DE1767243B1 - Verfahren und elektrolysezelle mit quecksilberkathode zur elektrolyse von alkalisalzloesungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Elektrolyse von Alkalisalzlösungen mit Hilfe einer Quecksilberelektrode und insbesondere auf eine zur Durchführung des Verfahrens geeignete Elektrolysezelle. S

Für derartige Elektrolysen geeignete Anlagen enthalten eine Elektrolysezelle mit Quecksilberkathode, eine Aufbereitungsanlage für das Quecksilber und eine Pumpe zum Umwälzen des Quecksilbers. Das aus der Aufbereitungsanlage kommende Quecksilber enthält in der Regel noch einige Reste an Alkali. Aus diesem Grunde wird dem Quecksilberstrom an einer vor oder nach der Pumpe liegenden Stelle Wasser beigemischt, um das Quecksilber zu waschen. Vor dem erneuten Eintritt in die Elektrolysezelle wird dann das Quecksilber vom Waschwasser getrennt.

Eine vollständige . Trennung des kontinuierlich strömenden Quecksilbers vom Waschwasser ist äußerst schwierig, so daß in den meisten Fällen zusammen mit dem Quecksilber etwas Waschwasser in die Elektrolysezelle strömt, das ein Alkali, beispielsweise in Form von Natronlauge, enthält. Innerhalb der Elektrolysezelle reagiert dann das alkalische Waschwasser mit dem bei der Elektrolyse erzeugten Chlor, wobei sich oxydierende Salze wie Natriumhypochlorit und Natriumchlorat bilden, welche die Anode oxydieren und zerstören.

Das alkalische Waschwasser, das zusammen mit dem Quecksilber in die Elektrolysezelle geströmt ist, vermischt sich fast überhaupt nicht mit dem Elektrolyten. Vielmehr strömt der größte Teil des Waschwassers als laminare Strömung unterhalb des Elektrolyten zusammen mit dem Quecksilber zum unteren Teil der Graphitanode. Infolgedessen ist der in der Nähe der Quecksilbereinflußöffnung liegende Teil der Graphitanode besonders stark einer lokalen Erosion ausgesetzt, so daß die Graphitanode ungleichförmig verbraucht wird (F i g. 1 a).

Dieser Nachteil hat zur Folge, daß der Betrieb der Elektrolysezelle häufig unterbrochen werden muß, um die Anode zu ersetzen, obwohl diese an den anderen Stellen nur sehr wenig durch Erosion zerstört wird. Die Elektrolyse ist daher nicht nur wegen des schnellen Verbrauchs der Anode, sondern auch wegen der zur Erneuerung der Anode notwendigen häufigen Unterbrechungen sehr unrentabel. Hinzu kommt, daß jede Unterbrechung des Betriebs der Elektrolysezelle weitere Nachteile, wie beispielsweise Verluste an Elektrolyt und elektrischer Leistung, zusätzlichem Bedarf an Ersatz- und Austauschmaterialien und Arbeit, zur Folge hat.

Man hat versucht, diesen Übelstand dadurch zu vermeiden, daß man das alkalische Waschwasser nach dem Eintritt-in die Elektrolysezelle neutralisiert, und zwar bevor es die Anode erreicht. Diese Gegenmaßnahme bedingt jedoch weitere Schwierigkeiten und hat auch ihre Grenzen. Insbesondere ist es nicht möglich, die Quecksilberoberfläche eine Wellenbewegung durchführen zu lassen oder den Quecksilberkörper aufzubrechen oder diskontinuierlich zu machen, indem man beispielsweise heftig rührt.

Man hat weiterhin versucht, das alkalische Waschwasser durch Zufuhr von sauren Salzlösungen zu neutralisieren. Hierdurch wird die Elektrolysezelle unnötig vergrößert, da besondere Gefäßteile notwendig werden. Außerdem sind dann größere Mengen an Quecksilber erforderlich, Die üblicherweise vorgesehenen besonderen Gefäßteile weisen außerdem noch den Nachteil auf, daß auch durch sie nicht vollständig vermieden werden kann, daß noch nicht neutralisiertes alkalisches Waschwasser zur Anode gelangt und diese angreift.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die beschriebenen Nachteile zu vermeiden. Hierzu sollen insbesondere die Zufuhr der Salzlösung zur Elektrolysezelle und die Zuflußöffnung für die Salzlösung derart verbessert werden, daß eine lokale Erosion der Graphitanbde vermieden wird.

Erfindungsgemäß wird dazu die Salzlösung direkt oberhalb der Quecksilbereinlaßöffnung auf der gesamten Breite einer Querwand der Elektrolysezelle wasserfallartig in Form einer laminaren Strömung in die Elektrolysezelle derart eingeführt, daß sie das durch die Quecksilbereinlaßöffnung zuströmende, aufbereitete Quecksilber erreicht und dadurch dessen gesamte obere Oberfläche reinigt.

Die Erfindung wird nun auch an Hand der Zeichnungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen.

Die Fig. la und Ib zeigen die nach längerem Gebrauch durch Erosion angegriffenen Anoden von Elektrolysezellen mit Quecksilberkathoden, wobei die gestrichelten Linien die Form der ursprünglichen Anoden andeuten. Die Anode nach der Fig. la stammt aus einer bekannten Elektrolysezelle und die Anode nach Fig. Ib aus einer-erfindungsgemäßen Elektrolysezelle.

Die Fig. 2 ist ein Schnitt durch eine bekannte Elektrolysezelle.

Die Fig. 3 ist ein Schnitt durch eine erfindungsgemäße Elektrolysezelle.

Die Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV der Fig. 3.

Die Fig. 5 ist ein der Fig. 4 ähnlicher Schnitt durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung. Bei den bekannten Elektrolysezellen nach der Fig. 2 strömt die Salzlösung? zunächst durch eine Einlaßöffnung 6, die aus einem oder mehreren Roh- · ren besteht, in einen besonderen Gefäßteil 3, der von einer Elektrolysekammer 1 mittels einer Prallwand 2 abgetrennt ist. Quecksilber 8 strömt aus einem Zuführkanal 4 zu und tritt nach Unterströmung einer Prallwand 5 am Boden des besonderen Gefäßteiles 3 in die Elektrolysezelle ein. Die Salzlösung 7 und das Quecksilber 8 unterströmen dann gemeinsam die Prallwand 2 und gelangen in die Elektrolysekammer 1. Zusammen mit dem Quecksilber & strömt gleichzeitig Waschwasser 9 durch den Zuführkanal 4. Ein Teil dieses Waschwassers 9 wird vom Quecksilber in den besonderen Gefäßteil 3 mitgerissen und strömt als laminare Strömung zwischen dem Quecksilber und der Salzlösung weiter. Wenn daher der Strömungsweg innerhalb des besonderen Gefäßteils 3 kurz ist, dann wird das alkalische Waschwasser nur unvollständig neutralisiert, so daß ein Teil des unneutralisiert gebliebenen Waschwassers in einen Bereich unterhalb der Anode 10 gelangt und diese erodiert wird.

Nach der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch vermieden, daß die Salzlösung längs der gesamten Oberfläche einer Querwand der Elektrolysezelle von einer Stelle oberhalb des Quecksilberzuflusses her in

Form einer fallenden laminaren Strömung zugeführt wird. Durch die resultierende senkrechte Strömung der zugeführten Salzlösung wird die Oberfläche des zuströmenden Quecksilbers kontinuierlich gewaschen und neutralisiert.

Eine solche vorhang- bzw. wasserfallartige, nach unten gerichtete Strömung der Salzlösung wird dadurch erreicht, daß man die dem in der Elektrolysezelle verbleibenden Elektrolyten frisch zugeführte Salzlösung über die gesamte Oberfläche einer Querwand strömen läßt, und zwar in Form einer laminaren Strömung, die unabhängig vom in der Elektrolysezelle vorhandenen Elektrolyten ist. Die Unabhängigkeit der Strömung kann man beispielsweise dadurch anschaulich machen, daß man die zuzuführende Salzlösung anfärbt. Man beobachtet dann, daß die angefärbte Salzlösung sich wie ein herabfallender Vorhang in Form eines dünnen Films längs der Querwand ausbreitet und daß der Strom der angefärbten Salzlösung die Quecksilberoberfläche erreicht und eine kontinuierliche Reinigung der Quecksilberoberfläche vornimmt.

Um eine solche wasserfallartige laminare Strömung auf der gesamten Breite einer Querwand der Elektrolysezelle zu erhalten, wird die Salzlösung durch einen langen und engen Schlitz zugeführt, welcher oberhalb des Spiegels des in der Elektrolysezelle verbleibenden bzw. gestauten Elektrolyten in derjenigen Querwand angebracht ist, in der sich auch die Einlaßöffnung für das Quecksilber befindet. Der Schlitz ist über die gesamte Breite der Querwand ausgedehnt.

Bei dem in den F i g. 3 und 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung werden das Quecksilber 12 und das Waschwasser 13 durch einen Zuführkanal 11 zugeführt und dann mittels einer zu unterströmenden Prallwand 15 voneinander getrennt, die am unteren Teil einer Querwand 14 der Elektrolysezelle vorgesehen ist. Durch die Prallwand wird das Waschwasser abgehalten, so daß nur das Quecksilber unter ihr hindurch in eine Elektrolysekammer

16 gelangt. Das Quecksilber strömt dann am Boden

17 der Elektrolysekammer entlang in der Fig. 3 nach rechts weiter.

