DE130118C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Vorliegende Erfindung betrifft eine Einrichtung zur elektrplytischen Zersetzung von Alkalisalzen und besonders zur Herstellung von Alkalihydraten. Bei dem Verfahren wird ein Amalgam des Alkalimetalles als Zwischenproduct gebildet.

Zweck der Erfindung ist die Herstellung einer elektrolytischen Zelle, welche in der Zusammensetzung einfach, sowie in der Benutzung wirksam ist und in welcher ein minimaler elektrischer Widerstand vorliegt, ein Mindestverbrauch von Quecksilber stattfindet und die erzielten Producte vollkommen rein sind.

Die Erfindung besteht in der Anordnung einer Scheidewand innerhalb einer elektrolytischen Zelle, welche aus einer Reihe von Trögen besteht, die so gestaltet und angeordnet sind, dafs sie eine Menge von Quecksilber aufnehmen, welches die Zwischenräume zwischen den Trögen abschliefst und auf diese Weise wirksam verhindert, dafs sich die bezüglichen Flüssigkeiten mischen, welche in den Räumen bezw. Abtheilungen enthalten sind, welche durch diese Scheidewand getrennt werden; andererseits wird mittels des Quecksilbers eine elektrische Verbindung zwischen den Abtheilungen aufrecht erhalten. Bei der Bethätigung der Zelle wird ein Amalgam auf einer Seite der Scheidewand durch den Niederschlag des Amalgammetalles auf dem Quecksilber gebildet, während auf der anderen Seite Aetzalkali durch die Einwirkung des diffundirten Natriums auf das Wasser erzeugt wird.

Die Erfindung besteht des Weiteren in der Detailausbildung und Anordnung des Apparates, wie dieser unter Bezugnahme auf die Zeichnungen ausführlich noch erörtert werden soll.

Fig. ι ist ein Schnitt durch ejne elektro-Iytische Zelle nach der Erfindung;

Fig. 2 ist der Grundrifs von Fig. 1 ohne Gassammeihaube;

Fig. 3 ist ein Querschnitt von Fig. 1;

Fig. 4 ist ein Horizontalschnitt nach der Linie a-b von Fig. 1;

Fig. 5, 6 und 7 sind entsprechend Längsschnitt, Oberansicht und Querschnitt einer veränderten Ausführungsform der Zelle;

Fig. 8 ist der Grundrifs des Deckels für die innere Abtheilung der in den Fig. 5, 6 und 7 dargestellten Zelle;

Fig. 9, 10 und 11 sind Verticalschnitt, Horizontalschnitt und Oberansicht einer weiteren abgeänderten Ausführungsform der Zelle;

Fig. 12 stellt in Uebersichtsdarstellung eine Ausführungsform der Zelle dar, bei welcher eine horizontale Scheidewand an Stelle einer verticalen Verwendung findet, welche Scheidewand aus einer Reihe von Trögen besteht, die Quecksilber enthalten und deren Oberfläche der oberen und unteren Abtheilung ausgesetzt ist, welche durch diese Scheidewand gebildet werden.

Fig. 13, 14, 15 und 15 a zeigen in Uebersichtsdarstellung eine Vorrichtung, welche zum Füllen einer verticalen Reihe von Trögen benutzt werden kann.

Fig. 16 und 17 sind Schnittdarstellungen durch die Tröge, welche nach der Erfindung

zur Bildung einer trennenden Scheidewand verwendet werden.

