DE2611324C3 - Elektrolysezelle zum Herstellen von Fluor - Google Patents
Elektrolysezelle zum Herstellen von FluorInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle zum Herstellen von Fluor gemäß dem Oberbegriff des
Anspruchs 1.
Das bisher allgemein angewandte Verfahren zum Herstellen von Fluor beschreiben R. A. EBEL und G. H.
MONTILLON unter dem Titel »Fluorine Generator
J5 Development« im Bereicht no. K-858 der Carbide and
Chemicals Co, Union Carbide and Carbon Corp, veröffentlicht am 22.1. 1952 gemäß »Distribution lists
for United States Atomic Energy non Classified Research and Development Reports« TID 4500 vom
19.7.1951. Das Verfahren bestehi darin, in einem rechteckigen Gefäß aus Eisen oder Monelmetall
(eingetragenes Warenzeichen der International Nickel Co. für eine NiCu-Legierung mit 63 bis 68% Nickel und
kleinen Mengen von Fe, Mn, Si und C) ein wasserfreies Schmelzbad mit der Zusammensetzung KF · 2 HF einer
Elektrolyse zu unterwerfen. Die Anoden-Baugruppe mit Kohleanoden und die Kathoden-Baugruppe mit im
allgemeinen aus Eisen oder Monelmetall hergestellten Kathoden sind parallel angeordnet und an den
so Stromzuleitungsschienen direkt befestigt, ohne Berührung
mit den Gefäßwänden, um Stromableitungen durch diese Wände zu vermeiden.
Die Elektrolyse wird im allgemeinen bei einer Spannung von etwa 10 V mit einer Stromdichte von
etwa 15 A/dm2 durchgeführt Die mittlere Stromausbeute
liegt in der Größenordnung von 90% und die Energieausbeute ist gering, da die Zersetzungsspannung
des HF nur etwa 2,8 V beträgt Dieser Zellentyp hat somit eine geringe Produktivität, die schlechte Energie-
ausbeute ruft eine übermäßige Erhitzung des Bades hervor, die die anwendbaren Stromdichten noch weiter
einschränkt. Durch die verhältnismäßig hohe Betriebstemperatur wird die Korrosion der Zellenwerkstoffe
durch das Bad und die Flußsäure begünstigt, was hohe
hi Wartungskosten zur Folge hat.
Seit vielen Jahren werden große Anstrengungen gemacht, den Wirkungsgrad und die Produktivität der
Elektrolysezellen für die technische Herstellung von
Fluor zu verbessern. In der FR-PS 20 82 366 beispielsweise
wird vorgeschlagen, den gewöhnlichen Elektrolyten durch einen Elektrolyten auf der Basis von NH4F
und HF mit 55 bis 63 Gew.-% HF zu ersetzen. Dieser Elektrolyt hat einen Schmelzpunkt im Bereich von
-6° C bis +23° C, also weit unter dem Schmelzpunkt des üblichen Elektrolyten. Er gestattet den Betrieb einer
Elektrolysezelle bei einer Temperatur nahe der Umgebungstemperatur. Dies hat den Vorteil, daß der
Dampfdruck des HF oberhalb des Bades und folglich der HF-Anteil in den erzeugten Gasen verringert ist
Auch ist der spezifische elektrische Widerstand dieses Elektrolyten kleiner als derjenige des üblichen Elektrolyten,
was eine Erhöhung der Stromdichte zuläßt. Schließlich hat der Elektrolyt eine geringere Anoden-Überspannung,
wodurch die Energieausbeute verbessert ist In derselben Patentschrift wird auch die
Möglichkeit angegeben, bis zu einem Viertel des NH4F, ausgedrückt als Molenbruch, durch eine gleiche Menge
KF, ebenfalls als Molenbruch ausgedrückt, zu ersetzen.
In der FR-PS 21 45 063, erste Zusatzanmeldung zur
FR-PS 20 82 366, wird vorgeschlagen, anstelle der Gefäße aus Stahl solche aus verschiedenen, billigeren
Kunststoffen zu benutzen, deren Verwendung durch die niedrige Temperatur des Elektrolyten auf der Basis von
NH4F und HF möglich wird.
Trotz dieser Fortschritte konnte der Wirkungsgrad und die Produktivität bei der elektrolytischen Fluorherstellung
bisher nicht befriedigen. Gerade in neuerer Zeit gewinnt die Fluorherstellung an Bedeutung, da der
weltweite Bedarf rasch ansteigt Das Fluor dient insbesondere zur Herstellung des Uranhexafluorids, das
zur Anreicherung von Uran durch Gasdiffusion verwendet wird.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolysezelle zur Herstellung von Fluor zu schaffen,
die mit gutem energetischem Wirkungsgrad und hoher Produktivität arbeitet
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst
Mit bipolaren Elektroden ausgerüstete Zellen können gedrängt gebaut werden und kommen mit lediglich zwei
Stromzuführungen, eine an jedem Ende der Zelle, aus. Die durch Stromzuführungen bzw. Kontaktierungen
bedingten Spannungsverluste sind somit sehr gering, da die Spannungsabfälle zwischen den einzelnen Elektroden
für alle bipolaren Elektroden einen Wert nahe Null haben. Die nutzbare Oberfläche jeder Elektrode kann
etwa gleich dem Innenquerschnitt der Zelle sein.
Die Ansprüche 2 bis 4 sind auf Merkmale gerichtet, mit denen erreicht wird, daß sich an dafür nicht
vorgesehenen Stellen keine Gase entwickeln und die Zelle eine gute Korrosionsbeständigkeit aufweist.
Der Anspruch 5 kennzeichnet den grundsätzlichen Aufbau einer vorteilhaften Zelle.
Der Anspruch 6 kennzeichnet eine Ausbildung der Zelle derart, daß die anodischen und kathodischen Gase
sicher getrennt voneinander eingesammelt werden.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 7 ist eine Konvektionskühlung erzielbar.
Der Anspruch 8 kennzeichnet eine weitere, besonders vorteilhafte, Ausführungsform der Zelle.
Die Ansprüche 9 und 10 sind auf Einzelheiten in der Zelle gemäß Anspruch 8 gerichtet.
Mit den Merkmalen des Anspruchs 11 lassen sich Wasserstoff- und f.uorflaschen unmittelbar von der
Elektrolysezelle her mit dem gewünschten Druck füllen.
Für die Chloralkalielektrolyse sind Elektrolysezellen mit bipolaren Elektroden seit längerem bekannt
(DE-OS 22 62 786). Die Anoden der bipolaren Elektroden solcher Elektrolysezellen bestehen im allgemeinen
aus einer gestreckten Titan-Folie oder -platte, die mit Platin beschichtet ist Die Kathoden sind durch ein Netz
oder Gitter aus Flußstahl gebildet Die genannten Materialien werden von Fluor stark angegriffen, so daß
sich die bekannten Zellen zur Gewinnung von Fluor nicht eignen würden. Aufgrund des bisherigen Fehlens
ίο von Isolierwerkstoffen, die dem zur Herstellung von
Fluor verwendeten Elektrolyten und den dabei entstehenden Gasen standhalten, und aufgrund der Gefahr,
daß sich der an den beiden Flächen der Elektrode entstehende Wasserstoff und das Fluor zu einem
explosionsfähigen Gemisch vereinigen, galt vor der vorliegenden Erfindung der Typ der in der DE-OS
22 62 786 beschriebenen Elektrolysezelle als für die elektrolytische Gewinnung des Fluors nicht verwendbar.
