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Verfahren zur Elektrolyse von Chloralkalien mit horizontalen Diaphragmen.
Die horizontalen Filter-Diaphragmen bei der Alkalichlorid-Elektrolyse konnten bisher
die vertikalen Diaphragmen nicht verdrängen, obwohl sie diesen gegenüber eine Reihe
theoretisch begründeter Vorzüge aufweisen. Die Ursache hierfür ist vor allem darin
zu suchen, daß die Horizontaltypen gegenüber den Zellen mit vertikalen Diaphragmen
unverhältnismäßig große Bodenflächen beanspruchen; z. B. benötigte die Normaltype
einer Siemenszelle (mit Horizontal-Diaphragma) etwa die sechsfache Bodenfläche wie
eine Townsend- oder Hargreaves-Bird-Zelle für die Strommenge.
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Durch die Erhöhung der Stromdichte ist dieser Nachteil nicht ohne
weiteres auszugleichen, da eine solche wieder andere Übelstände (Erhöhung der Spannung,
gesteigerte Abnutzung der Elektroden usw.) mit sich bringen würde. Es wurde nun
gefunden, daß man, ohne diese Nachteile in Kauf nehmen zu müssen, eine wesentliche
Erhöhung der Stromstärke vornehmen und damit einen Ausgleich für den großen Bedarf
an Bodenfläche schaffen kann, wenn man, vorliegender Erfindung gemäß, in der nachstehend
beschriebenen Weise abgeänderte Elektroden zur Anwendung bringt, und daß durch diese
Abänderungen gleichzeitig eine Reihe von weiteren Nachteilen vermieden werden, «-elche
die bisher verwendeten Elektroden zeigen.
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Was zunächst die Anoden anbetrifft, so verwendete man bisher horizontale
Graphitplatten bei einer Elektrodendistanz von etwa 6o mm. Sie haben den Nachteil,
daß das entwickelte Chlorgas wegen der Unebenheiten und der horizontalen Lage der
Anoden nicht schnell genug entweichen kann, so daß sich, besonders an den durch
längere Verwendung angefressenen Anoden, Gassäcke bilden, welche, zumal wenn sie
in Form größerer Blasen ruckweise entweichen, die Schichtenbildung im Elektrolyten
stören und die Pulverdiaphragmen durch Aufwirbeln usw. ungünstig beeinflussen. Auch
die zu geringe Oberfläche dieser Elektroden bildet einen empfindlichen Nachteil.
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Nach der neuen Erfindung werden diese Nachteile einmal dadurch vermieden,
daß hochkantig gestellte Graphitplatten als Anoden verwendet werden, und weiterhin
dadurch, daß zwecks Steigerung der Stromdichte an den Anoden diese gegen Abnutzung
elektrochemischer Natur auf folgende Weise dichter und widerstandsfähiger gemacht
werden: Die graphitierten Elektroden werden in gewöhnlicher Weise bearbeitet und
fassoniert und hierauf in ein zweckmäßig erwärmtes Teerbad gebracht. Nach gutem
Durchtränken wird die Hauptmenge des der Elektrode nach dem Herausnehmen aus dem
Teerbad anhaftenden Teeres mechanisch entfernt, der Rest in einem Ofen abgebrannt,
wobei alle Teersubstanzen entfernt bzw. verkokt werden. Die Operationen des Graphitierens,
Teerens und Glühens können mehrmals wiederholt werden, wodurch die Haltbarkeit der
Elektroden noch weiter erhöht wird, so daß diese auch den höchsten Anforderungen
entsprechen.
Auch bei gelegentlichem Öffnen der Zellen ist eine
Erneuerung der Anodenoberfläche in der angegebenen Weise angebracht, indem man nach
Reinigen und Teeren mit oder ohne vorheriges Trocknen das Abbrennen bzw. Glühen
oder Graphitieren vornimmt. .
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Die hochkantig gestellten Anoden können auf Erhöhungen des Bodens,
auf Füßen oder Stegen oder auf Vorsprüngen der Seitenwände aufliegen. Die beschriebenen
hochkantig gestellten Anoden haben vor allem den Vorteil, daß man den Zwischenraum
zwischen Diaphragma und Anode wesentlich vermindern kann (z. B. bis auf io bis 15
mm), ohne ein Aufwirbeln der Masse befürchten zu müssen. Infolgedessen kann die
Stromdichte wesentlich gesteigert werden ohne gleichzeitige Erhöhung der Spannung.
Man hat zwar bereits vertikal gestellte Elektroden verwendet, jedoch handelte es
sich dabei entweder um Kathoden und nicht, wie bei dem Verfahren der Erfindung,
um Anoden oder um Zellen mit vertikalem Diaphragma, bei welchen die Anwendung von
vertikalen Elektroden selbstverständlich ist, oder endlich um elektrolytische Zellen
ohne Diaphragma, wie sie z. B. bei der Darstellung von Alkalihypochlorit Anwendung
finden. Die Anwendung von hochkantig gestellten Anoden in Zellen mit horizontalem
Diaphragma ist dagegen bisher noch nicht vorgeschlagen worden.
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Da die Kathoden mit- der Eisenwanne in guter wärmeleitender Verbindung
stehen, wird durch eine Vergrößerung der Kathode auch- eine stärkere Abkühlung derselben
bewirkt. Dies verursacht eine Verminderung des osmotischen Druckes der OH-Ionen
an der Kathode, was einer Verminderung ihrer Konzentration gleichkommt, so daß man
also bei stärkerer Abkühlung auf konzentriertere Ätznatronlauge hinarbeiten kann.
Diese Wirkung kann dadurch noch erhöht werden, daß man die Kathoden künstlich kühlt,
indem man sie z. B. hohl macht und Wasser, Sole usw. hindurchleitet.
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Mit vorstehend beschriebenen Anoden und Kathoden ausgestattete Zellen
können Stromdichten aufnehmen, wie solche bei den Verfahren mit Quecksilberkathoden
angewendet werden. Man kann daher derartige Anlagen, die bisher mit dem kostspieligen
Quecksilber und meist auch mit Platin arbeiten mußten, unter Einführung eines Pulverdiaphragmas
umbauen. Für diesen Umbau können dieselben Eisenwannen, welche für das Quecksilberverfahren
verwendet wurden, auch weiter Leibehalten werden; der Zement wird am Boden aus der
Zelle herausgenommen, und die für die Filter-Elektrolyse zu niedere Seitenwand kann
durch Beton oder ein anderes Material bis zur erforderlichen Höhe aufgebaut' werden.
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Die in der beschriebenen Weise abgeänderte Apparatur und die angestrebte
Erhöhung der Stromdichte entspricht übrigens auch durchaus dem von den gegenwärtigen
wirtschaftlichen Verhältnissen diktierten Bestreben, bei elektrolytischen Anlagen
weniger an den einmaligen Ausgaben für die Apparatur als vielmehr an elektrischer
Energie zu sparen. Wird die Stromdichte nur wenig vergrößert oder verzichtet man
ganz auf eine Erhöhung derselben, so kann man durch Verminderung der Spannung große
Stromersparnis erzielen. Denn die Zellenspannung steigt nicht proportional mit der
Stromdichte, bei ihrer Erhöhung gibt es auch Faktoren, die die Spannung beeinflussen.
Erwähnt seien hiervon nur zwei: erstens die Erhöhung der Temperatur im Elektrolyten
und zweitens die größere Durchflußgeschwindigkeit des Elektrolyten, die ein dünnes
Diaphragma mit geringerem Widerstand als auch verminderte Zellenspannung bedingen.