Bei der Ausführungsform der Zelle nach Fig. ι bis 4 wird ein Bebälter α durch. zwei Scheidewände b b in zwei Abtheilungen getheilt; diese beiden Scheidewände b bestehen aus vertical über einander angeordneten, längsgerichteten Trögen c von V-förmigem oder ähnlichem Querschnitt und aus elektrisch nicht leitendem Stoffe oder irgend einem anderen zweckmäfsigen Material. Diese Tröge c werden innerhalb der Rahmen b² in Stellung gehalten,'die aus seitlichen verticalen Gliedern d und unteren Längsgliedern e bestehen; die Enden der Tröge c sind in diese Rahmentheile eingelassen. Die Verbindung der Rahmen b² erfolgt durch die seitlichen Wände f auf jeder Seite und eine Bodenplatte g, durch welche der Raum zwischen den Scheidewänden b b zur Bildung einer mittleren Kammer oder Abtheilung vollkommen eingeschlossen wird. Platten h bewirken die Anschliefsung der mittleren Abtheilung an den oberen Theil. Die Tröge c sind so gestaltet und über einander angeordnet, dafs, wenn sie mit Quecksilber nahezu gefüllt sind, die Räume zwischen den Trögen gefüllt und abgeschlossen sind, so dafs die Scheidewände b auf diese Weise die Abtheilungen oder Kammern, welche sie theilen, wirksam scheiden ·, es kann infolge dessen kein Mischen der Flüssigkeiten, welche in den bezüglichen Abtheilungen enthalten sind, stattfinden. Die Rahmen b² b'² sind mit einem Querrahmen i versehen, der auf unteren Füfsen j getragen wird. Der Querrahmen i hat eine mittlere Oeffnung m, durch welche die Kohlenstangen oder -Platten / in die mittlere, innere Kammer k eingeführt werden. Die Kohlenplatten I werden auf Stangen aufgehängt, deren Enden nach unten in Tröge η reichen, die in den Querrahmen i gebildet und mit Quecksilber gefüllt sind. Die Drahtenden der Zuleitungen für den elektrischen Strom werden in die äufseren Löcher ο der Tröge η eingelegt, und mittels des Quecksilbers gelangt der Strom in die Zelle. Ein Kanal ρ wird in, dem Querrahmen i um das Loch bezw. die Oeffnung?« herum gebildet, und in den Kanal wird Quecksilber eingebracht, das einen gasdichten Abschlufs für eine Gassammelglocke q bildet, durch welche das Gas, welches in der inneren Abtheilung erzeugt wird, Ableitung findet. Die Quecksilberoberflächen werden durch eine Schicht Vaseline oder anderen Oeles vor der Einwirkung des Chlors geschützt.

Die Ausschnitte u und ν in dem Querrahmen i gestatten den freien Abzug des in der äufseren Abtheilungj/- erzeugten Gases aus der Zelle. Ein Kupfer- oder anderes metallisches Band ^ ist in Aussparungen der seitlichen Rahmentheile d des Rahmens b'² eingepafst und Kupfer- oder andere Metallstifte 3 werden quer eingesetzt oder eingetrieben, um das Band mit dem Rahmen zu verbinden und dazu zu dienen, die Tröge c zu tragen, sowie eine elektrische Verbindung des Bandes mit dem Quecksilber herzustellen, welches in den verschiedenen Trögen c der Reihe enthalten ist. Die Bänder oder Streifen \ erhalten oben ein Hakenende 4, welches in Tröge 5 greift, die in dem Querrahmen i ausgebildet und mit Quecksilber gefüllt sind. Diese Vorrichtung dient zur Ableitung des Stromes.

Nach Fig. 17 kann der Trog c anstatt, wie in Fig. 16 angegeben, aus isolirendem Material gefertigt zu sein, zweckmäfsig aus Metall hergestellt werden, das mit einem Ueberzug 51 aus Glimmer oder anderem isolirenden Material versehen ist, das auf der Fläche anzubringen ist, die mit den Flüssigkeiten in den Abtheilungen in Berührung kommt, während die Rippen oder Stege bezw. Flantschen 52 der Tröge zweckmäfsig amalgamirt werden, so dafs hierdurch ein besserer Contact mit dem Quecksilber in den Trögen stattfindet und hierdurch ein Austreten von Flüssigkeit aus einer Abtheilung in die andere verhindert wird.

Die innere Abtheilung k ist mit einer Lösung von Alkalisalz, z. B. Chlornatrium (Na ClJ, nahezu gefüllt der Elektrolyse zu unterwerfen, während die äufsere Abtheilungy mit einer starken Lösung von Aetzalkali (Na O H) nahezu gefüllt ist.

Bei der Verbindung der Zelle mit einer Dynamomaschine oder anderen Elektricitätsquelle wird die Chlornatriumlösung in der inneren Abtheilung k elektrolysirt und das Natrium wird auf dem Quecksilber in den einzelnen Trögen c niedergeschlagen, während das Chlor freigesetzt wird, das nach oben in die Haube q tritt, um aus dieser für weitere Verwendung, z. B. zur Herstellung von Bleichpulver u. s. w., abgeleitet zu werden. Das so mit dem Quecksilber gebildete Natriumamalgam tritt an die freie Oberfläche des Quecksilbers in der äufseren Kammer y und hier wird das Natrium bei Berührung mit Wasser aufgelöst, so dafs Natriumhydrat und Wasserstoff entwickelt wird.