Um die durch eine Vermischung von Wasserstoff und Fluor entstehenden Gefahren \c,<
vornherein zu vermeiden, ist es bei den erfindungsgemißen Zellen in
der Praxis notwendig, daß der Rand der Elektroden sowohl an die Wände als auch an den Deckel der Zelle
abdichtend angeschlossen ist so daß sich einwandfrei voneinander getrennte Anoden- und Kathodenkammern
ergeben. Für die Wände der Zelle oder zumindest für die Innenauskleidung wird daher ein Isolierwerkstoff
verwendet
Zur Herabsetzung der Energieverluste durch Joulesche
Wärme und auch zur Milderung der Aggressivität des Bades gegenüber den Isolierwerkstoffen ist es von
größtem Interesse, einen Elektrolyten mit hoher elektrischer Leitfähigkeit und niederem Schmelzpunkt
zu verwenden. Vorteilhaft wird ein Gemisch aus NH4F und HF mit einem möglichen Zusatz von KF verwendet
Damit ist eine Betriebstemperatur unter 400C, ja sogar
unter 20° C möglich.
Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer
Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert Es stellt dar
F ι g. 1 einen Schnitt rechtwinklig zu den Elektroden, durch eine herkömmliche Elektrolysezelle zur Fluorgewinnung,
F i g. 2 einen Schnitt parallel zu den Elektroden der Elektrolysezelle gemäß Fig. 1,
F i g. 3 einen Schnitt rechtwinklig zu den Elektroden, einer mit Doppelmantel ausgeführten erfindungsgemäßen
Elektrolysezelle,
F i g. 4 einen Schnitt, parallel zu den Elektroden, der
Elektrolysezelle gemäß F i g. 3,
Fig.5 eine Seitenansicht einer herkömmlichen Elektrolysezelle in Filierpressen-Bauweise für die
Wasserelektrolyse,
F i g. 6 und 7 jeweils eine Ansicht in Achsenrichtung einer bipolaren Elektrode und eines Diaphragmas der
Elektrolysezelle gemäß F i g. 5,
F i g. 8 einen Schnitt, rechtwinklig zu den Elektroden,
einer erfindungsgemäßen Elektrolysezelle in einer aus
Rahmen zusammengesetzten Konstruktion,
F i g, 9 eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen, aus Rahmen zusammengesetzten Elektrolysezelle mit
Abscheidern,
Fig. 10 eine Ansicht in Achsenrichtung eines bä erfindungsgemäßen Rahmens,
Fig. 11 einen Schnitt durch eine Einzelheit eines Dichtgliedes zwischen einer Elektrode und einem
erfindungsgemäßen Rahmen,
Fig. 12 eine grafische Darstellung des Bereiches der
bevorzugten Zusammensetzung des in der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle verwendeten Elektrolyten.
F i g. 1 und 2 zeigen eine Elektrolysezelle des herkömmlichen Typs für die Darstellung von Fluor, bei
der das rechteckige Gefäß 1 aus Eisenblech mit einer durch Wasserzirkulation gekühlten Doppelwand 2
ausgestattet ist. Das Gefäß 1 nimmt die Elektrolytschmelze 3 auf, die im wesentlichen aus KF · 2 HF
zusammengesetzt ist. Am Gefäß I ist ein Deckel 4 aus ι η Monelmetall-Blech abdichtend befestigt.
Die Elektrolyse findet zwischen Anoden 5 aus Kohle und Kathoden 6 aus Eisen statt, die an Stromzuführungsschienen 9 und 10 aufgehängt sind, welche mit
elektrisch isolierten Durchführungen 7 und 8 durch den Deckel 4 hindurchgeführt und mit einer nicht gezeichneten Gleichstromquelle verbunden sind.
Diese Elektroden haben keine direkte Berührung mit dem Boden oder den Wänden des Gefäßes 1. Die
Anoden 5 und Kathoden 6 sind wechselweise und >" zueinander parallel angeordnet, in jedem Anoden-Kathoden-Zwischenraum sind Diaphragmen ti angeordnet, die von Gittern aus Monelmetall gebildet sind. Die
Diaphragmen 11 sind nach oben durch Trennwände 12 aus Monelmetall verlängert, welche am Deckel 4 r>
abdichtend befestigt sind. Die Trennwände 12 sind langer als die Elektroden, zu denen sie parallel
verlaufen, und setzen sich an den Seiten in Trennwandabschnitten fort, die ebenfalls in das Bad eintauchen. Die
Mitteltrennwand 13 in Form einer umgedrehten Rinne in
ist lediglich an ihren Enden befestigt. Auf diese Weise ergeben sich geschlossene Räume, die den oberen Teil
jeder Elektrode umschließen und vom Bad, den Trennwänden 12 und 13· und vom Deckel 4 begrenzt
sind. j5
Es ist somit möglich, den an den Kathoden 6 sich entwickelnden Wasserstoff und das sich an den Anoden
5 entwickelnde Fluor unter Ausschluß von Vermischungsgefahr aufzufangen. Die so aufgefangenen Gase
werden mit Leitungen 14 für den Wasserstoff und Leitungen 15 für das Fluor aus der Zelle herausgeleitet
ι r> u-ii ι ila. u
Da die Schmelztemperatur des Bades etwa 700C
beträgt, wird die Elektrolyse bei einer Temperatur zwischen 80 und 1100C durchgeführt. Unter diesen
Bedingungen, und aufgrund des bei dieser Temperatur bestehenden Dampfdruckes der Flußsäure, enthält das
aufgefangene Fluor etwa 6 bis 8% HF. Das gleiche gilt für den an den Kathoden 6 aufgefangener. Wasserstoff.
Wie in der Beschreibungseinleitung ausgeführt, hat w
die beschriebene, bekannte Elektrolysezelle eine geringe Produktivität und neigt zur Korrosion, was sehr hohe
Wartungskosten zur Folge hat
Im folgenden werden zwei verschiedene Ausführungsbeispiele von erfindungsgemäßen Elektrolysezel-
len zur Herstellung von Fluor beschrieben, die mit hohem energetischem Wirkungsgrad arbeiten:
Eine erfmdungsgemäß ausgebildete Versuchszelle ist
in Fig.3 im Schnitt in einer zu den Elektroden rechtwinkligen Ebene und in F i g. 4 im Schnitt in einer
zur Schnittebene der F i g. 3 rechtwinkligen Schnittebene längs der Linie a-a in F i g. 3 dargestellt Sie weist ein
Gefäß 16 aus Polymethylmethacrylat auf. das mit einem aus dem gleichen Werkstoff hergestellten dichten
Deckel 17 versehen ist und in dem sechs Kohle-Elektroden vertikal angeordnet sind, davon vier bipolare
Elektroden 18 und zwei monopolare Elektroden 19. Die beiden an den Enden angeordneten monopolaren
Elektroden 19 sind an den Plus- bzw. an den Minuspol einer Gleichstromquelle angeschlossen, jede der Elektroden 18 und 19 liegt abdichtend an den Seitenwänden
und am Boden eines im Innern des Gefäßes 16 angeordneten deckellosen Gefäßes 21 an, das ebenfalls
aus Polymethylmethacrylat ist. Zwischen zwei aufeinanderfolgenden Elektroden begrenzt ein Diaphragma 20
aus Graphitgewebe die Kathoden- und Anodenräume. Die Diaphragmen 20 und die Elektroden 18 und 19 sind
völlig eingetaucht und nach oben durch dichte vertikale Trennwände 22 aus Monelmetall verlängert, die mi;
ihrem unteren Teil auf einige Zentimeter Tiefe in den Elektrolyten eindringen.
