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Rotierender Alkaliamalgam-Scheibenzersetzer Es ist bekannt, daß die
an sich ungemein langsam verlaufende Zerlegung von Alkaliamalgam in Gegenwart von
Wasser unter Entstehung von Alkalilauge und Wasserstoff durch Kontaktbildung mit
verschiedenen festen, elektrisch leitenden Stoffen, wie z. B. Graphit, wesentlich
beschleunigt werden kann.
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Diese Katalyse beruht auf der Bildung eines kurzgeschlossenen Lokalelementes,
wobei :der dem Quecksilber gegenüber eine hohe Überspannung aufweisende Wasserstoff
an der Kontaktsubstanz entladen und durch die abgegebene positive Ladung eine äquivalente,
im Quecksilber -metallisch gelöste Alkalimenge ionisiert wird.
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Normalerweise wird die Amalgamzerlegung in schwach geneigten Rinnen.,
sogenannten Pilen, durchgeführt, über deren Bodenfläche das Amalgam, welches von
der wässerigen Flüssigkeit überschichtet, entlang läuft, wobei auf die Amalgamfläche
aus Graphitstäben oder -platten zusammengesetzte Roste gelegt werden, die mit den
Unterkanten ein wenig in das Quecksilber eintauchen.
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Der Wasserstoff scheidet sich in unmittelbarer Nähe der Berührungslinien
ab, längs welcher die drei Phasen Quecksilber-Wasser-Graphit aneinandergrenzen,
und zwar, wie man sich leicht überzeugen kann, in um so stärkerem Maße, je tiefer
- unter sonst gleichen Umständen - der Graphitstab indie Ouecksilberschichthineingedrückt
wird. Dies hat, wie genauere Messungen ergeben haben, seine Ursache einerseits in
einer durch den höheren Quecksilberdruck und die größere Berührungsfläche
herbeigeführten
Verbesserung des elektrischen Kontaktes zwischen dem Amalgam und dem Graphit und
andererseits in der Vergrößerung der Berührungsfläche zwischen dem Amalgam und dem
wasserbenetzten Graphit.
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Da bei der großtechnischen Ausführung der Chloralkalielektrolyse im
Wege des Amalgamverfahrens sich gezeigt hat, daß für die Zersetzung des in der Elektrolysenzelle
gebildeten Alkaliamalgams auf die oben beschriebene Weise ganz beträchtliche Mengen
an teurem Quecksilber investiert werden müssen, hat es nicht an Vorschlägen gefehlt,
durch noch stärkere Intensivierung der Zersetzung eine Einsparung an Zersetzungsfläche
und an Oüecksilber zu ermöglichen. Hierfür schien sich nun -außer in der nicht ohne
weiteres erreichbaren Erhöhung der Zersetzungstemperatur - vor allem in einer »Beschwerung«
der Roste ein Hilfsmittel zu bieten, wodurch die sonst gewöhnlich auf dem Quecksilber
schwimmenden und nur einige Millimeter ins Amalgam eintauchenden Graphitstäbe tiefer
in das Quecksilber hineingedrückt werden.
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Diese Maßnahme hat sich indessen bei der betriebsmäßi.genDurchführung
sehr bald als wirkungslos erwiesen. Abgesehen davon, daß infolge der hierfür erforderlichen
größeren Bandstärke des Quecksilbers eine Ersparnis an dem teuren Metall wieder
in Frage gestellt wird, erwies sich die Intensivierung der Amalgamzersetzung als
nur vorübergehend, weil sich der eintauchende Teil der Graphitoberfläche mangels
eines hinreichenden Stoffaustausches an dieser Stelle sehr bald mit einer Haut von
hochkonzentriertem, viskosem oder sogar festem Alkalihydroxyd überzog, wodurch die
Rosteaktivität ganz wesentlich herabgesetzt oder sogar völlig aufgehoben wurde.
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An Stelle der vorbeschriebenen Pilen hat man Zersetzungsvorrichtungen
entwickelt, bei welchen Rührvorrichtungen verwendet werden, welche aus Edelstahl
(deutsche Patentschriften 427 236 und 436 29o) bzw. aus Graphit oder aus
einer Kombination von Edelstahl und Graphit (deutsche Patentschrift 448 892) bestehen.
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Es wurde nun gefunden, daß man die Zersetzung von Amalgam durch Wasser
in Alkalilauge und Wasserstoff in Gegenwart eines aus Graphit und Eisen bestehenden
rotierenden Rührkörpers besonders vorteilhaft dadurch vornehmen kann, daß man in
die zur Distanzierung der Graphitscheiben verwendeten Scheiben aus alkalibeständigem
Material solche Ausschnitte ausstanzt, die zusammen mit den Graphitscheiben Schöpftaschen
bilden, durch welche sowohl das Amalgam wie auch die Lauge auf der Rohrseite geschöpft
und nach der anderen Seite hin entleert werden.
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Überraschenderweise hat sich nun gezeigt, daß es gelingt, bei Anwendung
dieser besonderen Vorrichtung unter Vermeidung der obengenannten Nachteile die Amalgamzersetzung
- bei weit geringerem Platzbedarf - mit einer wesentlich kleineren Quecksilbermenge
durchzuführen, wobei überdies gleichzeitig durch den Ausschluß jedweder Inaktivitätsbildung
an den Rosten die Betriebs-Sicherheit in einem bisher noch nicht erreichten Maße
gesteigert werden konnte.
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In der Zeichnung ist als Ausführungsbeispiel eine solche Vorrichtung
für eine mit etwa io ooo bis 15 ooo Amp. belastete Elektrolysenzelle in den wesentlichsten
Merkmalen schematisch dargestellt, ohne daß der Umfang der Erfindung auf diese Ausführungsform
beschränkt wird.
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Darnach besteht diese Vorrichtung aus einem eisernen, gegebenenfalls
mit einer Schutzschicht, z. B. Gummi, ausgekleideten oder aus Kunststoff hergestellten
Rohr A von etwa Zoo mm lichter Weite und 2 bis 3 m Länge, in welchem sich eine eiserne
Welle 13 dreht, die mit runden Graphitscheiben C besetzt ist, welche voneinander
in geeigneter Weise distanziert sind.
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In Abb. i ist die Apparatur im Längsschnitt schematisch dargestellt.
Das Amalgam tritt bei a in das Zersetzerrohr ein, durchströmt dasselbe unter Abgabe
seines Alkalimetallgehaltes und fließt über den Überlauf b zur Elektrolysenzelle
zurück. Das für die Zersetzung benötigte Wasser fließt bei c zu und verläßt das
Zersetzerrohr als Lauge ebenfalls durch einen Überlauf bei d. Der Wasserstoff entweicht
bei w.
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Der durch die Überläufe und eventuell durch die Schräge des Rohres
gegebene regulierbare Flüssigkeitsstand im Rohr ist in Abb. 3 durch die Niveaulinien
e für das Amalgam und f für die wässerige Phase angedeutet.
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Zweckmäßig wird die über die ganze Rohrlänge reichende Scheibenreihe
in Einzelabschnitte unterteilt, derart, daß beispielsweise über die Welle Rohrstücke
geringerer Länge E (z. B. solche von 1/z m) geschoben werden, auf denen die Graphitscheiben
mittels einer fest aufgeschweißten Eisenscheibe G (vgl. Abb. 2), mehrerer- Bolzen
F und eventuell einer losen Endscheibe befestigt werden. Die Rohrstücke ,verden
auf der Welle mittels Splint oder in ähnlicher gebräuchlicher Weise befestigt.
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Die Distanz zwischen den Graphitplatten soll sehr eng gehalten werden;
sie kann beispielsweise etwa 2 bis 4 mm betragen; dadurch wird das gesamte OOuecksilber
in lauter dünne Lamellen zerlegt und, bezogen auf ein Einheitsvolumen an Quecksilber,
eine sonst nicht erreichbare Dichte an Dreiphas.engrenzlinien und an Berührungsfläche
zwischen Amalgam und wasserbenetztem Graphit geschaffen.
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Die Konvektion innerhalb der in schmale Lamellen unterteilten Quecksilberphase
wird durch die die Zwischenräume durchdringenden Bolzen im wesentlichen bewirkt
und kann durch zusätzliche Einlagen verstärkt werden. Als solche eignen sich ganz
besonders runde Zwischenscheiben, aus denen in bestimmter Weise, wie Abb. 4 zeigt,
Ausschnitte D ausgestanzt sind, welche bei der Drehung der Welle als Schöpftaschen
wirken, durch die sowohl das Quecksilber als auch die Lauge von einer Seite g auf
die andere Seite h hinübergeschöpft werden.
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In einem solchem Falle müssen zusätzlich Einrichtengen vorgesehen
werden, die einen Rückfluß der beiden Flüssigkeiten erleichtern, ohne daß eine
unzulässig
starke Vermischung sowohl des Amalgams als auch der Lauge über die ganze Länge des
Rohres herbeigeführt wird. Zu diesem Zweck werden innerhalb der über die ganze Rohrlänge
sich erstreckenden Scheibenreihe an einzelnen Stellen Lücken ausgespart, durch welche
das Amalgam und die Lauge von der Seite h wieder nach der Seite g zurückfließen
können. Um eine Vermischung des Quecksilbers und der Lauge in der Längsrichtung
des Rohres noch wirksamer auszuschließen, können, wie Abb. 2 zeigt, einige oder
sämtliche Lücken mit zusätzlichen Zwischenscheiben H ausgestattet werden. Man kann
aber auch zwischen je zwei mittels der Bolzen F zusammengefaßten Scheibenrostebündeln
eine lose, mit Durchtrittsöffnungen versehene Trennscheibe I vorsehen, wie dies
aus den Abb. 2, 3 und 5 ersichtlich ist..
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Die Distanzstücke können aus alkalibeständigem Material der verschiedensten
Art bestehen, z. B. gleichfalls aus Graphit oder aus Metall, Gummi oder aus alkalifesten
Kunststoffen.
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Um an Quecksilber zu sparen und um den Abzug des bei der Amalgamzersetzung
gebildeten Wasserstoffs zu erleichtern, ist es zweckmäßig, die die Scheiben tragende
Welle B, wie aus den Abbildungen ersichtlich, im Rohr exzentrisch anzuordnen, und
zwar derart, daß im unteren Teil des Rohres der Spielraum zwischen Rohrwandund Scheibenumfang
möglichst klein ist.
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Selbstverständlich kann das Rohr, wenn z. B. aus baulichen Gründen
der Wunsch nach einer Verkürzung der Längendimension besteht, hinsichtlich des Durchmessers
erweitert oder aber auch in zwei oder mehrere Abschnitte zerlegt werden, die parallel
zueinander angeordnet werden können.
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Bei der Ausbildung der Zwischenlagen als Schöpftaschen wird also die
Zahl der Dreiphasengrenzlinien noch erhöht. Die in viele dünne Lamellen zerlegte
Amalgammasse wird in den Taschen in relativ breiter Fläche und unter verhältnismäßig
hohem Ouecksilbcrdruck mit der laugenbenetzten Graphitwand in Berührung gebracht.
Amalgam und Lauge werden durch den Schöpfvorgang intensiv durchgemischt und das
an der Graphitwand anliegende Laugenhäutchen ständig abgespült und erneuert. Diese
Umstände sind die Hauptgründe dafür, daß beim Arbeiten mit dieser Vorrichtung die
Amalgamzersetzung betriebssicher und unter größter Raumkonzentration mit einer Quecksilbermenge
durchgeführt werden kann, die nur einen Bruchteil, etwa ein Drittel bis die Hälfte,
derjenigen beträgt, die in den normalen Pilen angewendet werden muß. Ein weiterer
Vorteil der Vorrichtung gemäß der Erfindung besteht darin, daß hier praktisch kein
Quecksilbergefälle benötigt wird. Der Gegenstand der vorliegenden Erfindung unterscheidet
sich sowohl hinsichtlich Zielsetzung als auch Wirkung von solchen älteren Vorrichtungen,
bei welchen entweder Metallstäbe oder -platten oder um eine horizontale Achse drehbare
Metallscheiben zum Aufbringen von adhärierenden Amalgamschichten Verwendung finden.