DE869340C - Verfahren und Vorrichtung zur elektrolytischen Zersetzung waessriger Alkalisulfatloesungen - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur elektrolytischen Zersetzung wäßriger .Alkalisulfatlösungen Die Elektrolyse wäßriger Alkalisulfatlösungen nach dem Amalgamverfahren arbeitet im allgemeinen mit einer am Boden des Elektrolysierge£äßes fließenden Quecksilberschicht als Kathode und mit darüber angebrachter Anode. Der Betrieb einer solchen Anordnung ist nur dann wirtschaftlich, wenn die Zellenspannung niedrig ist. Das bedeutet, daß der Elektrodenabstand nur wenige Millimeter betragen darf. Dabei stört jedoch die anodisch entwickelte Schwefelsäure, die an der Rückdiffusion zur Kathode verhindert werden muß. Zu diesem Zwecke bringt man zwischen den Elektroden im allgemeinen ein Diaphragma an, was zu konstruktiven Schwierigkeiten führt, da es schwierig ist, genügend große Diaphragmenflächen in den engen Abstand zwischen denElektroden freitragend unterzubringen, ohne die Quecksilberfläche zu berühren. Letzteres würde zu stürmischer Arnalgamzersetzung führen. Außerdem läßt sich die Bildung geringer Wasserstoffmengen an der Kathode nicht mit Sicherheit vermeiden. Dieses Gas sammelt sich dann unter dem Däaphragma an und verhindert mit der Zeit den Stromdurchgang durch die Zelle.
• Man hat versucht, diese zuletzt behandelte Schwierigkeit durch Neigung des Diaphragmas auszuschalten, was aber, da die Quecksilberoberfläche nur sehr schwach geneigt sein kann, zu wirtschaftlich nicht mehr tragbaren Elektrodenabständen führt. Die Patentschrift 701 771 sieht aus demselben Grunde eine treppenförmige Quecksilberkathode in Verbindung mit einem der Treppenneigung parallel liegenden Diap.hragma vor. Aus -der Pa'fenfschräft-ist jedoch zu entnehmen, daß man bei den üblicherweise angewendeten Stromdichten von 2o bis 25 A/dm2 Spannungen in der Gegend von 6 bis 7 V braucht, die für einen -wirtschaftlichen Betrieb zu hoch liegen.
• Es wurde nun gefunden, daß man die Nachteile früherer Anordnungen bei der Elektrolyse wäßriger Natriumsulfatlösungen dadurch vermeiden kann, daß man die Anode als fortlaufendes oder beliebig oft unterteiltes verhältnismäßig langes und schmales Band ausbildet, das seitlich überall von Wänden aus nichtleitendem Material umgeben ist, welche nach unten bis dicht über die Quecksilberoberfläche und nach oben bis über die Standhöhe des Elektrolyten reichen. Der Elektrolyt wird nun derart geleitet, daß er innerhalb des engen Schachtes, der die bandförmige Anode umgibt, aufsteigen muß, so daß die anodisch gebildeten Wasserstoffionen an der Wanderung zur Kathode gehindert sind. Die zur Erzielung dieses Effektes erforderliche Strömungsgeschwindigkeit ist äußerst gering und betrigt je nach Stromdichte und gewünschter Schwefelsäurekonzentration 1o bis Zoo, mm pro Stunde.
• Eine besonders praktische Ausfiihrungsform der Erfindung besteht darin, die Anode in Form einer größeren Anzahl langer Stäbe in schmale viereckige Schächte entsprechender Ausdehnung einzubauen, die vorzugsweise nebeneinander und quer zur Strömungsrichtung des Quecksilbers angebracht sind. Die Schächte oder Kästen sind mit einem Überlauf zur Abführung des sauren Anolyten versehen. Sie können oben geschlossen sein, um den anodisch gebildeten Sauerstoff zu gewinnen. Es ist in diesem Falle für guten Druckausgleich zwischen dem Kathoden- und dem Anodenraum zu sorgen, .da sonst Störungen in der Elektrolyse eintreten. Deshalb ist es meistens vorzuziehen, die Gasräume über beide Elektroden miteinander zu verbinden. Das ist -praktisch durchführbar, da die Wasserstoffentwicklung an der Kathode nur sehr gering ist.
• Eine sehr wesentliche und vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, die die Anoden umgebenden -Schächte an ihrer Unterseite durch ein feines Sieb oder poröses Gewebe bzw. Diaphragma aus nichtleitendemMateria1 abzuschließen, da hierdurch die Rückdiffusion der Schwefelsäure zur Kathode noch besser verhütet und gleichzeitig etwa von der Anode abbröckelndes Material aufgefangen wird. Es ist weiter vorteilhaft, dieser Membran eine kleine Neigung zu geben, um etwa entwickeltem Wasserstoff die Möglichkeit des Entweichens zu geben. Bei quer zur Quecksilberströmung stehenden Anoden wird man dabei-diese Neigung vorzugsweise in Richtung des Quecksilberflusses ansteigen lassen, um den Sog des wandernden Quecksilbers zur Entfernung der Wasserstoffbläschen auszunutzen.
• Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung ist in Abb. 1 in Aufsicht dargestellt. Abb.2 stellt den in Abb. 1 angedeuteten Querschnitt P-P und Abb. 3 einen Längsschnitt C-C durch die Anodenzellen dar.
• K ist :das Elektrolysiergefäß, an dessen Boden eine dünne, über das ganze Gefäß verbreitete Ouecksilberschicht von rechts nach links fließt, wobei sie sich mit Alkalimetall belädt. Das gebildete Amalgam fließt unter der Trennwand T hindurch in die Zersetzungsrinne B, in welcher es durch Wasser zersetzt wird. Das Wasser wird bei W zugeführt, und die gewonnene Alkalilauge läuft bei L ab. Q ist eine Pumpe, ,die das Quecksilber auf ein höheres Niveau hebt, um den Umlauf desselben (im Urzeigersinn) aufrechtzuerhalten. Unter derTrennwand Z tritt das Quecksilber in den Vorraum F ein, in welchem der Elektrolyt bei E zutropft. Die bisher beschriebene Anordnung ist grundsätzlich bei Elektrolysen nach dem Amalgamverfahren üblich. Nach der Erfindung sind nun im Elektrolysiergefäß K die Anoden in Form schmaler Bänder A angeordnet, die in langen rechteckigen Kästen G .untergebracht sind. Am Boden des Elektrolysiergef,äßes K fließt die Quecksilberschicht Hg. Wenige Millimeter über derselben befindet sich im Kasten G' saus isolierendem Material die Anode A. Der Kasten G ist unten mit einem Gewebe M aus widerstandsfähigen Fasern (z. B. alkali- und säurefestes Filtertuch) abgeschlossen. Der Elektrolyt fließt außerhalb der Anodenkästen zu, steigt in denselben hoch und läuft über den Überlauf Ü in die Rinne R, aus der er bei S abgezogen werden kann. Dieser Ablauf ist vorzugsweise ebenfalls als Überlauf ausgebildet, der den Anolytspiegel für alle Kisten konstant hält.
• In der beschriebenen und abgebildeten Apparatur wurde bei längere Zeit laufendem kontinuierlichem Betrieb eine Lösung von 350 g Natriumsulfat pro Liter bei 58°, einer anodischen Stromdichte von 22 A/dm2 und bei einer Zellenspannung von 4,9o V elektrolysiert. Man erzielte eine Stromausbeute von 96,5% der Theorie und eine Schwefelsäurekonzentration im Analyten von 142 g pro Liter.
• Es ist eine Vorrichtung zur Elektrolyse wäßriger Alkalisulfatlösungen nach dem Amalgamverfahren bekannt, .bei welcher eine Anzahl von Anoden in einem Kasten sitzen, der zur Verhinderung der unerwünschten Rückdiffusion der Schwefelsäure unten, dicht Über der Quecksilberkathode, durch ein ungew6hnlichdichtes Diaphragma abgeschlossen ist. Um den Durchtritt des Elektrolyten durch dieses Diaphragma zu ermöglichen, muß bei diesem Verfahren im Anodenraum Unterdruck herrschen.
• Demgegenüber ist beim Verfahren nach der Erfindung jede einzelne Anode eng von einemSchacht umgeben, der unten offen oder durch ein feines Sieb bzw. poröses Gewebe abgeschlossen ist. Die Rückdiffusion der Schwefelsäure wird dadurch verhindert, daß der Elektrolyt in dem engen Spalt zwischen Anode und Schachtwand verhältnismäßig rasch aufsteigt. Ein Druckgefälle zwischen Kathoden- und Anodenraum ,ist nicht notwendig.
• Die besprochenen Unterschiede bewirken, daß nach der Erfindung ein wesentlicher Fortschritt gegenüber dem bekannten Verfahren erzielt wird: Bei mehr als doppelt so hoher Stromdichte (sehr wichtig für die Senkung der Apparaturkosten) ist die für das Verfahren nach der Erfindung benötigte Zellenspannung und daraus folgend der Stromverbrauch beträchtlich niedriger.

Claims (7)

1. PATENTANSPRÜCHE: i. Vorrichtung zur Elektrolyse wäßriger Alkalisulfatlösungen nach dem Amalgamverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode als fortlaufendes oder unterteiltes, verhältnismäßig langes und schmales Band ausgebildet ist, das seitlich überall eng von Wänden aus nichtleitendem, im sauren Elektrolyten beständigem Material umgeben ist, welche nach unten bis dicht über die Quecksilberoberfläche und nach oben bis über die Standhöhe des Elektrolyten reichen, wobei diese Anodenschächte unten offen oder durch ein feines Sieb bzw. poröses Gewebe abgeschlossen sind.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die geteilte Anode in Form mehrerer bis vieler gerader, parallel zueinander liegender Bänder quer zur Strömungsrichtung des Quecksilbers angeordnet ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch i und 2, dadurch gekennzeichnet, daß für die Abführung des Anolyten aus den einzelnen Anodenschächten eine gemeinsame Sammelrinne vorgesehen ist.
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Sammelrinne einen festen oder einstellbaren Überlauf zur Abführung des Anolyten enthält.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der durchlässige bzw. halbdurchlässige Bodenverschluß der Anodenschächte eine leichte Neigung erhält, die vorzugsweise in Richtung des Quecksilberflusses ansteigt.
6. 6. Vorrichtung nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gasräume über der Anode und der Kathode nicht voneinander getrennt sind.
7. 7. Vorrichtung nach Anspruch i bis 5, da-.durch gekennzeichet, daß die Anodenschächte oben geschlossen sind und daß durch geeignete Mittel ein rascher und zuverlässiger Druckausgleich zwischen den Gasräumen und den beiden Elektroden sichergestellt ist. B. Verfahren zur Elektrolyse wäßrigerAlkalisulfatlösungen nach dem Amalgamverfahren, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolyt in lange, schmale, gegebenenfalls unterteilte Anodenschächte unten in geringem Abstand von der Kathode eintritt, in den Schächten hochsteigt und über einen Überlauf in eine gemeinsame vom Elektrolyten getrennte Sammelrinne abfließt. g. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß gleichzeitig der anodisch entwickelte Sauerstoff gewonnen wird, wobei durch entsprechende Mittel ein guter Druckausgleich zwischen den Gasräumen über der Kathode und über der Anode sichergestellt ist. Angezogene Druckschriften: Fiat Bericht Nr. 831 vom 17. Juni 1g46.