DE1417787C - Mehrfachelektrolysezelle - Google Patents

Description

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Es wurde gefunden, daß, wenn Alkalimetallchlorat sationstemperatur vorzugsweise bei etwa 20° C

-durch Elektrolyse von Alkalimetallchloridlösung in durchzuführen, und die wiedergesättigte Flüssigkeit

einer Mehrfachelektrolysezelle gemäß der Erfindung zu erwärmen, bevor sie der Zelle zugeführt wird,

hergestelt wird, mit einer Stromdichte gearbeitet Wärme kann dadurch gespart werden, daß in dem

werden kann, welche etwa 3- bis 14mal größer ist 5 Kühlungs/Kristallisations-Wiedersättigungs/Wieder-

als in den bekannten Chloratzelleneinheiten, welche erwärmungs-Arbeitskreis nach dem Wärmeaustausch-

mit Graphit-, Magnetit- oder massiven Platinanoden prinzip gearbeitet wird.

ausgestattet sind, so daß also mit einer hohen Ener- Der Erfindungsgegenstand ist in den Zeichnungen

giewirtschaftlichkeit gearbeitet werden kann. Wenn näher erläutert.

beispielsweise in einer Mehrfachelektrolysezelle ge- ίο F i g. 1 zeigt schematisch einen senkrechten Quer-

mäß der Erfindung mit einer Stromdichte von etwa schnitt durch eine Mehrfachelektrolysezelle gemäß

3,5 kA/m² gearbeitet wird, so ist der Energiever- der Erfindung;

brauch mindestens so gering, wie es bei den bekann- F i g. 2 zeigt eine Anordnung der Zelle gemäß

ten mit einer niedrigen Stromdichte arbeitenden F i g. 1 mit einer Hilfsapparatur, welche zur Herstel-

Chloratzellen der Fall ist. Es wird vorgezogen, mit 15 lung von Natriumchlorid nach dem erwähnten kon-

einer Mehrfachelektrolysezelle.gemäß der Erfindung tinruierlich arbeitenden Wiedersättigungsprinzip ge-

bei einer Stromdichte innerhalb des Bereiches von eignet ist.

2 bis 4kA/m² zu arbeiten. Die in Fig. 1 dargestellte Mehrfachelektroly.se-

Es ist darauf hinzuweisen, daß wie bei den be- zelle besteht aus sieben Einzelzelleneinheiten 1, wo-

kannten Chloratzellen sich bei den Mehrfachelektro- 20 bei jedoch darauf hinzuweisen ist, daß die Mehr-

lysezellen gemäß der Erfindung kein Diaphragma fachelektrolysezelle auch aus einer größeren oder

zwischen der Anode und der Kathode in jeder ZeI- kleineren Anzahl von Zelleneinheiten bestehen kann,

leneinheit befindet. Die Mehrfachelektrolysezelle besitzt Titanendplatten

Die Herstellung eines Alkalimetallchlorats kann in 2 und 3, und zwischen jedem Paar Zelleneinheiten 1 einer Mehrfachelektrolysezelle gemäß der Erfindung »5 befinden sich Zwischenwände 4 aus Titanblech. Die kontinuierlich durchgeführt werden, indem eine Anoden 5 bestehen aus dünnen Schichten von Platinwäßrige, Alkalimetallchlorid enthaltende Lösung metall, welche von der inneren Oberfläche der Enddurch die Zelle mit hoher Temperatur und Vorzugs- platte 2 und von einer Fläche jeder Titanzwischenweise von 70 bis 80° C geleitet wird und die ab- wand 4 getragen werden. Die Kathoden 6 bestehen laufenden Flüssigkeiten gekühlt oder konzentriert 30 aus dünnen Schichten eines Platinmetalls auf der werden können, um eine Kristallisation des in der ■ inneren Oberfläche einer Endplatte 3 und auf der Zelle erzeugten Chlorats zu unterstützen. Es wird Fläche jeder Titanzwischenwand 4, welche den Anvorgezogen, daß in der der Zelle zugeführten Flüs- öden gegenüberliegt.

