DE1261832B

DE1261832B - Elektrolysezelle mit regelbaren Vielfachelektroden

Info

Publication number: DE1261832B
Application number: DES93800A
Authority: DE
Inventors: Umberto Giacopelli; Rosignano Solvay
Original assignee: Solvay SA
Current assignee: Solvay SA
Priority date: 1963-10-23
Filing date: 1964-10-20
Publication date: 1968-02-29
Also published as: BE639094A; ES304382A1; CH420074A; GB1014807A; US3375184A; NL6412243A

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLAND

DEUTSCHES

PATENTAMT

AUSLEGESCHRIFT

Int. CL:

BOIk

Deutsche Kl.: 12h-1

Nummer: 1261832

Aktenzeichen: S 93800 VI b/12 h

Anmeldetag: 20. Oktober 1964

Auslegetag: 29. Februar 1968

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle mit einer Elektrodenreihe, in welcher Anoden aus Graphit mit Diaphragma tragenden Kathoden abwechseln.

Die Verwendung von Diaphragmen in Zellen für die Elektrolyse wäßriger Lösungen von Alkalihalogeniden, wie z. B. Natriumchlorid, ist seit langem bekannt. Sie ermöglicht die Konstruktion von im wesentlichen kubischen Zellen, welche infolge der Vermehrung der Zahl der Anoden und Kathoden und deren Anordnung in einer kompakten Gruppe bei niederer Spannung und erhöhter Stromstärke arbeiten.

In üblichen Zellen dieser Art sind die anodischen Graphitplatten senkrecht in der Grundplatte mittels einer Bleischicht befestigt, welche die elektrischen Verbindungen sichert und mit einer Zement- und einer Asphaltschicht überzogen ist.

Diese Art der Befestigung der Anoden weist verschiedene Nachteile auf, von denen einige nicht unwesentlich sind:

Bei der Elektrolysetemperatur erweicht die Asphaltschicht, was ihre Verschiebung hervorrufen kann. Diese Asphaltschicht kann die Bildung halogenierter (chlorierter) organischer Verbindungen, welche das an den Anoden erzeugte Halogen (Chlor) verunreinigen werden, bewirken.

Wenn die Schutzschichten aufreißen, wird das Blei der Grundplatte durch das an der Anode gebildete Halogen (Chlor) angegriffen und geht in die Kathodenflüssigkeit in Form von Plumbit über.

Es ist unmöglich, eine aus beliebiger Ursache während der Elektrolyse zerbrochene Anode zu ersetzen.

Da die Anodenplatten in der Grundplatte versiegelt sind, ist es nicht möglich, während der Elektrolyse das Anwachsen des Abstandes zwischen den Elektroden infolge der Abnutzung des Graphits auf seiner ganzen aktiven Oberfläche auszugleichen. Dieser Abstand, welcher anfänglich etwa 10 mm beträgt, kann 25 mm erreichen. Bekanntlich (Hayder und Springermann, Chloralkalielektrolyse — Chem. Techn., Dezember 1956, S. 702 bis 704, »Wirtschaftliche Überlegungen zum Problem Quecksilber- oder D-Verfahren bei Chloralkalielektrolyse«) entspricht aber einem Anwachsen des Abstandes Anode— Kathode um 10 mm eine Zunahme der Elektrolysespannung von ungefähr 20 mV bei einer Stromdichte von 100 A/m². In der Praxis ist diese Spannungssteigerung sogar noch größer, da die anodische Oberfläche sich nicht gleichförmig abnutzt und Rauheiten aufweist, welche eine Überspannung des Halogens (Chlor) hervorrufen.

Elektrolysezelle mit regelbaren
Vielfachelektroden

Anmelder:

Solvay & Cie., Brüssel

Vertreter:

Dr.-Ing. A. van der Werth und Dr. F. Lederer,

Patentanwälte,

2100 Hamburg 90, Wilstorfer Str. 32

Als Erfinder benannt:

Umberto Giacopelli,

Rosignano Solvay, Livourne (Italien)

Beanspruchte Priorität:

Belgien vom 23. Oktober 1963 (639 094)

Aufgabe der Erfindung ist es, diese Mängel durch eine Anordnung der Anoden und Kathoden zu beseitigen, die es ermöglicht, ohne Unterbrechung der Elektrolyse den zwischen den Elektroden zunehmenden und durch die Abnutzung der Anoden hervorgerufenen Abstand auszugleichen.

Dies wird erreicht mit einer Elektrolysezelle mit Diaphragma, gleichgeformten Anoden und Kathoden, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Elektroden längliche Keile darstellen, die zahnradartig ineinandergreifen.

