DE1567948C

DE1567948C - Process for adjusting the electrode distance in electrolysis cells with flowing mercury cathode for alkali electrolysis

Info

Publication number: DE1567948C
Authority: DE
Inventors: Harald Dr Hund HeI mut Dr 6230 Frankfurt Höchst Nottebohm
Original assignee: Farbwerke Hoechst AG, vorm Meister Lucius & Bruning, 6000 Frankfurt
Publication date: 1971-04-01

Description

Die in der Alkalichloridelektrolyse verwendeten Graphitanoden werden durch chemischen und elektrochemischen Angriff abgezehrt. Die Abzehrung ist stromdichteabhängig. Dem Problem einer schnell ausführbaren kontinuierlichen oder diskontinuierlichen Anodentiefsteilung zur Abstands- bzw. Spannungskorrektur kommt eine besondere Bedeutung zu, zumal moderne Anlagen mit immer höheren Stromdichten betrieben werden.The graphite anodes used in the alkali chloride electrolysis are chemically and electrochemically Attack emaciated. The consumption is dependent on the current density. The problem of a quickly executable Continuous or discontinuous anode deep division for distance or voltage correction is of particular importance, especially since modern systems are operated with ever higher current densities.

Zum Tiefstellen der Anoden sind zahlreiche Verfahren und Vorrichtungen bekannt (s. Haas, S., Chem. Ing. Technik, 34, 1962, Nr. 5, S. 337 bis 345). Da jedoch eine einfache und direkte Abstandsmeßmethode bisher nicht bekannt ist, bieten alle bekannten Verfahren und Vorrichtungen in der Praxis beträchtliche Schwierigkeiten.There are numerous methods of subsetting the anodes and devices are known (see Haas, S., Chem. Ing. Technik, 34, 1962, No. 5, pp. 337 to 345). However, since a simple and direct distance measuring method is not yet known, all of them offer known Methods and devices present considerable difficulties in practice.

Bei den bekanntesten Tiefstellverfahren wird die Stromstärke der Einzelelektroden entweder mit einer Ampere-Meßzange oder über eine geeichte Widerstandsstrecke in der Stromzuführungsleitung gemessen und dabei jede einzelne Elektrode solange nachgestellt, bis die Einzelelektroden mit annähernd gleichen Stromstärken belastet sind und die gewünschte Zellenspannung erreicht ist.With the best-known subsetting method, the current strength of the individual electrodes is either measured with a Ampere measuring clamp or measured via a calibrated resistance section in the power supply line and each individual electrode is readjusted until the individual electrodes are approximately the same Currents are loaded and the desired cell voltage is reached.

Da Änderungen an einer Elektrode auch die Stromstärke der Nachbarelektroden beeinflussen, ist dieses ,Tiefstellverfahren schwer durchzuführen und ungenau. Es läßt sich damit auch nur ein durchschnittlich gleicher Elektrodenabstand erzielen, wobei jedoch einzelne Elektroden erheblich abweichen können. In der Praxis stellt das Verfahren große Anforderungen an das Personal und ist für den normalen Gebrauch unzulänglich. 1;, ^:;Since changes to one electrode also affect the current strength of the neighboring electrodes, this subscript method is difficult to carry out and inaccurate. It is also possible to achieve an electrode spacing that is the same on average, although individual electrodes can differ considerably. In practice the method places great demands on the personnel and is inadequate for normal use. 1 ;, ^: ;

