DEM0002095MA - Verfahren und Vorrichtung zur elektrolytischen Zersetzung wäßriger Alkalisulfatlösungen - Google Patents

Description

Verfahren und Vorrichtung zur elektrolytischen Zersetzung wässriger Alkaliaulf at !Hungen.

Die Elektrolyse wässriger Alkalisulfatlcaungen nach dem Amalgamverfahren arbeitet im allgemeinen mit einer am Boden des Elektralysiergefasses fliessenden Queckailberschicht ala Kathode und mit darüber angebrachter Anode_e Der Betrieb einer solchen Anordnung ist nur dann wirtschaftlich, wenn die Zellenspannung niedrig ist. Das bedeutet, dass der'«An-ede?*a-b*c stand nur wenige Killimeter 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 den Elektroden freitragend unterzubringen, ohne die Quecksilberfläche zu berühren. Letzteres würde zu stürmischer Amalgamzersetzung führen. Ausserdem lässt sich die Bildung geringer Wasserstoffmengen an der Kathode nicht mit Sicherheit vermeiden. Dieses Cras sammelt sich dann unter dem Diaphragma an und verhindert mit der

2eit den Stroaduroheang duroh die Zelle.

Man hat versucht, diese zuletzt behandelte Schwierigkeit durch neigung des Diaphragmas auazuschalten, was aber> da die Quecksilberoberflache nur sehr schwach geneigt sein kann, zu wirtschaftlich nicht mehr tragbaren Slektrodenabständen führt. Das DRP 70$ 771 sieht aus demselben fr runde eine treppenförmige Queoksilberkethode in Verbindung mit einen der Treppenneigung parallel liegenden Diaphragma vor. Aus der Patentschrift ist jedoch zu entnehmen, dass man bei den üblicherweise angewendeten Stromdichten von 20 - 25 A/dm^ Spannungen in der Gegend von 6 - 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 Uber die Queoksilberoberfläche und nach oben bis über die StandhShe des Elektrolyten reichen. Der Elektrolyt wird nun derart geleitet, dass er innerhalb des engen Schachtes, der die bandförmige Anode umgibt, aufsteigen muss, sodass die anodisch gebildeten Wasserstoff!onen an der Wanderung zur Kathode gehindert

sind_β Die zur Erzielung dieses Effektes erforderliche Strömungsgeschwindigkeit ist äusserst gering und beträgt je nach Stromdichte und gewünschter Schwefelsäurekonzentration IO - 200 mm pro Stunde.

Eine besonders praktische Ausführungsform 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 3trömungsrichtung des Quecksilbers angebracht sind. Die Schächte oder Kästen sind mit einem überlauf zur Abführung des sauren Anolyten versehen. Sie können oben geschlossen sein₉ 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 vor» zuziehen, die G-asräume über beiden Elektroden miteinander zu verbinden. Das ist praktisch durchführbar, da die 'Vaeserstoff entwicklung an der Kathode nur sehr gering ist.

Eine 3ehr wesentliche und vorteilhafte Ausfüirrungsform der Erfindung sieht vor, die die Anoden umgebenden Schächte an ihrer Unterseite durch ein feines Sieb oder poröses Gewebe bezw. Diaphragma aus nichtleitendem Material Ebzuschliessen_i 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 Iassen_s um den 3og des wandernden Quecksilbers zur Entfernung der wasserstoffbläschen auszunutzen.

Eine besonders vorteilhafte Ausfiihrungsform der Erfindung 1st in Abbildung 1 in Aufsicht dargestellt» Abbildung 2 stellt den in Abbildung 1 angedeuteten Querschnitt P-P und Abbildung 3 einen Längsschnitt O-C durch die Anodenzellen dar«

K ist das Elektrolysiergefässj an dessen Boden eine dünne₉ über das ganze Gefäas verbreitete Queeksilberschicht von rechts nach links fliesst, wobei sie sich mit Alkalimetall belädt. Das gebildete Amalgam fliesst unter der Trennwand T hindurch in die Zersetzungsrinne B_f in welcher es durch Wasser zersetzt wird. Das Wasser wird bei 7£ 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 Uhrzeigersinne) aufrecht zu halten«, Unter der Trennwand Z tritt das Quecksilber in den Torraum P 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 Porm schmaler Bänder A angeordnet, die in langen rechteckigen Kästen G untergebracht sind. Am Boden des Elektrolysiergefäsaes K fliesst die Quecksilberschicht Hg. .'/enige Millimeter über derselben befindet sich im Kasten G aus isolierendem Material die Anode A. Der Kasten C- ist unten mit einem Gewebe M aus widerstandsfähigen fasern (z.Bi»«S^Se-^iltTrtuch*)" ' abgeschlossen» Der Elektrolyt fliesst ausserhalb der Anodenkästen zu, steigt in denselben hoch und läuft Uber 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 Kästen konstant hält«,

In der beschriebenen und abgebildeten Apparatur wurde bei längere Zeit laufendem kontinuierlichem Betrieb eine Lösung von 550 g Hatriumsulfat pro Liter bei 58° 0, einer anodischen Stromdichte von 22 A/ dm und bei einer Zellenspannung von 4,90 7 elektrolysiert. Man ersielte eine Stromausbeute von 96,5 f> der Theorie und eine Schwefelsäurekonzentration im Anolyten von 142 g pro Liter«

Claims (1)

1. Patentansprüche

   I_e Torrichtung zw? Elektrolyse wässriger Hkali 0ulfatlösungen nach dem ImaLgaiaTei fahren, dadurch gekennseichne t, dass man die .anode als f ortlaufendes oder unterteiltes verhäl tni smässig langes und schales Band ausbildet* das seitlich aberall Ton Winden aus JaichtleitendeB_s im saure» Elefctrolyten beständigen Ilaterial umgeben ißt, welche nach asten bis dicht tiber die Qaectesil Oer oberfläche unä nach oben bis über die Stanähöha des Elektrolyten reicnsn·

   2« Vorrichtung nach Iiisprach I_f dadurch gekennzeichnet, dass die geteilte Anode in Forisa mehrerer bis vieler gerader parallel zueinander liegsnder Bänder quer aur ötrömungarichtang des Quecksilbers angeordnet ist*

   3« Vorrichtung »ach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass für die Abführung des Inolyten aus den einzelnen Anodenschächten eine gemeinsame Saoiti el rinne Torgesehen ist«

   4· Torriehtung nach lasp-raeh 3* dadurch gekennzeichnet, dass' die Saiamelrinne einen festen oder eine teilbaren Überlauf zur Abführung des Anolyten enthält,

   5· Torrichtung nach Anspruch 1 bis 4» dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenschichte an ihrer Unterseite durch ein feines Sieb oder poröses Gewebe bzw· Siaphrag»» abgeschlossen sind.

   6. Torrichtnng nach Ansprach. 5_S dadurch, gekennzeichnet^ dasa der durchlässige bzw. halbdurchlässige BodenTersahlaes der Anodenschächte eine leiokte leigmg erhalt, die vorzugsweise in Üchttmg des ^ttecksilberflasses ansteigt®

   Τ» Torriciitvm% nach. Ansprach 1 Iiis 6₅ dadurch gekennseiGimet_f class öle Onsräuiie fiber der Ioiode und der ICatiiode nicht voneinander -srexaat sind«,

   8« Yorrichtuiig nach Anspruch. 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dia imoäen schächte oben geschlossen sind, una dass durch geeignete Eittsl ©in rascher und zuverlässiger IiruckausgL ei oh zwischen den Gasräumen über den beiden l2Lek~ troden siehergestellt ist.

   9· Verfahren sur ,Elektrolyse wässriger .Alkalisulfatlösangen nach dem JyaaLgamrerfaliren_f dadurch gekennsei Chnst_s dass Clez^j Slektroljrt in lange, sChnale_f gegebenenfalls unterteilte Anoaenschächte unten in geringes Abstand von der Kathode eintritt, in den ΰchaohten hochsteigt und über einen Überlauf in eine geiaeinsrane vom IHetetroljrten getrennte SaEsselrinne abfliesat.

   10. 'verfahren nach .ansprach 9, dadurch gekennzeichnet, dsss gleichseitig der anodisch entwickelte Sauerstoff gewonnen Kird_s wobei durah entsprechende Fittel ein guter Sruok&ttsgl eich zwischen Hen' Gäsrihinen über der Kathode und über der Anode sichergestellt'Iot_e \