sigkeit eine geringe Konzentration eines Chromats Die Anoden 5 und Kathoden 6 befinden sich in vorhanden ist, und zwar zweckmäßig von 2 bis 10 g 35 einem Abstand von etwa 3 mm voneinander, und pro Liter eines Alkalimetallchromats, um hierdurch sie werden von Isolationstrennplatten 7 und 8 vondie Chloratbildung in an sich bekannter Weise zu einander getrennt, welche zwischen den Enden von unterstützen. Ein besonders vorteilhaftes Verfahren, jedem Paar Titanbleche angebracht sind, wobei der das infolge der hohen Elektrolyttemperaturen, die in gesamte Zusammenbau der Bleche und Isolationsder vorliegenden Zelle angewandt werden, ermög- 4° platten durch auf der Zeichnung nicht dargestellte licht wird, besteht darin, daß die Zelle in Verbin- Klemmvorrichtungen flüssigkeits- und gasdicht gedung mit einem kontinuierlichen Kristallisations- halten wird. Kanäle 9, welche sich durch den unteren und Wiedersättigungssystem arbeitet, wobei das Satz der Isolationstrennplatten 7 erstrecken, dienen Chlorat ohne Verdampfung gewonnen wird und ein- dazu, den Elektrolyten jeder Zelleneinheit zuzufühfach dadurch, daß die aus der Zelle ablaufende Flüs- 45 ren und Kanäle 10, welche sich durch den oberen sigkeit gekühlt wird, worauf dann die Flüssigkeit mit Satz der Isolationstrennplatten 8 erstrecken, dienen Alkalimetallchlorid wiedergesättigt und erneut er- zur Abführung des Elektrolyten und von Wasserwärmt wird, um dann der Zelle wieder zugeführt zu stoff gas aus jeder Zelleneinheit. Der Elektrolyt kann werden. Die Temperatur, bei der die Wiedersättigung gegebenenfalls den Zelleneinheiten in anderer Weise durchgeführt wird, hängt von den Löslichkeitsver- 50 zu- oder abgeführt werden, beispielsweise durch Kahältnissen der jeweils angewandten Salze ab. Wenn näle, welche in die Titanendplatten 2 und 3 und in beispielsweise Natriumchlorat hergestellt wird, so er- die Titanzwischenwände 4 am Boden und an der folgt die Wiedersättigung mit Natriumchlorid am Oberseite eingeschnitten sind. Die aus Titan bebesten bei erhöhter Temperatur, zweckmäßig einer stehenden Anoden- und Kathodenendplatten 2 und 3 solchen von etwa 70° C, um eine maximale Löslich- 55 sind mit Leitungsdrähten 11 und 12 verbunden,
keit des Chlorids zu erreichen, und die Kristall!- Die in Fig. 2 dargestellte Mehrfachelektrolysesationsanlage kann bei einer Temperatur von etwa zelle 13 der in F i g. 1 dargestellten Art besteht aus 20° C arbeiten. Wenn andererseits Kaliumchlorat sieben Einzelelektrolysenzellen 1. Bei der Herstelhergestellt wird, so muß die Wiedersättigung bei lung von Natriumchlorat unter Verwendung der in einer niedrigen Temperatur wegen der steileren Lös- ⁶° F i g. 2 dargestellten Apparatur wird der zugeführte lichkeitskurve des Kaliumchlorids durchgeführt wer- Elektrolyt mit Natriumchlorid bei einer Temperatur den, weil andernfalls beim Abkühlen der aus der von etwa 70° C in einem Sättiger 14 gesättigt und Zeile austretenden Flüssigkeit zum Auskristallisieren wird kontinuierlich aus dem Sättiger 14 durch Leides Kaliumchlorats noch genügend Kaliumchlorid in tungen 9 jeder Zelleneinheit zugeführt, in der bei der der Lösung zugegen sein kann, so daß dieses Salz 65 Elektrolyse Natriumchlorat und Wasserstoff gebildet sich in der Kristallisationsvorrichtung neben dem werden. Der verbrauchte Elektrolyt wird aus den Chlorat abscheidet. Im Falle des Kaliumsalzes ist es Zelleneinheiten 1 durch Leitungen 10 zusammen mit zweckmäßig, die Wiedersättigung bei der Kristall!- dem in den Zellen entwickelten Wasserstoff abge-

