FI57276B - Elektrolyscell - Google Patents

Description

-«•‘ft—'-1 γβΙ m1vKUULUTUSJULKAISU

wTa ^ (11) UTLÄGGNINGSSKR1FT 5 72 76 C (45) Patentti cySnr-tf.y 1 3 C7 1030 ^ T ^ (51) Kv.lkJ/Int.CI.1 C 25 C 7/00 SUOMI — FINLAND (21) **·"**»·»">“· — P«*nUn*ttknln| 21+17/71* (22) H»k«ml*pllvl — An*öknlnf»d»| 15.08.7I+ ' ' (23) AlkupUvi—Giltl|h«ttdag I5.O8.7I+ (41) Tullut Julkiseksi — Bllvit off«itllg

Patentti- ja rekisterihallitus .... ’ 5 _ 1 (44) Nihttvikflpanon ja kuuL|ulkti*un pvm. —

Patent- och registerstyrelaen Amttkan uttagd och utl.ikrlft·* publlcarad 31.03 80 (32)(33)(31) Pyy4«tr atuelkaui-B*|lrd prloritat ig.o8.73

Ranska-Frankrike(FR) 7329901+

Toteennäytetty-Styrkt (71) Le Nickel, 1, Boulevard de Vaugirard, 75751 Paris Cedex 15,

Ranska-Frankrike(FR) (72) Lucien Allais, Marly Le Roy, Pierre Mardine, Saint Gratien,

Ranska-Frankrike(FR) (7I+) Oy Jalo Ant-Wuorinen Ab (5I+) Elektrolyysikenno - Elektrolyscell Tämä keksintö koskee kennoa metallikloridien vesiliuosten elektrolysoimiseksi liukenemattomilla anodeilla, joka kenno on erityisesti sopiva puhtaan nikkelin valmistamiseksi nikkelikloridiliuok-sista.

Tunnetaan ennestään kennoja joissa on elektrolyyttisäiliö, joka on varustettu sähkövirran syöttöelimillä, vuorottaisilla pystysuorilla anodeilla ja katodeilla sijoitettuina välimatkan päähän toisistaan säiliön pituusakselia pitkin. Jokaisen anodin ympärillä on kotelo ja siinä on elimet tuoreen elektrolyytin syöttämiseksi säiliöön ja käytetyn elektrolyytin poistamiseksi. Eräs tunnettu tällainen kotelo on parallellipipedin muotoinen ja sen kahdessa pitkässä yhdensuuntaisessa sivussa on aukot joiden yli on pingotettu diafragmana toimivaa kangasta. Metallikloridin (-kloridien) elektrolyysissä vapautuu anodeilla kaasumasta klooria, kun taas metallia (metalleja) muodostuu katodeille.

Tällaiset kennot eivät ilmeisesti ole saavuttaneet suurta teollista merkitystä ja tässä yhteydessä on sopivaa lainata US-patentista 2 57276 2 578 839 erästä kohtaa, jossa näiden laitteiden eräät epäkohdat on esitetty.

"Aikaisemmin on yritetty käyttää nikkeliä katodilla ja klooria anodilla tuottavia kennoja, mutta nämä yritykset eivät ole onnistuneet kloorin käsittelyssä esiintyvien vaikeuksien johdosta. Taloudellista käyttöä varten riittävän katoditehon aikaansaamiseksi on lisäksi osoittautunut tarpeelliseksi käyttää joko katodi- tai anodi-diafragmoja sen estämiseksi, että suuri osa sähköstä tulee käytetyksi vetyionien muodostukseen ja kloorin pelkistykseen. On kuitenkin todettu jokaisen tällaisen, nikkelin sähköiseksi jalostamiseksi sopivan diafragma-systeemin huononevan nopeasti johtuen molekulaarisen kloorin vaikutuksesta, josta seuraa lukuisia kloorivuotoja mikä tekee diafragmojen ja säiliövuorauksien useasti toistuvan vaihdon tarpeelliseksi. Edellä mainittuja vaikeuksia vieläkin hankalampi on ollut kloorattujen veteen liukenevien orgaanisten yhdisteiden pääsy nikkelielektrolyyttiin, josta on seurauksen deformoituneet, kiertyneet katodit koko säiliössä".

Edellä mainitun patentin mukaan on ehdotettu että eräät näistä ongelmista vältetään estämällä kaasumaisen kloorin vapautuminen käyttämällä katolyyttistä eroavaa anolyyttiä, jolloin kunkin katoditilan ja viereisen anoditilan välillä on välitila.

Tässä kennossa on epäkohtia, erityisesti siinä suhteessa, että välitila suurentaa elektrodien välistä etäisyyttä joka puolestaan lisää sähkövoiman kulutusta kennon lisääntyneen ominaisvastuksen johdosta.

Tämän keksinnön eräänä tarkoituksena on siis aikaansaada elektro-lyysikenno, jossa ei esiinny kloorivuotoja eikä höyryjä pääse siirtymään ympäröivään ilmaan, ja joka näin ollen ei aseta henkilökuntaa vaaralle alttiiksi.

Keksinnön eräänä toisena päämääränä on aikaansaada tyydyttävän sähkötehon omaava kenno.

Keksinnön mukaisessa kennossa on edullista, mikäli siinä katodit ja anodit helposti voidaan sijoittaa paikoilleen ja, anodin ollessa kysymyksessä, poistaa kajoamatta anodikoteloihin ja ilman että ilmenee vaaraa että elektrodien asento muuttuisi käytön aikana. Kennon katodeille muodostamien metallikerrostumien pintojen tulisi myös olla laadultaan tasaisia ja tyydyttäviä. Kennon tulisi olla lisäksi helppo käyttää teollisesti ja että se on rakenteeltaan yksinkertainen, tukeva ja verraten huokea.

