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Elektrolyse von Metallsalzlösungen nach dem Amalgamverfahren Bei der
elektrolytischen Erzeugung von Alkalilaugen nach dem Amalgainverfahren ist es bereits
bekannt, als Kathoden mit Quecksilber bzw. Amalgam bedeckte, sich drehende Scheiben
zu verwenden, deren untere Hälfte in ein Quecksilber- bzw. :lmalgaml)ad eintaucht,
während der aus dem Quecksilber- bzw. Amalgambad herausragende Teil der Scheiben
in dein mit dem Elektrolyt gefüllten oberen Teil der Zelle beiderseitig von den
Anoden umgeben ist. Ferner ist vorgeschlagen worden, mehrere Kathodenscheiben auf
einer gemeinsamen Welle zu befestigen. Man läßt die sich drehenden Kathodenscheiben
bis über ihre Achse in das N'1etallbad eintauchen, um das auf ihnen neu gebildete
.lmalgam durch die Drehbewegung mit dein Quecksilber- bzw. Amalgambad auszutauschen
und neue für Alkalimetall aufnahmefähige Quecksilbermengen auf die in das Quecksilberbad
nicht eintauchende Scheibenoberfläche mitzunehmen. Bei dieser Anordnung kann etwa
die Hälfte der Scheibenfläche als wirksame Elektrodenfläche ausgenutzt werden. Dabei
erreicht das Quecksilber- bzw. Amalgambad jedoch eine beträchtliche Tiefe und beansprucht
daher eine erhebliche Menge Quecksilber.
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Es wurde nun gefunden, daß sich wesentliche
Verbesserungen
sowohl in bezug auf die ausnutzbare Kathodenfläche als auch die in: der Zelle benötigten
Quecksilbermengen ergeben, wenn man dafür sorgt, daß konzentrisch abgegrenzte Teile
der Scheibenoberfläche vom Quecksilber und Elektrolyt nicht bedeckt werden. Diese
Teile können gemäß Erfindung entweder durch konzentrische Ausschnitte oder durch
Bedeckung mit elektrisch nicht leitenden Stoffen als stromleitende Fläche ausgeschaltet
werden.
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Zur näheren Erläuterung des Erfindungsgedankens sei auf die
Abt). i verwiesen.
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Bei einer Eintauchtiefe der Kathodenscheibe entsprechend dem Scheibenhalbmesser
R würde die gestrichelteLinie die Badoberfläche darstellen,. Taucht man nun die
Scheibe nur bis zu einer Tiefe ein, die dem Unterschied zwischen dem Scheibenhalbmesser
R und dem Halbmesser y des beispielsweise ringförmig durchgeführten Ausschnittes
entspricht, so fällt einerseits der waagerecht gestrichelte Teil der Scheibenfläche
als Unterlage überhaupt fort, und andererseits wird durch das Tieferlegen des Radspiegels
der bisher bedeckte, schräg gestrichelte Flächenteil der Scheibe frei. Das Verhältnis
der gewonnenen zu der verlorengegangenen Fläche hängt von dem Verhältnis zwischen
den beiden Kreishalbmessern R und r ab. Die Zunahme der Elektrodenfläche und die
Ersparnis an Quecksilber durch Verlängerung der Einrtauchtiefe (Vergrößerung des
kreisförmigen Ausschnitts) ergibt sich beispielsweise für eine Scheibe vorn i8o
cm Durchmesser aus folgender Zusammenstellung:
| Scheiben- Ausschnitt- Nutzbare Höhe |
| durchmesser durchmesser Elektroden- des Bades |
| in cm in cm fläche in m2 in cm |
| 180 0 2,54 9o |
| T80 20 2,82 80 |
| 180 40 2,98 70 |
| 180 50 3,00 65 |
| 180 6o 2,98 6o |
Durch die Ausbildung der Elektrodenflächen als ringförmige Scheiben (Ringplatten)
wird also eine Vergrößerung der ausnutzbaren Kathodenoberfläche und damit der Stromkapazität
der damit ausgerüsteten Zelle erzielt. Gleichzeitig wird der Quecksilberbedarf für
die Zelle gesenkt.
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Die Abb. 2 und 3 zeigen einen waagerechten und einen senkrechten Schnitt
durch eine Zelle, in der mehrere Kathodenscheiben mit konzentrischen, beispielsweise
kreisförmigen Ausschnitten nebeneinander in einer Ebene in Richtung des Quecksilberdurchflusses
angeordnet sind. Es bedeutet i den Zellenbehälter, 2 einen abnehmbaren Deckel, 3
die hintereinander angeordneten Kathodenringscheiben, die durch einen nicht gezeichneten
Antrieb von außen her in Umdrehung versetzt werden. Die nur für eine der Kathodenringscheiben
gezeichneten Anoden 4 sind seitlich durch die Behälterwand hindurchgeführt. Bis
zur Höhe 5-5 ist die Zelle mit Quecksilber, bis zur Höhe 6-6 mit dem über dem Quecksilber
befindlichen Elektrolyt gefüllt.
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Anstatt die nicht in das Bad eintauchenden Teile der Elektrodenscheiben
durch Ausschnitte zu entfernen, kann man diese Teile der Vollscheibe auch gemäß
einer weiteren Ausführungsform der Erfindung aus nicht stromleitenden Stoffen herstellen
oder aber die für .die Stromleitung nicht vorhandenen Scheibenteile mit solchen
Stoffen abdecken. Eine Ausführungsform der letzten Art ergibt sich beispielsweise,
wenn man-, wie dies in den Abt). 4 und 5 im Längs- und Querschnitt dargestellt ist,
mehrere Kathodenscheiben 9 nebeneinander in fester Verbindung mit einer durch .Welle
7 angetriebenen Walze 8 aus niicht leitendem Werkstoff anordnet. Im Oberteil der
Zelle sind die Anoden io vorgesehen, zwischen denen die Kathodenscheiben 9 umlaufen.
Das Bad durchströmt in Richtung i i-i i die Zelle, wobei eine dauernde Reinigung
der letzteren im Sinn der Patentschrift 686551, die sowohl die Zuführung
des frischen Metalls als auch dessen Abführung an der Oberfläche des ?Metallbades
beschreibt, bewirkt wird.
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Man kann aber auch die Walze aus einem stromleitenden Werkstoff, vorzugsweise
aus einem oberflächlich zur Amalgambildung befähigten Stoff, z. B. aus Eisen, herstellen,
wobei jedoch die das Bad 12 nicht berührenden, vom Elektrolyt bespülten Teile der
Walze, nämlich ihre Stirnfläche 13 und die Welle 7, aus nicht leitendem Stoff
bestehen oder mit solchen Stoffen abgedeckt sind.
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Das vorliegende Verfahren kann allgemein bei Elektrolysen nach dem
Amalgamverfahren benutzt werden, sofern. das kathodisch abzuscheidende Metall eine
genügende Löslichkeit im Quecksilber aufweist, wie dies beispielsweise bei Natrium,
Kalium und Zink der Fall ist. Beispiele i. In einer Elektrolysierzelfe von rechteckigem
Querschnitt sind zwei von außen drehbare Kathodenringe von i4o cm Außendurchmesser,
4o cm Innendurchmesser und 20 mm Dicke in einer Ebene hintereinander angeordnet.
Im Unterteil der Zelle befindet sich ein Quecksilbersumpf von 5 i cm Höhe, dessen
Spiegel fortlaufend d'arch Zu- und Abfluß auf der gleichen Höhe gehalten wird. Dieser
Sumpf und damit die sich drehenden Ringe sind mit dem negativen,Pol der elektrischenStromzuführung
verbunden, während davont isoliert in der Zellenwand Graphitanoden angeordnet sind,
deren Größe der der Kathodenfläche auf der Ringscheibe entspricht. Diese Anoden
stehen mit dem positiven Pol der Stromzuführung in Verbindung. Über dem Quecksilber
befindet sich die zu elektrolysierende Natriumchloridlösung. Die Scheibenringe drehen
sich mit io Umdrehungen in der Minute bei einer Strombelastung der Zelle mit gooo
A. Man erhält ein Amalgam mit o,5 % Natrium bei einer Stromausbeute von
970/0. Das aus der Zelle abfließende Amalgam wird in Zersetzerrinnen, die
sich an den Längswänden der Zelle befinden, zu Natronlauge umgesetzt.
2.
EineElektrolysierzelle von rechteckigemQuerschnitt enthält auf einer gemeinsamen
Welle vier Eisenringe von i 8o cm äußerem und 5o cm innerem Durchmesser. Da: Quecksilber
bildet im unteren Teil der Zelle einen Sumpf von 66 cm Höhe, wobei der Quecksilberspiegel
etwa in der Höhe des unteren Randes des kreisförmigen Kathodenausschnitt, liegt.
Auf beiden Seiten von jeder sich um ihre Querachse drehenden Kathode sind die Grahliitanoden
angeordnet. Die Zelle wird mit einem Strom von 30000 :1 betrieben,
wobei jede der scheihenfö rinigen Kathoden 7 Umdrehungen in der Minute ausführt.
Die Temperatur des Elektrolyts erreicht 8o°, und die Konzentration des die Zelle
verlassenden Amalgams liegt bei o,8% Natrium. Das in der Zelle gebildete Chlor enthält
als Verunreinigung lediglich 0,30/0 Wasserstoff.
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3. In einer der in den vorangehenden Beispielen beschriebenen Zellen
wird eine aus einem Gemisch von Natriumchlorid und Zinkchlorid bestehende Lösung
elektrolysiert. Das gebildete Zinkamalgam enthält o,_#% Zink.