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führt. Der Wasserstoff wird durch eine Leitung 15 entfernt, und der verbrauchte Elektrolyt wird .durch eine Leitung 16 in einem Wärmeaustauscher 17 abgekühlt und dann einer Kristallisationsvorrichtung 18 zugeführt, in der Natriumchloratkristalle abgeschieden werden. Die Mutterlauge wird aus der Kristallisationsvorrichtung 18 durch eine Leitung 19 abgeführt, in dem Wärmeaustauscher 17 etwa angewärmt, dann noch in einer Heizvorrichtung 20 erwärmt und dem Sättiger 14 wieder zugeführt. Mittels einer Leitung 21 wird ein weiterer Strom des verbrauchten Elektrolyten aus den Zellen 1 dem Sättiger 14 zugeführt, ohne daß er durch die Kristallisationsvorrich-' tung läuft, und zwar zu dem Zweck, um den Chlorid- und Chloratgehalt des den Zellen zugeführten und sie verlassenden Elektrolyten einzustellen. Die Strömung durch die Leitung 21 wird durch ein Ventil 22 geregelt. Unter Würdigung der vorangegangenen Ausführungen ist darauf hinzuweisen, daß die in F i g. 2 dargestellte Apparatur auch dazu verwendet ao werden kann, um Kaliumchlorat kontinuierlich herzustellen, vorausgesetzt, daß die Heizvorrichtungen derart ausgebildet und angebracht sind, daß der Sättiger bei niedriger Temperatur arbeitet, und der gesättigte Elektrolyt wird dann erwärmt, bevor er den Zellen zugeführt wird..

Die folgende Tabelle erläutert die wirtschaftliche Herstellung von Natrium- und Kaliumchloraten in einer Mehrfachelektrolysezelle gemäß der Erfindung. Bei der angewandten Mehrfachelektrolysezelle bestanden die Anoden aus auf elektrischem Wege abgeschiedenen Schichten aus Platin, und die Kathoden bestanden aus Platinschichten, welche durch das in der keramischen Industrie übliche Anstrich- und Brennverfahren niedergeschlagen wurden.

Produkt	Zellen spannung - in Volt	Zellen- - belastung— kA/m2	kWh/t Produkt
Natriumchlorat.. Natriumchlorat.. Kaliumchlorat ..	3,33 3,62 3,7	2,0 3,5 3,5	5920 6430 6100

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

trolysezelle, die aus einer Mehrzahl von Elektro- . lysezelleneinheiten gebildet wird, für die Elektrolyse Patentansprüche: wäßriger Lösungen von Alkalichloriden, bei der eine inaktive Trennwand die Anode der einen Zellenein-

1. Mehrfachelektrolysezelle, die aus mehreren 5 heit von der Kathode der angrenzenden Zelleneinheit Elektrolysezelleneinheiten besteht, für die Elek- trennt, und das Neue der Erfindung besteht beim trolyse wäßriger Lösungen von Alkalichloriden, Hauptpatent darin, daß die inaktive Trennwand aus bei der eine inerte Trennwand die Anode der einem chemisch inaktiven Titanmetallblech besteht, einen Zelleneinheit von der Kathode einer an- Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Mehrgrenzenden Zelleneinheit trennt, wobei die inerte io fachelektrolysezelle des Hauptpatents besteht die Trennwand aus einem chemisch inerten Titan- Anode jeder Zelleneinheit aus einer Schicht eines metallblech besteht und wobei die Anode jeder Platinmetalls, welches sich auf einer Seite des Titan-Zelleneinheit aus einer Auflage eines Platinme- metallbleches befindet, und die Kathode ist die getalls besteht, die sich auf einer Seite des Titan- genüberliegende Fläche des nächsten Titanmetallmetallbleches befindet, und die Kathode durch 15 bleches, welche keine Schicht des Platinmetalls aufdie gegenüberliegende Seite des angrenzenden weist.

Titanmetallbleches gebildet wird, nach Patent Es wurde nun gefunden, daß eine Mehrfachelek-

1421051, dadurch gekennzeichnet, trolysezelle riach dieser bevorzugten Ausführungs-

daß auch die Kathodenseite des Titanmetall- form des Hauptpatents in wirtschaftlicher Weise

bleches eine Auflage aufweist, die aus einem ao zur Herstellung eines Alkalimetallchlorats durch

Platinmetall besteht. _i Elektrolyse einer wäßrigen Lösung eines Alkalime-

2. Mehrfachelektroiysezelle nach Anspruch 1, tallchlorids verwendet werden kann, und zwar mit dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenschicht einer überraschend hohen Stromdichte, wenn die s \ auf elektrischem Wege auf der Titanoberfläche Kathodenseite jeder Titanmetallblechzwischenwand f | niedergeschlagen ist. 35 ebenfalls mit einem Belag versehen ist, welcher aus

einer Schicht eines Platinmetalls besteht.