In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Elektroden senkrecht angeordnet, d. h., die Keilschneiden weisen nach oben und unten, wobei die Anoden an Stromzuführungsstangen gleitend im Deckel der Zelle aufgehängt sind, während die Kathoden in einem Kasten angeordnet sind, der schubladenartig bewegt werden kann.

Die Elektroden können auch waagerecht angeordnet sein, d. h., die Keilschneiden verlaufen senkrecht, wobei die Anoden in einem Kasten und die Kathoden in einem zweiten Kasten angeordnet sind und beide Kästen schubladenartig gegeneinander bewegt werden können.

Die erfindungsgemäße Zelle ist besonders für die Elektrolyse wäßriger Lösungen von Natriumchlorid bestimmt.

Bekanntlich ist während dieser Elektrolyse das Leben der Graphitanoden im allgemeinen vierfach

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Claims

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länger als dasjenige des Diaphragmas. Während wird. Diese Maßnahme kann jedesmal durchgeführt eines Arbeitszyklus der Zelle wird es also notwendig, werden, wenn man die Zellen öffnet, um die Diadreimal das Diaphragma zu erneuern. Die erfindungs- phragmen zu ersetzen, oder selbst während der Elekgemäße Vorrichtung ermöglicht bei jeder dieser trolyse unter Anwendung eines Apparates, welcher Erneuerungen jede Anode zu ersetzen, welche aus 5 die Stromstärke jeder einzelnen Anode mißt. Außerirgendeiner Ursache zerbrochen sein könnte und dem sind alle mit der Verwendung von Blei- und gegebenenfalls die anodischen Oberflächen mittels Asphaltschichten verbundenen Überstände endgültig eines geeigneten Apparates zu begradigen. beseitigt.

Die Zeichnungen zeigen in schematischer Weise Eine dritte Ausführungsform der Erfindung ist in drei beispielhafte Ausführungsformen der erfindungs- io den Fig. 3a, 3b, 3c dargestellt. Gemäß dieser

gemäßen Vorrichtung. Es stellen dar Variante sind die Elektroden mit ihren Keilschneiden

F i g. 1 a, 2 a, 3 a einen senkrechten Schnitt durch senkrecht- angeordnet. Die Anoden sind in einem

erfindungsgemäße Elektrolysezellen, Anodenkasten und die Kathoden in einem Kathoden-

Fig. Ib, 2b, 3b einen senkrechten Schnitt durch kasten vereinigt. Die Anoden- und Kathodenkästen die entsprechenden Elektrolysezellen senkrecht zur 15 sind in dem Gestell der Zelle in der Art von Schub-

Schnittebene der F i g. 1 a, 2 a, 3 a, laden montiert, und die relative Einbuchtung der

Fig. Ic, 2c, 3c einen waagerechten Schnitt durch Schubladen ermöglicht den Abstand zwischen den

die entsprechenden Elektrolysezellen. Elektroden zu regeln. Außerdem können die Kästen

Die bevorzugten Ausführungsformen sind die der zur Inspektion und Erhaltung der Zelle herausgezo-Fig. 2 und 3. 20 gen werden.

In den Zellen der Fig. la, Ib, Ic und 2a, 2b Da der Deckel3 keine Elektrode trägt, ist seine und 2 c haben die keilförmigen Graphitanoden 1 Abnahme wesentlich erleichtert. Die den Elektroden waagerechte und nach unten weisende Keilschneiden entgegengesetzten Vorzeichen sind an zwei gegen- und sind mittels einer Stange 2 für die Stromzufüh- überliegenden Seitenwänden 10 und 11 der Zelle mit rung aufgehängt, welche in dem Deckel 3 der Zelle 25 den den Keilschneiden entgegengesetzten Flächen in einer an sich bekannten Einrichtung gleitbar ist befestigt, gegebenenfalls mittels Stromzuführungsund so die Regelung des Abstandes zwischen den stangen 2, 12. Die Gesamtheit der Seitenwände 10 Elektroden während der Elektrolyse ermöglicht. und 11 und der Elektroden 1 und S bilden die

Eine solche Anordnung kann aus einem Rundstab Anoden- und Kathodenkästen, welche zwischen den

aus Graphit bestehen, wie er in der belgischen Patent- 30 zwei anderen Seitenwänden 14 und 15 gleiten,

schrift 457712 beschrieben ist. Die Elektrolysenwanne besitzt zwei seitliche

Die Reihen von Anoden 1 sind zwischen den Öffnungen, wodurch der Anodenkasten 1 und 10