Oberhalb der Kathodenräume sind die vertikalen Trennwände 22 durch waagerechte Trennwandabschnitte 23 so verbunden, daß sie Rinnen bzw. Glocken
in Form eines umgedrehten U bilden, in denen sich die während der Elektrolyse an den Kathoden sich
entwickelnden Wasserstoffblasen sammeln. Diese Glokken sind an ihren beiden Enden offen, so daß der
Wasserstoff austreten und in den oberen Teil des Gefäßes 16 gelangen kann, von wo er durch eine
Öffnung 24 entweicht, um anschließend aufgefangen zu
werden.
Oberhalb der Anodenräume wird das sich entwickelnde Fluor in einer Kammer 25 aufgefangen, deren Wände
von zwei Trennwänden 26 und 27, einer oberen waagerechten Trennwand 28 und vertikalen Endtrennwänden 29 und 30 gebildet sind, die die Kammer 25 an
den beiden zu den Elektroden 18 und 19 rechtwinkligen Seiten abschließen. Diese Endtrennwände 29 und 30
sind mit den vertikalen Trennwänden 26 und 27 sowie mit den Enden der Glocken, an denen sie sich abstützen,
abdichtend verbunden.
Das auf diese Weise sich in der Kammer 25 ansammelnde Fluor tritt durch eine öffnung 31 aus der
Zelle aus und wird dort aufgefangen.
Um die Stromableitungen über die Bauteile aus Monelmetall zu vermeiden, die, wie sich aus vorstehen-
angeordnet sind, sind die Verbindungsstellen zwischen den vertikalen Trennwänden und den Elektroden, oder
auch zwischen den vertikalen Trennwänden und den Diaphragmen mit, beispielsweise dünnen Streifen aus
Polytetrafluoräthylen, die zwischen die miteinander zusammenzufügenden Bauteile gelegt sind, isoliert, um
jeglichen elektrischen Kontakt zu verhindern.
Die Kühlung des Elektrolyten erfolgt bei diesem Beispiel durch natürliche Umwälzung. Zu diesem Zweck
sind in den Boden des Innengefäßes 21 Löcher 32 eingearbeitet die den freien Durchgang des Elektrolyten vom äußeren Gefäß 16 zum inneren Gefäß 21
gestatten. Im übrigen münden die oberhalb der Kathodenräume angeordneten Glocken an ihren Enden
in den zwischen den beiden Gefäßen 16 und 21 liegenden Raum und ermöglichen ebenfalls das freie
Zirkulieren des Elektrolyten, dessen oberes Niveau nahe demjenigen der Trennwandabschnitte 23 liegt welche
diese Glocken an ihrem oberen Teil abschließen. Im Betrieb der Zelle ruft die Joulesche Wärme eine
Erwärmung des im Innern des Gefäßes 21 befindlichen Elektrolyten hervor, während durch Wasserumlauf
gekühlte Austauscher 33,34,35 und 36 eine Kühlung des
zwischen den beiden Gefäßen 16 und 21 befindlichen Elektrolyten ermöglichen. Unter diesen Bedingungen
kommt es zu einem natürlichen Umlauf des Elektroly-
ten, der von der Abnahme der Dichte des im inneren
Gefäß 21 befindlichen Elektrolyten, infolge dessen Erwärmung, und zugleich von den in den Kathoden- und
Anodenräumen entstehenden H2- und Fj-Blasen, welche
die scheinbare Dichte des Elektrolyten beträchtlich herabsetzen, begünstigt wird.
Das Zusammentreffen der beiden Phänomene bewirkt also die Umwälzung des Elektrolyten im inneren
Gefäß 21 von unten nach oben, sodann im Raum zwischen den beiden Gefäßen 16 und 21 von oben nach
unten, wobei er durch die Austauscher 33,34,35 und 36
gekühlt wird, bevor er durch die in den Boden des inneren Gefäßes 21 eingearbeiteten Löcher 32 erneut in
das Gefäß 21 eindringt.
Bei Verwendung eines Elektrolyten mit der ungefähren Zusammensetzung NH4F · 2,6 HF, d. h. mit etwa 58
Gew.-% HF, ist es auf diese Weise möglich, die mittlere Temperatur des Elektrolyten bei etwa 28° C zu halten.
Diese Zeiie, deren Elektroden eine aktive Fläche je
Elektrodenseite von 2,4 dm2 haben und mit einem Zwischenabstand von 2 cm angeordnet sind, wurde
einem Versuchsbetrieb von 720 h Dauer bei einer mittleren Stromstärke von etwa 36 A und einer
mittleren Klemmenspannung von etwa 30 V, somit 6 V je Element, unterworfen. Unter diesen Bedingungen
wurde eine bei normalen Temperatur- und Druckverhältnissen gemessene Fluorproduktion von 68,4 l/h
erreicht, was einer Stromausbeute von 95% entspricht. Die HF-Konzentration im Fluor betrug 2,4 Vol.-%
Dieses Beispiel zeigt, daß dieser Zellentyp nach der
ErfitnJung eine bedeutende Qualitätsverbesserung des erzeugten Fluors erlaubt, da dieses, statt etwa 6 bis 8%
bei einer herkömmlichen Zelle, nur noch 2,4% HF enthält.
Im übrigen beträgt die mittlere Spannung zwischen zwei aufeinanderfolgenden Elektroden nur 6 V statt
etwa 10 V bei einer herkömmlichen Zelle. Dieser Spannungsgewinn bringt eine Ersparnis von 40% beim
Energieverbrauch mit sich, was sehr wichtig ist. Dank der durch die Anordnung der Elektroden ermöglichten
Verkleinerung des Elektrodenabstandes und dank der
vorzunehmen, nimmt eine Zelle dieses Typs viel weniger Raum ein, als eine Zelle des herkömmlichen Typs. Diese
Einsparung beim Raumbedarf ist um so wichtiger, als die Produktion je Einzelelektrode der Zelle zunimmt Die
sich daraus ergebende sparsame Konstruktion kann bei der Ausführung von großen Fluor-Gewinnungsanlagen
beträchtlich ins Gewicht fallen.
Der komplizierte Aufbau, bedingt durch den für den
Umlauf des Elektrolyten notwendigen doppelten Einschluß und durch das Auffangsystem für die
erzeugten Gase, macht jedoch die Konstruktion dieses Elektrolyseurs teuer. Der Wirkungsgrad bei der
Gewinnung bzw. Abscheidung des Fluors und des Wasserstoffs hängt von der Dichtheit der im oberen Teil
des Elektrolyseurs angeordneten Trennwände ab. Infolge schadhafter Schweißstellen oder lässiger Dichtungen kann es zu Unfällen kommen.
Eine zweite nach der Erfindung ausgebildete Elektrolysezelle wies eine robustere Konstruktion auf.
