quecksilber von der Trägeroberfläche direkt her- ersetzt sein. Ein besonders geeignetes Material ist

unterfällt. Wenn ein überhängender Kathodenträger Streckmetallblech, welches durch Einschneiden einer

verwendet wird, soll aus diesem Grunde die Ab- großen Zahl Schlitze in ein Blech aus diesem Metall

weichung von der Vertikalen gewöhnlich nicht mehr und nachfolgendem Strecken des Bleches hergestellt

als 10° betragen. Der Kathodenträger kann hohl 5 wird, wobei nach Belieben das erhaltene Metallnetz

oder massiv ausgeführt sein, aber er soll so fest sein, zum Zwecke des Glättens gewalzt wird,

daß er dem Druck der verwendeten Salzlösung und Das Platinmetall kann auf die Titanoberfläche

des verwendeten Quecksilbers widerstehen kann und durch bekannte Verfahren aufgebracht werden, z. B.

soll vorzugsweise eine ausreichende elektrische Leit- durch elektrolytische Abscheidung oder Zerstäuben,

fähigkeit besitzen, denn er soll als Vorrichtung zum io oder indem eine platinhaltige Farbe aufgebracht und

Leiten des Elektrolysestromes zur Quecksilber- wie in der keramischen Industrie gebrannt wird. Die

kathode dienen. Geeignete Materialien für diesen besondere Natur des gewünschten Niederschlages

Zweck sind Metalle, insbesondere Eisen oder Stahl. wird in erster Linie durch die gewünschten elektri-

Ein hohler Kathodenträger hat den Vorteil, daß er sehen Werte bestimmt. Die Art und die Stärke des

erlaubt, die Quecksilbernachlieferung durch ihn hin- 15 Platinniederschlages können z. B. von jeder der in

durchzuführen. diesem Fach bekannten und gebräuchlichen Ausfüh-

Es ist auch sehr wünschenswert, daß die äußere rungsart sein. Er kann z. B. aus einem dichten oder

Oberfläche des Kathodenträgers aus einem Material einem porösen Belag bestehen, das Platinmetall kann

hergestellt ist, welches von dem Quecksilber leicht vorzugsweise Platin selbst, Rhodium, Iridium oder

benetzt wird und auf dem es einen zufriedenstellen- 20 eine Legierung von mehreren solchen Metallen sein,

den Film bildet, oder daß die äußere Oberfläche z. B. können Platin-Iridiumlegierungen Verwendung

des Trägers so behandelt ist, daß dies erreicht wird. finden.

Wenn der Träger aus Eisen oder Stahl besteht, Die Salzlösungen, die in den Zellen der vorliegenkann dieser Effekt durch Verwendung von Queck- den Erfindung verwendet werden, sind hauptsächlich silber, in welchem eine geringe Menge Alkalimetall 25 wäßrige Lösungen von Alkalimetallchloriden, insbegelöst ist, erreicht werden. Schon eine Spur Natrium sondere Natriumchlorid und/oder Kaliumchlorid, die im Quecksilber, z. B. 0,01 Gewichtsprozent oder nach Belieben kleinere Mengen anderer Verbindunweniger genügt, diesen Effekt zu erzielen. gen enthalten, sie können auch z. B. natürliche Solen

Der Quecksilberkathodenfilm kann durch Zufüh- sein, die zum Abtrennen unerwünschter Bestandteile

ren von Quecksilber auf den oberen Rand des Ka- 30 vor der Elektrolyse behandelt worden sind, und sie

thodenträgers und indem ihm gestattet wird, an umfassen wiedergewonnene und/oder teilweise ver-

dem Kathodenträger herunterzufließen, erreicht wer- brauchte Salzlösungen.

den. Ein Überlauf oder eine andere Verteilungs- Der Eintritt der Salzlösung und des Quecksilbers einrichtung kann verwendet werden, um das Queck- und die Abtrennung der elektrolysierten Salzlösung, silber zu verteilen und einen geeignet starken und 35 des Amalgams und des Chlors kann durch übliche stetig fließenden Film zu erreichen. Die Quecksilber- Rohrleitungen, Abscheider, Verschlüsse und andere Versorgung wird am besten durch ein Kreislaufsystem Zusatzgeräte in an sich bekannter Weise erreicht erreicht, indem Quecksilber, welches durch die Zelle werden. Auch die anderen, nicht aus Titan hergestellgelaufen ist, in herkömmlicher Art und Weise zur ten Teile des Zellenkörpers können aus üblichen Abtrennung seines Alkalimetallgehaltes behandelt 40 Materialien hergestellt werden, z. B. aus Beton, wird und indem das gewonnene Quecksilber wieder gummiüberzogenem Stahl u. ä.
in die Zelle zurückgeführt wird. Eine Elektrolysezelle gemäß der Erfindung ist auf

Die Quecksilberversorgung wird vorzugsweise der Zeichnung in einem senkrechten Schnitt darge-

durchgeführt, indem ein Quecksilbersee in einer stellt.

