DE69720C - Elektrolytische Vorrichtung - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Den Gegenstand dieser Erfindung bildet eine elektrolytische Vorrichtung, in welcher die porösen Scheidewände zwischen den Anoden und Kathoden aus guten elektrischen Leitern gebildet und mit der' Kathode leitend verbunden sind, und zwar vermittelst eines Leiters, der geringeren Querschnitt hat als derjenige, welcher die Kathode mit der Stromerzeugungsmaschine verbindet. Erfinder nennt diese Scheidewände Hülfskathoden. Sie werden aus sehr poröser Kohle oder aus Drahtgaze gebildet.

Der nachfolgenden Beschreibung mehrerer Ausführungsformen der Vorrichtung ist als Beispiel die Elektrolyse von Chlornätrium zu Grunde gelegt, wobei indefs betont wird, dafs der Apparat ebensowohl auch zur Elektrolyse von Sulfaten und Nitraten dienen, sowie ferner für andere Zwecke benutzt werden kann, z. B. zur Zersetzung einer Lösung von kaustischem Kali oder Natron oder von Schwefelsäure behufs Erzeugung von Sauerstoff an der Anode und von Wasserstoff an der Kathode; im allgemeinen ist der Apparat tauglich für alle elektrolytischen Zwecke, Erzeugung galvanischer Metallniederschläge u. s. w.

Fig. ι veranschaulicht den Gesammtapparat. Die Chlornatriumlösung fliefst der Zersetzungszelle aus einem Behälter O zu, aus der Zelle fliefsen die Flüssigkeiten durch einen mit Salz beschickten Sättigungskasten R und werden dann durch eine Pumpe P in den Behälter O zurückgehoben. Nach Fig. 2 besteht die Zersetzungszelle aus einer äufseren, die Kathode bildenden Kufe A aus Eisen, einer Kufe B aus poröser Kohle und mit der Kufe A elektrisch durch einen Leiter c verbunden, der geringeren Querschnitt hat als der jene mit der Stromerzeugungsmaschine verbindende Leiter, und den in die Kufe B eingehängten Anoden EE aus Retortenkohle oder Platin. Die Kufe B ist abgedeckt. Dieselbe kann auch aus feiner Drahtgaze hergestellt werden, indem man dieselbe unter Befestigung auf einem eisernen Gerüst so vielfach auf einander legt, dafs Wände von genügender Stärke entstehen. Sie wird entweder nur theilweise oder ganz in die die Kufe A erfüllende Lösung eingetaucht. In Fig. 1 ist vorausgesetzt, dafs die Flüssigkeiten aus beiden Kufen vermittelst der Röhren M und N in einen gemeinsamen Sättigungskasten R geleitet werden. Die von B gelieferte Flüssigkeit ist gechlort, die aus A erhaltene dagegen alkalisch. Infolge der getroffenen Einrichtung wird der Wasserstoff ausschliefslich zwischen den beiden Kathoden; erzeugt und wirkt deshalb nicht, wie in den üblichen Vorrichtungen, auf das entstandene unterchlorigsaure Natron.

Die Anoden E werden sehr zweckmäfsig in der Art hergestellt, dafs man aus Retortenkohle gleich grofse regelmäfsige Rechtecke schneidet, diese parallel zur Schmalseite durchbohrt und mittelst dieser Bohrungen auf Kupferstangen aufreiht, wie in Fig. 3 veranschaulicht. Um die Kupferstangen herum wird ein Metall oder eine Legirung gegossen behufs Herstellung einer gut leitenden Verbindung zwischen dem Kupfer und der Kohle. Alle metallenen Theile dieser Anoden werden schliefslich durch einen Ueberzug aus Emaille oder anderem geeigneten nichtleitenden Stoff gegen Anfressen gesichert. In dieser Weise lassen sich leicht grofse, platten-' förmige Anoden aus Kohle herstellen, welche

in concentrirten Lösungen dem Chlor lange widerstehen.

Anstatt die Anoden aus Retortenkohle herzustellen, in welchem Falle sie mit 3 bis 4 cm gegenseitigem Abstand und parallel zu den Seiten der beiden kufenförmigen Kathoden A und B anzuordnen sind, kann man sie auch aus Platinblech bestehen lassen, oder man bildet aus Platindrahtgaze eine freie Circulation der Flüssigkeit zulassende kufen- oder korbartige Anode, wie Fig. 4 zeigt, welche man in die Hülfskathode B einhängt. Im Innern dieser Anodenkufe entsteht dann das unterchlorigsaure Natron, während aufsen herum die Bildung von Natron und das Freiwerden von Wasserstoff vor sich gehen.

