DE846993C - Verfahren und Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung von Fluor - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung von Fluor

  I )je I:riitttlung bezieht sich auf Verhes:erungen

  \()1t elektr(d@-tischet) \ erfahrest und /ollen zur Her-

  >telluttg \-ott 1111o-.

  h @j ist allgenteitt bekannt, die Elektrolyse von

  1'lutnitlen (>der Mischungen, \\elcl)e Fltu)ride ins,

  gescltetolzettett Zustand enthalten, unter N-er@@ett-

  tIuttg sott l@@)ltleelcktn)@lett tlttrlltZttfillirett, wobei

  eist besonders geeigneter I:lektrolyt aus der DoI)l)el-

  t erhinduttg K F. 211 V 1)estcht. \Vol>ei dieser Elektro-

  ht zweckmäl.iig ]tci Tentprraturen von etwas unter

  t c)<) attge@@ atttlt tN-crden kann. Wenn eine derartige

  I@.lel:tr@>lcse durchgeführt wird, wurde im allgernei-

  ttett geftttt(lett, dafl »ach einer kurzen Zeit ein _\1)-

  iall der Stromdichte stattfindet, mit der die Zelle

  bei jeder I>eliel)igett Spannung betrieben werden

  kann. \\ cttit solche Ursachen, wie ein Mangel alt

  lOltu)rm as:ersto)lts:ittre in tlcttt l.lcl:tr@@l_@ t. srhad-

  hafte elelariscite Ko)tttakne tt. elgl., nicht \orliegen,

  g@hctt mit diesctn Strotnal)fall Erscheinungen Hand

  in-Hand. deren Charakter nicht vollkommen aufge-

  klärt ist und die ;In der Anode der Zelle auftretest.

  I )fiese alt der Altode auftretende Erscheinung wird

  ins folgenden seit dein Ausdruck Polarisation

  1'-s wurde lWo1)achtet, doll bei der Iaelarol_@-se von

  im ::esentliclu@it trockenen, gesrlttttolzettett FIttorid-

  elektrt)lytett, ittsl)esottdere solchen, die aus der

  Kontplex@ erhindung hF. 2IIF bestehen, hei der

  @@cr@@ eneluttg von hohle, die eine hohe Durchlässig-

  keit 1)esitzt, bessere Wirkungen hinsichtlich der

  Verringerung 1)zw. praktisch der -Aufhebung der

  1'olarisatio@tt auftretest. Durch fortgesetzte Unter-

  Buchung von Anoden aus durchlässiger Kohle zwecks Bestimmung des Ausmaßes ihrer Wirkung auf die Polarisation in Fluorzellen wurde gefunden, claß ihre Wirkung in dieser Hinsicht in der Durchlässigkeit der Kohle begründet ist. Zu diesein Zweck wurde das Maß der Durchlässigkeit festgelegt und in der folgenden Beschreibung als die Anzahl von Litern Luft ausgedrückt, die pro Quadratdezimeter Oberfläche durch eine Kohlenplatte von 25 mm Stärke pro Minute unter einem Druck von 50 mm Wassersäule hindurchgeht.
• Als Ergebnis dieser Untersuchungen wurde weiterhin gefunden, daß bei der Elektrolyse von im wesentlichen trockenen, geschmolzenen Fluoriden bei der Verwendung einer Kohleanode mit einer Durchlässigkeit von nicht weniger als 15 die Polarisation in Fluorzellen weitgehend zurückgedrängt oder sogar vollkommen aufgehoben wird, selbst wenn die Benutzung sich über längere Zeiträume erstreckt und Anodenstromdichten verwendet werden, wie sie üblicherweise in Fluorzellen angewandt werden.
• Die Erfindung bezieht sich also auf ein Verfahren zur Herstellung von Fluor durch Elektrolyse von im wesentlichen trockenen, geschmolzenen Fluoriden, beispielsweise von solchen, die etwa der Zusammensetzung KF. 21117 entsprechen, wobei als Anode Kohle mit einer Durchlässigkeit von nicht weniger als i 5 verwendet wird.
• Das Ausmaß, hinsichtlich dessen die Durchlässigkeit der Kohleanode eine Wirkung auf die Verhinderung der Polarisation aufweist, scheint nach den durchgeführten Untersuchungen zu den angewandten Stromdichten in Beziehung zu stehen. Wende also mit einer Stromdichte von 0,0775 Amp/em= gearbeitet wird und Kohleanoden mit einer Durchlässigkeit von nicht weniger als 15 verwendet werden, werden gute Ergebnisse erzielt. Wenn mit höheren Stromdichten gearbeitet wird, beispielsweise solchen von o,155 bis 0,31 Amp/cm2, wurde gefunden, daß es zweckmäßig ist, Kohle mit einer Durchlässigkeit von nicht weniger als 61 als Anodenmaterial zu verwenden. Hiermit soll jedoch nicht ausgedrückt sein, daß Kohleanoden mit einer höheren Durchlässigkeit nicht für geringere Stromdichten verwendet werden können. In der Tat wurde gefunden, daß sich außerordentlich gute Ergebnisse erzielen lassen, wenn Kohleanoden einer Durchlässigkeit zwischen 9i und 122 verwendet werden und mit Stromdichten der Größenordnung von 0,07-_3 Amp/cm2 gearbeitet wird. Beispielsweise sei angegeben, daß eine Zelle mit einer Anode aus Kohle einer Durchlässigkeit von 114,5 mit einer mittleren Stromdichte von 0,07 Amp/cmq 3000 Stunden lang gearbeitet hat, ohne daß irgendein Anzeichc n einer Störung infolge Polarisation aufgetreten ist.
• Die Gasdurchlässigkeitswerte, die in der Beschreibung der vorliegenden Erfindung und in den Ansprüchen erwähnt sind, wurden bestimmt, indem Luft bei einem Überdruck von 5o mm Wassersäule durch die Endfläche eines Kohlezylinders von 2.5 cin Durchmesser und 2,5 cm Länge durchgeleitet wurde, während die andere Endfläche frei an der Luft lag und die restliche Kohleoberfläche mit einem undurchlässigen Material bedeckt war.
• Eine für die Durchführung des Verfahrens gemäß der Erfindung geeignete Zelle ist in der Zeichnung dargestellt, und zwar im senkrechten Schnitt durch die Zelle.
• Die Zelle besteht aus einem Behälter i aus Stahl oder einem anderen geeigneten widerstandsfähigen Material, und dieser Behälter ist mittels eines Deckels 2 aus ähnlichem Werkstoff geschlossen. Die Anode 3 besteht aus Kohle, welche die erforderliche Durchlässigkeit besitzt, und sie wird von einer elektrisch leitenden Stange 6 getragen, die durch den Deckel 2 hindurchgeführt ist und gegenüber dem Deckel durch einen Isolierkörper 4. isoliert ist. In einem gewissen Abstand von der Anode, und diese ganz oder teilweise umgebend, ist die Kathode 5 angeordnet, welche aus Stahl, Kupfer oder einem anderen Werkstoff bestehen kann, der im wesentlichen widerstandsfähig ist gegenüber der Einwirkung des Elektrolyts und der Elektrolyseprodukte. Die Kathode 5 wird von einer elektrisch leitenden Stange 7 getragen, die ebenfalls gegenüber dem Deckel 2, durch den sie hindurchgeführt ist, isoliert ist. Zwischen der Anode - und der Kathode befindet sich ein Diaphragmä öder ein Rand 8, das bzw. der sich von dem Zellendeckel nach unten erstreckt und in den Elektrolyt eintaucht, wodurch erreicht wird, daß die sich an den Elektroden ntwickelnden Gase voneinander getrennt gehalten werden. Durch den Zellendeckel führen Auslässe io und i i hindurch zum Abziehen des sich an der Anode bzw. Kathode entwickelnden Fluors bzw. Wasserstoffs. Die Zelle ist mit Heizeinrichtungen versehen, die in der Zeichnung nicht dargestellt sind. Beispiel Eine Zelle der beschriebenen Art ist mit einer Anode der Ausmaße 34,3><34,3><6,7,5 cm aus Kohle ausgestattet, die eine Durchlässigkeit von 114,5 besitzt. Der Elektrolyt entspricht etwa der Zusammensetzung K F. 2 H F und enthält im Ausgangszustand weniger als o,5 % Wasser. Zwecks Durchführung der Elektrolyse wird die Zelle auf etwa 75° erwärmt, und während der Durchführung des Flektrolyseverfahrens wird die Temperatur zwischen 75 und 9o° gehalten. Die Elektrolyse erstreckt sich über 3000 Stunden, wobei während dieser Zeit der Fluorwasserstoffgehalt des Elektrolyts zwischen 40 und 420/0 durch periodische Zugaben von wasserfreiem Fluorwasserstoff gehalten wird. Nach Verlauf dieser 3000 Stunden liefert die Zelle immer noch Fluor von ausgezeichneter Qualität, und es ist keine Spur von Polarisation festzustellen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Herstellung von Fluor durch 1?lektrolvse von im weseiitlicheii trockenen 11 i:clitiiigen yoii geschmolzenen Fluorideii, dadurch gekennzeichnet, daß eine Kohleanode verwendet wird. die eine solche Durchlässigkeit besitzt, dalß durch eine 25 nun starke Ko1ilenplatte unter einem Druck von 5o mm Massersätile nicht weniger als 15 l Luft pro Quadrat-(Iezinieter ()1xerfl;iclie pro Minute hindurchgehen. 2. \`erfahren nach _Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Kohleanode eine solche I)urchl<issigkeit besitzt, daß durch eine 25 Mut starke Kohlenplatte unter einem Druck von 5o inni @@'assers:iule sticht weniger als 61 1 Luft pro ()uadratdeziniet@er ()1wrfläclie pro Minute hindurchgehen. 3. Wrtahrei nach :Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt etwa der Gusammensetzung KF.2HF entspricht. .1. Gelle zur Herstellung von Fluor durch Elektrolyse von geschmolzenen Fluoriden, da-<lurch gekennzeichnet, daß in einem die geschniolzenen Fluoride aufnehmenden Behälter eine lhohleatiode mit einer Durchlässigkeit gemäß den -Ansprüchen i und 2 so angeordnet ist, daß sie ganz oder teilweise von der Kathode umgelwn ist.