In den Fig. 5, 6, 7 und 8 ist eine abgegeänderte Ausführungsform der Zelle dargestellt; es gelangt hiernach ein äufserer Behälter α aus Porcellan oder anderem nicht leitenden Stoff und ein Untertheil 13 zur Verwendung, der ebenfalls aus Porcellan bestehen kann und zum Tragen der Scheidewand b und ihrer Rahmen dient. Bei dieser Ausführungsform sind zwei Endplatten 14 vorgesehen, die zweckmäfsig ebenfalls aus Porcellan bestehen und beide zwei kreisrunde, verticale Aussparungen 15 auf jeder Seite erhalten, um die Enden der Tröge c

aufzunehmen. Die Tröge werden mit den Endplatteh 14 durch Kupfer- oder andere Metallstangeri 16 fest verbunden, welche in den Aussparungen 15 angeordnet und welche mit quergerichteten Tragedrähten oder Metallbändern 3 ausgestattet sind, auf welchen die Kanten der Tröge c aufliegen. Das Ganze wird durch Einlassen einer Lage 17 von Paraffin, Wachs oder anderen geeigneten Bindemitteln verbunden. Die Enden der untersten Tröge 18 liegen auf dem Untertheil ig der Endplatten 14 auf, während ihre nach unten gerichteten Kanten oder Flantschen 20 in einen Kanal 21 treten, der in dem Untertheil 13 vorgesehen und mit Quecksilber gefüllt ist, so dafs hierdurch ein guter Abschlufs gebildet wird. Der Kanal 21 läuft herum und liegt nahe der Kante des Untertheiles 13; der Abschlufs wird an den bezüglichen Enden durch einen Flantsch 22 vervollständigt, der auf dem Untertheil 19 der Endplatten 14 als Fortsetzung der Flantschen 20 an dem untersten Troge jeder Reihe vorgesehen ist. Jede der Endplatten 14 ist in der Mitte an dem oberen Ende mit einem kleinen Troge 23 für Quecksilber ausgestattet, wobei eine ContaCtschraube 24 in jedem Fall von aufsen in den Trog geführt ist, welcher Schraube die Pole einer Dynamomaschine angeschlossen werden können, um den Strom in die Zelle zu führen. Eine Deckplatte 25 verbindet die oberen Theile der Endplatten· 14. Die oberen Theile der Scheidewand b sind wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel als Platte h ausgebildet, deren obere Kanten mit Nuthen 26 auf der unteren Seite der Deckplatte 25 in Eingriff stehen, so dafs hierdurch eine gasdichte Verbindung geschaffen wird. Die Deckplatte 25 wird durch Schrauben in Stellung gehalten, welche in die Kupferstangen 16 eingreifen, wobei die Schrauben gleichzeitig als Pole dienen, durch welche der Strom aus der Quecksilberscheidewand abgeleitet wird.

Die Deckplatte 25 ist mit einem Kanal 27 versehen, der mit Quecksilber gefüllt ist und einen Abschlufs bildet, wenn die Kanten der Sammelhaube q eingesetzt werden, durch welche das Chlorgas, welches in der inneren Abtheilung entwickelt wird, zur Ableitung gelangt.

Die elektrolytische Wirkung dieser Zelle ist dabei dieselbe, als diejenige der Ausführungsformen nach Fig. 1, 2, 3 und 4. In jedem Falle kann das Verfahren zu einem continuirlichen gestaltet werden, indem bei 9 Laugenlösung dem unteren Theil der inneren Abtheilung zugeführt und die geschwächte Lösung nahe der Oberfläche bei 10 in derselben Abtheilung abgezogen wird, während Wasser der äufseren Abtheilung bei 11 nahe der Oberfläche zugeführt werden kann und die stark alkalische Lösung bei 12 nahe dem Boden derselben Abtheilung zum Abzüge gelangt.

Wie in Fig. 9, 10 und ί ι dargestellt, kann eine runde Scheide- oder Zwischenwand 33 an Stelle einer Längswand vorgesehen werden; eine derartige runde Scheidewand theilt die Zelle in einen inneren oder mittleren Theil k und eine äufsere ringförmige AbtheilungJ--, in denen bezüglich die Laugenlösung und die erzeugte Alkalilösung Aufnahme findet.