3 57276

Keksinnön mukaisesti aikaansaadaan kenno metallien valmistamiseksi elektrolysoimalla vastaavien kloridien vesiliuoksia liukenemattomilla anodeilla, joka kenno käsittää ainakin yhteen elektrolyysi-säiliöön, edullisesti sen pituussuuntaan vuorotellen sijoitetut pystysuorat katodit ja anodit, jolloin jokaista anodia ympäröi anodiko-telo, joka on varustettu kummallakin suurella pinnallaan erotuskalvo-verhouksella, sekä laitteet elektrolyysin aikana kehittyneen kloorin keräämiseksi ja talteenottamiseksi, ja joka kenno tunnetaan siitä, että laitteet elektrolyysin aikana kehittyneen kloorin keräämiseksi ja talteenottamiseksi käsittävät altaaseen kiinteästi kiinnitetyn pitkittäiskourun, joka on yhteydessä altaaseen elektrolyytin pinnan alapuolella, tätä kourua pitkin kulkevan kloorin keräysjohdon, keräys-johtoon yhdistetyt laitteet vapautuneen kloorin imemiseksi ja keräämiseksi, tiiviin, kunkin anodikotelon peittävän, alareunoistaan elektro-lyyttiin uppoavan anodihuuvan sekä oleellisesti pystysuoran putken, että jokaisen anodihuuvan sisäosa on yhdistetty kloorin kokoojaput-keen, ja että kennossa on laitteet elektrolyyttikylvyn pinnalle kehittyneen happohöyryn poisimemiseksi.

Yhdistämällä nämä elimet tehdään mahdolliseksi asetettujen päämäärien saavuttaminen, erityisesti hyvänlaatuisen tuotteen teollinen valmistus ilman mitään vaaraa henkilökunnalle ja tyydyttävän alhaisella voimankulutuksella.

On ilmeistä että anodikuvut muodostavat hydrauliset sulut ja että kloori ei pääse poistumaan paitsi syöttöputkien kautta (jotka mieluimmin ovat pystysuoria putkia) joissa se otetaan talteen kloorin keräysputken kautta. Verrattuna US-patentin 2 578 839 mukaiseen ehdotukseen, jossa on yritetty estää kaiken molekulaarisen kloorin vapautuminen on tämän ratkaisun mukaan mahdollista ottaa kloori talteen kaasun muodossa. Talteenotto on edullinen kloorin kaupallisen arvon johdosta, joka kloori lisäksi voidaan helposti muuttaa kloorivedyksi, jota käytetään niiden kloridien valmistamiseksi, joita käytetään elektrolyysissä kennossa.

Elimet elektrolyytin pinnassa muodostuneiden höyryjen poistamiseksi käsittävät altaaseen kiinteästi kiinnitetyn sekä tämän kanssa elektrolyyttipinnan yläpuolella yhteydessä olevan pitkittäiskanavis-ton, laitteet tämän kanaviston sisällöin imemiseksi ja keräämiseksi sekä elastiset poikittaishihnat jotka peittävät altaan sekä kanaviston tiiviisti.

4 57276 Tällä puhdistuslaitteella on se etu, että se käyttää paljon vähemmän voimaa kuin samantyyppiset tunnetut laitteet, erityisesti taipuisien tiivistysliuskojen ansiosta, jotka voidaan yhdistää, tai vieläkin edullisemmin, sovittaa limittäin.

Kukin poikittainen liuska voi olla kiinnitetty anodiin ja kennossa on useita ainakin osittain ruuvikierteillä varustettuja tankoja, jotka on kiinnitetty kunkin anodin yläosaan, jolloin kuhunkin tankoon on kiinnitetty pultilla alhaaltapäin ylöspäin kutakin anodia varten, sen vastaava anodikupu ja yksi poikittaisista taipuisista liuskoista, ja jolloin tankojen yläpäät on yhdistetty kannatuspalkkiin, joka on yhteinen vain yhden anodin kaikille ruuvikierteillä varustetuille tangoille.

Erään rakenteen mukaan kourulla ja puhdistuskalvolla on yhteinen pituussuunnassa kulkeva väliseinämä ja ne ovat kiinnitetyt säiliön ulkopuolelle, jolloin väliseinämä sallii yhteyden kourun ja kalvon välillä, mutta vain elektrolyyttipinnan yläpuolella. Höyryt voivat näin ollen siirtyä kloorin poistokourun kautta ennen niiden joutumista puhdistuskanavaan, josta ne poistetaan imulla.

Kenno voi olla varustettu elimillä kaasun (joka voi olla yksi kaasu tai kaasuseos) puhaltamiseksi kylvyn pohjaan, jotka elimet käsittävät edullisesti monireiällisen, pystysuorasti kunkin katodin alapuolelle sovitetun jakelulaitteen, joka on laakean V:n muotoinen, jolloin kunkin V:n kärki on yhdistetty yhteiseen, pituussuunnassa kulkevaan putkeen, joka on yhdistettävissä elimiin ainakin yhden kaasun puhaltamiseksi putkeen paineen alaisena.

On todettu että tämän kaasupuhaltimen tehokkuus on suurin jos jakelulaitteen reikien läpimitta on erittäin pieni, mieluimmin 0,ΙΟ, 5 mm, esim. 0,3 mm. On lisäksi edullista jos kunkin jakelulaitteen reiät sijaitsevat kahdessa rivissä jakelulaitteen pystysuoran symmet- 5 57276 riatason kummallakin puolella. Jakelulaitteen muodostaman V:n kummassakin haarassa reikärivit sijaitsevat mieluimmin kahdella emäviivalla, jotka ovat mieluimmin noin 45° ylimpänä sijaitsevasta emäviivasta, jakelulaitteen symmetriatason (V:n sisältävän tason) kummallakin puolella.