Zum guten Verständnis der Merkmale dieser weitergebildeten Elektrolysezelle ist es notwendig,
zuerst die Merkmale einer herkömmlichen Elektrolysezelle in Filterpressen-Bauweise für die Wasser-Elektrolyse zu untersuchen, wie z. B. den in F i g. 5, 6 und 7
dargestellten PECHKRANZ-Elektrolyseur (nach »Applications de l'Electrochimie« von W. A. KOEHLER,
Editions DUNOD Paris, 1950). Fig. 5 zeigt eine Gesamtansicht dieses Elektrolyseurs, bei dem eine
Zellen-Anordnung 37 aus hintereinander angeordneten Zellen zusammengesetzt ist, von denen jede eine
Anodenkammer und, durch ein poröses Diaphragma von ihr getrennt, eine Kathodenkammer aufweist. Die
Elektroden sind bipolar. Die Anordnung ist zwischen zwei Endplatten 38 und 39 aus Gußeisen mittels
Zugstangen 40 zusammengepreßt, die an ihren Enden mit Klemmschrauben 41 versehen sind. Zwischen den
Elektroden und den Diaphragmen sind elektrisch isolierende Dichtglieder, beispielsweise aus Kautschuk,
angeordnet. Der Strom wird an beiden Enden zugeführt, wobei Plus- und Minuspol an jeweils eine Endplatte, 38
bzw. 39, angeschlossen sind. Die Endplatten 38 und 39 sind gegenüber den Zugstangen 40 und auch gegenüber
dem Sockel isoliert, stehen jedoch mii dem Eiekiroiyieri
in Verbindung und bilden die beiden äußeren Elektroden der Anordnung 37. Von zwei Leitungen 42, von
denen in der Zeichnung nur eine zu erkennen ist, ist eine nahe dem oberen Niveau des Elektrolyten an die
Gesamtheit der Kathodenkammern, die andere auf gleicher Höhe an die Gesamtheit der Anodenkammern
angeschlossen. Sie leiten die Elektrolysenprodukte Wasserstoff und Sauerstoff in zwei nicht gezeichnete
Kammern eines Abscheiders 43. In der einen dieser Kammern trennt sich der Wasserstoff vom Elektrolyten
und sammelt sich im oberen Bereich, von wo aus er über eine Leitung 44 zu einem nicht gezeichneten Lagerbehälter geleitet wird. In der anderen Kammer trennt sich
der Sauerstoff vom Elektrolyten und wird in gleicher Weise über eine Leitung 45 zu einem nicht gezeichneten
Behälter geleitet. Für die Rückleitung des von den abgeschiedenen Gasen befreiten Elektrolyten ist jede
der beiden Kammern des Abscheiders 43 an ihrem unteren Teil über eine Rücklaufleitung 46, von denen
nur eine gezeichnet ist, mit dem unteren Teil der zugehörigen Kathoden- bzw. Anodenkammern des
Elektrolyseurs verbunden.
verwendete bipolare Elektrode 47. Sie ist aus einem
Stahlblech hergestellt, das nur einseitig, nämlich an der
4> als Anode wirkenden Seite vernickelt ist. Dieses Blech
ist am Umfang so gestaltet, daß es auf einer Seite eine Ringnut 48 zur Aufnahme eines nicht gezeichneten,
zugleich abdichtenden und elektrisch isolierenden Verbindungsgliedes aufweist Dieses Verbindungsglied
legt sich am Umfang eines mit kleinen Löchern perforierten Diaphragmas 49 aus Nickel an (F i g. 7). Die
Dicke dieses Verbindungsgliedes bestimmt die Breite der Kammer. Die Ringnut 48 ist so ausgebildet, daß sich
auf der entgegengesetzten Seite der Elektrode ein
ringförmiger Vorsprung ergibt, an dem ein nicht
gezeichnetes Verbindungsglied zur Abstützung kommt, das an der gegenüberliegenden Seite des Diaphragmas
49 an dessen Umfang befestigt ist Die Dicken des Verbindungsgliedes und des Vorsprunges bestimmen
die Breite der zugehörigen Kammer. Die Elektroden 47 und die Diaphragmen 49 weisen Offnungen auf, die über
nicht gezeichnete Verbindungsglieder abdichtend miteinander verbunden sind und auf diese Weise von einem
Ende des Elektrolyseurs zum anderen durchgehende
Leitungen bilden. Die öffnungen 50 der Elektroden 47
und die öffnungen 52 der Diaphragmen 49 dienen der Fortleitung des Wasserstoffs, während die öffnungen 51
der Elektroden 47 und die öffnungen 53 der
Diaphragmen 49 der Fortleitung des Sauerstoffs dienen. Dieses Ergebnis wird erzielt aufgrund von Durchlässen,
die, einerseits, in den Kathodenkammern durch die Verbindungen zwischen Öffnungen 50 und 52 hindurch
und, andererseits, in den Anodenkammern durch die Verbindungen zwischen Öffnungen 51 und 53 hindurch
ausgebildet sind. Diese Durchlässe erlauben das getrennte Auffangen des Wasserstoffs und des Sauerstoffs,
die sicli in jeder Zelle gebildet haben, und ihre Fortleitung zum Abscheider 43. Wie weiter oben
erwähnt, reißen diese Gase in den Leitungen 42 eine bestimmte Menge Elektrolyt mit, welche sich im
Abscheider 43 absetzt. Elektroden 47 und Diaphragmen 49 haben auch am unteren Teil Öffnungen 54,55,56 und
57 für das Rückführen des in den Abscheider 43 mitgerissenen Elektrolyten über die Rücklaufleitungen
46. Die Öffnungen 54 und 55 sind durch Dichtglieder miteinander verbunden und bilden eine von einem Ende
des Elektrolyseurs zum anderen durchgehende Leitung, die zum Rückführen des abgesetzten Elektrolyten
einerseits an den unteren Teil des Wasserstoff-Abscheiders, andererseits über im Bereich der Verbindungsstellen
ausgebildete Durchlässe an die Kathodenkammern angeschlossen ist. In gleicher Weise dienen die
Öffnungen 56 und 57 der Rückführung des Elektrolyten, der sich im Sauerstoff-Abscheidei abgesetzt hat, zu den
Anodenkammern.
Eine direkte Anpassung des vorstehend beschriebenen Elektrolyseurs für die Gewinnung von Fluor ist
nicht möglich. Die üblicherweise in einem solchen Elektrolyseur verwendeten Werkstoffe, nämlich Metalle
für die Elektroden, Faserstoffe für die Diaphragmen, Isolierstücke und Verbindungsglieder aus Kautschuk,
halten den fluorhaltigen Elektrolyten nicht stand. Außerdem müssen auch die Leitungen für die
Abführung der Gase und für das Übertragen und Kühlen des Elektrolyten aus gegen das Fluor und die
Fluoride korrosionsbeständigen Werkstoffen hergestellt sein.
Die Elektrolysezelle nach der Erfindung ergab sich aus dem überraschenden Gedanken, eine Zelle mit
gleich geringem Platzbedarf wie die Elektrolyseure in Fiherpressen-Bauweise herzustellen, bei uci jcuOCn uiC
bipolaren Elektroden nicht mehr die Aufgabe von strukturellen Bauteilen erfüllen. Bei dieser Elektrolysezelle
sind die Außenwände, welche der Zelle die mechanische Festigkeit verleihen und den Elektrolyten
und die daraus freigesetzten Gase aufnehmen, aus Kunststoff oder eventuell aus mit Kunststoff beschichtetem
Metall hergestellt Der verwendete Kunststoff muß sowohl dem Elektrolyten als auch den daraus sich
entwickelnden Gasen, insbesondere Fluor, Wasserstoff und, in geringen Mengen, Flußsäure, standhalten.
Ebenso wie die Elektrolyseure in Filterpressen-Bauweise herkömmlicher Ausbildung ist diese Elektrolysezelle
aus bequem demontierbaren Einzelzellen zusammengesetzt so daß nach einer gewissen Betriebszeit eventuell
mögliche Störungen leicht behoben werden können. Das nachfolgend beschriebene Ausführungsbeispiel
zeigt eine mögliche Ausgestaltung der Elektrolysezelle nach der Erfindung.