Der Zwischenraum zwischen den beiden Kathodenkufen A und B kann mit Stücken aus Kohle, Eisen oder aus anderem leitenden Stoff gefüllt werden, um die Leitung zu erhöhen. An Stelle einer mit leitendem Stoff umgebenen Kohlenkufe kann man auch zwei Kufen aus Drahtgaze so bilden, dafs die eine kleiner als die andere ist, dann die kleinere Kufe so in die gröfsere anordnen, dafs überall ein gleich grofser Abstand zwischen beiden freibleibt, den man nun mit leitendem Stoff ausfüllt. Die so hergestellte kufenförmige Hülfskathode ist auf allen Seiten gut durchlässig. Sie wird selbstredend ebenfalls leitend mit der Hauptkathode A verbunden.

In Fig. 5 ist eine Ausführungsform der Zelle dargestellt, bei welcher die Kathode nicht kufenförmig gestaltet ist, sondern aus einer Anzahl von parallel zu den plattenförmigen Anoden angeordneten Platten besteht und in einer aus Schiefer oder einem anderen für die in Frage kommenden Flüssigkeiten und Gase unangreifbaren Stoff hergestellten Kufe angeordnet sind. A¹A¹... bezeichnet die aus Retortenkohle hergestellten und senkrecht angeordneten Anoden. Zwischen sie und die Kathoden B sind leitende und mit letzteren elektrisch verbundene durchlässige Platten CC... eingeschaltet, welche hier die Hülfskathoden bilden. Die elektrische Verbindung ist durch Drähte cc hergestellt, welche bezüglich ihrer Länge und Querschnittsgröfse so zu berechnen sind, dafs sie als Regler für den den Hülfskathoden zuzuführenden Strom wirken. Diese Hülfskathoden bestehen aus porösen Kohlenplatten oder auf einander gelegten Drahtgazelagen , oder sie bestehen, wie in Fig. 6 angenommen, je aus einem flächen versteiften Drahtgazekasten, der mit zerstofsener Kohle bezw. Koks oder Metallspänen gefüllt ist. Je nach dem gröfseren oder geringeren Korn sind die letzteren Hülfskathoden mehr oder weniger durchlässig. Jede solche Kastenhülfskathode bildet eine vollkommene Scheidewand, welche die Diffusion der Flüssigkeiten verhindert; ihre ungemein leitende metallische Natur mindert den Arbeitswiderstand, welcher in den bekannten Apparaten aus der Einschaltung von porösen, nichtleitenden Scheidewänden entspringt, auf eine geringe Gröfse herab; ihre elektrische Verbindung mit der eisernen Hauptkathode schützt das Metall gegen Anfressen. Die so ungemein, namentlich bei der Elektrolyse von Chlornatriumlösungen zu fürchtende Wasserstoffentwickelung tritt fast ausschliefslich nur auf den beiden Seiten der Hauptkathode B und den beiden gegenüberstehenden Hülfs-. kathodenseiten auf. Wie aus Fig. 5 ersichtlich, ist der eine Anode A¹ einschliefsende Zwischenraum zwischen zwei Hülfskathoden C C oben durch einen Deckel aus Glas, Schiefer, Hartgummi bezw. einem anderen, durch die am positiven Pol auftretenden Producte unangreifbaren Stoff abgedeckt. Diese Deckel haben die aus Fig. 7 ersichtliche Querschnittsform; die Hülfskathoden sind an den herabhängenden Seiten befestigt, die Anode dagegen in der Mittellinie des Mittelstückes; die Befestigungen sind gegen Anfressen gesichert. Die beiden Enddeckel bilden im Querschnitt ein einfaches Winkelstück, indem sie mit der Aufsenkante auf der Kufe ruhen. In den so gebildeten geschlossenen Anodenkammern, die ebenso wie die kufenförmige Hülfskathode (Fig. 2) nicht ganz in die Flüssigkeit eintauchen, wird gasförmiges Chlor frei und tritt Wasserstoff nur in sehr geringen Mengen auf. Das Chlorgas wird aus diesen Kammern durch eine Pumpe abgesaugt behufs Aufsammlung oder Ausnutzung. In Fig. 8 bedeutet c¹ die Chlorableitung; α sind die Rohrverbindungen für die Anodenkammern und b die für die Kathodenkammern.

Besteht die zu zerlegende Lösung aus Chlornatrium, so bildet sich in den positiven Kammern Chlor und in den negativen Kammern Natron; die gechlorte Flüssigkeit kann durch eine Reihe von Zellen geleitet werden, aus deren letzter sie in den Behälter O, Fig. 1, zurückgeführt wird, um von diesem aus aufs Neue in die erste Zelle geleitet zu werden, nachdem man sie in R wieder mit Salz gesättigt hat. Die Circulation aus einer Zelle in die nächste vermitteln in solchem Falle die Röhren a, welche man dabei mit einer Kühlvorrichtung umgiebt, um die Bildung von Chlorat zu verhindern. Die alkalische Flüssigkeit circulirt in gleicher Weise von Zelle zu Zelle oder verweilt so lange in deren negativen Kammern, bis sie genügend gehaltreich an kaustischem Natron geworden ist. Diese Circulation der Flüssigkeiten durch mehrere Zellen ist nur als Mittheilung einer zweckmäfsigen Arbeitsweise aufzufassen und hat mit der eigentlichen Erfindung nichts zu thun.

Um die Bildung des Chlors zu -fördern und seine Wiederverbindung mit dem Alkali zu verhindern, säuert man in den positiven Kam-

Claims (1)

1. mern die Flüssigkeit an, sobald sich etwas starke Bildung von unterchlorigsaurem Salz zeigt. Dieses Ansäuern geschieht durch allmäligen Zusatz von Säure oder eines geeigneten Salzes.

   Die in den Zeichnungen Fig. i, 5 und 8 dargestellten Ausführungsformen weisen nur wenig Kammern auf, man kann indefs auch ebensowohl Zellen aus 20 oder 30 Kathodenkammern und einer entsprechenden Anzahl von Anodenkammern zusammensetzen und ferner so viele Einzelvorrichtungen an einander schliefsen, als die zur Verfügung stehende elektromotorische Kraft gestattet.

   Die als Hülfskathoden wirkenden, durchlässigen metallenen Scheidewände werden während der Elektrolyse durch den, auf ihren Wänden infolge ihrer elektrischen Verbindung mit der oder den Hauptkathoden sich abscheidenden Wasserstoff geschützt. Wird jedoch die Arbeit aus irgend einem Grunde unterbrochen, so hört dieser Schutz auf und das Chlor greift das Metall an. Um nun die Zerstörung und selbst den blofsen Angriff des Metalls der Hülfskathoden zu verhüten', verbindet man die Anoden mit dem positiven Pol einer primären oder secundären Batterie, die Hülfskathoden dagegen mit deren negativem Pol.

   Patenτ-ΑνSprüche:

   i. Eine elektrolytische Vorrichtung, bei welcher zwischen die Anoden und Kathoden durchlässige Scheidewände aus gut leitendem Stoff eingeschaltet und leitend mit den Kathoden so verbunden sind, dafs sie weniger Strom als diese empfangen.
   2.: Eine Ausführungsform der unter 1. gekennzeichneten Vorrichtung, bei welcher die Kathode und die leitende Scheidewand (Hülfskathode) trogförmig und die Anoden entweder plattenförmig oder auch trogförmig gestaltet sind, und ferner die trogförmige Hülfskathode oben abgedeckt und ganz "oder nur zum Theil unter der Flüssigkeit steht.

   3. Eine Ausführungsform der unter 1. gekennzeichneten Vorrichtung, bei welcher die Anoden, Kathoden und Hülfskathoden plattenförmig gestaltet und der eine Anode einschliefsende Raum zwischen zwei Hülfskathoden abgedeckt ist und wobei diese Räume ganz oder nur zum Theil unter der Flüssigkeit stehen.

   4. Eine Ausführungsform der unter 1. gekennzeichneten Vorrichtung, bei welcher die Hülfskathoden aus mit zerstückter Kohle bezw. Koks oder Metallspänen gefüllten Hohlkörpern aus Drahtgaze gebildet sind.

   5. Eine Ausführungsform der unter 1. gekennzeichneten Vorrichtung, bei welcher die. Hülfskathode oder Hülfskathoden zum Schutz gegen chemische Angriffe infolge Unterbrechungen des Stromes mit dem negativen Pol einer besonderen Batterie verbunden sind, an deren positiven Pol die Anoden angelegt sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.