Erään rakenteen mukaan kaasunpuhaltimet ovat kiinteästi asennetut pituussuunnassa kulkeviin kappaleisiin, jotka on irroitettavasti kiinnitetty pituusuunnassa kulkeviin, säiliön pohjasta ulkoneviin ri-poihin.

Nämä järjestelyt mahdollistavat nousevan kaasuvirtauksen katodeja pitkin, jolloin katodit tulevat tehokkaasti pyyhkäistyiksi elektrolyytillä. Myös kennon sisällön homogeenisyys on näin taattu (mukaanluettuna jälkeenpäin lisätyt aineet, esimerkiksi kylvyn regeneroimi-seksi tarkoitetut kloridiliuokset tai erilaiset lisäaineet).

Nämä järjestelmät vähentävät myös kylpyyn kerääntyneiden kaasujen määrää, ja tällöin saadaan katodeille erinomaiset pintaominaisuudet omaava kerrostuma. Tämän ansiosta on mahdollista sovittaa elektrodit lähemmin toisiaan mikä teoreettisesti tekee mahdolliseksi vähentää kylvyn ominaisvastuksen kuluttamaa sähkövoimaa, edellyttäen että on voitu ratkaista se käytännön ongelma joka liittyy katodien, anodien ja anodikoteloiden sovittamiseen ja pysyttämiseen tarkasti paikoillaan Selmalla kun ne on voitava poistaa helposti kylvystä ja asentaa siihen uudestaan.

Tähän tarkoitukseen käytettävät elimet käsittävät mieluimmin kutakin anodia varten kaksi poikittaissuunnassa välimatkan päähän toisistaan sovitettua, pystysuoraa ohjauskiskoa, jolloin kullakin ohjaus-kiskolla on pääasiassa U-muotoinen poikkileikkaus U:n ollessa avoin säiliön vastaavaa lähimpänä olevaa sivua päin ja jolloin U:n uuma-osa on syvennys jonka vastakkaiset sivut tarttuvat ko. anodin anodi-koteloon, ja jolloin katodien pystysuorat reunat on varustettu säh-käisesti eristetyllä reunakappaleella tai kehyksellä liikkeitä 6 57276 pitkittäissuunnassa kahden peräkkäisen ohjauskiskon U:n vastaavat haarat estävät, joiden välissä katodi on ; molemmat pystysuorat ohjauskiskot voidaan asentaa symmetrisesti säiliön kummallekin puolelle. Kussakin näissä ohjauskiskoissa voidaan katsoa olevan kehys-osa joka tarttuu anodikotelon sivuihin.

On lisäksi edullista jos ohjauskiskojen U:n mainitut haarat ulottuvat pystysuorasti U:n uumaosan yläpuolelle ja ovat taivutetut sisäänpäin muodostaen kaltevat ohjauspinnat katodin sijoittamiseksi paikoilleen. Näiden kaltevien ohjauspintojen tai siipien tarkoituksena on helpoittaa katodien sijoittamista kylpyyn, jotka katodit mieluimmin on varustettu eristävällä reunuksella tai kehyksellä, esimerkiksi puusta, kumi- tai muoviaineesta, ainakin niillä kolmella sivulla jotka joutuvat kosketukseen elektrolyytin kanssa.

Anodikoteloiden pysyttämiseksi paikoillaan ohjauselimet käsittävät mieluimmin kaksi pienempää ja kaksi suurempaa pidikettä, joilla kaikilla on pääasiassa J-muotoinen profiili ja jolloin kunkin J:n pidemmän haaran pää on taivutettu sen tarttumista varten ko anodin anodikotelon lyhyempiin, vastaavasti pitempiin yläreunoihin, jolloin nämä pidäkkeet on kiinnitettävissä säiliöön. Kussakin anodikotelossa diafragmana toimiva kangas voidaan sitten kiinnittää kotelon yläreunoihin mainitun J:n pidemmän haaran ulospäin taivutetun pään avulla.

Kennossa on lisäksi edullisesti vielä kaksi sivusuunnassa välimatkan päähän toisistaan sovitettua pitkittäissuunnassa kulkevaa hammastettua kehystä, jossa on suorakulmionmuotoiset hampaat, joiden välinen etäisyys on sama kuin kahden peräkkäisen anodin välinen etäisyys. Tämä etäisyys on luonnollisesti sama kuin kahden peräkkäisen katodin välinen etäisyys.

Kunkin anodikotelon kaksi pienempää kiinnityspidikettä on mieluimmin kiinnitetty pulteilla, käyttäen mahdollisesti välikappaletta, yhteen kehyksessä olevista, kahden vastakkain sijaitsevan hampaan muodostamista hammaspareista.

Edullisissa rakenteissa ohjauskiskot ovat varustetut niiden ylä-ja alapäissä olevilla kiinnitysolakkeilla. Saman anodikotelon molempien ohjauskiskojen alemmat olakkeet voidaan sitten yhdistää anodikotelon pohjaan sovitettuun poikittain kulkevaan levyyn. Pienemmät pidäkkeet kiinnitetään pulteilla ylempään olakkeeseen. Kunkin anodikotelon suuremmat pidikkeet voivat sijaita säiliön kummallakin puolella kahdessa peräkkäisessä lovessa vastaavassa kehyksessä.