Aus Gründen der besseren Übersichtlichkeit ist in Fig.8 eine Elektrolysezelle nach der Erfindung
dargestellt die aus nur drei in Reihe geschalteten Einzelzellen zusammengesetzt ist Sie weist vier
Rahmen 58, 59, 60 und 51 aus Polymethylmethacrylat
auf, von denen jeder an jeder seiner vier Ecken mit einer Öffnung versehen ist (F i g. 10).
Die Öffnung 62 ist über einen im Fleisch bzw. Material
des Rahmens ausgehöhlten Kanal 63 mit dem Kathodenraum jeder Zelle verbunden und fängt somit
den Wasserstoff auf, der zum oberen Teil dieser
> Kammer aufsteigt.
In gleicher Weise ist die Öffnung 64 über einen Kanal 65 an die Anodenkammer jeder Zelle angeschlossen und
fängt das Fluor auf. Im Innern jedes Rahmens 58,59,60
und 61 ist eine rechteckige Kohleelektrode 66, 67, 68 in bzw. 69 angeordnet, die zur Vermeidung von mechanischen
Spannungen mit ausreichendem Spiel in eine in den Rahmen 58,59,60 oder 61 maschinell eingearbeitete
Aufnahme eingesetzt ist. Diese Aufnahme ist mit einem wegnehmbaren Hilfsrahmen 70 aus Polymethyl-"ι
methacrylat abgeschlossen, der in den Hauptrahmen 58, 69, 60 oder 61 eingefügt und in diesem durch
Verschrauben oder Verkleben in Stellung gehalten ist. Die Kohleelektrode 66, 67, 68 oder 69 ist auf ganzen;
Umfang durch Verbindungsglieder 71 und 72 in ihrer _'o Aufnahme gehalten. Jedes dieser Verbindungsglieder 71
und 72 ist zum Teil in eine in das Material des Hauptrahmens 58, 59, 60 oder 61 oder in das Material
des Hilfsrahmens 70 maschinell eingearbeitete Aufnahme eingesetzt und kommt an der Oberfläche der
> Kohleelektrode 66, 67, 68 oder 69 zur Anlage, wobei es eine sowohl gegen den Elektrolyten als auch gegen die
Elektrolysengase dichte Verbindung schafft. Die Verbindungsglieder 71 und 72 sind aus Polytrifluorchloräthylen
hergestellt. Jeder Hauptrahmen 58,59,60 und 61
ίο ist mit den benachbarten Rahmen durch ebenfalls aus
Polytrifluorchloräthylen hergestellte Verbindungsglieder abdichtend verbunden. Wie in F i g. 10 zu erkennen,
laufen diese Verbindungsglieder, beispielsweise die Verbindungsglieder 73 und 74, rings um die Rahmen, das
eine nahe dem äußeren, das andere nahe dem inneren Rand. Die an den Rahmen 58 und 61 an den von der
Elektrolysezelle nach außen weisenden Seiten angeordneten Verbindungsglieder stützen sich an Endplatten 75
und 76 aus Monelmetall ab. Wie in F i g. 10 zu erkennen, ist jede Öffnung 62,64, 77 und 78 von einem Dichtglied
79,80,81 bzw. 82 aus gleichem Werkstoff umschlossen.
In jeder Zelle sind die Anoden- und Ka.hodenkam-
In jeder Zelle sind die Anoden- und Ka.hodenkam-
von diesen ist von einem dünnen, jedoch dichten Rahmen 86 aus Polymethylmethacrylat gebildet der in
eine in den Hauptrahmen 58, 59,60 oder 61 maschinell eingearbeitete Aufnahme eingeklebt ist Im Innern
dieses Rahmens ist die Wand porös, da sie durch Verdichten und Sintern von kleinen Polymethylmethacrylat-Kugeln
von einigen Zehntelmillimeter Durchmesser erhalten ist. Ein solches Diaphragma gestattet
den Stromdurchgang, verhindert jedoch die Diffusion der sich an den Elektroden entwickelnden Gasblasen.
Der obere Teil des Diaphragmas 83, 84 oder 85 weist
keine Perforation auf, um den Übergang von sich im oberen Bereich ansammelnden Gasblasen zu verhindern.
Die an den beiden Enden der Elektrolysezelle angeordneten Elektroden 66 und 69 sind monopolar, da
sie an die Stromquelle angeschlossen sind.
Die Elektrode 66, die Anode ist ist an den Pluspol einer nicht gezeichneten Stromquelle angeschlossen.
Hierzu weist sie einen zylindrischen Ansatz 87 mit einem Blindloch auf, in das ein elektrischer Leiter 88 aus
Kupfer eingeschraubt ist Die Kathode 69 ist in gleicher Weise ausgebildet und über einen elektrischen Leiter 89
aus Kupfer an den Minuspol der Stromquelle anschließbar. Vier Zugstangen 90 und 91 aus Stahl, die mit den
vier Ecken der Endplatten 75 und 76 verbunden sind,
ermöglichen es mittels Kiemmuttern 92 und 92', die Rahmen fest gegeneinander zu pressen, so daß die Zelle
dank der zwischen den Rahmen und auch zwischen den Endplatten und den Rahmen angeordneten Verbindungsglieder
abgedichtet wird. Isolierstücke, die in geeigneter Weise an den Durchführungen der Zugstangen
90 und 91 durch die Endplatten 75 und 76 angeordnet sind, verhindern Kurzschlüsse. Außerdem
sind die Durchführungen an den Endplatten 75 und 76 für die Ansätze 87 aus Kohle der Elektroden 66 und 69
mit Dichtgliedern 93 aus Polytrifluorchloräthylen abgedichtet, die mit in die Endplatten 75 und 67
eingeschraubten Ringen 94 aus Monelmetall festgeklemmt sind.
F i g. 9 ei läutert den Strömungsweg, dem die Elektrolysengase
während der Elektrolyse folgen. Die in F i g. 9 dargestellte Elektrolysezelle hat sechzehn Rahmen, d. h.
fünfzehn hintereinander geschaltete Einzelzellen. Diese Zellen sind mit den in F i g. 8 dargestellten gleich
ausgebildet und in gleicher Weise montiert. Während der Elektrolvse strömt der sich in den Kathodenkammern
abscheidende Wasserstoff durch die Kanäle 63 und gelangt zu den Öffnungen 62, die miteinander
verbunden sind. Er verläßt sodann die Elektrolysezelle über eine Leitung 95 (Fig.9), die durch die Endplatte
hindurchgeführt und an einen,Abscheider 96 angeschlossen ist In diesem tritt der Wasserstoff durch eine
Öffnung 97 aus, die mit einem nicht gezeichneten Lagerbehälter verbunden ist. Eine mit dem Wasserstoffstrom
mitgerissene bestimmte klenge Elektrolyt setzt iich im unteren Teil des Abscheiders % ab und läuft
über eine Leitung 98, welche durch eine Durchführung in der Endplatte hindurch an die öffnungen 77 jedes
Rahmens angeschlossen ist, in die Elektrolysezelle zurück. Von den öffnungen 77 aus läuft der Elektrolyt
über sich anschließende Kanäle 99 in die damit verbundenen Kathodenkammern zurück. In gleicher
Weise strömt das sich in den Anodenkammern abscheidende Fluor durch die Kanäle 65 und die
Öffnungen 64 zu einer Leitung 100, die durch die Endplatte an der entgegengesetzten Seite der Elektrolysezelle
hindurchgeführt und an einen Abscheider 101 qnirap^klnfren ic* ΓΛοο Pltir»»· triff Anrr*V\ nine I öifiincr 1ΛΟ
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aus, die mit einem nicht gezeichneten Lagerbehälter verbunden ist Der mitgerissene Elektrolyt läuft über
eine Leitung 103, die öffnungen 78 und Durchlässe 104 in die Anodenkammern zurück.
