DE182940C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVi 182940 -KLASSE 12 Λ. GRUPPE

Diaphragmen-Kathode.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 30. August 1904 ab.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Einrichtung zur Elektrolyse von Salzlösungen, besonders von Lösungen der Alkalisalze. Es ist hierbei bereits bekannt, einen Apparat zu benutzen, der aus einer inneren Anodenzelle und einer hiervon durch eine Diaphragmen - Kathode getrennten äußeren Kathodenzelle besteht und das Kathodenprodukt, etwa Ätznatron, durch

ίο hydrostatischen Druck in die Kathodenzelle hineinzupressen. Auch hat man in die äußere Zelle schon nichtleitende Flüssigkeiten, nämlich tierische oder pflanzliche Fette und Öle gefüllt. Bezweckt wurde eine Einwirkung des Kathodenprodukts auf diese Flüssigkeit, so etwa die Bildung von Seife. Nach der vorliegenden Erfindung wird in die äußere Zelle ebenfalls eine nichtleitende Flüssigkeit gebracht, die aber von solcher Art ist, daß sie sich mit der kathodischen Lösung weder mischt, noch daß sie von ihr chemisch angegriffen wird. Solche Flüssigkeiten sind z. B. die Mineralöle. Dies hat den Zweck, das Kathodenprodukt schnell von der Kathode fortzuführen, es in der äußeren Zelle gegen die Atmosphäre abzuschließen und auf diese Weise eine sehr starke und sehr reine Lösung des Produkts, z. B. von Ätznatron, zu erhalten.

Auf der beiliegenden Zeichnung ist in Ansicht und Querschnitt eine Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens dargestellt. Den Boden und die beiden Querseiten der -Zelle bildet ein Formstück 1 aus nicht durchlässigem und nichtleitendem Stoff, wie z. B.

aus künstlichem Stein, Schiefer oder dergl. Die beiden Längsseiten 3 der Zelle sind aus Metall und werden durch Klammern 4 gegen geeignete Dichtungen im Körper 1 angepreßt. Die Kathodenverbindung kann in der Weise hergestellt werden, daß man die Kathodenleitung an eine oder beide Seiten anklemmt.

Jede der Längsseiten 3 besteht aus flachen Randteilen 8,9 und einem ausgebauchten Mittelteil 10. Die Randteile 9 reichen bis zum oberen Rand der Zelle. Jede der beiden Kathoden 11 besteht aus einem durchlässigen Leiter, z. B. einem Stück Eisendrahtnetz, welches vorteilhaft etwas biegsam ist und sich vor die rechtwinklige Öffnung der Ausbauchung 10 legt. Der obere Rand einer jeden Kathode ist nach außen gebogen und mit Hilfe einer Stange 12 und Bolzen 13 gegen den Rand des oberen Teiles 9 geklemmt. Das untere Ende einer jeden Kathode ist mit Hilfe einer halbzylindrischen Stange 15 und Schrauben 16 in eine wagerechte Rinne 14 der Metallseite 3 eingeklemmt. Auf diese Weise ist jede Kathode sowohl an ihrem oberen als auch an ihrem unteren Ende mit einer Metallseite und durch diese mit dem negativen Pol der Elektrizitätsquelle verbunden.

Es empfiehlt sich, die Kathoden mit federnden Stützen zu versehen. Diesem Zweck dient eine Reihe senkrechter röhrenförmiger Federn 17. Jede dieser Federn besteht aus mehreren ineinandergeschraubten rechts- und linksgängiger Spiralfedern aus dünnem Federstahldraht. Die Federn 17 sind an einer

schweren Stützplatte 18 aus schwerem Eisennetzwerk befestigt, die ihrerseits von einer Platte 19 aus Eisen oder Stahl unterstützt wird. Letztere ruht auf Querrippen 20 an den Seiten der Kathodenkammer über ihrem Boden. Die Platte 19 kann mit Hilfe einer Anzahl senkrechter U - förmiger Stücke 22, die mit ihr vernietet sind, versteift werden.
Die Stellung der Platte 19 und somit der

₄io Druck, den die Federn auf die Kathode ausüben, wird durch Schrauben 21 reguliert, welche durch die Wand 10 der Kathodenkammer hindurchgehen und sich gegen die Platte 19 stützen. Die Schrauben 21 dienen außerdem dazu, einen erheblichen Teil des Stromes von den mit der Kathode in Verbindung stehenden Metallteilen zu den Wänden der Kathodenkammer zu leiten.