Nach anderen bekannten Verfahren werden auf der Kathode Distanzstücke angebracht, die aus nichtleitendem Material bestehen und auf die die Anoden aufgesetzt werden. Es handelt sich hier beispielsweise um Leisten oder Nocken, die bisweilen auch im Zellenboden versenkbar angeordnet sind. Nachteilig ist dabei, daß der Quecksilberfluß gestört wird und daß der Zellenboden bald verschmutzt. Ferner werden die Anoden an den Stellen, an denen sie auf den Distanzstücken aufsitzen, unregelmäßig oder gegenüber der übrigen Anodenfläche weniger stark aufgezehrt. Wenn die Distanzstücke in der Kathode versenkbar angeordnet sind, so kommt als weitere Schwierigkeit die Abdichtung: gegen Quecksilber hinzu... ^: ■' v>.'" ■ ·.'■' V. ■ ■■■^:.',_;. .·.■;. ;;_: ^:; ■ ■ ■ -._;; ··,.,,.. . /-.'-: Es wurde auch schon bekannt, den Abstand durch Elektrodenkurzschluß festzustellen, bei dem eine schnelle Steigerung der Stromstärke auftritt. Nach Eintritt des Kurzschlusses wird die jeweilige Elektrode in den für die angestrebte Spannung erforderlichen Abstand zurückgestellt; Dieses Verfahren hat naturgemäß viele Nachteile. So führen die an den kurzgeschlossenen Elektroden auftretenden hohen Stromstärken zu einer starken Erwärmung oder Verbren-' nung der Elektroden. Der Einsatz bekannter und sehr vorteilhafter Schmelzsicherungen ist bei diesem Tiefstellverfahren ausgeschlossen. Außerdem wird durch die starke Störung des elektrischen Feldes die Quecksilberoberfläche so heftig bewegt, daß die Elektroden in der Umgebung ebenfalls zum Kurzschluß neigen. Diese Erscheinungen treten mit den angestrebten höheren Stromdichten in immer stärkerem Maß auf. Schließlich ist noch ein Verfahren zum Einstellen des Abstandes zwischen Graphitanoden und Quecksilberkathode in niektrolysezellen bekannt, bei dem durch den Zellendeckel ein U-förmiger Fühler zwischen Anode und Zellenboden eingeführt und damit der Abstand genau festgelegt wird. Dieses Verfahren erfordert es, daß verhältnismäßig viele Distanzhaken durch den Deckel geführt und abgedichtet werden müssen. Außerdem besteht die Gefahr, daß das Quecksilberband aufreißt. ·:According to other known methods, spacers are attached to the cathode, which are made of non-conductive material and on which the anodes are placed. These are, for example, strips or cams, which are sometimes also arranged so that they can be lowered into the cell floor. The disadvantage here is that the mercury flow is disturbed and that the cell floor soon becomes contaminated. Furthermore, the anodes are used up irregularly or less strongly than the rest of the anode surface at the points where they sit on the spacers. If the spacers are arranged so that they can be sunk into the cathode, there is a further difficulty in sealing: Against mercury ... ^: ■ 'v>.'"■ ·. '■' V. ■ ■■■ ^:. ', _; . .. · ■ ;. _^;;:;... ■ ■ ■ _-;; ,, .. ··, /-.'-: It has also been known to detect the distance by electrodes short circuit, in which a rapid increase After the short circuit occurs, the respective electrode is set back to the distance required for the desired voltage; This method naturally has many disadvantages. The high currents occurring at the short-circuited electrodes lead to excessive heating or burns of the electrodes The use of known and very advantageous fuses is excluded with this subscript method. In addition, due to the strong disturbance of the electric field, the mercury surface is moved so violently that the electrodes in the vicinity also tend to short-circuit Opinions arise with the desired higher current densities to an ever greater extent. Finally, a method for adjusting the distance between graphite anodes and mercury cathode in nectrolysis cells is known, in which a U-shaped sensor is inserted through the cell cover between the anode and the cell base and the distance is thus precisely determined. This method requires that a relatively large number of spacer hooks must be passed through the cover and sealed. There is also the risk that the mercury tape will tear. ·:

Zum Tiefstellen der Anoden in Elektrolysezellen hat man sich trotz aller Mangel bisher notgedrungen der oben beschriebenen Verfahren bedient.To lower the anodes in electrolysis cells, despite all the deficiencies, it has been necessary to date the procedures described above.