Die Leitungen 95,98,100 und 103 sind ebenso wie die
Abscheider 96 und 101 aus Monelmetall. Die Abscheider 96 und 101 haben die Aufgabe, den von den Gasen
mitgerissenen Elektrolyten vor seinem Wiedereintritt in die Elektrolysezelle zu kühlen, die aus thermisch
isolierenden Werkstoffen hergestellt ist. Aus diesem Grunde weisen die Abscheider 96 und 101 Doppelwände
auf, in denen ein temperaturgeregeltes Medium umläuft Auf diese Weise ist es möglich, die Elektrolyttemperatur
auf den von der Elektrolytzusammensetzung abhängigen optimalen Wert zu senken. Der
Betriebstemperaturbereich liegt im allgemeinen zwischen 20 und 50° C oder eventuell etwas darüber.
Eine entsprechend der vorstehenden Beschreibung ausgebildete Elektrolysezelle mit wie bei dem in F i g. 6
dargestellten Beispiel, vier Hauptrahmen, d h. mit drei
hintereinandergeschalteten Einzelzellen, wurde einem
Versuchsbetrieb von 750 h Dauer unterworfen. Die Zusammensetzung des dabei verwendeten Elektrolyten
kann ungefähr mit der Formel NH4F ■ 2£ HF angegeben werden. Der Elektrodenabstand betrug 2 cm, und
die aktive Fläche jeder Elektrode, gemessen nur an einer Seite, war 2,4 dm2. Bei einem Gleichstrom von
38 A und einer an den Zellenklemmen gemessenen Spannung von 18 V, d. h. 6 V je Einzelzelle, betrug die
-> unter normalen Temperatur- und Druckverhältnissen gemessene Fluorproduktion 43,9 l/h. Dies entspricht
einer Stromausbeute von 97%. Die mittlere Elektrolyttemperatur betrug etwa 27°C, der HF-Anteil im
erzeugten Fluor 2,3 Vol.-%.
ίο Diese Elektrolysezelle hat gegenüber der im Beispiel
1 beschriebenen Zelle den Vorteil einer größeren Kompaktheit. Sie ist einfacher aufgebaut und robuster.
Die Möglichkeit zur einfachen Demontage ist für die Wartung von großem Vorteil. Die Energieau&beute ist
ι "> ebenso hoch wie bei der Zelle des Beispiels 1. Für diese
Elektrolysezelle lassen sich andere Werkstoffe als die beschriebenen verwenden. Für die Rahmen können
anstelle des Polymethylmethacrylats Polycarbonate oder Fluorkohlenwasserstoffe, beispielsweise Polytetrafiuoräthyien,
verwendet werden, oder Chiorfiuorkohlenwasserstoffe,
z. B. Polytrifluorchloräthylen oder eventuell andere Kunststoffe, wie z. B. das Polypropylen
oder das Polyäthylen.
Für die Diaphragmen lassen sich Kunststoffe i:\ verschiedenen Formen verwenden: Sinterkörper aus
Teilchen, perforierte Folien, Fasergewebe. Anstelle von Kunststoffen können Kohle-Fasern oder mit solchen
hergestellte Gewebe oder Aluminiumoxid-Sinterkörper verwendet werden. Weitere Möglichkeiten sind Metalle
jo oder Legierungen, wie z. B. Nickel oder Monelmetall in
Form von perforierten Blechen oder Gittern aus feinen Drähten. Eventuell können Diaphragmen aus mit
Metalldrähten verstärkten Kunststoff- oder Kohlefasern verwendet werden.
J5 Für die Elektroden können anstelle der Kohle andere
Werkstoffe verwendet werden, wie z. B. Monelmetall oder Nickel, insbesondere für die Anodenfläche. Für die
bipolaren Elektroden sind zweistoffige Aufbauformen mit, beispielsweise, Kohle für die Anodenfläche und
einem Metall für die K.;thodenfläche möglich. Die Befestigung der Elektroden im Innern der Rahmen kann
mit anderen Mitteln als den in Fig.8 dargestellten
\/Hi4lH \
i
an IT i tw 11
. -
. -
verschiedene Ausführungsform für das abdichtende Zusammenfügen einer Kohle-Elektrode mit den Rahmen
aus Kunststoff. In dieser Figur ist in Querschnittsansicht ein Teil eines Rahmens 105 mit einer Aufnahme
106 dargestellt, in der der Rand einer Elektrode 107 mit Spiel aufgenommen ist Die Aufnahme 106 ist mit einem
wegnehmbaren zweiten Rahmen 108 aus Kunststoff abgeschlossen, der auf den Hauptrahmen 105 aufgeschraubt
oder aufgeklebt ist. Die Trennfuge zwischen dem Rand der Elektrode 107 und der Aufnahme 106 ist
mit einem weichen und elastischen Material 109 ausgefüllt, das die Ränder der Elektrode 107 umschließt
Das Material 109 ist ein Kohle-Gewebe und kann auch ein Kunststoff-Gewebe sein, beispielsweise aus Polytetrafluorethylen.
Auf diese Weise ist die Kohle-Elektrode
107 mit dem Rahmen 105 unter Abdichtung verbunden, es sind jedoch kleine Relativbewegungen möglich, ohne
daß übermäßige Spannungen erzeugt werden. Der Rahmen 108 kann auch durch Vergießen von Kunststoff
in Form einer monomeren Flüssigkeit hergestellt werden, nachdem die Elektrode 107 mit ihren in der
beschriebenen Weise geschützten Rändern in die Aufnahme 106 eingesetzt ist wobei das Monomer
anschließend polymerisiert wird.
Die Erfahrung hat gezeigt daß es wichtig ist in den
Elektrolyten auf der Basis von NH4F und HF eine
bestimmte Menge KF zuzugeben. Tatsächlich üben die binären Gemische NH4F und HF gegenüber den
Kohle-Elektroden eine korrodierende Wirkung aus, die das Bestreben hat. die Elektroden nach Ablauf einer, je
nach Qualität dieser Kohle, mehr oder weniger langen Zeit aufzulösen. Die Zugabe von KF ermöglicht eine
beträchtliche Verlängerung der Lebensdauer dieser
Elektroden. Es ist jedoch zweckmäßig, diesen KF-Anteil
zu begrenzen, da diese Komponente die Schmelztemperatur des Elektrolyten erhöht Als Beispiel werden in der
nachfolgenden Tabelle die Zusammensetzungen von mit Erfolg verwendeten Elektrolysebädern angegeben.
NH4F KF
Anteile HF in Gew.-%
von NH4F+KF+ HF
70
50
30
30
50
70
bis 54
bis 50
bis 48
15 C bei HF = 52%
28 C bei HF = 48%
37 C bei HF = 46%
Das in Fig. 12 dargestellte Diagramm gibt den Bereich an, innerhalb dessen Elektrolytzusammensetzungen für die erfindungsgemäß ausgebildeten FJektroiysezellen brauchbar sind
In diesem Diagramm sind auf der Abszisse die KF-Anteile in Mol-% von NH4F+KF, auf der Ordinate
die HF-Anteile in Gew.-% von NH4F+HF+KF
aufgetragen. Der Bereich der brauchbaren Elektrolytzu-
- ammensetzungen liegt innerhalb der schraffierten Fläche.
Diese Elektrolysezelle kann bei höherem als atmosphärischem Druck arbeiten. Die hierzu nötigen
Maßnahmen sind allgemein bekannt Wenn die mechanische Festigkeit der Zellenkonstruktion für den
angestrebten Druck nicht hoch genug ist, besteht die Möglichkeit, diese Elektrolysezelle und auch die
Abscheider in einem unter Oberdruck stehenden Raum
anzuordnen. Wasserstoff- und Fluorflaschen lassen sich dann direkt mit dem gewünschten Druck füllen.
Bei dieser Elektrolysezelle lassen sich die notwendigen Zugaben zur.T Elektrolyten bequem durch von Zeit
jo zu Zeit vorgenommene Einleitung festgelegter Mengen
in die Abscheider einführen.
Claims (11)
1. Elektrolysezelle zum Herstellen von Fluor durch elektrolytische Zersetzung eines Elektrolyten
in Form eines wasserfreien Gemisches eines oder mehrerer mineralischer Fluoride und HF mit einem
Gehäuse, in dem mehrere Elektroden hintereinander angeordnet sind und die Anoden- und Kathodenräume
voneinander mittels Diaphragma getrennt sind und in ihren oberen Bereichen Gassammeiräume
aufweisen, aus denen die entstehenden Gase ableitbar sind, dadurch gekennzeichnet,
daß die Elektroden bipolare Elektroden (18; 67, 68) sind.
2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der mit dem Elektrolyten und
den sich daraus entwickelten Gasen in Berührung kommende Bereich des Gehäuses aus einem
Isolierwerkstoff besteht
3. Elektrolysezelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierwerkstoff ein Kunststoff
ist, und aus Polymethylmethacrylat, Polycarbonat,
Fluorkohlenwasserstoff, Polytetrafluoräthylen oder aus einem Chlorfluorkohlenwasserstoff, wie
Polytrifluorchloräthylen oder aus Polypropylen oder Polyäthylen besteht
4. Elektrolysezelle nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Isolierwerkstoff
eine auf einen Bauwerkstoff, z. B. Metall, aufgetragene Beschichtung ist
5. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die bipolaren
Elektroden (18) in einem nach oben offenen, mit durchlochtem Boden ausgebild -en Innengefäß (21)
gegen dessen Innenseite (Boden und Seitenwände) abgedichtet aufgenommen sind, daß das Innengefäß
in einem abgeschlossenen Außengefäß (16) angeordnet ist, und daß der Pegel des im Innen- und
Außengefäß enthaltenen Elektrolyten über den Oberrand des Innengefäßes liegt (F i g. 3 und 4).
6. Elektrolysezelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die anodischen oder kathodi·
sehen Gassammeiräume in das Außengefäß (16) münden, an das oben eine Gasableitung (24)
angeschlossen ist
7. Elektrolysezelle nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Außengefäß (16)
eine Vorrichtung (33,34) zum Kühlen des Elektrolyten aufweist
8. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß jede bipolare
Elektrode (67, 68) in an sich bekannter Weise in einem eigenen Rahmen (58,59,60,61) aufgenommen
ist, wobei die Rahmen unter gegenseitiger Abdichtung zu dem Gehäuse der Elektrolysezelle zusammengebaut
sind und zusätzlich die Diaphragmen (83, 84,85) aufnehmen, und daß die Rahmen am oberen
Teil mit Löchern (62, 64) und Kanälen (63, 65) ausgebildet sind, in denen die an den Elektroden
entwickelten Gase strömen und die an Abscheider (96, 101) angeschlossen sind, in denen der von den
Gasen mitgerissene Elektrolyt abgeschieden wird, und daß die Abscheider an weitere, im unteren Teil
der Rahmen ausgebildete Löcher (77,78) und Kanäle (99,104) angeschlossen sind, durch die der Elektrolyt
in die Anoden- und Kathodenkammer zurückläuft (F ig. 8 bis 10).
9. Elektrolysezelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Diaphragmen (83, 84, 85)
aus gesinterten Kunststoffen oder aus perforierten Kunststoffolien, verwebten Kunststoffasern, Kohlefasern
oder mit diesen hergestellten Geweben, Aluminiumoxid-Sinterkörpern, perforierten Blechen
aus Metallen oder Legierungen, wie Nickel oder Monelmetall, Gittern aus feinen Mstall- oder
Legierungsdrähten, wie Nickel oder MomJmetall, oder auch aus mit Metallfaden verstärkten Kunststoff-
oder Kohlefasern hergestellt sind.
10. Elektrolysezelle nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (66,67,
68, 69; 107) in die Rahmen (58, 59, 60, 61; 105) eingearbeiteten Aufnahmen mit Spiel aufgenommen
sind und mittels die Ränder der Elektroden umschließenden Verbindungsgliedern (71, 72) oder
Kunststoff- oder Kohlefaser-Geweben (10«») gegen die Rahmen abgedichtet sind (7 und 11).
11. Verfahren zum Herstellen von Fluor unter
Verwendung einer Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die
Elektrolysezelle mit höherem als atmosphärischem Druck arbeitet
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
FR7509564A FR2304691A1 (fr) | 1975-03-21 | 1975-03-21 | Nouveau type de cellule d'electrolyse pour la preparation industrielle du fluor |
FR7607582A FR2343821A2 (fr) | 1975-03-21 | 1976-02-25 | Electrolyseur perfectionne pour la preparation industrielle du fluor |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE2611324A1 DE2611324A1 (de) | 1976-10-07 |
DE2611324B2 DE2611324B2 (de) | 1980-05-22 |
DE2611324C3 true DE2611324C3 (de) | 1981-01-29 |
Family
ID=26218799
Family Applications (2)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE7608249U Expired DE7608249U1 (de) | 1975-03-21 | 1976-03-17 | Elektrolysezelle fuer die technische darstellung von fluor |
DE2611324A Expired DE2611324C3 (de) | 1975-03-21 | 1976-03-17 | Elektrolysezelle zum Herstellen von Fluor |
Family Applications Before (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE7608249U Expired DE7608249U1 (de) | 1975-03-21 | 1976-03-17 | Elektrolysezelle fuer die technische darstellung von fluor |
Country Status (8)
Country | Link |
---|---|
US (2) | US4139447A (de) |
JP (1) | JPS51142494A (de) |
AU (1) | AU500280B2 (de) |
CA (1) | CA1079222A (de) |
DE (2) | DE7608249U1 (de) |
FR (1) | FR2343821A2 (de) |
GB (1) | GB1498306A (de) |
IT (1) | IT1089601B (de) |
Families Citing this family (38)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE2825494A1 (de) * | 1978-06-10 | 1979-12-20 | Hoechst Ag | Bipolare elektrode fuer anodische prozesse in ungeteilten zellen |
FR2484464A1 (fr) * | 1980-02-04 | 1981-12-18 | Electricite De France | Electrolyseur sous pression du type filtre presse |
US4511440A (en) * | 1983-12-22 | 1985-04-16 | Allied Corporation | Process for the electrolytic production of fluorine and novel cell therefor |
US4602985A (en) * | 1985-05-06 | 1986-07-29 | Eldorado Resources Limited | Carbon cell electrodes |
GB8727188D0 (en) * | 1987-11-20 | 1987-12-23 | British Nuclear Fuels Plc | Fluorine-generating electrolytic cells |
CA2071235C (en) * | 1991-07-26 | 2004-10-19 | Gerald L. Bauer | Anodic electrode for electrochemical fluorine cell |
DE4212578C1 (de) * | 1992-04-15 | 1993-11-11 | Hdw Nobiskrug Gmbh | Elektrolysezelle |
US5322597A (en) * | 1992-07-30 | 1994-06-21 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Bipolar flow cell and process for electrochemical fluorination |