Der Boden der Kathodenkammer ist vorteilhaft von den Enden nach der Mitte zu geneigt, und es befinden sich dort Siphons 23, mit deren Hilfe die Flüssigkeit abgelassen werden kann. Jede Kathodenkammer ist mit einem Ventil versehen, welches aus einem Rohr 24 besteht, das mit seinem unteren Ende in den Siphon 23 eingeschraubt ist. Dieses Rohr ist an seinem unteren Ende mit einem Einschnitt 25 versehen, welcher durch Niederschrauben des Rohres 24 ganz oder zum Teil geschlossen werden kann. Ferner ist das Rohr 24 nahe an seinem oberen Ende mit einer Öffnung 26 versehen. Diese dient als Überlauf für die in dem Kathodenraum befindliche Flüssigkeit. Ein Handrad 27 dient zum Drehen des Rohres 24. Vorteilhaft sind Vorkehrungen zum Regeln der Temperatur der Kathodenflüssigkeit getroffen. Diesem Zweck dienen Rohre 28, in welchen ein Heiz- oder ein Kühlmittel zirkulieren kann.

Die Anoden bestehen aus Stäben 29, 29, zu denen der Strom von dem positiven Pol mit Hilfe mehrerer Schienen 32 zugeleitet wird. Die wirksame Fläche 30 einer jeden Anode ist mit einer Reihe schmaler Rinnen 33 versehen, von welchen jede eine oder mehrere Streifen 34 aus nichtleitendem Stoff, z. B. Glas, in sich aufnimmt.

Zwischen Anoden und Kathoden befinden sich die Diaphragmen 35, die auf der den Anoden zugekehrten Seite von gelochten Hartgummiplatten 36 gestützt sind. Jedes Diaphragma ist mithin auf seiner Anodenseite durch die gelochten Hartgummiplatten 36 und auf seiner Kathodenseite durch die Kathode 11 fest an seiner Stelle gehalten.

Die Anoden werden unten in Abständen von Stützen 39 getragen und dadurch in einiger Entfernung vom Boden gehalten, und ein verhältnismäßig großer Raum 40 besteht zwischen den beiden Anoden 29. Auf diese Weise kann die Anodenflüssigkeit frei zirkulieren, und zwar aufwärts zwischen den wirksamen Anodenflächen 30 und den Stützplatten 36, dann in der Querrichtung über den oberen Rand der Anoden nach dem Raum 40, abwärts durch diesen Raum hindurch und von da unterhalb der Anoden nach ihren wirksamen Flächen. Diese Zirkulation kann durchaus selbsttätig erfolgen, ' wobei das an den Flächen 30 freiwerdende und in die Höhe steigende Chlor als Bewegungsmittel dient. Mit einer mäßig hohen Stromdichte (etwa 100 bis 150 Amp. auf 929 qcm Anodenfläche) erfolgt diese Zirkulation des Elektrolyten außerordentlich rasch und ist so wirksam, daß eine irgendwie wesentliche Anhäufung von unlöslichem Material auf dem Diaphragma verhindert wird.

Ein durch eine Stopfbüchse 42 im Boden der Zelle gehendes Rohr 41 dient zum Ableiten des Chlors und auch als Überlauf für überschüssige Soole. Am Boden der Zelle befindet sich eine Rinne 44, in welcher sich etwaiger Niederschlag ansammeln kann, um alsdann von Zeit zu Zeit daraus entfernt zu werden.

Beim Betrieb wird der mittlere Raum mit einer Kochsalzlösung beschickt und eine beständige Zirkulation derselben aufrecht erhalten.

Die seitlichen Abteilungen werden bis zum oberen Rand der Platten 19 oder über diesen hinaus mit einer Flüssigkeit gefüllt, welche sich mit dem Kathodenprodukt (im vorliegenden Falle Natron) nicht zu mischen vermag und sich diesem gegenüber auch indifferent verhält. Es ist von Wichtigkeit, daß die in den Seitenkammern enthaltene Flüssigkeit so beschaffen- ist, daß sie sich schnell von dem Ätzalkali scheidet und letzterem gegenüber sich so indifferent verhält, daß sie beim Betrieb keine schnelle schädliche Veränderung erfährt. Als solche Flüssigkeit kann man z. B. die nicht verseifenden Öle (Mineralöle) verwenden. .

Beim Durchgang des Stromes wird an den Anoden Chlor frei, während sich an den Kathoden Ätznatron bildet. Das Chlor wird nach außen abgeleitet, gesammelt und passend verwendet. Das Natron bildet sich an den Kathoden in Gegenwart der indifferenten, sich nichtmischenden Flüssigkeit und wird in die Kathodenzelle hineingedrückt.

Die auf diese Weise unter dem öl entstandene kaustische Lösung trennt sich frei von den Kathoden und wird aus der Zelle abgeführt.

Der bei der Reaktion freiwerdende Wasserstoff entweicht nach oben durch den schmalen Raum zwischen den Kathoden 'und den Platten 19, wobei er eine starke Zirkulation des Öles bewirkt. Diese unterstützt die Ab-

scheidung der Kügelchen der kaustischen Lösung, die auf diese Weise schnell dem Bereich der elektrolytischen Wirkung entzogen werden. Selbstredend kann man auch noch andere Mittel anwenden, um diese Zirkulation des Öles zu bewirken.