Die Erfindung betrifft nunmehr eine Mehrfach-

elektrolysezelle, die aus mehreren Elektrolysezelleneinheiten besteht, für die Elektrolyse wäßriger Lö-30 sungen von Alkalichloriden, bei der eine inerte

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Mehrfach- Trennwand die Anode der einen Zelleneinheit von elektrolysezelle zur Herstellung eines Alkalimetall- der Kathode einer angrenzenden Zelleneinheit trennt, chlorate aus einer wäßrigen Lösung eines Alkalime- wobei die inerte Trennwand aus einem chemisch intallchlorids und stellt eine Weiterentwicklung der den erten Titanmetallblech besteht und wobei die Anode Gegenstand des Patents 1 421 051 bildenden Mehr- 35 jeder Zelleneinheit aus einer Auflage eines Platinfachelektrolysezelle dar. metalls besteht, die sich auf einer Seite des Titan-

Es ist bekannt, Chlorate von Alkalimetallen durch metallbleches befindet, und die Kathode durch die Elektrolyse von Alkalimetallchloridlösungen in einer gegenüberliegende Seite des angrenzenden Titanme-Einzelzelleneinheit herzustellen, bei der die Anoden tallbleches gebildet wird, nach Patent 1 421 051, aus Graphit und die Kathode aus Eisen oder Stahl 40 welche dadurch gekennzeichnet ist, daß auch die bestehen und wobei sich zwischen den Anoden und Kathodenseite des Titanmetallbleches eine Auflage der Kathode eine Scheidewand befindet. Als Anoden- aufweist, die aus einem Platinmetall besteht. ___
materialien sind auch Blöcke aus Magnetit und Wenn in der vorliegenden Beschreibung von einem Bleche aus Platin verwendet worden. Da jedoch die »Platinmetall« die Rede ist, so wird darunter ein _; maximal mögliche Stromdichte bei Magnetit gering 45 Edelmetall der Platingruppe oder eine Legierung 4 \ ist und die Kapitalkosten von Platinblechanoden sehr von zwei oder mehr dieser Metalle verstanden, wie ; hoch sind, werden allgemein Graphitanoden ange- im Hauptpatent näher ausgeführt ist.
wendet. Bei der Verwendung von Graphitanoden Der Belag sollte an der Kathodenseite jedes Titan- j wird das Verfahren an sich jedoch kostspielig, weil bleches aus einer Schicht eines Platinmetalls bediese Anoden einer hohen Abnutzung unterliegen. 50 stehen, welche durch irgendeine der im Hauptpatent i Der pH-Wert des Elektrolyten in den Zellen, in beschriebenen Methoden aufgebracht werden kann, denen Chlorate hergestellt werden, ist verhältnis- da gefunden wurde, daß eine Kathodenschicht aus mäßig hoch, so daß eine starke Oxydation des einem Platinmetall die Zellenspannung verringert \ Graphits durch Entladung der Hydroxylionen auf- uhd nicht der Korrosion unterliegt, welche bei Ka- I tritt. Die hohen Abnutzungsgeschwindigkeiten der- 55 thodenschichten aus Eisen und Stahl festgestellt artiger Graphitanoden führt nicht nur zu hohen Er- wurden, wenn die Zelle abgeschaltet wird. Weiterhin Satzkosten, sondern es findet auch eine sich ständig sollte vorzugsweise die Anodenschicht des Platinsteigernde Vergrößerung der Zellenspannung statt metalls in jeder Zelle elektrolytisch auf der Titanwegen des im Laufe des Verfahrens immer größer oberfläche niedergeschlagen sein, da eine solche elekwerdenden Anoden-Kathoden-Abstandes, was einen 60 trolytisch abgeschiedene Schicht des Platinmetalls hohen Energieverlust zur Folge hat. Weiterhin ist die geringste und stabilste Zellenspannung liefert. Es j die maximale Anodenstromdichte, welche mit einer wurde weiterhin gefunden, daß, wenn Alkalimetall- j annehmbaren Abnutzungsgeschwindigkeit der Anode chlorat in einer Mehrfachelektroiysezelle gemäß der vereinbar ist, auf etwa 1,5 kA/m² begrenzt, selbst Erfindung hergestellt wird, der Abstand zwischen j wenn eine Kühlung der Zelle vorgenommen wird. 65 Anode und Kathode sehr klein sein kann und vor- ; Wenn eine Kühlung nicht vorgesehen ist, so beträgt zugsweise nur etwa 3 mm beträgt, wodurch auch j die Anodenstromdichte nur 0,2 bis 0,5 kA/m². noch die Verringerung der Zellenspannung unter- j

Das Hauptpatent betrifft nun eine Mehrfachelek- stützt wird. j