DE1902383A1 - Elektrolysezelle fuer die Alkalielektrolyse nach dem Quecksilberverfahren - Google Patents

Description

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Kureha Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha, Tokyo/Japan

Elektrolysezelle für die Alkalielektrolyse nach dem Quecks ilberverfahren

Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolysezelle für die Herstellung von Alkalien nach dem Quecksilberverfahren· >.und insbesondere auf eine Verbesserung der aus Eisen bestehenden Bodenplatte der Elektrolysezelle.

Es ist bekannt, bei einer Elektrolysezelle zur Herstellung von· Alkalien nach dem Quecksilberverfahren längs der Seitenwände und auch längs der beiden Seiten der Anodenhalter, die sich von der Bodenplatte aus nach oben erheben, enge Längsrillen-öder -kerben vorzusehen, um den Quecksilberstrom längs der Bodenplatte gleichförmig zu machen.

Wenn nämlich die Oberfläche der Bodenplatte bei einer Elektrolysezelle ohne auf der Bodenplatte abgestützte Anodenhalter vollkommen eben wäre, dann würde das Quecksilber aufgrund seiner äußerst hohen Oberflächenspannung und Kohäsionskraft in Klumpen oder Kügelchen abströmen, wenn man versuchen würde, es in Form eins dünnen 3?ilms fließen zu lassen. Aus diesem Grunde ist es sehr schwierig, dünnschichtige Quecksilberströme gleichförmiger Dicke zu verwirklichen. Wenn an den beiden Seitenrändern der Bodenplatte Längsrillen vorgesehen sind, dann ziehen die durch die Längsrillen fließenden Quecksilberströme den im mittleren Teil der Bodenplatte fließenden Quecksilberstrom in Richtung der beiden'Seitenwände, so daß das Quecksilber in Form einer gleichförmig dünnen Schicht strömen kann. Ist in der

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Elektrolysezelle zusätzlich längs der Mittellinie tier Bodenplatte ein in Längsrichtung verlaufender Anodenhalter angeordnet, dann erhält man eine ähnlich gleichförmige Quecksilberströmung, wenn man auch an beiden Seiten des Anodenhalters Längsrillen anbringt. Die beiden in Längsrichtung verlaufenden Seitenwände der Zelle und die beiden in Längsrichtung verlaufenden Seitenwände des Anodenhalters werden im folgenden der Einfachheit halber "Längswande" oder "in Längsrichtung verlaufende Wandteile" bezeichnet.

Bei Elektrolysezellen mit den oben beschriebenen Längsrillen tritt noch der jSTachteil auf, daß die aus Eisen bestehende Bodenplatte aufgrund der Unruhe oder seitlicher Verschiebungen der Quecksilberströme häufig im Bereich der Längsrillen freigelegt wird. Da die Oberflächen der in Längsrichtung verlaufenden Wandteile im allgemeinen aus -einem elektrischen Isoliermaterial wie Gummi, Kunstharz, Keramik oder dergleichen bestehen oder mit einem .solchen Material verkleidet sind, und da zwischen diesen Isoliermaterialien und dem Quecksilber eine äußerst große Grenzflächenspannung besteht, wird das Quecksilber von der Oberfläche der Längswände abgestoßen. Da das Quecksilber parallel zur Oberfläche der Längswände strömt, ist es im allgemeinen unvermeidlich, daß es aufgrund kleiner Unregelmäßigkeitan oder Krümmungen in der Oberfläche der Bodenplatte auf eine gekrümmte Bahn gelenkt wird oder daß sich auf der Oberfläche des Quecksilbers Querwellen ausbilden. Dies kann auch an einer ungleichförmigen Strömung des Elektrolyten liegen, die sich durch Behinderungen wie z.B. die in ihm eingetauchten Elektroden oder die bei der Entwicklung von Chlorgas erzeugten Blasen ergibt. Durch derartige, gekrümmte Strömungsbahnen des Quecksilbers oder auf dessen Oberfläche entstehende Querwellen wird die Abstoßung zwischen dem Quecksilber und den Längswänden noch vergrößert, so daß beide vollständig voneinander getrennt und Teile der Oberfläche der aus Eisen bestehenden. Bodenplatte, und