57276 7

Anodit ja anodikotelot pysytetään alapäistään paikoillaan mieluimmin keskityselimillä jotka kutakin anodia varten ja tämän pystysuorassa symmetriatasossa käsittävät kaksi mieluimmin pystysuoraa tai ylöspäin suunnattua keskitystappia jotka mahdollisesti ovat symmetrisiä säiliön akseliin nähden ja kiinnitetyt säiliöön, jolloin vastaavan anodikotelon pohjassa on kaksi aukkoa joiden läpi keskitystapit menevät kun kotelo asennetaan paikoilleen; kunkin anodin alapäässä voi olla kaksi umpireikää, johon nämä keskitystapit asettuvat.

Jokaisen anodikotelon pohjassa olevat kaksi aukkoa voi kumpikin olla varustettu kauluksella johon vastaava keskitystappi työntyy jolloin tämän kauluksen alaosassa on laippa tai pääteosa, ja yläpäässä ruuvikierteillä varustettu osa, johon on kierretty mutteri joka kauluksen pääteosan ja anodikotelon pohjan välillä kiinnittää edellä mainitun poikittaisen levyn johon elektrodien ohjauskiskot voidaan kiinnittää pulteilla niiden alemmista kiinnitysolakkeista.

Edullisimmalla ohjausjärjestelmällä on seuraavat kolme erillistä mutta toisiaan täydentävää tehtävää: 1. asennettaessa anodi paikoilleen keskitystapit asettuvat anodien alaosassa oleviin umpireikiin pitäen anodit irroitettavasti paikoillaan jolloin anodit voidaan helposti poistaa ja sijoittaa tarkasti paikoilleen kajoamatta anodikoteloihin.

2. anodikoteloa asennettaessa, joka tunnetusti tapahtuu vain harvoin, kotelon pohjassa olevat kaulukset voidaan helposti työntää kes-kitystappien päälle ja ne pitävät yhdessä tappien kanssa kotelon paikoillaan, ilman että mitään osia säiliön pohjassa on purettava; purettavat komponentit voivat kaikki sijaita -säiliön ylemmässä osassa (johon on helpompi pääsy).

3· anodikoteloa poistettaessa sen sisältämä elektrolyytti valuisi tavallisesti ulos diafragman läpi, joka täten venyisi ja saattaisi vahingoittaa kankaita. Keksinnön mukaisessa edullisessa laitteessa elektrolyytti pääsee valumaan ulos kotelon pohjassa olevien kaulusten aksiaaliporausten kautta.

Kennoa voidaan täydentää kahdella kylvyn pohjaan kiinnitetyllä pitkittäissuunnassa kulkevalla hammastetulla kehyksellä, joiden loviin katodien alapäät asettuvat.

Edellä olevassa on sanontaa "elektrolyyttikenno" käytetty olettamalla että kukin kenno käsittää vain yhden ainoan säiliön.

On kuitenkin selvää että sanonta "kenno" sen laajemmassa merkityksessä voi tarkoittaa teollista elektrolyysiyksikköä, jossa voi olla kaksi 8 57276 tai useampia selitetyn kennon kanssa identtisiä tai analogisia kennoja.

Tämän tyyppinen elektrolyysiyksikkö käsittää mieluimmin kaksi symmetristä säiliötä asetettuina yhdensuuntaisesti vierekkäin.

Näillä säliliöillä voi olla useita yhteisiä laitteita kuten esimerkiksi elimet kloorin vapauttamiseksi ja keräämiseksi tai elimet säiliöiden pinnassa muodostuneiden höyryjen poistamiseksi.

Keksintö koskee metallia (kuten nikkeliä) sen ollessa valmistettu elektrolysoimalla sen kloridin vesiliuosta edellä selitetyn tyyppisessä kennossa.

Keksintö selitetään esimerkin muodosssa viitaten oheen liitettyyn piirustukseen, jossa

Kuvio 1 on kaaviomainen pystysuora poikkileikkaus keksinnön mukaisesta yhden säiliön käsittävästä elektrolyysikennosta;

Kuvio 2 on osittainen poikkileikkaus kuvion 1 viivaa X-X pitkin;

Kuvio 3 esittää yksityiskohtaisemmin sitä kuvion 1 osaa joka liittyy k aasunpuh ai tiilien kiinnittämiseen kennossa,

Kuvio 4 on osittainen poikkileikkaus kuvion 1 viivaa Y-Y pitkin;

Kuvio 5 on kaaviokuva elimistä katodien ja anodikoteloiden pitämiseksi paikoillaan kennossa;

Kuvio 6 on kaaviollinen perspektiivikuva kuvion 5 mukaisista elimistä,

Kuvio 7 esittää keskitystappia anodikoteloa varten kennon sisässä.

Kuten edellä on selitetty voi keksinnön mukainen elektrolyysi-kenno käsittää useita identtisiä tai symmetrisiä säiliöitä ja seuraa-va selitys liittyy yksinomaan yhteen näistä säiliöistä.

Kuten kuviosta 1 ilmenee käsittää keksinnön mukaisen kennon elektrolyyttisäiliö parallellipipedinmuotoisen säiliön 1 joka tasolle 2 on täytetty elektrolyytillä 3 joka on sellais(t)en metalliklori-di(e)n vesiliuos joita on tarkoitus saostaa kennon katodeille — elektrodientason kanssa yhdensuuntisessa tasossa.

Pääasiassa tasomaiset katodit 4 (ei esitetty kuviossal) ja anodit 5 sijaitsevat pystysuorasti säiliössä ja ovat yhdensuuntaisia keskenään ja parallellipipedi-säiliön 1 lyhyiden sivujen kanssa. Sanontaa "pitkittäissuunta" käytetään seuraavassa tarkoittamaan katodien ja anodien tasoa vastaan kohtisuoraa suuntaa, ja sanonta "poikittaissuunta” jokaista katodien ja anodien tasojen kanssa yhdensuuntaista suuntaa.

Katodit ja anodit alternoivat; niinpä kukin katodi sijaitsee kahden anodin välillä, jolloin viimeinen elektrodi säiliön kussakin 9 57276 päässä on anodi.

Noin 30.000 ampeeria läpäisevä kenno saattaisi käsittää kaksi symmetristä säiliötä, jolloin kussakin on 30 katodia ja 31 anodia ja jolloin kummankin mitat ovat noin 1 m vaakasuorassa poikittais-suunnassa, korkeus 1,3 m ja pituus 4,7 m.

Seuraavassa selitetään laite kloorin keräämiseksi keksinnön mukaisessa elektrolyysikennossa. Kuten kuviosta 1 ja 2 ilmenee, kunkin anodin 5 yläosa on kokonaan peitetty hermeettisellä anodikuvulla 6 jonka poikkileikkaus on ylösalaisin käännetyn U:n muotoinen. Kaksi osittain ruuvikierteillä varustettua pystysuoraa tankoa 7 on kiinnitetty anodiin 5 ja ne suuntautuvat siitä ylöspäin. Tangot läpäisevät kuvun 6 uumaosan johon ne on kiinnitetty muttereilla. Käinkin anodin 5 neljän tangon 7 yläpäät on kiinnitetty poikittaiseen ripustuspalkkiin 8 joka on kiinnitetty ei-esitettyyn runkoon. Kuvun 6 alareunat ulottuvat elektrolyytin 3 pinnan 2 alapuolelle, ja muodostavat hydraulisen tiivisteen estäen kloorin pääsyn ulkopuolelle. Jokainen anodi on vastaavalla tavalla varustettu.

Elektrolyysissä muodostuneen ja kupuihin 6 akkumuloidun kloorin poistamiseksi, kuvut (vrt. kuviota 1) ulottuvat poikittaissuunnassa säiliön 1 yhden pydysuoran seinämän ohi ja tässä niiden alareunat ovat upotetut pitkittäisessä kourussa 9 olevaan elektrolyyttiin, joka kouru on yhteydessä säiliön sisällön kanssa niin että elektrolyytin pinta on samalla korkeudella. Kloorin keräysputki 10 kulkee pitkin kaukalon 9 pohjaa ja kunkin anodin kohdalla se on varustettu pystysuoralla putkella 11 joka yhdistää putken 10 sisätilan kuvun 6 alaosaan. Kloori voi poistua kuvuista 6 vain pystysuorien putkien 11 kautta ja virtaa keräysputkeen 10 josta se voidaan poistaa jollakin sopivalla tavalla.

Säiliö käsittää myös puhdistuslaitteen ja höyryjenpoistolaitteen (joka on riippumaton edellä selitetystä kloorin keräyslaitteesta) elektrolyysikylvyn pinnalta, sen korkean lämpötilan (esim. 80-110°C) johdosta, poistuvan höyryn keräämiseksi. Vaikkakin tämä höyry on vähemmän vaarallinen kuin kloori, on kuitenkin edullista estää sen poistuminen.

Puhdistus- ja höyryhkeräyslaite käsittää kalvon 12 joka on yhdistetty imulaitteeseen (ei esitetty) ja joka koko pituudeltaan on yhdistetty kouruun 9. Niinpä kalvo 12 on yhteydessä säiliön 1 kanssa, vaikkakin se sijaitsee sen ulkopuolella, puhdistuskalvon 12 ja kourun 9 yhteisen seinämän yläpuolella olevan pitkittäisen kanavan välityksellä. Tämän yhteisen seinämän yläosa on pinnan 2 yläpuolella elektrolyytin 3 sisäänpääsyn estämiseksi.

10 57276

Taipuvaa ainetta (mieluimmin kumia) olevat vaakasuorat poikittaiset liuskat 14 peittävät täydellisesti säiliön 1 ja puhdistus-kalvon 12. Kukin näistä liuskoista on yhdistetty anodiin ja joka toinen liuska peittää osan sen molempien vierekkäisten liuskojen leveydestä (pitkittäissuunnassa). Tämä voidaan aikaansaada yksinkertaisesti seuraavalla tavalla: kun anodit on sijoitettu paikoilleen parittomat lasketaan ensin säiliöön jolloin parilliäbsn anodien joustavat liuskat tulevat peittämään muut.

Liuskat 14 ulottuvat poikittain toiselle puolelle niin pitkälle kun on tarpeen puhdistuskalvon 12 yläosan pettämiseksi kokonaan, ja toiselle puolelle aina suoraan pitkittäin suunnatun ylijuoksun 16 ulkoseinämän 15 yläpuolelle, joka yläjuoksu ulottuu säiliön 1 seinämää pitkin sen koko pituudelta ja johon ylimääräinen elektrolyytti virtaa. Ylijuoksun 16 seinämässä 15 on synteettistä ainetta olevia pystysuoria tukitankoja 17 taipuisien liuskojen 14 kannattamiseksi.

Tämä puhdistus- ja höyrynpoistolaite toimii siten että alipaine kehitetään kalvossa 12 imulaitteen avulla jolloin ulkoilmaa imeytyy tankojen 17 välisten tilojen kautta. Ilma virtaa elektrolyytin pintaa pitkin ottaen mukaansa höyryt jotka näin ollen siirtyvät kourun 9 yläosan kautta poistuen kalvon 12 läpi.

Tämä järjestelmä säästää huomattavasti voimaa verrattuna tunnettuihin laitteisiin joissa paineen alaista ilmaa puhalletaan säiliön pinnalle elektrolyysin aikana muodostuneen höyryn poistamiseksi.