Diese runden bezw. kreisförmigen Tröge 34 werden durch Distanzstücke 35, welche in geeigneten Zwischenräumen vorgesehen werden, aus einander gehalten und getragen.

Bei der in Fig. 12 dargestellten weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine horizontale Scheidewand 39 vorgesehen, die aus einer Anzahl von Elementen 40 von wesentlich --ν. - förmigem Querschnitt besteht. Diese Elemente sind seitlich neben einander angeordnet und bilden je einen Kanal für die Aufnahme des Quecksilbers auf der einen Seite und einen Flantsch, der in diesen Kanal des nächsten Elementes eintaucht, so dafs, wenn genügend Quecksilber in jedes der Elemente eingebracht worden ist, die vorher in horizontale Reihen und in Verbindung unter einander gebracht worden sind, der Behälter in zwei Abtheilungen 41, 42 getheilt wird, die durch die Quecksilberverschlüsse wirksam getrennt werden. Wenn einmal die untere oder Kathodenabtheilung 42 vollständig mit schwacher Alkalilösung gefüllt ist, so kann die obere oder Anodenabtheilung 41 mit einer Kochsalzlösung gefüllt werden, ohne dafs zu befürchten ist, dafs sich beide Flüssigkeiten mit einander vermischen. Eine Elektrode / ist in der oberen Abtheilung angeordnet. Starke Kochsalzlösung wird unausgesetzt der oberen Abtheilung nahe der Scheidewand zugeführt und nahe dem oberen Theile der Abtheilung abgezogen, während Wasser in den oberen Theil eingeführt und Alkalilösung von dem unteren Theil der unteren Kammer abgezogen wird.

Eine Haube 43 ist in der unteren Kammer vorgesehen, durch welche das entwickelte Wasserstoffgas abgezogen werden kann, und in ähnlicher Weise kann eine Haube 44 zum Abziehen des Chlorgases, welches in der oberen Abtheilung entwickelt wird, angebracht werden.

Um eine möglichst grofse Quecksilberoberfläche zu erhalten, weiche auf jeder Seite der Scheidewand der Salz- und Alkalilösung ausgesetzt wird, erhalten die Tröge zweckmäfsig einen flachen V- förmigen Querschnitt mit nach unten gerichteten Stegen oder Rippen, wie aus der Zeichnung ersichtlich, die allein in das Quecksilber des benachbarten Troges eintauchen. Die Erfindung soll indessen auf

diese Ausbildung der Scheidewand nicht beschränkt werden, da an Stelle der vorbeschriebenen Einrichtung die Tröge auch so beschaffen sein können, dafs sie in einander passen und hierdurch einen Zwischenraum von constanter Tiefe bilden. Es kann auch jede andere geeignete Form und Anordnung der Tröge gewählt werden, ohne von dem Wesen der Erfindung abzuweichen. In gleicher Weise soll die Erfindung auch nicht auf die verticale Anordnung der Tröge, welche die Scheidewand bilden, beschränkt werden, die bei dieser Anordnung in der Zelle horizontale Lage erhalten, da die Scheidewand offensichtlich auch durch schräg angeordnete Tröge herzustellen ist.

Quecksilber kann in die Reihe von Trögen c dadurch eingeführt werden, dafs der oberste Trog gefüllt und der Ueberlauf desselben in den unmittelbar darunter befindlichen Trog treten gelassen wird u. s. f., bis die ganze Reihe von Trögen mit Quecksilber gefüllt ist.