Die Verwendung der indifferenten Flüssigkeit, die sich nicht mit dem Kathodenprodukt vermischen kann, zum Zwecke des Auf fangens ίο dieses Produktes bietet große Vorteile.

1. Das Produkt bildet und sammelt sich unter dem Verschluß dieser Flüssigkeit und ist auf diese Weise allen Wirkungen einer Berührung mit der atmosphärischen Luft entzogen. So verhindert die Flüssigkeit z. B. wenn es sich um Ätznatron handelt, die Bildung von Natriumcarbonat; auch verhindert sie die Bildung der Carbonate von solchen Metallen, wie Calcium und Magnesium, welche sich in einer ungereinigten Soole vorfinden können und deren Carbonate das Diaphragma verstopfen und seine Porosität herabsetzen könnten. Auch hindert das öl ein Verdunsten der Flüssigkeit, welche das Produkt in Lösung hält, was einen Niederschlag .. der weniger leicht löslichen Bestandteile der Lösung auf dem Diaphragma oder auf der

. Kathode zur Folge haben könnte.

2. Die Verwendung des Öles bewirkt die vollständige Trennung des Produktes von der Elektrode, eine Wirkung, die wahrscheinlich auf die Verschiedenheit des Adhäsionscoefficienten von Öl einerseits und kaustischer Lauge andrerseits zu der Elektrode zurückzuführen ist. So haftet z. B. öl fest an solcher Oberfläche, und hieraus folgt, daß die kaustische Lauge, die nicht imstande ist, das Öl zu verdrängen, sofort die Gestalt eines Kügelchens annimmt und sich von der Oberfläche frei abscheidet. Da der Betrag der Diffusion einer Flüssigkeit in eine andere von der Zeit abhängt, innerhalb derer die beiden in Berührung miteinander sind, so ist die erwähnte schnelle Abtrennung der kaustischen' Lauge mit Hilfe des Öles sehr wirksam, um eine Diffusion der kaustischen Lauge zu der in dem Anodenraum befindlichen Flüssigkeit zu verhindern.

3. Da der Wasserstoff sich schnell zwisehen der Kathode und der Platte 19 aufwärts bewegt, so bewirkt er eine rasche Zirkulationsbewegung im Öl, welches alsdann in vollkommener Weise die sich bildenden Kügelchen von kaustischer Lauge von der Kathode losreißt und sie dem Wirkungsbereich der Elektrolyse entzieht.

4. Diese rasche und vollkommene Loslösung der kaustischen Lauge von der Kathode unter der Wirkung teils der unter dem Öl entweichenden Wasserstoffbläschen, teils des zirkulierenden Öles hat eine Zunahme der Stromdichte, welche ihrerseits wieder die besagten beiden Wirkungen befördert, innerhalb gewisser Grenzen zur Folge. Versuche haben ergeben, daß es möglich ist, Stromdichten von 1 Amp. pro 6,5 qcm mit hohem Wirkungsgrad zu benutzen, so daß die Vorrichtung eine sehr große Kapazität erhält.

5. Während der verhältnismäßig langsamen Abwärtsbewegung des Öles in dem breiten Raum zwischen den Platten 19 und der äußeren Zellenwand kann sich die von dem öl mitgerissene kaustische Lauge von dem öl abscheiden und sammelt sich im unteren Teil der Zelle, von wo sie abgelassen wird.

6. Das öl dient ferner ganz wesentlich dazu, das Diaphragma den Produkten der Elektrolyse gegenüber zu schützen. Man kann für die Diaphragmen einen pflanzlichen oder tierischen Faserstoff verwenden, wobei die dünne ölschicht, welche das Diaphragma bedeckt, eine Berührung der Fasern mit den Produkten der Elektrolyse und dadurch die zerstörende Wirkung der letzteren verhindert.

Claims (2)

. Patent-Ansprüche:

1. Verfahren zur Elektrolyse von Salzlösungen in Apparaten mit durchlässiger Diaphragmen-Kathode zwischen einer mit dem Elektrolyten gefüllten Kammer, in der sich die Anode befindet, und einer anderen zur Atifnahme des Kathodenproduktes dienenden, eine nichtleitende Flüssigkeit enthaltenden Kammer, dadurch gekennzeichnet, daß diese nichtleitende Flüssigkeit zugleich eine solche ist, daß sie sich mit dem Kathodenprodukt weder mischt noch von diesem angegriffen wird, wie z. B. Mineralöl.

2. Apparat zur Ausführung des Verfahrens nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch die Anordnung einer oben und unten offenen undurchlässigen Scheidewand (19) in der Kathodenkammer, zum Zwecke, die Zirkulation der Flüssigkeit durch die entweichenden Gasblasen zu befördern.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.