DE1767243C - Verfahren und Elektrolysezelle mit Quecksilberkathode zur Elektrolyse von Alkalisalzlösungen - Google Patents

Description

Hie Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur gen uu Quecksilber erforderlich. Die üblicherweise

Elektrolyse von Alkalisulzlösungen mit Hilfe einer vorgesehenen besonderen Gefllßteile weisen uußer-

Quecksilberelektrode und insbesondere auf eine zur dem noch den Nachteil uuf, daß auch durch sie

Durchführung des Verfahrens geeignete Elektrolyse- nicht vollständig vermieden werden kann, daß noch

zelle. 5 nicht neutralisiertes alkulisches Waschwasscr zur

Für derartige Elektrolysen geeignete Anlagen ent- Anode gelangt und diese angreift,

halten eine Elektrolysezelle mit Quecksilberkathode, Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die be-

eine Aufbereitungsanlage für das Quecksilber und schriebenen Nachteile zu vermeiden. Hierzu sollen

eine Pumpe zum Umwillzen des Quecksilbers. Das insbesondere die Zufuhr der Salzlösung zur Eleklro-

aus der Aufbereitungsanlage kommende Quecksilber 10 lysezellc und die Zullußöllnung für die Salzlösung

enthält in der Regel noch einige Reste an Alkali. derart verbessert werden, daß eine lokale Erosion

Aus diesem Grunde wird dem Quecksilberstrom an der Grophitanode vermieden wird,

einer vor oder nach der Pumpe liegenden Stelle Erfindungsgemiiß wird dazu die Sulzlösung direkt

Wasser beigemischt, um das Quecksilber zu waschen. oberhalb der Quecksilbcreinlaßöffnung auf der ge-

Vor dem erneuten Eintritt in die Elektrolysezelle 15 samten Breite einer Querwand der Elektrolysezelle

wird dann das Quecksilber vom Waschwasscr ge- wasserfallartig in Form einer laminaren Strömung in

trennt. die Elektrolysezelle derart eingeführt, daß sie das

Eine vollständige Trennung des kontinuierlich durch die QuecksilbereiniaßölTnung zuströmende,

strömenden Quecksilbers vom Waschwasser ist aufbereitete Quecksilber erreicht und dadurch dessen

äußerst schwierig, so daß in den meisten Fällen zu- »0 gesamte obere Überdache reinigt,

sammen mit dem Quecksilber etwas Waschwasscr in Die Erfindung wird nun auch an Hand der Zeich-

dic Elektrolysezelle strömt, das ein Alkali, beispiels- nungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der

weise in Form von Natronlauge, enthält. Innerhalb Beschreibung und den Zeichnungen hervorgehenden

der Elektrolysezelle reagiert dann das alkalische Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe

Waschwasser mit dem bei der Elektrolyse erzeugten as im Sinne der Erfindung beitragen.

Chlor, wobei sich oxydierende Salze wie Natrium- Die Fig. la und 1 b zeigen die nach längerem

hypochlorit und Natriumchlorat bilden, welche die Gebrauch durch Erosion angegriffenen Anoden von

Anode oxydieren und zerstören. Elektrolysezellen mit Quecksilberkathoden, wobei die

Das alkalische Waschwasser, das zusammen mit gestrichelten Linien die Form der ursprünglichen

dem Quecksilber in die Elektrolysezelle geströmt ist, 30 Anoden andeuten. Die Anode nach der Fig. la

vermischt sich fast überhaupt nicht mit dem Elektro- stammt aus einer bekannten Elektrolysezelle und die

lyten. Vielmehr strömt der größte Teil des Wasch- Anode nach F i g. 1 b aus einer erfindungsgemäßen

wassers als laminare Strömung unterhalb des Elek- Elektrolysezelle.

trolyten zusammen mit dem Quecksilber zum unteren Die F i g. 2 ist ein Schnitt durch eine bekannte

Teil der Graphitanode. Infolgedessen ist der in der 35 Elektrolysezelle.

Nähe der Quecksilbereinflußöffnung liegende Teil der Die F i g. 3 ist ein Schnitt durch eine erfindungs-

Graphitanode besonders stark einer lokalen Erosion gemäße Elektrolysezelle.

ausgesetzt, so daß die Graphitanode ungleichförmig Die Fig. 4 ist ein Schnitt längs der Linie IV-IV

verbraucht wird (Fig. 1 a). der Fig. 3.