Die bekannten Tiefstellverfahren sind jedoch ungeeignet, um sehr kleine Elektrodenabstände einzustellen und einzuhalten. Dies kann jedoch vorteilhaft sein, wenn es aus wirtschaftlichen Gründen günstiger.However, the known subscript methods are unsuitable for setting very small electrode spacings and adhere to. However, this can be advantageous when it is more economical for economic reasons.

ist, die Zellen unter Inkaufnahme einer etwas verminderten Stromausbeute bei möglichst kleiner Spannung zu betreiben.is, the cells accepting a somewhat reduced current yield with the lowest possible voltage to operate.

Es wurde nun ein Verfahren gefunden, das es gestattet, die Anoden in einen bestimmten sehr geringen A method has now been found which allows the anodes to be used in a certain very small amount

ao Abstand von der Kathode zu bringen und entweder diesen Abstand einzuhalten oder von diesem Bezugspunkt aus die Anoden auf einen genau bestimmten Abstand von der Kathode zurückzustellen.ao to bring a distance from the cathode and either maintain this distance or from this reference point from resetting the anodes to a precisely determined distance from the cathode.

Der Erfindung liegt die Beobachtung zugrunde, daß sich den Zellenströmen charakteristische Wechselströme überlagern, wenn eine Anode oder eine Anodengruppe der Kathode bis auf einen sehr geringen Abstand genähert wird. Diese Wechselströme oder ihre dazugehörigen Wechselspannungen lassen sich mit bekannten Meßeinrichtungen erfassen. Ihre Amplitude nimmt dabei mit abnehmendem Elektrodenabstand zu. Der einer bestimmten Amplitude entsprechende Abstand ist reproduzierbar. Er kann überraschenderweise beliebig lange aufrechterhalten werden, ohne daß Störungen oder Kurzschlüsse auftreten. Gemäß der Erfindung wird somit ein Verfahren zum Einstellen des Elektrodenabstandes in Elektrolysezellen mit fließender Quecksilberkathode vorgeschlagen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß die Anoden einzeln oder in Gruppen der Kathode solange genähert werden, bis bei geringem Elektrodenabstand auftretende charakteristische "Wechselströme oder Wechselspannungen in bezug auf deren Amplitude einen festgelegten Wert erreichen.The invention is based on the observation that Characteristic alternating currents are superimposed on the cell currents if an anode or a Anode group of the cathode is approximated to a very small distance. These alternating currents or their associated alternating voltages can be recorded with known measuring devices. your The amplitude increases as the electrode spacing decreases. The one corresponding to a certain amplitude The distance is reproducible. Surprisingly, it can be maintained indefinitely, without malfunctions or short circuits. According to the invention there is thus a method proposed for setting the electrode spacing in electrolysis cells with flowing mercury cathode, which is characterized in that the anodes individually or in groups of the cathode as long are approximated until characteristic "alternating currents or AC voltages with respect to their amplitude reach a specified value.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wirdAccording to one embodiment of the invention

die einzelne Anode oder die Anodengruppe nach demthe single anode or the group of anodes after the

Erreichen des festgelegten Wertes der Amplitude des Wechselstromes oder der Wechselspannung auf einenReaching the specified value of the amplitude of the AC current or AC voltage to one

,der gewünschten Zellenspannung entsprechenden Ab-, the desired cell voltage corresponding to the

stand zurückgestellt. Γ : ;·.'· -'IS-- 7 ■·■■■ '■'■'}"?■ --^ΐ . ,Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfhv dung wird der einem festgelegten Wert entsprechende Elektrodenabstand unter Verwendung der'Amplitude des Wechselstromes oder der Wechselspannung alsstood on hold. Γ:; ·. '· -'IS-- 7 ■ · ■■■ ' ■ '■'} "? ■ - ^ ΐ., According to another embodiment of the invention, the electrode distance corresponding to a fixed value is determined using the 'Amplitude of the alternating current or alternating voltage as

Regelgröße aufrechterhaltend :Maintaining controlled variable:

Beim Stellen werden,die Anoden dann jeweils bis zürn festgelegten Wert gesenkt und hierauf auf den gewünschten Abstand zurückgestellt. Zweckmäßig ist an der Tief Stellvorrichtung eine entsprechend geeichte Skala oder Markierung vorgesehen. Es ist selbstverständlich auch möglich, das Zurückstellen durch entsprechend viele Drehungen der zum Verstellen der Anoden verwendeten Spindel vorzunehmen, wenn deren Steigung bekannt ist.When placed, the anodes then each up reduced to a fixed value and then to the desired distance reset. A correspondingly calibrated device is expediently calibrated on the low adjusting device Scale or marking provided. It is of course also possible to reset it accordingly make many turns of the spindle used to adjust the anodes, if whose slope is known.

es Soll gemäß der zweiten AusfUhrungsform der Erfindung der einem festgelegten Wert der Amplitude des Wechselstromes oder der Wechselspannung entsprechende geringe Elektrodenabstand aufrechterhal-it should according to the second embodiment of the invention which corresponds to a fixed value of the amplitude of the alternating current or the alternating voltage Maintain a small electrode gap

Claims

th, the time derivative of the current or voltage is expediently entered as a control variable in a corresponding controller. The measurement of the alternating current amplitude is expediently carried out in that first the time derivative of the current is formed. A simple means of forming the time derivative is to bring the power supply to the anode in the axis of an annular transformer, in the winding of which a voltage is induced that is directly proportional to the time derivative of the current. The air gap in the core ensures that the premagnetization of the transformer core caused by the direct current component is kept within permissible limits. The induced voltage is expediently first fed to a low-pass filter which filters out the residual ripple resulting from the polyphase rectifier for generating the electrolysis direct current and only allows the low-frequency alternating voltage component induced by the characteristic alternating currents to pass. A suitable indicator shows this characteristic alternating voltage component either directly or reports that a certain value has been exceeded. As an indicator, e.g. B. serve a rectifier with a connected moving coil measuring mechanism. The measuring mechanism is protected from the influence of the surrounding magnetic fields by a shield made of highly permeable material. Furthermore, a voltage limitation is expediently implemented in the feed line to the rectifier, ζ. Β. through anti-parallel connected Zener diodes to protect the rectifier and the measuring mechanism from overvoltage, which can occur in the event of a short circuit between the anode and the mercury cathode. The use of other indicators, for example constant or glow lamps, indicators or similar current or voltage-controlling signal devices is of course possible. To carry out the measurement, the core of the transformer is opened so wide that the current feeder of the anode to be lowered can be brought into the axis of the ring-shaped transformer and enclosed by it. Molded pieces made of a suitable insulating material ensure that the conductor is centered in the axis when the transformer core is closed again, the desired air gap is maintained by spacers / Now the deep division of the anodic) takes place until the display of the measuring device exceeds a fixed value or until the Signaling device responds. The anode then has the previously determined very small distance from the * mercury cathode. The anode is then raised again until the distance from the cathode recognized as being optimal is reached. As in the case of alternating current measurement, the alternating voltages are expediently measured in that the time derivative of the voltage is formed and fed to a display or an indicator or a controller. A simple means of generating the time derivative of the voltage is to measure the charging current of a capacitor connected to the voltage to be measured. The further processing of the signal takes place according to the procedure explained for the current measurement. The diagram shows the characteristic alternating voltage superimposed on the cell voltage, which occurs when the anode is moved against the cathode. The displacement of the anode ao relative to the cathode in millimeters (mm) from an arbitrarily chosen zero point is plotted on the abscissa and the characteristic alternating voltage dependent on the anode displacement in millivolts (mV) is plotted on the ordinate. a 'Claims:

1. Procedure for adjusting the electrode spacing in electrolytic cells with flowing Mercury cathode for alkali electrolysis, characterized in that the anodes individually or in groups of the cathode are approached until the electrode spacing is small occurring characteristic change. earth currents or alternating voltages with respect to whose amplitude reach a specified value.

2. The method according to claim 1, characterized in that the anode or anode group after reaching the specified value of the amplitude of the alternating current or the alternating voltage to one of the desired cell voltage corresponding distance is reset.

3. The method according to claim 1, characterized in that the one specified value corresponding electrode spacing using the amplitude of the alternating current or the alternating voltage is maintained as a controlled variable.

1 sheet of drawings