geeigneten Wanne am oberen Ende des Kathoden- 45 Die Zelle besteht aus einer Bodenplatte 1, auf der trägers gebildet wird und dem Quecksilber gestattet ein Kathodenträger 2 und eine äußere Wandung 3 wird, aus diesem See überzutreten und die Ober- befestigt sind. Durch die Bodenplatte 1 und innerfläche des Kathodenträgers hinabzufließen. Das halb des hohlen Kathodenträgers 2 ist ein Einlaß-Quecksilber kann in jeder geeigneten Weise in den rohr 4 angebracht, das oben durch eine Abdeck-See eingeleitet werden, z. B. aus einem darüberlie- 50 platte 5 hindurchgeht, welche den gesamten inneren genden Zuführungsrohr, oder indem der Kathoden- Hohlraum des Kathodenträgers 2 in der Nähe seines träger hohl ausgeführt ist und das Quecksilber von oberen Endes abschließt. Die Quecksilberzuliefeunten durch ihn eingeführt wird. Es wird vorgezogen, rung 6 erfolgt durch das Einlaßrohr 4 und bildet daß die Quecksilberzulieferung die Oberfläche des einen flachen See 7, von welchem das Quecksilber Sees so wenig wie möglich stört, um so ein ruhiges 55 über den oberen Rand 8 des Kathodenträgers 2 über-Fließen des Quecksilbers in dem Kathodenfilm zu tritt, so daß ein dünner fließender Quecksilberfilm 9 erleichtern. an der äußeren Oberfläche des Kathodenträgers 2

Der Anodenaufbau kann aus Titan in jeder geeig- hinabfließt und hierauf in einem unteren See 10

neten Form ausgeführt sein, wobei er mit einer gesammelt wird, aus dem es durch das Auslaßrohr

Anodenarbeitsoberfläche versehen ist, die aus einer 60 11 abfließt.

dünnen Schicht von einem Platinmetall besteht. Das Die Anode 12 besteht aus einem platinisierten

Titan kann reines Metall oder eine Legierung sein. Titanblech und sie wird durch stromleitende Träger

Zur Materialersparnis wird vorgezogen, daß die 13 gehalten, welche den Kathodenträger 2 umgeben.

Anode aus einem dünnen Titanblech hergestellt ist, Isolierungen trennen diese Träger 13 von der äuße-

welches, soweit nötig, durch Streben oder andere ver- 65 ren Wandung 3 und einem oberen Wandungsteil 14

strebende Teile versteift wird. Das Blech kann durch- und die Teile werden fest zusammengehalten durch

bohrt, geschlitzt, gestreckt oder ähnlich behandelt Gewindebolzen 15 und Muttern 16. Eine nachgiebige

sein oder kann durch ein gewebtes Titandrahtnetz Einlage 17 bildet einen dichten Verschluß zwischen

dem oberen Wandteil 14 und dem äußeren Wandteil 3 der Zelle. Der äußere Wandteil 3 trägt ein Einlaßrohr 18 für die Salzlösung und ein Auslaßrohr 19 für die verbrauchte Salzlösung. In dem oberen Wandungsteil 14 ist ein Auslaßrohr 20 für das Chlor vorgesehen. Der Hohlraum der Zelle wird mit der Salzlösung 21 gefüllt.

Die Träger 13 für die Anode 12 sind an einer Stange 22 angebracht, die durch ein Loch des oberen Wandungsteils 14 hindurchragt, wobei die Stange 22 mittels einer gasdichten Einlage 23 abgedichtet ist. Der Stange 22 wird Strom durch eine Leitung 24 zugeführt, welche mit Anschlußmuttern 25 an einer Gewindestange 26 angebracht ist. Die Gewindestange 26 ist an den Zellendeckel 28 durch Muttern 27 derart angebracht, daß beim Verdrehen der Mutter die Stange 26 und somit auch die Anode 12 in senkrechter Richtung bewegt werden kann, so daß auf diese Weise eine Einstellung des Abstandes zwischen der Anode und der Kathode möglich ist.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrolysezelle zur Herstellung von Chlor durch Elektrolyse einer Salzlösung mit einem vertikal angeordneten vorzugsweise aus Eisen oder Stahl bestehenden Kathodenträger, auf dem ein Quecksilberkathodenfilm fließt, und mit einer benachbarten im wesentlichen parallelen Anode aus Titan, die auf ihrer Oberfläche einen Belag aus einem Platinmetall besitzt, dadurchgekennzeichnet, daß eine der Elektroden, vorzugsweise die Kathode in Form eines Kegel- oder Pyramidenstumpfs ausgebildet ist, so daß die Elektrodenflächen gegen die Vertikale unter einem Winkel geneigt sind, der über 30° nicht hinausgeht, falls die Oberfläche gegen seine Basis sich nach außen neigt und der nicht über 10° hinausgeht, wenn ein überhängender Kathodenträger verwendet wird.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode in bekannter Weise in der Vertikalen durch den Deckel oder die Abdeckung hindurch beweglich angeordnet ist.

3. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß als Platinmetall Platin selbst, Rhodium, Iridium oder eine Legierung aus mehr als einem dieser Metalle angewendet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschriften Nr. 926 004, 953 161.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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