DE701771C

DE701771C - chwefelsaeure durch Elektrolyse von Natriumsulfatloesung

Info

Publication number: DE701771C
Application number: DE1939A0088876
Authority: DE
Inventors: Dr Adriaan Hendrik Willem Aten
Original assignee: Algemene Kunstzijde Unie NV
Current assignee: Akzo NV
Priority date: 1938-03-09
Filing date: 1939-01-28
Publication date: 1941-01-23
Also published as: US2230023A

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM
23. JANUAR 1941

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 121 GRUPPE

A 88876IVbJiSl

ist als Erfinder genannt worden.

von Natriumsulfatlösung

Patentiert im Deutschen Reiche vom 28. Januar 1939 ab Patenterteilung bekanntgemacht am 24. Dezember 1940

ist in Anspruch genommen

Es ist bereits vorgeschlagen worden, verschiedene Ausführungsformen von Quecksilberkathodenzellen zur Zersetzung von Alkalimetallsalzen und Wiedergewinnung der Alkalihydroxyde und Säuren daraus zu verwenden. Nach einem Vorschlag soll zwecks besserer Abführung der an einer Quecksilberkathode gebildeten Wasserstoffmenge ein Diaphragma schwach geneigt angeordnet werden. Wenn man das Diaphragma schräg und die Anode parallel zu der in üblicher Weise horizontal liegenden Kathode anordnet, vergrößert sich der Abstand zwischen den beiden Elektroden und damit der elektrische Widerstand der Zelle in unerwünschtem Maße. Wenn man sowohl Diaphragma als auch Anode geneigt zu einer horizontalen Kathode anordnet, so ergibt sich an verschiedenen Stellen der Zelle ein ungleicher Wider-

ao stand und damit eine schlechte Ausnutzung der Elektrodenfläche. Erfindungsgemäß wird eine die erwähnten Nachteile nicht aufweisende, außerordentlich günstig arbeitende Quecksilberkathodenzelle dadurch geschaffen, daß über einer treppenförmig gestalteten Quecksilberkathode eine entsprechend geneigte Diaphragmatrennwand angeordnet ist, über welcher in geringem Abstand und praktisch parallel zum Diaphragma die Anode in Form eines mit Aussparungen versehenen Bleches oder eines Drahtnetzes aus leitendem Metall liegt. Die Anode liegt also dicht an der Kathode und parallel zu einer Ebene, die durch die Mitte der treppenförmig angeordneten Quecksilbertröge geht. Um einen gleichmäßigen Abstand zwischen Anode und Kathode zu erhalten, werden vorzugsweise schmale Tröge verwendet. Die treppenförmige Ausgestaltung einer Quecksilberkathode ist an sich bei Zellen ohne Trennwand bekannt. Bei diesen bekannten Vorrichtungen werden aber ungünstige Stromausbeuten erhalten. Erst durch die Verwendung einer treppenförmigen Quecksilberkathode in

Verbindung mit einem über dieser angeordneten geneigten Diaphragma und einer in geringem Abstand über diesem angeordneten Anode wird die störungsfreie Aufarbeitung von Natriumsulfatlösungen u. dgl. im fortlaufenden Betrieb und in wirtschaftlicher-Weise ermöglicht.

In der Zeichnung ist eine beispielsweise Ausführungsform der neuen Vorrichtung dargestellt.

Abb. ι ist ein Längsschnitt der Vorrichtung, und Abb. 2 ist eine Teilansicht im Schnitt der Linie 2-2 der Abb. 1.

Wie angegeben, besteht die Zelle aus einem Tragkörper 11, welcher gegossen oder geschmiedet oder auf irgendeine andere Weise aus Eisen oder anderen Metallen oder aus Glas, Hartgummi, Holz oder sonstigen nichtmetallischen Baustoffen hergestellt ist. Wenn zo dieser Tragkörper aus einem Baustoff, der Elektrizität feitet, hergestellt ist, z. B. aus einem Metall, so ist es notwendig, ihn mit einem nichtleitenden Baustoff, wie Ebonit, Celluloid, Glas oder synthetischem Harz, zu »5 überziehen. Ein derartiger Überzug ist in den Abbildungen mit 12 bezeichnet. Die Ausgestaltung des Tragkörpers 11 hat im vorliegenden Fall die Form eines Tanks oder einer Zelle, in welcher die Elektrolyse ausgeführt \verden kann. Am Boden dieses Tanks oder dieser Zelle ist eine Anzahl von Wehren 13 angebracht, welche den Boden des Tanks in mehrere flache Pfannen oder Tröge 14 teilen. Diese Tröge 14 sind so angeordnet, daß sie von einer Seite des Bodens des Gefäßes nach der anderen Seite fortlaufend tiefer liegen, so daß das Quecksilber, wenn es in den höchstgelegenen Trog hineingebracht wird, jeweils in den nächsten niedriger gelegenen Trog weiterfließt. Dies geschieht ununterbrochen, bis das Quecksilber eine Pfanne nach der anderen durchflossen und den tiefstgelegenen Trog erreicht hat. Ein .enger Überlauf ist abwechselnd an der einen und der anderen Seite eines jeden Troges in der Richtung des Quecksilberlaufes angeordnet. In den höchstgelegenen Trog mündet ein Zulauf 15 für das Quecksilber; das Alkaliamalgam wird aus dem tiefstgelegenen Trog durch den Ausfluß 16 abgeführt.

Oberhalb der Quecksilberkathodenanordnung ist der Tragkörper 11 so ausgebildet, daß er ein Diaphragma 17 aufnehmen kann, welches sich über die ganze Zelle erstreckt. Eine Anode 18 ist oberhalb des Diaphragmas angeordnet, so daß sie von der Kathode durch das Diaphragma getrennt wird. Das Diaphragma 17 wird durch den Tragkörper 11 in einer geneigten Lage gehalten, wodurch der in geringer Menge an der Kathode gebildete Wasserstoff an der Unterseite des Diaphragmas entlang aufwärts geleitet und aus der Zelle hinausgeführt wird. Die Salzlösung wird bei 19 eingefüllt und durch eine unterhalb des Diaphragmas angeordnete öff-■·' Jnung in der Wandung des Tragkörpers 11 in di Zell eingeführt; die öffnung ist genügend

Zelle eingeführt; die Öffnung ist genügend ' weit ausgebildet, um den Wasserstoff, der sich in geringer Menge am Quecksilber gebildet hat, entweichen zu lassen, und zweckmäßig dicht unterhalb des Diaphragmas angeordnet. Das Diaphragma ist zweckmäßig aus porösem Ebonit hergestellt. Indessen kann es auch aus säurebeständigen Asbestfasern, aus einem Geflecht von Glasfäden, das durch ein säurebeständiges Bindemittel zusammengehalten wird, oder aus keramischem Baustoff, z. B. aus Korundmassen oder porösen Ziegeln, bestehen.

Das Diaphragma wird außer an den Seitenwänden durch den Tragkörper 11 auch durch die Spitzen der Wehre 13, auf denen es ruht, gehalten. Damit das Quecksilber der Kathode nicht mit dem Diaphragma in Berührung kommt, sind die Wehre wie gemäß Abb. 2 ausgebildet. Sie besitzen erhöhte Teile 20 und niedrigere Teile 21, über welche das Quecksilber in den nächst tiefer gelegenen. Trog fließen kann. Diese erhöhten Teile sind so geformt, daß sie möglichst wenig Wasserstoff ansammeln können.

Die Form der in der Zeichnung dargestellten Anode 18, welche aus perforiertem Bleiblech bzw. einem anderen säurebeständigen Metall bestehen kann oder gegebenenfalls als ys Drahtnetz ausgebildet ist, ist derart, daß sie oberhalb des Diaphragmas angebracht werden kann. Der Flüssigkeitsstrom, welcher von der Kathode zur Anode fließt, um zu verhüten, daß die an der Anode gebildete Säure _!00 in den Kathodenraum gelangt, hat die Tendenz, das Diaphragma in Richtung nach oben zu stützen. Um einen Zwischenraum zwischen Diaphragma und Anode zu sichern, ist die Anode mit Vorsprüngen versehen, welche verhindern, daß das Diaphragma mit der ganzen Anodenoberfläche in Berührung kommt. Die Zelle ist nach oben hin offen, so daß irgendwie an der Anode gebildeter Sauerstoff austreten kann; er kann auch ge- n_o wünschtenfalls aufgefangen werden. Der Abfluß 22 in der Wand des Tragkörpers oberhalb der Anode dient zum Ablaufen säurehaltiger 'Flüssigkeit.

Zur Ausführung des Verfahrens wird eine Lösung von Natriumsulfat oder einem ahn- . liehen Salz in die Zelle durch die Öffnung 19 eingeführt; sie fließt nach unten am Diaphragma entlang und dringt durch das Diaphragma hindurch in den oberen Teil der Zelle, wo sie mit der Anode in Berührung kommt. Die Flüssigkeit wird elektrolysiert

und an der Quecksilberkathode reduziert, wodurch Amalgam gebildet wird. An der Anode entsteht unter S auerstoffentwicklung S chwefelsäur.e. Die Säurelösung wird durch die Öff-S nung22 abgelassen und das Amalgam durch den Ausfluß 16 abgezogen. Um das Metall aus dem Amalgam wiederzugewinnen, kann es in an sich bekannter Weise aufgearbeitet werden und wird dann in den Prozeß wieder

ίο zurückgeleitet. Die Stromzufuhr zur Anode und zur Quecksilberkathode kann durch die Zuleitungen 23 und 24 erfolgen.

Die Bedingungen, unter welchen die vorliegende Erfindung ausgeführt wird, können variiert werden, beispielsweise so, daß eine neutrale Lösung von Natriumsulfat bei einer Temperatur von 5 bis io° oberhalb ihres Sättigungspunktes eine Anodenflüssigkeit von 10 bis I5^o/o Schwefelsäure ergibt, welche noch ungefähr I3°/_O Natriumsulfat enthält. Die Vorrichtung ermöglicht eine Stromausbeute von 90 bis 97°/o, welche abhängig ist von der gewünschten Anodenflüssigkeit, bei einer Badspannung von 5,5 bis 7 Volt je nach der Stromdichte. Unter den vorgenannten Bedingungen wird ein Elektrodenabstand von im Durchschnitt weniger als 2 Zoll (etwa 5 cm) gewählt, beispielsweise 0,7 Zoll (etwa 1,8 cm). Die beste Stromdichte ist 10 bis 25 Amp./dm². Das Amalgam fließt aus dem Auslaß 16 aus und kann in Alkalihydroxyd verwandelt werden.

Beispiel

Eine Natriumsulfatlösung von 390 g pro Liter wurde bei einer Temperatur von 49⁰ mit einer Stromdichte von 25 Amp./dm² elektrolysiert. Die Spannung an der Zelle betrug * 6,2 Volt. Das gebildete Amalgam wurde mit Wasser zersetzt und lieferte pro Quadratdezimeter Diaphragmaoberfläche und pro Stunde 36 g Natriumhydroxyd. Die pro Quadratdezimeter Oberfläche pro Stunde zugeführte Menge Natriumsulfatlösung betrug ecm. Aus dem Anodenraum wurden pro Stunde pro Quadratdezimeter 230 ecm einer Lösung, welche neben Natriumsulfat 44 g Schwefelsäure enthielt, erhalten. Der Energieverbrauch pro Kilogramm NaOH betrug demnach 4,3 kWh.

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Alkalihydroxyd und Schwefelsäure' durch Elektrolyse von Natriumsulfatlösung, dadurch gekennzeichnet, daß über einer an sich bekannten, treppenförmig gestalteten Quecksilberkathode eine entsprechend geneigte Diaphragmatrennwand angeordnet ist, über welcher in geringem Abstand und praktisch parallel zum Diaphragma die Anode in Form eines mit Aussparungen versehenen Bleches oder eines Drahtnetzes aus entsprechend leitendem Metall liegt. 6g

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dicht neben den an den Trögen der treppenförmigen Quecksilberkathode vorgesehenen Überläufen nach oben spitz zulaufende Träger für die Diaphragmatrennwand angebracht sind und daß die Blech- oder netzförmige Anode durch Vorsprünge gegen die Diaphragmatrennwand abgestützt wird.

Hierzu r Blatt Zeichnungen