Dieser Nachteil hat zur Folge, daß der Betrieb der 40 Die F i g. 5 ist ein der F i g. 4 ähnlicher Schnitt Elektrolysezelle häufig unterbrochen werden muß, durch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung, um die Anode zu ersetzen, obwohl diese an den Bei den bekannten Elektrolysezellen nach der anderen Stellen nur sehr wenig durch Erosion zer- F i g. 2 strömt die Salzlösung 7 zunächst durch eine stört wird. Die Elektrolyse ist daher nicht nur wegen Einlaßöffnung 6, die aus einem oder mehreren Rohdes schnellen Verbrauchs der Anode, sondern auch 45 ren besteht, in einen besonderen Gefäßteil 3, der von wegen der zur Erneuerung der Anode notwendigen einer Elektrolysekammer 1 mittels einer Prallwand 2 häufigen Unterbrechungen sehr unrentabel. Hinzu abgetrennt ist. Quecksilber 8 strömt aus einem Zukommt, daß jede Unterbrechung des Betriebs der führkana! 4 zu und tritt nach Unterströmung einer Elektrolysezelle weitere Nachteile, wie beispielsweise Prallwand 5 am Boden des besonderen Gefäßteiles 3 Verluste an Elektrolyt und elektrischer Leistung, 50 in die Elektrolysezelle ein. Die Salzlösung 7 und das zusätzlichem Bedarf an Ersatz- und Austauschmate- Quecksilber 8 unterströmen dann gemeinsam die rialien und Arbeit, zur Folge hat. Prallwand 2 und gelangen in die Elektrolysekammer 1.

Man hat versucht, diesen Übelstand dadurch zu Zusammen mit dem Quecksilber 8 strömt gleichvermeiden, daß man das alkalische Waschwasser zeitig Waschwasser 9 durch den Zuführkanal 4. Ein nach dem Eintritt in die Elektrolysezelle neutrali- 55 Teil dieses Waschwassers 9 wird vom Quecksilber siert, und zwar bevor es die Anode erreicht. Diese in den besonderen Gefäßteil 3 mitgerissen und strömt Gegenmaßnahme bedingt jedoch weitere Schwierig- als laminare Strömung zwischen dem Quecksilber Ikeiten und hat auch ihre Grenzen. Insbesondere ist und der Salzlösung weiter. Wenn daher der Ströes nicht möglich, die Quecksilberoberfläche eine mungsweg innerhalb des besonderen Gefäßteils 3 Wellenbewegung durchführen zu lassen oder den 60 kurz ist, dann wird das alkalische Waschwasser nur Quecksilberkörper aufzubrechen oder diskontinuier- unvollständig neutralisiert, so daß ein Teil des lieh zu machen, indem man beispielsweise heftig unneulralisiert gebliebenen Waschwassers in einen rührt. Bereich unterhalb der Anode 10 gelangt und diese

Man hat weiterhin versucht, das alkalische Wasch- erodiert wird.

wasser durch Zufuhr von sauren Salzlösungen zu 65 Nach der Erfindung wird dieser Nachteil dadurch

neutralisieren. Hierdurch wird die Elektrolysezelle vermieden, daß die Salzlösung längs der gesamten

unnötig vergrößert, da besondere Gefäßteile not- Oberfläche einer Querwand der Elektrolysezelle von

wendig werden. Außerdem sind dann größere Men- einer Stelle oberhalb des Quecksilberzuflusses her in

Form einer fallenden Inminaren Strömung zugeführt wird. Durch die resultierende senkrechte Strömung der zugefllhrten Salzlösung wird die ObcrllUche des zuströmenden Quecksilbers kontinuierlich gowuschen und neutralisiert.

Eine solche vorhang- bzw. wasserfallartige, nach linien gerichtete Strömung der Salzlösung wird dadurch erreicht, daß man die dem in der Elektrolysezelle verbleibenden Elektrolyten frisch zugcflihrte .Salzlösung über die gesamte Oberfläche einer Querwand strömen HIlU₁ und zwar in F'orm einer laminaren Strömung, die unabhüngig vom in der Elektrolysezelle vorhandenen Elektrolyten ist. Die Unabhängigkeil 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 Quecksilberoberlläche 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 Elektroiysekammer 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 nut 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 wer-

s den, 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.

ίο Der Schlitz 19, durch den die Salzlösung zugeführt wird, muß zumindest so breit sein, daß der herabfallende und die Quecksilberoberfläche erreichende Salzlüsungsfllm 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

ao den die Salzlösung zuström;, 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 ver-

braucht, wie es in der Fi g. 1 b 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 Alkalisalzlösiing was- serfallartig 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 t, dadurch gekennzeicli-

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 Elektrolyse kammer (16) angeordnet ist.

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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen