DE2304064A1

DE2304064A1 - METHOD FOR REDUCING AMALGAM BUT FORMATION IN ALKALICHLORIDE ELECTROLYSIS CELLS

Info

Publication number: DE2304064A1
Application number: DE2304064A
Authority: DE
Inventors: Helmut Dipl Chem Dr Klotz
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1973-01-27
Filing date: 1973-01-27
Publication date: 1974-08-01
Also published as: FR2215388A1; JPS49110596A; BE810152A; NL7400990A

Description

Bayer Aktiengesellschaft ^2304064 Bayer Aktiengesellschaft ^2304064

Zentralbereich Patente, Marken und LizenzenCentral area of patents, trademarks and licenses

Gr/Lt 509 Leverkusen, BayerwerkGr / Lt 509 Leverkusen, Bayerwerk

2 6. Jan, 19732 Jan 6, 1973

Verfahren zur Verminderung der Amalgambutterbildung in Alkalichlorid-ElektrolysezellenProcess for reducing the formation of amalgam butter in alkali chloride electrolysis cells

Eine bekannte Störung beim Betrieb einer Alkalichlorid-Elektrolysezelle nach dem Amalgamverfahren ist die Bildung der sogenannten Amalgambutter. Darunter versteht man das Auftreten von Verschmutzungen, die sich im Verlauf der Elektrolyse an bestimmten Stellen der Elektrolyse-Vorrichtung anreichern, wobei sie die Elektrolyse in mehrfacher Weise negativ beeinflussen. Die Amalgambutterbildung kann den Quecksilberumlauf bis zur Blockierung beeinflussen, Kurzschlüsse zwischen Kathode und Anode bewirken; sie kann die Ursache eines erhöhten Wasserstoffgehalts im erzeugten Chlor sein und beim Betreiben der Elektrolysevorrichtung zu einer vorzeitigen, aber unwirtschaftlichen Vergrößerung des Elektrodenabstandes zwingen. Als Ursache für die Amalgambutterbildung wird in erster Linie das Auftreten von Erdalkalien und Elsen in Quecksilber, das als Kathodenmaterial dient, angesehen (Ulimann's Encyklopädie der technischen Chemie /"1954_7 Bd. 5, S. 365), denn Quecksilber besitzt bekanntlich für eine Reihe chemischer Elemente, insbesondere für Metalle, eine gewisse Löslichkeit.A well-known malfunction in the operation of an alkali chloride electrolysis cell after the amalgam process is the formation of the so-called amalgam butter. This means the appearance of contamination that accumulates in the course of the electrolysis at certain points of the electrolysis device, whereby they negatively affect the electrolysis in several ways. The amalgam butter formation can reduce the circulation of mercury influence to blockage, cause short circuits between cathode and anode; they can be the cause of an increased Hydrogen content in the chlorine generated and when operating the electrolysis device to a premature, but uneconomical Force increase the distance between the electrodes. The primary cause of the amalgam butter formation is the occurrence of alkaline earths and Elsen in mercury, which serves as cathode material, considered (Ulimann's Encyklopadie der technical chemistry / "1954_7 vol. 5, p. 365), because mercury is known to have a number of chemical elements, especially for metals, a certain solubility.

Bekannte Verfahren gehen davon aus, Verunreinigungen aus dem Quecksilber in einem gesonderten -Verfahrensschritt abzutrennen. So beschreibt beispielsweise die deutsche Offenlegungsschrift 2 020 480 ein Verfahren zur intermittierendenKnown processes assume that impurities are separated from the mercury in a separate process step. For example, the German Offenlegungsschrift 2 020 480 describes a method for intermittent

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Reinigung des nach der Zarset^ung von Natriumamalgam anfallenden Quecksilbers durch Lösungen, die Chlor oder Eisen(III)-chlorid enthalten. Dieses Verfahren ermöglicht insbesondere eine Entfernung des Eisens, wobei der Eisengehalt jedoch nicht unter 0,01 Gew.-^ gesenkt werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß das Quecksilber selbst in merklichen Mengen aufgelöst wird. Dieser Wert reicht nicht aus, um bei starken Magnetfeldern - entsprechend einer hohen spezifischen Belastung der Elektrolyseisellen - eine nachteilige Verschmutzung des Zellenbodens zu vermeiden.Purification of the sodium amalgam that arises after the tsarset Mercury from solutions containing chlorine or ferric chloride. This method enables in particular removal of the iron, but the iron content cannot be reduced below 0.01 wt .- ^ without the There is a risk that the mercury itself will be dissolved in appreciable quantities. This value is not sufficient for strong magnetic fields - corresponding to a high specific load on the electrolysis cells - a disadvantageous pollution to avoid the cell floor.

Es wurde nun ein Verfahren zur Verminderung der Amalgambutterbildung in Alkalichlorid-Elektrolyseanlagen gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man das Quecksilber oder Amalgam dort, wo es turbulent bewegt wird, mit Oberflächen in Kontakt bringt, die aus nichtmetallischen, gegenüber Quecksilber oder Amalgam inerten Stoffen bestehen.There has now been a method of reducing amalgam butter formation found in alkali chloride electrolysis systems, which is characterized in that the mercury or amalgam where it is moved in a turbulent manner, it comes into contact with surfaces made of non-metallic, as opposed to mercury or amalgam-inert substances.

Es wurde gefunden, daß für die Amalgambutterbildung nicht so sehr der Elektrolyse-Zellenboden bzw. andere große Kontaktflächen zwischen Metall und Quecksilber eine Rolle spielen, sondern die Stellen in der Elektrolysevorrichtung, in denen das Quecksilber oder Amalgam turbulent bewegt wird und mit metallischen Oberflächen in Kontakt kommt.It has been found that the electrolysis cell bottom or other large contact surfaces are not so much responsible for the formation of amalgam butter between metal and mercury play a role, but rather the places in the electrolyser in which the mercury or amalgam is moved in a turbulent manner and comes into contact with metallic surfaces.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht in technisch einfacher Weise die Verminderung der Amalgambutterbildung und damit eine Verlängerung der ungestörten Betriebszeit der Zelle. Dabei werden bestimmte Teile der Anlage nicht wie bisher aus Stählen oder Grauguß, sondern aus einem Material gefertigt, das dem chemischen und mechanischen Angriff des in diesen Teilen turbulent bewegten Quecksilbers oder Natriumamalgams besser widersteht oder aber keine Amalgambutterbildung hervorruft, selbst wenn sich ein gewisser Abtrag infolgeThe method according to the invention enables the amalgam butter formation to be reduced in a technically simple manner thus an extension of the undisturbed operating time of the cell. Certain parts of the system will not be the same as before made of steel or gray cast iron, but made of a material that is resistant to the chemical and mechanical attack of the in resists turbulently moving mercury or sodium amalgam these parts better or no amalgam butter formation causes, even if there is a certain amount of wear as a result

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hoher Turbulenz niche "■errneideii läßt. 3ri'Indungsgemäß zu verwendende Materialien in diesen Teilen der Anlage, denen - wie hier gefunden - eine Schlüsselfunktion bei der Amalgambutterbildung zukommt, sind nichtmetallische Stoffe, wie keramische Materialien (z. B. Sinterkorund), Gummi, Email oder Kunststoff (z. B. Polypropylen). Es ist auch möglich, Besdiichtungen mit diesen Stoffen auf den bekannten Materialien, wie Stählen, aufzubringen, z. B. in Form einer Gummierung oder Emaillierung. Derartige Teile, in denen Quecksilber oder Amalgam turbulent bewegt werden, sind insbesondere Pumpen oder Vertikalzersetzer (Winnacker-Küchler, Chem. Technologie /~1969_7 Bd. 1, S. 255).high turbulence is not possible materials used in these parts of the facility, which - as found here - a key function in amalgam butter formation are non-metallic materials such as ceramic materials (e.g. sintered corundum), rubber, enamel or plastic (e.g. polypropylene). It is also possible to apply these substances to the known materials, such as steels, to be applied, e.g. B. in the form of a gumming or enameling. Such parts that contain mercury or amalgam are moved turbulently, are in particular pumps or vertical disintegrators (Winnacker-Küchler, Chem. Technologie / ~ 1969_7 vol. 1, p. 255).

Im folgenden sei die Arbeitsweise einer Alkalichlorid-Elektrolyseanlage, die nach dem Amalgamverfahren arbeitet, zunächst in allgemeiner Form, sodann anhand der Abbildung 1 bei einer spezielleren Elektrolyseanordnung in schematischer Weise erläutert, wobei den Ziffern in der Abbildung folgende Bedeutung zukommt: (1) Zelle; (2) Quecksilberpumpe; (3) Amalgamzersetzer; (4) Endkästen.The following is the mode of operation of an alkali chloride electrolysis system, which works according to the amalgam process, initially in a general form, then based on Figure 1 explained in a schematic manner for a more specific electrolysis arrangement, the numbers in the figure following Significance is as follows: (1) cell; (2) mercury pump; (3) amalgam disintegrator; (4) end boxes.

Bei einem bekannten Typ von Alkalichlorid-Elektrolysezellen fließt Natriumamalgam in ein Zersetzergefäß, in dem die Bildung von Alkalihydroxidlösung duroh Zersetzung des Amalgams mit Wasser in Gegenwart - eines Katalysators erfolgt. Aus dem Zersetzergefäß wird das Quecksilber durch eine Pumpe wieder zurück in die Zelle befördert. Bei einem anderen Typ wird umgekehrt Amalgam in ein höhergelegenes Zersetzergefäß (Vertikalzersetzer) gepumpt, aus dem dann natriumfreies Quecksilber in die Zelle zurückfließt. Als Pumpen werden meistens Ausslger-Becher (Winnacker-Küchler, loc. cit.) oder Kreiselpumpen benutzt. Abbildung 1 zeigt im einzelnen eine Elektrolyseanordnung nach dem erstgenannten Typ, bestehend aus Zelle 1, Quecksilberpumpe 2 (sogenannter Aussiger-In a known type of alkali chloride electrolysis cells, sodium amalgam flows into a decomposition vessel, in which the formation of alkali hydroxide solution by decomposition of the amalgam with water in the presence - a catalyst he follows. The mercury is pumped back into the cell from the decomposition vessel. At a the other type, conversely, amalgam is pumped into a higher-lying decomposition vessel (vertical decomposer), from which sodium-free is then pumped Mercury flows back into the cell. The pumps are mostly Ausslger cups (Winnacker-Küchler, loc. Cit.) or centrifugal pumps are used. Figure 1 shows in detail an electrolysis arrangement of the first type, consisting from cell 1, mercury pump 2 (so-called outside

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Becher), Amalgam-Zersetzer J> (sogenannte Pile) und Endkästen 4 zur Abnahme der Arwlgambutter. In einei' derartigen Elektrolyseanordnung wurden unter sonst völlig gleichen Elektrolyse-Bedingungen in Konstruktion und Dimension gleiche Pumpen, jedoch jeweils aus unterschiedlichem Material, eingesetzt und die pro Tag im gesamten System (Endkästen, Zelle und Pile) entstandene Amalgämbuttermenge über einen längeren Zeitraum bestimmt. Um ausschließlich den Einfluß der Pumpen (bei dieser Ausführungsform Ort der turbulenten Bewegung des Quecksilbers bzw. Natriumamalgams) zu erfassen, waren Zelle und Pile ganz aus Kunststoff gefertigt. Unterhalb des Quecksilberspiegels sorgten flächenmäßig gering dimensionierte Eisenzuführungen, eingelassen in den Kunststoffboden (Pilzzellen, Ulimann* s Encyklopädie der technischen Chemie /~1954_7 Bd. 5, S. 552, 354, 365), für die Stromzuführung zur Kathode. In allen Fällen wurden Graphitplatten, mit Kunststoffschrauben zusammengehalten, als Katalysator im Amalgamzersetzer 3 eingesetzt. Bei den Vergleichsversuchen wurde jeweils Hüttenquecksilber gleicher Qualität eingesetzt. Entsprechend Abbildung 1 wurde das Quecksilber nach der Zersetzung des Amalgams über 2 in die Zelle zurUckgepumpt.Cup), amalgam decomposer J> (so-called pile) and end boxes 4 for removing the arwlga butter. In such an electrolysis arrangement, under otherwise completely identical electrolysis conditions, the same pumps in construction and dimensions, but each made of different material, were used and the amount of Amalgam butter produced per day in the entire system (end boxes, cell and pile) was determined over a longer period of time. In order to exclusively record the influence of the pumps (in this embodiment the location of the turbulent movement of the mercury or sodium amalgam), the cell and pile were made entirely of plastic. Below the mercury level, iron feeds with a small area, embedded in the plastic base (mushroom cells, Ulimann * s Encyklopadie der technischen Chemie / ~ 1954_7 Vol. 5, pp. 552, 354, 365), provided power to the cathode. In all cases graphite plates, held together with plastic screws, were used as a catalyst in the amalgam decomposer 3. In each of the comparative tests, metallurgical mercury of the same quality was used. According to Figure 1, after the decomposition of the amalgam, the mercury was pumped back into the cell via 2.

In Abbildung 2 gibt Kurve 1 die zeitliche Amalgambutterabgabe der gesamten Elektrolyseanordnung bei Einsatz einer Pumpe aus unlegiertem Stahl wieder.In Figure 2, curve 1 shows the amalgam butter release over time the entire electrolysis arrangement when using a pump made of unalloyed steel.

Kurve 2 zeigt die Amalgambutterabgabe der gleichen Elektrolyseanordnung nach Einbau einer Pumpe aus einem Chrom-Nickel-Mölybdän-Stahl. Curve 2 shows the amalgam butter release of the same electrolysis arrangement after installing a pump made of a chrome-nickel-Mölybdän steel.

Kurve 3 zeigt die" Amalgambutterbildung der gleichen Elektrolyseanordnung bei Einsatz von Pumpen aus Polypropylen·Curve 3 shows the “amalgam butter formation of the same electrolysis arrangement when using pumps made of polypropylene

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Auf der Ordinate ist dabei die abgemessene Menge (ml) Amalgan itter aufgetragen, die nenn gleichen Zeitabständen (Tage) - auf der Abzisse angegeben - während der Elektrolyse aus der Zelle selbst, aus der Pile und aus den Endkästen entnommen wurde. Die Zelle selbst wurde mit 900 ml Quecksilber betrieben. Die Entnahme ist möglich, weil die Amalgambutter als spezifisch leichtere Phase auf dem umlaufenden Quecksilber schwimmt.On the ordinate, the measured amount (ml) Amalgan itter is plotted, call the same time intervals (days) - shown on the abscissa - was taken during the electrolysis from the cell itself, from the pile, and from the end boxes. The cell itself was operated with 900 ml of mercury. The removal is possible because the amalgam butter floats as a specifically lighter phase on the circulating mercury.

Zu erkennen ist, daß die Amalgambutterbildung der Zelle bei KunstStoffausführungen der Pumpe auf einen Minimalwert reduziert wird (Kurve 3)* während die Ausführung in unlegiertem Stahl zu einer gleichbleibenden Butterabgabe (Kurve 1) und die Ausführung in legiertem Stahl zu einer unregelmäßig ansteigenden Butterabgabe (Kurve 2) Anlaß gibt.It can be seen that the amalgam butter formation of the cell in plastic versions of the pump is reduced to a minimum value (curve 3) * while the version in unalloyed steel results in a constant butter delivery (curve 1) and the version in alloy steel with an irregularly increasing butter delivery (curve 2) there is an occasion.

Wird mittels der Pumpen Natriumamalgam anstelle von Quecksilber gefördert, so ergeben sich qualitativ gleiche Verhältnisse, wenngleich die absoluten Mengen der Amalgambutterbildung etwas geringer sind.If sodium amalgam is conveyed instead of mercury by means of the pumps, qualitatively the same conditions result, albeit the absolute amounts of amalgam butter formation are a little lower.

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Claims

Claims;

fi) Process to reduce the formation of amalgam butter in Alkali chloride electrolysis systems, characterized in that the mercury or amalgam is placed where it moves in a turbulent manner is brought into contact with surfaces made of non-metallic substances that are inert towards mercury or amalgam exist.

2) Method according to claim 1, characterized in that

the non-metallic surfaces are made of ceramic materials, rubber, enamel or plastic.

3) Method according to claim 1 or 2, characterized in that pumps or vertical decomposers are at least partially made of ceramic material, enamel, rubber or plastic or are provided with coatings of such materials.

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