Kathoden 5 in einer Weise angeordnet, daß sie in den und der Kathodenkasten 5 und 15 hindurchgehen,

zwischen den letzteren frei gelassenen Raum hinein- welche sich der eine in den anderen einfügen. Eine

gehen. Die Kathoden 5, vorzugsweise aus Metall, 35 Reihe von geeigneten Distanzstücken 13 ermöglicht

tragen ein Diaphragma. Sie haben gleichfalls Keil- es, den Anodenkasten mehr oder weniger tief in die

form, aber mit waagerechter, nach oben weisender Zelle einzuführen und in dieser Weise den Abstand

Keilschneide. zwischen Anoden und Kathoden zu regem.

In den Zellen der Fig. la, Ib, Ic sind die Katho- Diese dritte Ausführungsform ermöglicht die

den 5 in einem Kathodenkasten angeordnet, welcher 40 Regelung des Abstandes Anode—Kathode sowie die

auf der Basis 9 der Zelle ruht und den Deckel 3 trägt. Erneuerung der Diaphragmen, das Ersetzen einer

Die Zellen der Fig. 2a, 2b, 2c unterscheiden sich zerbrochenen Anode oder die Begradigung der von denen nach der F i g. 1 a bis 1 c dadurch, daß der Anodenflächen. Diese Maßnahmen sind leicht ohne Kathodenkasten die Form einer in dem Gestell der Abnehmen des Deckels der Zelle auszuführen. Zelle angeordneten Schublade besitzt, wodurch die 45 Selbstverständlich stellen diese drei beschriebenen Kathoden parallel zu den Keilschneiden der Anoden Ausführungsformen keine Beschränkung dar. Die in dem zwischen den Anoden frei gelassenen Raum Figuren sind nur Beispiele, und jede andere abgewangleitbar angeordnet sind. Vorzugsweise ist der delte, auf der Annäherung von Anoden und Kathoden Kathodenkasten aus Halbschubladen gebildet. Diese beruhende Form kann benutzt werden, ohne aus dem sind durch die Seitenwände 7 und 8 und die Katho- 50 Bereich der Erfindung zu gelangen, den5 und 5' gebildet, und sie gleiten in dem Gestell In den Ausführungen nach den Fig. la, Ib, Ic der Zelle zwischen den zwei anderen Seitenwänden und 2 a, 2 b, 2 c kann man sich beispielsweise vor-14 und 15. stellen, daß die Anoden nicht mehr durch den Dek-Wenn diese zwei Halbkästen 5, 5' in Stellung im kel getragen werden, sondern durch eine perforierte, Innern der Zelle sind, stellen sie ein ähnliches Gebilde 55 waagerecht zwischen dem oder den Kathodenkästen wie der einheitliche Kasten der Zelle gemäß den und dem Deckel gelegene Scheidewand. Diese per-Fig. la, Ib, Ic dar. forierte Scheidewand würde nicht den Durchgang Der Vorteil dieser zweiten Ausführungsform ist, von Chlor und Lauge behindern und in merklicher daß sie ermöglicht, die zwei Halbkathodenkästen Weise die Verkürzung der die Anode tragenden zum Zweck der Erneuerung der Diaphragmen heraus- 60 Stangen ermöglichen, zunehmen und die Oberflächen der Anoden zu begradigen, ohne den die Anoden tragenden Deckel ab- Patentansprüche: nehmen zu müssen. Die Demontage dieses letzteren

ist nur im Fall des Ersatzes aller Anoden erforderlich. 1. Elektrolysezelle mit Diaphragma, gleich-

Die zwei vorstehend beschriebenen Zellen ermög- 65 geformten Anoden und Kathoden, dadurch

liehen, den Abstand zwischen den Elektroden ent- gekennzeichnet, daß die Elektroden(1, 5)

gegengesetzten Vorzeichens konstant zu erhalten, längliche Keile darstellen und zahnradartig in-

indem die Höhe der Anoden in den Zellen geregelt einandergreifen.
2. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1,5) senkrecht angeordnet sind.
3. Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 5) waagerecht angeordnet sind, d. h. daß die Keilschneiden senkrecht verlaufen.
4. Zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (1) an Stromzuführungsstangen (2) gleitend im Deckel (3) der Zelle aufgehängt sind, während die Kathoden (5) in einem Kasten angeordnet sind, der schubladenartig bewegt werden kann.
5. Zelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden (1) in einem Kasten und die Kathoden (5) in einem zweiten Kasten angeordnet sind, wobei beide Kästen schubladenartig gegeneinander bewegt werden können.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen