DE709741C

DE709741C - Zelle zur Gewinnung von Natrium durch Elektrolyse von aus Natriumchlorid und Calciumchlorid bestehenden Salzschmelzen

Info

Publication number: DE709741C
Application number: DED76234D
Authority: DE
Inventors: Harvey Nicholas Gilbert
Original assignee: EI Du Pont de Nemours and Co
Current assignee: EIDP Inc
Priority date: 1937-09-30
Filing date: 1937-09-30
Publication date: 1941-08-26

Description

Zelle zur Gewinnung von Natrium durch Elektrolyse von aus Natriumchlorid und Calciumchlorid bestehenden Salzschmelzen Die Erfindung bezieht sich auf die Herstellung von Natrium durch Elektrolyse einer schmelzflüssigen Mischung von Chlornatrium und Chlorcalcium in Zellen, welche ein freies Einströmen des Elektrolyten in die Elektrolysierzone ermöglichen, insbesondere in Zellen, bei welchen eine zentral angeordnete Elektrode von der zweiten Elektrode ringförmig umgeben ist und zwischen den Elektroden ein ringförmiges Diaphragma angeordnet ist, wie solche unter der Bezeichnung Downs-Zelle bekannt .sind. Eine derartige Zelle ist auf der beiliegenden Zeichnung beispielsweise veranschaulicht. Bei Durchführung von Schmelzflußelektrolysen der vorstehend gekennzeichneten Art mit im Hinblick auf die verhältnismäßig schlechte Leitfähigkeit der Schmelze gering bemessenen Elektrodenabständen hat sich herausgestellt, daß in der Elektrolysierzone Änderungen in der Zusammensetzung des Elektrolyten stattfinden, die zu Störungen, wie Erhöhung des Schmelzpunkts des Elektrolyten, Abscheidung von festem Calcium und hierdurch bedingte Nachteile, wie Kurzschlüsse, Ausbeuteverminderung,führen können.
Nach einem älteren bekannten Verfahren -der Anmelderin sollen diese Nachteile dadurch behoben werden; daß die Kathode oder die Anode oder beide Elektroden mit einer größeren Anzahl von zweckmäßig gleichmäßig über die Elektrodenfläche verteilte, vorteilhaft nach der anderen Elektrode hin schräg, z. B. im Winkel von 45', ansteigenden Durchlässen versehen wird.. Hierdurch ist das Arbeiten mit verringerte Elektrodenabständen gelungen. Es hat sick: aber gezeigt, daß auch beim Arbeiten mit;' gelochten Elektroden nach mehr oder weniger langer Betriebsdauer Schwierigkeiten der obengenannten Art in Erscheinung treten.
Eingehende Versuche haben zu dem Ergebnis geführt, daß man diese Nachteile völlig vermeiden und mit sehr geringen Elektrodenabstände:n im Dauerbetrieb störungsfrei arbeiten kann, wenn man folgende Bedingungen einhält: i. Der Elektrodenabstand soll nicht mehr als 3,8 cm betragen.
2. Der Gesamtquerschnitt der vorzugsweise kreisrunden Durchlässe soll an ihren Ausmündungsstellen nicht weniger als 3, 5, vorteilhaft etwa 4 bis 8 0!o, der wirksamen Elektrodenfläche betragen.
3. Die Einzeldurchlässe sollen Durchmesser von mindestens 9 bis 13 mm aufweisen.
Bei Bemessung des Durchmessers der Durchlässe ist die Viscosität der Schmelze bei der angewendeten Arbeitstemperatur sowie die Dicke der Elektrodenwand, d. h. die Länge der Durchlässe in der Elektrodenwand, zu berücksichtigen; bei einer Wandstärke der Elektrode von etwa 5o nun und einer Neigung der Durchlässe zur Elektrodenfläche in einem Winkel von etwa 45°_ haben sich Durchlässe, deren Durchmesser etwa i9 nun bis etwa 25 mm betrug, als sehr geeignet erwiesen. Man kann die Kathode oder die Anode oder beide Elektroden mit Durchlässen, welche den vorstehend gegebenen Bedingungen entsprechen, versehen. Beim Arbeiten mit der Downs-Zelle hat es sich als ausreichend und vorteilhaft erwiesen, die die Anode ringfprmig umgebende Kathode mit Durchlässen der gekennzeichneten Art auszustatten.
Es hat sich gezeigt, daß beim Arbeiten in Zellen, deren Elektroden mit Durchlässen gemäß Erfindung versehen sind, ohne jede weitere Hilfsmaßnahme, selbst bei Anwendung hoher Stromdichten, eine überraschend energische Zuführung von frischem Elektrolyten in den Raum zwischen den Elektroden erfolgt und Störungen der oben gekennzeichneten Art mit Sicherheit vermieden werden. Die Zellenspannung bleibt praktisch konstant; sie ändert sich im allgemeinen um nicht mehr als o,o2 Volt.
Beim Arbeiten mit Downs-Zellen der in der beiliegenden Zeichnung veranschaulichten Art unter Verwendung von Elektroden gemäß Erfindung hat sich gezeigt, daß infolge des geringen Elektrodenabstandes und die hierdurch ermöglichte Stromersparnis eine trächtliche Erhöhung der Ausbeute an ektrolysenprodukten pro Kilowattstunde und mit eine Erhöhung der Gesamtleistung '.de' Zelle erzielt wird. Ein weiterer Vorteil Se steht darin, daß im Dauerbetrieb ein Natrium von stetsgleichbleibendemhohem Reinheitsgrad mit einem nur geringen Gehalt an Calcium erzielt wird. Schließlich wird der Vorteil einer beträchtlich längeren Lebensdauer der Diaphragmen erzielt. Infolge der Sicherheit, daß metallisches Calcium nicht ausgeschieden wird, kann man Salzgemische mit hohem Chlorcalciumgehalt, deren Zusammensetzung in der Nähe des eutektischen Punktes liegt, anwenden und infolgedessen die Elektrolyse bei niedrigeren Temperaturen durchführen.
Beim Arbeiten mit Zellen, welche wie die Downs-Zelle freien Zutritt des Elektrolyten in die Elektrolysierzone gestatten und die Anwendung gelochter Elektroden hierbei lediglich den Zweck hatte, die Zusammensetzung des Elektrolyten an verschiedenen Stellen der Elektrolysierzone zu viergleichmäßigen, mußte angenommen werden, daß für die Erreichung dieses Zweckes Gesamtdurchlässe, welche erheblich weniger als 3,5% der gesamten wirksamen Elektrodenfl.äche ausmachten, genügen würden. Tatsächlich hat die Anmelderin auch geraume Zeit mit Elektroden gearbeitet, deren Gesamtdurchlässe beträchtlich unterhalb der hier beanspruchten unteren Grenze liegen, und die hierdurch bedingten Nachteile in Kauf genommen.
Zu berücksichtigen ist dabei, daß man selbstverständlich bemüht sein mußte, die wirksame Elektrodenoberfläche nicht mehr zu verkleinern, als es für die Erzielung des erstrebten Effekts unbedingt erforderlich erschien. Es war auch nicht vorauszusehen, daß für die Erzielung der erstrebten Wirkung der Durchmesser der Durchlässe eine beträchtliche Rolle spielt.

Claims

PATENTANSPRUCH: Zelle zur Gewinnung von Natrium durch Elektrolyse von aus Natriumchlorid und Calciumchlorid bestehenden Salzschmelzen, bei welcher der Elektrolyt frei in den Raum zwischen Kathode und Anode einströmen kann, insbesondere Zellen, bei welchen eine zentral angeordnete Elektrode von einer sie ringförmig umgebenden Elektrode eingeschlossen ist und zwischen beiden Elektroden ein Diaphragma vorgesehen ist, wobei die Ka-. thode oder die Anode oder beide mit zweckmäßig über die Elektrodenfläche gleichmäßig verteilten und in Richtung nach der anderen Elektrode ansteigenden Durchlässen versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daB der Elektrodenabstand nicht mehr als etwa 3,8 cm beträgt und der Gesamtquerschnitt der vorzugsweise kreisrunden Durchlässe an ihren Ausmündungsstellen nicht weniger als 15, vorteilhaft q. bis 80!o der wirksamen Elektrodenfläche beträgt und die Einzeldurchlässe Durchmesser von mindestens 9 bis 13 mm aufweisen.