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zwar Teile am Boden der Längsrillen, freigelegt werden können. In derartigen Fällen treten in die Spalten zwischen dem- Quecksilber und 'den in Längsrichtung verlaufenden Wandteilen Elektrolyt und Verunreinigungen wie z.B. Quecksilberbutter ein, die im wesentlichen aus Eisen/ Quecksilber-Amalgam besteht, das in der Elektrolysezelle gebildet wird. Da die Quecksilberbutter eine wesentlich kleinere Grenzflächenspannung bei Berührung mit dem Isoliermaterial als das Quecksilber aufweist, haftet sie an den in Längsrichtung verlaufenden Wandteilen an. Wenn nun Teile der Bodenplatte freiliegen oder die Quecksilberbutter an den Längswänden anhaftet, dann wird an diesen Stellen Wasserstoff entwickelt, wodurch der Stromwirkungsgrad abnimmt und die Bodenplatte korrodiert. Außerdem reagiert der an den unteren Abschnitten der Längswände anhaftende Elektrolyt mit dem Quecksilberamalgam unter Wasserstoffentwicklung, so daß er gleichzeitig immer mehr konzentriert wird, bis sich Kristalle absetzen. Ausgefällte Kristalle eines Salzes wiederum absorbieren den Elektrolyten und wirken als Kristallisationskeime. Die Kristalle wachsen dadurch stetig und verursachen eine ernsthafte lokale Korrosion der Bodenplatte.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolysezelle zur Herstellung von Alkalis nach dem Quecksilberverfahren zu schaffen, in welcher das Quecksilber kontinuierlich in Porm eines gleichförmig dünnen Pvlms strömen kann und die oben beschriebenen Nachteile vermieden sind.

Ausgehend von einer Elektrolysezelle zum Herstellen von Alkalis nach dem Quecksilberverfahren, mit einer durch Seitenwände, Endwände und Bodenplatte gebildeten■Elektrolysekammer, auf deren Bodenplatte eine normalerweise dünnschichtige Quecksilberströmung aufrechterhalten ist und die in der Oberfläche der Bodenplatte unmittelbar an dtn Seltenwänden Länjarilltn aufweist besteht die Erfindung

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ORIGINAL !NS

darin, daß in der Oberfläche der Bodenplatte Hilfsrillen vorgesehen sind, die in einem Abstand von 1 bis 10 cm parallel zu den Oberflächen der Seitenwände verlaufen.

Die Hilfsrillen weisen eine Tiefe von vorzugsweise 1 bis 5.mm auf. Ist in der Elektrolysezelle ein in Längsrichtung verlaufender, auf der Bodenplatte abgestützter Anodenhalter angebracht, dann sind erfindungsgemäß auch an beiden· Seiten des Anodenhalters in Abständen von 1 bis 10 cm parallel zum Anodenhalter verlaufende Hilfsrillen vorgesehen.

Die Erfindung wird nun auch anhand der beiliegenden Abbildungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Abbildungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinne der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Anmeldung aufgenommen wurden.

Die Pig. 1 ist eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der Erfindung.

Die Pig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II der ng. 1.

Gemäß der Zeichnung enthält eine Elektrolysezelle 1 eine Elektrolytkammer 11, die durch vertikale, in Längerichtung verlaufende Seitenwände 3» Endwände 12, eine aus Eisen bestehende Bodenplatte 2 und ein oder mehrere in Längsrichtung verlaufende Anodenhalter 4 gebildet ist. Die Innenwände der Seiten- und Endwände 3 und 12 sind mit Gummi oder einem anderen geeigneten Isoliermaterial 3a verkleidet. Die Anodenhalter 4 bestehen ebenfalls aus einem geeigneten Isoliermaterial wie beispielsweise einem fluorierten Kunststoff. In die obere Oberfläche der Bodenplatte 2 sind dicht

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neben der Oberfläche der Seitenwände 3 -und der Anodenhalter

4 in Längsrichtung verlaufende Längsrillen 5 und 6 eingearbeitet. Bei den gewöhnlichen, in dieser V/eise ausgebildeten Elektrolysezellen strömt Quecksilber 11a, das auf der Zuflußseite in eine Rinne 9 eingeleitet wird, zunächst in parallelen Kanälen, die durch die Seitenwände 3, die Anodenhalter 4 oder in Längsrichtung verlaufende Wandteile begrenzt sind, und fließt dann durch eine Rinne 10 auf der Ausflußseite der Elektrolysezelle ab. Bei einer derartigen Ausführungsform werden erfindungsgemäß in der Oberfläche der Bodenplatte in Längsrichtung verlaufende Hilfskerben oder -rillen 7 und 8 ausgebildet, die parallel zu den Rillen

5 und· 6 verlaufen, von diesen jedoch einen vorgewählten Abstand aufweisen. Bei dem dargestellten'Ausführungsbeispiel sind die Hilfsrillen 7 und 8 von der Oberfläche der Seitenwände 3 bezw. der Elektrodenhalter 4 um etwa'3 cm beabstandet.

Bei den herkömmlichen Elektrolysezellen, die keine Hilfsrillen 7 und 8 aufweisen,·besteht der Nachteil, daß das Quecksilber, wenn es in'Querrichtung strömt oder wenn auf seiner Oberfläche Querwellen erzeugt werden, gegen die Oberfläche der in Längsrichtung, verlaufenden Wandteile · schlägt und zur gegenüberliegenden Oberfläche zurückgeworfen wird. Die Folge von derartigen, wiederholt vorkommenden Reflektionen zwischen einander gegenüberliegenden Oberflächen zweier Längswände ist die, daß das Quecksilber in einer gewundenen bezw. gekrümmten Strömungsbahn strömt. In manchen Fällen wird das Quecksilber auch von den Längswänden ganz entfernt, so daß die Bodenplatte lokal freigelegt wird. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform ist jedoch eine seitliche Bewegung des Quecksilbers in den Hilfsrillen'7 und 8 schwierig, da der Quecksilberstrom im Bereich dieser Hilfsrillen eine größere Tiefe aufweist. "Aus diesem Grunde werden Querbewegungen bezw. Querwellen, die-in Bereichen zwischen den Hilfsrillen 7 und 8 entstehen,

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durch die. Hilfsrillen abgefangen und aufgehalten, so daß der Einfluß derartiger Störungen auf die Teile des Quecksilbers, d'ie sich in unmittelbarer Nahe der Längswände, befinden, verhindert.wird. Daraus, ergibt sich, daß eine lokale !Beilegung der Bodenplatte in der Nähe der Längs-. wände, eine Ablagerung des Elektrolyten oder von Verunreinigungen wie Quecksilberbutter auf der Oberfläche der Längswände sowie eine.Abnahme des Stromwirkungsgrades und eine Korrosion der Bodenplatte vermieden werden.

Die Tiefe der in Längsrichtung verlaufenden.Hilfsrillen . kann zwischen 1 und 5 mm liegen. Eine. Tiefe, von.,mehr als mm führt zu keiner wesentlichen Verbesserung und. ist unrentabel. Die Breite der Hilfsrillen kann beispielsweise zwischen 1 und 3 cn schwanken und liegt vorzugsweise.bei 2 cm. Der Querschnitt der Hilfsrillen kann, .wie in Fig. 2 gezeigt, dreieckig oder auch halbkreisförmig sein. Es ist weiterhin wichtig, die Hilfsrillen in der Nähe der an den Seiten befindlichen Längsrillen anzuordnen, die aiii ·' Boden der in Längsrichtung verlaufenden Wandteile ausgebildet sind. Der Abstand der Hilfsrillen zu den zugehörigen Seitenrillen sollte 1 bis 10 cm betragen und liegt vorzugsweise bei 2 bis 5 cm, um eine seitliche Bewegung des Quecksilbers zu verhindern. Es gibt zv/ar Elektrolysezellen mit sehr breiten Quecksilberströmen, die in der Mitte eine Längsrille aufweisen. Diese Längsrille ist jedoch gewöhnlich um mehr als 20 cm von den Längswänden beabstandet, so daß durch Sie eine seitliche Bewegung des Quecksilbers nicht wirksam verhindert wird, da derartige Querbewegungen in der Nähe der Längswände am größten sind. Aus diesem Grunde sind die Hilfsrillen am stärksten wirksam, wenn sie um die angegebenen Werte von den in Längsrichtung verlaufenden Wandteilen beabstandet sind.

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Obgleich, bei der in der Zeichnung dargestellen Elektrolysezelle das Quecksilber über quer verlaufende Rinnen 9 und zu- bzw. abgeführt wird, ist die Erfindung nicht auf eine solche spezielle Ausführungsform beschränkt. Die Erfindung läßt sich vielmehr auf alle horizontal angeordneten Elektrolyseζeilen für die Alkalielektrolyse nach dem Quecksilberverfahren anwenden. Beispielsweise können die Anodenhalterungen von der Bodenplatte entfernt werden. Ferner brauchen die Anodenhalter.ungen nicht aus einem durchgehenden Stück bestehen, sondern können unterbrochen sein. Schließlich müssen die in Längsrichtung verlaufenden Wandteile nicht notwendigerweise aus einem elektrischen Isoliermaterial wie Gummi, fluoriertem Kunststoff oder dergleichen bestehen, sondern es ist auch möglich, daß die unteren, in das Quecksilber eintauchenden Abschnitte der Längswände aus Eisen bestehen.

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Claims (4)

—ti— Patentansprüche

1. Elektrolysezelle zum Herstellen von Alkalis nach dem Quecksilberverfahren, mit einer durch Seitenwände, Endwände und Bodenplatte gebildeten Elektrolysekammer, auf deren Bodenplatte eine normalerweise dünnschicht.tge Quecksilber strömung aufrechterhalten ist und die in der Oberfläche der Bodenplatte, unmittelbar an den Seitenwänden, Längsrillen aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß in der Oberfläche der Bodenplatte (.2) Hilfsrillen (7) vorgesehen sind, die in einem Abstand von 1 bis 10.cm parallel zu den Oberflächen der Seitenwände (3) verlaufen.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß die Hilfsrillen von der Oberfläche der Seitenwände um 2 bis 5 cm beabstandet sind.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1 oder 2,'dadureh gekennz eichnet,daß die Hilferillen eine Tiefe von 1 bis 5 mm aufweisen.*

4. Elektrolysezelle nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3> die mindestens einen, auf der Bodenplatte abgestützten und parallel zu den Seitenwänden verlaufenden. Anodenhalter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß auf beiden Seiten des Anodenhalters (4) ebenfalle Hilfsrillen (8) vorgesehen sind, die in einem Abstand von 1 bis 10 cm parallel zum Anodenhalter verlaufen.

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