Der bequemen Füllung der Tröge wegen und um ein Verspritzen von Quecksilber auszuschliefsen sowie gleichzeitig das Füllen jedes Troges zu gewährleisten, können die Tröge wie aus Fig. 13 ersichtlich eingerichtet sein, wonach eine Wand 45 der Tröge über der anderen nach oben vorsteht, wobei die Verlängerung der Trogwände alternirend auf jeder Seite auftritt, so dafs der Ueberlauf von Quecksilber über der unteren Kante des einen Troges stattfindet, unter welcher die verlängerte Seite des nächsttieferen Troges liegt. Oder anstatt eine durchgehende Verlängerung der alternirenden Trogseiten vorzusehen, kann eine theilweise Verlängerung oder ein Ansatz 46 ausreichen, der nach Fig. 15 wechselweise auf der einen oder anderen Seite der Tröge angebracht wird; diese Einrichtung bewirkt, dafs der Ueberlauf auf einen bestimmten Theil 47 der Kante jedes Troges beschränkt wird, oder, wie aus Fig. 14 ersichtlich, kann die Ueberführung des Quecksilbers von einem Troge in den anderen durch Kapillarwirkung mittels eines Hakens oder Einhängetheiles 48 bewerkstelligt werden, der aus amalgamirtem Kupferdraht hergestellt wird.

Das Füllen der Tröge kann auch durch eine Vorrichtung erfolgen, welche in Fig. 15 a dargestellt ist, die die Anwendung bei der in Fig. ι bis 4 dargestellten Zelle veranschaulicht. Diese Vorrichtung besteht aus einem Band oder Streifen 8, welches in jedem Falle mit der Platte h verbunden ist und zweckmäfsig mit den benachbarten Kanten der Tröge in Verbindung steht. Die Tröge sind an ihren Kanten ausgeschnitten oder mit Kerben versehen, wie bei 49 und 50 dargestellt. Die alternirenden Kerben liegen nicht in derselben Vertiealen, so dafs das Quecksilber, welches durch einen Ausschnitt oder eine Kerbe in der Kante des einen Troges tritt, durch das Band 8 geführt wird, um in den nächsten Trog zu gelangen.

Aus Vorstehendem ist ersichtlich, dafs auf die besondere Form oder Anordnung der Tröge, welche die Scheidewand bilden, ebensowenig wie auf die Form und Anordnung der Scheidewand selbst besonderes Gewicht gelegt wird, so dafs die Erfindung auf die Darstellung nicht beschränkt wird.

Durch die Anordnung einer derartigen Zelle wird die Verwendung von bewegten Theilen für die Bewegung des Quecksilbers vermieden, wahrend durch eine einfache und billige Einrichtung eine durchaus wirksame Zelle erzielt wird.

Bei der Anwendung der Zelle der vorbeschriebenen Art hat sich gezeigt, dafs Natrium vollständig und schnell durch die Quecksilberzelle sich vertheilt, so dafs irgend eine Bewegung nicht erfordert wird; hierin liegt ein wesentliches unterscheidendes Kennzeichen und ein ausgesprochener Vortheil der vorliegenden Erfindung.

Claims (5)

Patent-An Sprüche:

1. Eine Einrichtung zur elektrolytischen Zersetzung von Salzlösungen unter Benutzung einer Quecksilberkathode, gekennzeichnet durch eine Reihe eine Scheidewand bildender Tröge zur Aufnahme des Quecksilbers mit freien Oberflächen in der Zersetzungs- und Bildungsabtheilung der durch die Tröge getrennten Zelle.

2. Eine Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Tröge mit Rippen oder Stegen ausgestattet sind, die in das Quecksilber des unteren oder benachbarten Troges eintauchen.

3. Eine Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die aus Trögen bestehende Scheidewand eine mittlere und eine äufsere, jene umschliefsende Abtheilung oder Kammer bildet (Fig. ι bis 4, 5 bis 8 und 9 bis 11).

4. Eine besondere Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1 bezw. 3, bei welcher die Scheidewand (b) und ihre Rahmen von einem Bodentheil (13) getragen werden und die Enden der Tröge (c) in Ausnehmungen von Endplatten (14) greifen, mit denen sie fest verbunden sind (Fig. 5 bis 8).

5. Eine Ausfuhrungsform der Einrichtung nach Anspruch 1,. bei welcher die Scheidewand von neben einander angeordneten Trögen von r\j-förmigem Querschnitt gebildet wird, die zur Abschliefsung der oberen und unteren, durch die Scheidewand

gebildeten Abtheilung in einander greifen (Fig. 12).

Eine Ausführungsform der Einrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die die Scheidewand bildenden Tröge von V-förmigem Querschnitt wechselweise auf der einen und anderen Seite verlängerte Seitenwände erhalten oder an entsprechenden Stellen mit Ausschnitt und Lappenansatz versehen sind, um das übertretende Quecksilber jedes Troges von dem darunter befindlichen Trog aufnehmen zu lassen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.