CN1052037C (zh) * | 1993-09-03 | 2000-05-03 | 美国3M公司 | 生产氟的电化学池及其阳极 |
USRE37433E1 (en) | 1993-11-22 | 2001-11-06 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Electrochemical conversion of anhydrous hydrogen halide to halogen gas using a membrane-electrode assembly or gas diffusion electrodes |
US5855748A (en) * | 1993-11-22 | 1999-01-05 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Electrochemical cell having a mass flow field made of glassy carbon |
US5976346A (en) * | 1993-11-22 | 1999-11-02 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Membrane hydration in electrochemical conversion of anhydrous hydrogen halide to halogen gas |
US6180163B1 (en) | 1993-11-22 | 2001-01-30 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Method of making a membrane-electrode assembly |
US5863395A (en) * | 1993-11-22 | 1999-01-26 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Electrochemical cell having a self-regulating gas diffusion layer |
US5798036A (en) | 1993-11-22 | 1998-08-25 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Electrochemical conversion of anhydrous hydrogen halide to halogens gas using a membrane-electrode assembly or gas diffusion electrodes |
US6042702A (en) * | 1993-11-22 | 2000-03-28 | E.I. Du Pont De Nemours And Company | Electrochemical cell having a current distributor comprising a conductive polymer composite material |
US5961795A (en) * | 1993-11-22 | 1999-10-05 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Electrochemical cell having a resilient flow field |
US5411641A (en) * | 1993-11-22 | 1995-05-02 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Electrochemical conversion of anhydrous hydrogen halide to halogen gas using a cation-transporting membrane |
US5868912A (en) * | 1993-11-22 | 1999-02-09 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Electrochemical cell having an oxide growth resistant current distributor |
US5855759A (en) * | 1993-11-22 | 1999-01-05 | E. I. Du Pont De Nemours And Company | Electrochemical cell and process for splitting a sulfate solution and producing a hyroxide solution sulfuric acid and a halogen gas |
DE19650228C2 (de) * | 1996-12-04 | 1999-09-02 | Metallgesellschaft Ag | Elektrolysezelle mit bipolaren Elektroden |
US6080290A (en) * | 1997-01-03 | 2000-06-27 | Stuart Energy Systems Corporation | Mono-polar electrochemical system with a double electrode plate |
AU1930499A (en) * | 1997-12-19 | 1999-07-12 | Superior Fireplace Company | Hydrogen-fueled visual flame gas fireplace |
US6210549B1 (en) | 1998-11-13 | 2001-04-03 | Larry A. Tharp | Fluorine gas generation system |
US6500356B2 (en) * | 2000-03-27 | 2002-12-31 | Applied Materials, Inc. | Selectively etching silicon using fluorine without plasma |
US20030010354A1 (en) * | 2000-03-27 | 2003-01-16 | Applied Materials, Inc. | Fluorine process for cleaning semiconductor process chamber |
US6361678B1 (en) | 2000-08-22 | 2002-03-26 | 3M Innovative Properties Company | Method of detecting a short incident during electrochemical processing and a system therefor |
US6843258B2 (en) * | 2000-12-19 | 2005-01-18 | Applied Materials, Inc. | On-site cleaning gas generation for process chamber cleaning |
US6572743B2 (en) * | 2001-08-23 | 2003-06-03 | 3M Innovative Properties Company | Electroplating assembly for metal plated optical fibers |
US20040151656A1 (en) * | 2001-11-26 | 2004-08-05 | Siegele Stephen H. | Modular molecular halogen gas generation system |
US20090001524A1 (en) * | 2001-11-26 | 2009-01-01 | Siegele Stephen H | Generation and distribution of a fluorine gas |
US20030121796A1 (en) * | 2001-11-26 | 2003-07-03 | Siegele Stephen H | Generation and distribution of molecular fluorine within a fabrication facility |
US20040037768A1 (en) * | 2001-11-26 | 2004-02-26 | Robert Jackson | Method and system for on-site generation and distribution of a process gas |
US6919015B2 (en) * | 2002-12-16 | 2005-07-19 | 3M Innovative Properties Company | Process for manufacturing fluoroolefins |
US20050191225A1 (en) * | 2004-01-16 | 2005-09-01 | Hogle Richard A. | Methods and apparatus for disposal of hydrogen from fluorine generation, and fluorine generators including same |
JP4831557B2 (ja) * | 2004-09-27 | 2011-12-07 | 煕濬 金 | フッ素電解装置 |
US7513985B2 (en) * | 2005-10-17 | 2009-04-07 | 3M Innovative Properties Company | Electrochemical fluorination of acrylic polymer and product therefrom |
DE102012013832A1 (de) * | 2012-07-13 | 2014-01-16 | Uhdenora S.P.A. | Isolierrahmen mit Eckenkompensatoren für Elektrolysezellen |
Family Cites Families (14)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US2996446A (en) * | 1958-01-06 | 1961-08-15 | Ici Ltd | Apparatus for the electrolytic production of fluorine |
US3000801A (en) * | 1958-07-30 | 1961-09-19 | Ici Ltd | Process for the electrolytic production of fluorine |
US3146179A (en) * | 1961-04-05 | 1964-08-25 | Ici Ltd | Process for the electrolytic production of fluorine and apparatus therefor |
US3196091A (en) * | 1962-03-12 | 1965-07-20 | Du Pont | Process for producing fluorine and sodium-lead alloy |
GB1026187A (en) * | 1963-10-28 | 1966-04-14 | Ici Ltd | Electrolytic production of halogenated organic compounds |
DE1671430B2 (de) * | 1967-06-27 | 1977-01-20 | Bayer Ag, 5090 Leverkusen | Vorrichtung zur elektrolyse waessriger alkalihalogenidloesungen |
US3598715A (en) * | 1968-02-28 | 1971-08-10 | American Potash & Chem Corp | Electrolytic cell |
US3820981A (en) * | 1969-02-24 | 1974-06-28 | Corning Glass Works | Hardenable alloy steel |
US3673076A (en) * | 1969-03-05 | 1972-06-27 | Dow Chemical Co | Filter press fluorine cell with carbon connectors |
US3576726A (en) * | 1969-04-11 | 1971-04-27 | Olin Corp | Corrosion resistant coatings for chlorine producing electrolytic cells |
US3635804A (en) * | 1969-07-24 | 1972-01-18 | Dow Chemical Co | Preparation of chlorine by electrolysis of hydrochloric acid and polyvalent metal chlorides |
IT956777B (it) * | 1971-09-08 | 1973-10-10 | Haas Georg | Apparecchio per la produzione di ossigeno |
GB1407579A (en) * | 1973-03-13 | 1975-09-24 | Kali Chemie Fluor Gmbh | Method of electrolytically producing elemental fluorine |
GB1570004A (en) * | 1976-10-19 | 1980-06-25 | British Nuclear Fuels Ltd | Electrolytic production of fluorine |
-
1976
- 1976-02-25 FR FR7607582A patent/FR2343821A2/fr active Granted
- 1976-03-12 US US05/666,495 patent/US4139447A/en not_active Expired - Lifetime
- 1976-03-17 DE DE7608249U patent/DE7608249U1/de not_active Expired
- 1976-03-17 DE DE2611324A patent/DE2611324C3/de not_active Expired
- 1976-03-18 IT IT21361/76A patent/IT1089601B/it active
- 1976-03-18 CA CA248,418A patent/CA1079222A/fr not_active Expired
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