Säiliössä on tavanomainen laite tuoreen elektrolyytin syöttämiseksi eikä sitä näin ollen selitetä tai havainnollisteta tässä yhteydessä.

Säiliössä on lisäksi laite ilman tai sopivasti valitun kaasun (tai kaasuseoksen) puhaltamiseksi elektrolyyttiin kunkin katodin alapuolella.

Kuten kuviosta 1 nähdään on säiliön pohjassa kunkin katodin alapuolella, tämän pystysuorassa tasossa, kaasunpuhallin-jakelulaite. Kussakin jakelulaitteessa on kaksi putkea 20a, 20h, jotka on asennettu erittäin laakean V:n muotoon ja joita syötetään yhteisellä pitkittäissuunnassa kulkevalla putkella 21 joka sijaitsee keskeisesti säiliössä 1 sen pituussuunnassa. Putkien 20a, 20h päät on suljettu ja putket on kiinnitetty esimerkiksi hitsaamalla pitkittäisiin U-kap-paleisiin 22a ja 22b jotka ovat yhteisiä kaikille jakelulaitteille ja yhdistetyt säiliön 1 pohjaan kuviossa 5 yksityiskohtaisemmin esitetyllä tavalla.

Kuviossa 3 on esitetty vain putki 20b jolloin on ymmärrettävissä että vastaavan putken 20a kiinnityselimet ovat symmetriset putken 20b ιι 57276 kiinnityselinten katissa. Käänteisen U-muotoisen kappaleen 22 uuma-osa on hitsattu kiinni putkeen 20b ja sen laippojen läpi on viety ruuvikierteillä varustettu tanko 23 joka on kiinteästi liitetty osaan 22b kahdella mutterilla 24. Lähellä sen molempia päitä tanko 23 läpäisee kaksi säiliön 1 pohjaan muodostettua pystysuoraa ripaa. Tangossa 23 olevat mutterit 27 puristavat kutakin ripaa 25,26 ja estävät jakelulaitteen kaikki poikittaiset liikkeet.

Kunkin jakelulaitteen 20a, 20b putket on varustettu kahdella rivillä 28a, 28b reikiä (identtiset 20a:n ja 20b:n kanssa), joiden keskinäinen järjestely on esitetty kuvion 4 esittämässä poikkileikkauksessa. Nämä rivit 28a, 28b ovat kehän suunnassa 90°:n etäisyydellä toisistaan, suuntautuvat pääasiassa ylöspäin ja ovat symmetrisiä pysty-tasoon nähden.

On todettu että hyvien tulosten saavuttamiseksi on näiden reikien halkaisijan oltava erittäin pieni, esimerkiksi suuruusluokkaa 0,3 mm.

Käyttämällä edellä selitettyä jakelulaitetta aikaansaadaan katodien tehokas pyyhkäisy elektrolyytillä sekä kennon sisällön homogenointi ja absorboitujen kaasojen määrän väheneminen. Nämä tekijät antavat huomattavan sileät pintaominaisuudet katodille muodostuvalle metallille ja täten on mahdollista käyttää verraten pientä elektrodien välistä etäisyyttä mikä alentaa elektrolyytin ominais-vastukseen kulutettua sähkövoimaa.

Katodien ja anodien välinen pieni etäisyys edellyttää että elektrodit sovitetaan tarkasti paikoilleen, ja tähän tarkoitukseen käytettävät järjestelmät selitetään seuraavassa.

Kuten edellä mainittiin vuorottelevat katodit 4 ja anodit 5 ja anodit (ollessaan toiminta-asennossa) on ympäröity koteloilla 6 joiden suurimmat pinnat koostuvat diafragmana toimivasta kankaasta. Anodit 5 ja kotelot 6 sijaitsevat säiliössä pitkiä aikoja koska anodit ovat liukenemattomia ja poistetaan ainoastaan korjausta varten, kun taas katodit poistetaan usein säiliöstä ja sijoitetaan takaisin paikoilleen koska ne poistetaan säiliöstä heti kun elektrolyyttinen sakka kannattaa kerätä.

Kuvio 5 on erittäin kaaviomainen tasokuva säiliön toisesta puolesta jossa on kaksi katodia 4a ja 4b ja niiden välillä anodi-kotelo 30 jonka anodia ei ole esitetty.

Säiliön kummallakin puolella oleelliset elimet katodien ja anodi-koteloiden keskittämiseksi ja kiinnittämiseksi asentoihinsa käsittävät pystysuoran poikkileikkaukseltaan pääasiassa U-muotoisen ohjaus- 12 57276 kiskon 31 kutakin anodia varten ja pituussuunnassa kulkevan hammastetun kehyksen 32 joka ulottuu säiliön 1 koko pituutta pitkin johon se on kiinnitetty pulteilla (ei esitetty). Tässä kehyksessä 32 on suorakulmion muotoiset hampaat joiden hammasväli vastaa peräkkäisten anodien välistä etäisyyttä. Tämä etäisyys vastaa myös peräkkäisten katodien välistä etäisyyttä koska kaikki elektrodit ovat tasaetäi-syydellä toisistaan olivatpa ne sitten anodeja tai katodeja.

Kisko 31 on pääasiassa erittäin laakean U:n muotoinen joka avautuu säiliön seinämää kohti. U:n pohjassa on syvennys jonka sivut, niiden koko korkeudeltaan puristavat anodikotelon 30 pystysuoraa reunaa, joka kotelo on kiinnitetty molempiin vastaaviin ohjaus-kiskoihin jäljempänä selitettävillä elimillä. Elimet joilla anodi-kotelo 30 on yhdistetty säiliöön 1 selitetään myös jäljempänä.

Katodien 4a, 4b, ... ainakin ne kolme reunaa jotka on upotettu elektrolyyttiin 3 on varustettu eristävällä kehyksellä 33a, 33b, joka on esimerkiksi puuta, kumia tai muovia, metallikerrosten muodostumisen estämiseksi katodien ulkoreunoihin joista sen poistaminen on vaikeaa. Kehyksen 33b pystysuora sivu pysytetään paikoillaan seu-raavan anodin ohjauskiskon laipan 3^ avulla ja samalla tavalla katodin 4a kehys 33a pysyy paikoillaan kiskon 31 toisen sivulaipan 36 ja edellisen ohjauskiskon laipan (ei esitetty) välissä.

Anodikotelo 30 (kuv. 6 -alaosa) sijaitsee ohjauskiskon 31 leveäs-sä lovessa, jossa on ylempi vaakasuora kiinnitysulkonema 37 joka näkyy myös kuviossa 5*

Kuvion 6 yläosassa on esitetty saman anodikotelon 30 yläosa, vastaava anodi 5 ja kehyksen 32 vastaava hammas 38. Pääasiassa J-muo-toisen pidikkeen 39 pitemmän haaran ulkopää 40 on taivutettu ulospäin tarttuen anodikotelon 30 kapeamman sivun yläreunaan.

Pidikkeen 39 toinen haara 41 on kiinnitetty pultilla 42 (kuv. 3) (pultin 42 akseli 44) kehyksen 32 hampaan 38 sisäpintaan ja varustettu välikappaleella 43. Pidikkeen 39 alaosa 45 on pulteilla kiinnitetty ohjauskiskon 31 vaakasuoraan ulkonemaan 37, joka on esitetty kuviossa 6 nuolilla 46. Selvyyden vuoksi kuvio 6 ei ole tarkasti oikeassa mittakaavassa ja on esimerkiksi huomattava että, loin laite on koottu, kuvion alaosassa anodikotelon 30 yläosa sijaitsee kuvion yläosassa esitetyn kotelon yläosan kohdalla.

Anodikotelon kiinnitystä 30 täydennetään kahdella suurella poikittaisella pidikkeellä 47a, 47b, jotka ovat myös J-muotoisia. J:n pitempi haara, kuten pidikkeessä 39, käsittää taivutetun osan 48a vastaavasti 48b, joka tarttuu anodikotelon 30 yläreunaan mutta tässä 13 57276 tapauksessa sen suuremmalta sivulta.

Suurempien pidäkkeiden 47a, 47b alaosat ovat suunnatut kulloinkin ulospäin niiden sovittamiseksi vastaavasti toiseen, molemmista hampaan 38 vieressä olevista loveista kehyksessä 32.

Ohjauskiskon 31 laipoilla 34 ja 36 on ylöspäin suunnatut, hieman sisäänpäin käännetyt ohjauspinnat 49 ja 50 helpottamaan katodien sijoittamista vastaavien peräkkäisten ohjauskiskoparien väliin.

Kuten edellä on mainittu on kukin anodikotelo 30 peitetty dia-fragmana toimivalla kankaalla. Kun kotelo on sijoitettu paikoilleen säiliöön tulisi kankaan olla pingotettu ja sen reunat käännetty sisäänpäin kotelon ulomman reunan ympärille. Näin ollen riittää jos sijoi-r tetaan pienet ja suuret pidikkeet paikoilleen jotta kangas pysyisi sopivasti pingotettuna. Pultteja (ei esitetty) sijoitetaan sitten pidikkeiden vastaavien päiden 40 ja 48 läpi koko järjestelmän kiinnittämiseksi .

Kylvyn toisella pudella elimet (ei esitetty) katodien ja anodi-koteloiden sijoittamiseksi ja pitämiseksi paikoillaan ovat symmetriset edellä selitetyn kanssa.

Kuviossa 7 on esitetty säiliön alaosa, jossa on anodi 5, vastaava anodikotelo 30 ja ohjauskiskon 31 alaosa, jonka alaosassa on vaakasuora kiinnitysulkonema 51 jonka alapuolella on pulteilla kiinnitetty kohdassa 52 poikittainen levy 53 joka samalla tavalla on kiinnitetty symmetriseen säiliön 1 toisella puolella olevaan ohjauskiskoon (ei esitetty).

Viitataan kuvion 1 alaosaan jossa kaksi keskitys elintä 54a ja 54b levyssä 53 on symmetrisesti sovitettu säiliön pystysuoraan keskitasoon x - x nähden joista vain toinen on yksityiskohtaisesti esitetty kuviossa 7·

Poikittainen levy 53 on sovitettu anodikotelon 30 pohjan alapintaan ja sylinterinmuotoinen kaulus 55 läpäisee levyn 53 ja kotelon 30 pohjan. Tämän kauluksen 55 alapäässä on laippa joka voidaan saattaa yhteistoimintaa!sen kiertämiseksi tarkoitetun työkalun kanssa ja sen yläosa on varustettu ruuvikierteillä ja siinä on kierteitetty mutteri 56 joka irroitettavasti liittyy kaulukseen 55, levyyn 53 ja anodikoteloon 30.

Pystysuora keskitystappi 57 on ruuvattu pituussuunnassa kulkevaan osaan 58 joka on kiinnitetty säiliön 1 pohjaan. Tappi 57 sijaitsee verraten löysästi kauluksen 55 aksiaalisessa porauksessa ja siinä on pyöristetty pää joka menee anodin 5 alaosaan muodostettuun umpi- 57276 14 reikään 59. Keskitystapissa 57, lähellä sen keskiosaa, on katkokartion-muotoinen tukipinta 60 helpottamaan tämän tapin sovittamista kaulukseen 55 samalla kun se mahdollistaa tarkan sijoittamisen. Kauluksen 55 ympärille on asennettu tiivistysrenkaat, toinen (61) kauluksen 55 pääteosan 56 ja levyn 53 väliin, ja toinen (62) tämän levyn ja anodi-kotelon 50 alaosan väliin.

Käytössä, kun anodikotelo 50 sijoitetaan paikoilleen, kaulus 55 pujotetaan kiinteästi tapin 57 päälle ja tulee tällöin automaattisesti keskitetyksi keskittäen samalla anodikotelon sen kanssa, yhteistoiminnassa säiliön toisella puolella olevan identtisen kauluksen kanssa. Vastaavalla tavalla keskitetään anodi 5 kahdelle kiinteälle tapille umpireikien 59 avulla.

Lisäksi, poistettaessa anodikotelo 50 säiliöstä 1, sen sisältämä elektrolyytti pääsee valumaan ulos kaulusten 55 porauksien kautta jotka tapit 57 ovat jättäneet tyhjiksi. Tämä poistaa ne vaikeudet, kuten hitaan tyhjentymisen ja kankaan mahdollisen vaurioittumisen, joita saattaisi esiintyä mikäli elektrolyytti ei pääsisi poistumaan muutoin kuin diafragmana toimivan kankaan kautta.

Säiliön kunkin pitkittäisen seinämän sisäpinnassa voi olla alempi hammastettu kehys (ei esitetty). Siinä oleviin loviin asettuvat katodeja ympäröivän kehyksen 53 alaosat (vrt. kuv. 5) näiden pitämiseksi paikoillaan. Anodit ja katodit ovat sähköyhteydessä vastaavien päätteiden (ei esitetty) kanssa, jotka voivat olla tavanomaisia.

Keksinnön mukaisen kennon eri komponentteja varten käytetyt aineet tulisi valita ottamalla huomioon kysymykseen tuleva elektrolyytti. Katodit voivat näin ollen olla esimerkiksi ruostumatonta terästä, titaana, alumiinia tai samaa metallia jota kennon on tarkoitus valmistaa. Anodit voivat olla esimerkiksi grafiittia, rutenium-päällys-tettyä titaania, palladium-päällystettyä titaania tai platina-päällystettyä titaania.

Kun kenno koostuu useammasta edellä selitetynlaisesta (esim. rinnakkain asennetusta) säiliöstä ei elimiä kaasun puhaltamiseksi säiliöiden pohjaan ja katodien, anodien ja anodikoteloiden pitämiseksi tarkasti paikoillaan tarvitse modifioida, kun taas säiliöiden kloorin-keräyskourut ja puhdistuskalvot asennettaisiin (kahden rinnakkaisen säiliön ollessa kysymyksessä) oikeanpuolisen säiliön vasemmalle puolelle ja vasemmanpuolisen säiliön oikealle puolelle, jolloin voidaan käyttää yhteisiä huoltolaitteita.

Claims (3)

15 57276

1. Kenno metallien valmistamiseksi elektrolysoimalla vastaavien kloridien vesiliuoksia liukenemattomilla anodeilla, joka kenno käsittää ainakin yhteen elektrolyysisäiliöön, edullisesti sen pituussuuntaan vuorotellen sijoitetut pystysuorat katodit ja anodit, jolloin jokaista anodia ympäröi anodikotelo, joka on varustettu kummallakin suurella pinnallaan erotuskalvoverhouksella, sekä laitteet elektrolyysin aikana kehittyneen kloorin keräämiseksi ja talteenottamiseksi, tunnettu siitä, että laitteet elektrolyysin aikana kehittyneen kloorin keräämiseksi ja talteenottamiseksi käsittävät altaaseen (1) kiinteästi kiinnitetyn pitkittäiskourun (9), joka on yhteydessä altaaseen elektrolyytin (3) pinnan (2) alapuolella, tätä kourua (9) pitkin kulkevan kloorin keräysjohdon (10), keräysjohtoon yhdistetyt laitteet vapautuneen kloorin imemiseksi ja keräämiseksi, tiiviin, kunkin anodikotelon (30) peittävän, alareunoistaan elektrolyyttiin (3) uppoavan anodihuuvan (6) sekä oleellisesti pystysuoran putken (11), että jokaisen anodihuuvan (6) sisäosa on yhdistetty kloorin kokooja-putkeen (10), ja että kennossa on laitteet elektrolyyttikylvyn (3) pinnalle (2) kehittyneen happohöyryn poisimemiseksi.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen kenno, tunnettu siitä, että laitteet elektrolyytin (3) pinnalle (2) kehittyneiden happo-kaasujen imemiseksi käsittävät altaaseen (1) kiinteästi kiinnitetyn sekä tämän kanssa elektrolyyttipinnan (2) yläpuolella yhteydessä olevan pitkittäiskanaviston (12), laitteet tämän kanaviston (12) sisällön imemiseksi ja keräämiseksi sekä elastiset poikittaishihnat (14), jotka peittävät altaan (1) sekä kanaviston (12) tiiviisti.

3. Patenttivaatimuksen 1 tai 2 mukainen kenno, tunnettu siitä, että kouru (9) ja kanavisto (12) ovat kyljittäin ja asennetut altaan (1) ulkopuolelle sen koko pituudelle ulottuviksi, jolloin niiden toisiinsa rajoittuvat seinämät käsittävät koko pituudellaan pit-kittäiskanavan (13), joka on elektrolyyttipinnan (2) yläpuolella.