Frische, saure Salzlösung 20 wird durch einen Zuführkanal 18 zugeführt, der als Rinne ausgebildet sein kann und an der Außenseite der Querwand 14 in deren Oberteil vorgesehen ist. Von dort strömt die Salzlösung durch einen Schlitz 19, der am oberen Teil der Querwand vorgesehen ist, in die Elektrolysekammer 16. Da der Spiegel 21 des Elektrolyten innerhalb der Elektrolysekammer tiefer als der Überfluß des Schlitzes 19 liegt, fällt die zugeführte Salzlösung zunächst an der gesamten Innenfläche der Querwand 14 herab. Die kinetische Energie dieser fallenden Salzlösung ist so groß, daß der größte Teil derselben an der Innenfläche der Querwand bis direkt zur Quecksilberoberfläche vordringt, ohne sich mit dem Elektrolyten zu vermischen, obwohl der freie Fall an sich an der Oberfläche des in der Elektrolysezelle befindlichen Elektrolyten endet.

Selbst wenn also etwas Waschwasser 13 unter der Prallwand 15 durchströmen und in das Innere der Elektrolysekammer gelangen sollte, wird es mit der sauren Salzlösung, die längs der Querwand herabströmt und an der Eintrittsstelle des Waschwassers in Form eines Films senkrecht auf die Quecksilberoberfläche prallt, innig vermischt und dadurch neutralisiert. Hierdurch wird die Graphitanode gegen die alkalische Wirkung des Waschwassers geschützt, so daß sie nicht lokal erodieren kann.

In die beschriebene Elektrolysezelle muß nicht notwendigerweise frische Salzlösung eingeführt werden, sondern man kann auch eine gemischte Salzlösung zuführen, die beispielsweise dadurch entsteht, daß man einen Teil der bereits in der Elektrolysezelle verwendeten, verdünnten Salzlösung mit frischer Salzlösung vermischt.

Der Schlitz 19, durch den die Salzlösung zugeführt wird, muß zumindest so breit sein, daß der herabfallende und die Quecksilberoberfläche erreichende Salzlösungsfilm genauso breit wie die Breite der Quecksilbereinlaßöffnung ist. Dagegen ist es nicht notwendig, daß die Salzlösung durch nur einen Schlitz zugeführt wird, wenn nur die herabfallende Salzlösung einen kontinuierlichen Film oder Vorhang bildet, bevor sie auf die Quecksilberoberfläche aufprallt. Aus diesem Grunde kann der Schlitz 19, durch den die Salzlösung zuströmt, aus einer Anzahl von Teilschlitzen bestehen, wie es in der Fig. 5 dargestellt ist.

Die Vorteile der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle werden im folgenden an Hand eines Vergleichsbeispiels anschaulich gemacht.

Es wird eine der Elektrolysezelle nach F i g. 3 ähnliche Elektrolysezelle verwendet, deren Zuflußöffnung für die Salzlösung nahe der Quecksilbereinlaßöffnung in einer parallel zum Quecksilberstrom angeordneten Seitenwand vorgesehen ist. In diesem Fall wird die Anode in der Nähe der Quecksilbereinlaßöffnung derart ungleichförmig verbraucht, wie es in der F i g. 1 a dargestellt ist. Die Elektrolysezelle wurde etwa drei Monate lang bei einer Stromdichte von 100 A/dm² betrieben. Am stromaufwärtigen Ende der Anode nahm die Dicke von anfangs 150 mm auf etwa 70 bis 90 mm ab.

Wenn man dagegen eine Elektrolysezelle verwendet, deren horizontal angeordnete Zuflußöffnung für die Salzlösung oberhalb der Quecksilberzuflußöffnung über die gesamte Breite einer Querwand ausgedehnt ist (F i g. 3 und 4) und die Elektrolyse unter den gleichen Bedingungen wie oben ablaufen läßt, dann wird die Anode derart gleichförmig verbraucht, wie es in der Fig. Ib dargestellt ist. Außerdem ergibt sich, daß die Anodendicke nur auf etwa 110 mm abnimmt.

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Elektrolyse einer Alkalisalzlösung unter Verwendung einer Elektrolysezelle mit Quecksilberkathode, der das Quecksilber durch eine über nahezu die gesamte Breite einer Querwand erstreckte, am Boden befindliche Einlaßöffnung zugeführt wird, dadurch gekennzeichnet, daß man die Alkalisalzlösung wasserfallartig als laminare Strömung, die sich über nahezu die gesamte Innenfläche derjenigen Querwand erstreckt, durch die das Quecksilber zugeführt wird, in die Elektrolysezelle einströmen läßt und daß man die Stärke der wasserfallartigen Strömung derart einstellt, daß diese die Oberfläche des zugeführten Quecksilbers erreicht.

2. Elektrolysezelle zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich-

net, daß in derjenigen Querwand (14), durch die das Quecksilber (12) zuströmt, eine horizontale, ununterbrochene oder mit Unterbrechungen versehene, enge Zuflußöffnung (19) für die Salzlösung (20) vorgesehen ist und daß diese Zuflußöffnung (19) über nahezu die gesamte Breite der Querwand (14) ausgedehnt und oberhalb des Elektrolytspiegels (21) innerhalb der Elektrolysekammer (16) angeordnet ist.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Höhe der Zuflußöffnung (19) für die Salzlösung an der Außenseite der Querwand (14) ein Zuführkanal (18) für die Salzlösung vorgesehen ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen