NO145343B

NO145343B - BIPOLAR ELECTROLYCLE CELL FOR THE PREPARATION OF ALKALIMETAL METALS

Info

Publication number: NO145343B
Application number: NO744317A
Authority: NO
Inventors: Carl William Raetzsch; Hugh Cunningham
Original assignee: Ppg Industries Inc
Priority date: 1973-11-30
Filing date: 1974-11-29
Publication date: 1981-11-23
Also published as: NO744317L; US3884791A; SE7415011L; CA1032498A; SE410870B; NO145343C

Description

Alkalimetallhalater kan fremstilles ved elektrolyse av alkalimetallhalogenider. Ved en elektrolytisk fremstilling av alkalimetallhalater, f.eks. alkalimetallklorat-er, føres en alkalimetallkloridoppløsning til en elektrolytisk celle. Klor blir utviklet ved anoden og hydroksylioner vil være tilstede i elektrolytten. Klor og hydroksylionene kommer i kontakt og reagerer etter følgende formel: hvorved det dannes hypoklorittioner. Hypoklorittionet, hvor kloret -har en valens på +1, kan selvoksyderes til et kloritt-ion, hvor kloret har en valens på +3, og et kloridion, hvor kloret hår en valens på -1, noe som skjer etter følgende ligning: Alkali metal halates can be prepared by electrolysis of alkali metal halides. In an electrolytic production of alkali metal halates, e.g. alkali metal chlorates, an alkali metal chloride solution is fed to an electrolytic cell. Chlorine is evolved at the anode and hydroxyl ions will be present in the electrolyte. Chlorine and the hydroxyl ions come into contact and react according to the following formula: whereby hypochlorite ions are formed. The hypochlorite ion, where the chlorine -has a valence of +1, can be self-oxidized to a chlorite ion, where the chlorine has a valence of +3, and a chloride ion, where chlorine has a valence of -1, which happens according to the following equation:

Klorittionet blir ytterligere oksydert av hypoklorittion til kloration, hvor kloret har en valens på +5, noe som skjer etter den følgende ligning: The chlorite ion is further oxidized by the hypochlorite ion to chlorination, where the chlorine has a valence of +5, which occurs according to the following equation:

Utgangspunktet for alkalimetallhalatprosessen er alkalimetallhalogenidet. Dette halogenid har en valens på -1 og den nødvendige valensforandring for fremstilling av alkalimetallhalat er følgelig fra -1 til +5, det vil si totalt +6. Det er følgelig nødvendig med seks Faraday for å frem-stille 1 ekvivalent alkalimetallhalat. The starting point for the alkali metal halate process is the alkali metal halide. This halide has a valence of -1 and the necessary valence change for the production of alkali metal halate is consequently from -1 to +5, i.e. a total of +6. Consequently, six Faradays are required to produce 1 equivalent of alkali metal halate.

Når en sur oppløsning av et alkalimetallhalogenid blir elektrolysert, dannes det først en hypoklorittoppløsning som inneholder lite fri hypohalogensyre. Saltsyre kan tilsettes elektrolytten og man kan på denne måte øke konsentra-sjonen av hypohalogensyren. Oksydasjonen av hypohalogensyre ved hjelp av hypohalittioner, fremstiller halater, halogen og hydrogen. Hydrogenionene gir mer hypohalogensyre og prosessen fortsetter med dannelse av halation i alle deler av elektrolytten. Kjemisk dannelse av halation skjer ikke bare nær elektrodene, men i hele cellevolumet. When an acidic solution of an alkali metal halide is electrolysed, a hypochlorite solution containing little free hypohalic acid is first formed. Hydrochloric acid can be added to the electrolyte and in this way the concentration of the hypohalic acid can be increased. The oxidation of hypohalic acid using hypohalite ions produces halates, halogen and hydrogen. The hydrogen ions give more hypohalic acid and the process continues with the formation of halation in all parts of the electrolyte. Chemical formation of halation occurs not only near the electrodes, but throughout the cell volume.

Under drift av natriumkloratceller vil natriumklo-ridsalt i alt vesentlig renset for tunge metallioner, såsom magnesiumion, føres til cellen. I tidligere kjente elektro-lyseceller hadde man relativt lave strømtettheter, dvs. mindre enn ca. 1100 ampe. re pr. m 2, og man hadde driftstempe-raturer på fra 50 - 65°C. I slike celler måtte fast natriumklorid kontinuerlig tilsettes cellen. During operation of sodium chlorate cells, sodium chloride salt essentially purified of heavy metal ions, such as magnesium ions, will be fed to the cell. Previously known electrolysis cells had relatively low current densities, i.e. less than approx. 1100 amps. re per m 2, and operating temperatures ranged from 50 - 65°C. In such cells, solid sodium chloride had to be continuously added to the cell.

Med porsjonsvis drift av kloratceller blir elektrolytten renset, f.eks. ved filtrering, etter uttapping fra cellen og så konsentrert ved fordamping. Etterpå foretas en separasjon og utkrystalliserte natriumkloratkrystaller blir fraskilt. Sentrifugering brukes for ytterligere separasjon. Ved kontinuerlig drift av en kloratcelle blir elektrolytten avkjølt for å utkrystallisere natriumkloratet, og elektrolytten blir returnert direkte til cellen uten fordampning eller fjerning av natriumkloridet. With portion-wise operation of chlorate cells, the electrolyte is purified, e.g. by filtration, after draining from the cell and then concentrated by evaporation. Afterwards, a separation is carried out and crystallized sodium chlorate crystals are separated. Centrifugation is used for further separation. In continuous operation of a chlorate cell, the electrolyte is cooled to crystallize the sodium chlorate, and the electrolyte is returned directly to the cell without evaporation or removal of the sodium chloride.

Elektrolytten kan også behandles for justering til forønsket styrke og volum og så returneres til cellen. The electrolyte can also be processed for adjustment to the desired strength and volume and then returned to the cell.

Man har nå funnet at bipolare halatceller med fingerformede bipolare elektroder gir et kompakt elektrolyse-volum som gjør at man kan bruke store cellelegemer, som er karakterisert ved store elektrolyttvolum. På denne måten bruker man et lite volum for elektrolysen, samtidig som et stort volum er tilveiebragt for kjemisk dannelse av halation. På grunn av den økede temperatur på elektrolytten, som skyldes at man bruker høyere strømtettheter med metallelektroder, vil man også få øket oppløselighet for alkalimetallhalatene i cellevæsken. Det store elektrolyttvolumet i forhold til elektrodevolumet gir lengre celleoppholdstid. Kombinasjonen av høyere halatoppløselighet og lengre oppholdstid gjør at man oppnår høyere konsentrasjon av halation i elektrolytten. Denne lengre oppholdstiden gjør at det dannes mer halat ved en kjemisk reaksjon enn ved elektrolyse, hvorved man får høyere strømutnyttelse. Den høyere temperatur gjør det også It has now been found that bipolar halate cells with finger-shaped bipolar electrodes provide a compact electrolysis volume which enables the use of large cell bodies, which are characterized by large electrolyte volumes. In this way, a small volume is used for the electrolysis, while a large volume is provided for the chemical formation of the halation. Due to the increased temperature of the electrolyte, which is due to using higher current densities with metal electrodes, the solubility of the alkali metal halates in the cell fluid will also be increased. The large electrolyte volume in relation to the electrode volume results in a longer cell residence time. The combination of higher halation solubility and longer residence time results in a higher concentration of halation in the electrolyte. This longer residence time means that more halate is formed by a chemical reaction than by electrolysis, which results in higher current utilization. The higher temperature does it too

mulig å tilføre saltlake i stedet for fast salt. possible to add brine instead of solid salt.

Av kjent teknikk skal det henvises til DE-OS From prior art, reference should be made to DE-OS

2.030.610 som beskriver en bipolar diafragmacelle, men der anodene og katodene ikke uavhengig er fjernbare. Skal anodene fjernes, må således også katodene samtidig fjernes. 2,030,610 which describes a bipolar diaphragm cell, but where the anodes and cathodes are not independently removable. If the anodes are to be removed, the cathodes must also be removed at the same time.

Også US-PS 3.677.927 angår en. diaf ragmacelle, i denne diafragmacelle er katodene festet til perifere vegger i cellen. US-PS 3,677,927 also relates to one. diaphragm cell, in this diaphragm cell the cathodes are attached to the peripheral walls of the cell.

Foreliggende oppfinnelse har til hensikt å for-bedre den kjente teknikk og angår således en bipolar elektrolysecelle for fremstilling av alkalimetallhalater med et flertall individuelle bipolare enheter i serie, hver av hvilke omfatter en ryggplate med en gjennomgående åpning, en katodisk ståloverflate av ryggplaten, katoder montert på og ragende frem fra den katodiske overflaten av ryggplaten, en anodisk titanoverflate og anoder ragende frem fra den ano- The present invention aims to improve the known technique and thus relates to a bipolar electrolysis cell for the production of alkali metal halates with a plurality of individual bipolar units in series, each of which comprises a back plate with a through opening, a cathodic steel surface of the back plate, cathodes mounted on and projecting from the cathodic surface of the backplate, an anodic titanium surface and anodes projecting from the ano-

diske overflaten av ryggplaten, hvorved anodene i én bipolar enhet og katodene i den nærmeste bipolare enhet befinner seg i samme elektrolyttrom, og denne elektrolysecelle karakteri-seres ved at anodene er festet til en anordning som er løs- disc surface of the back plate, whereby the anodes in one bipolar unit and the cathodes in the nearest bipolar unit are in the same electrolyte space, and this electrolysis cell is characterized by the fact that the anodes are attached to a device that is loosely

bart montert på ryggplaten og kan fjernes uavhengig av katodene, idet anordningen omfatter: en syreresistent titananodebasisdel som er større enn åpningen, f inger lignende metallanodeblader montert på og ragende frem fra én side av titananodebasisdelen, en elektrisk ledende og i det vesent- bart mounted on the back plate and removable independently of the cathodes, the device comprising: an acid-resistant titanium anode base part larger than the opening, five similar metal anode blades mounted on and projecting from one side of the titanium anode base part, an electrically conductive and essentially

lige hydrogenugjennomtrengelig kobberdel som er friksjonssveiset til den motsatte side av den syreresistente anode- equal hydrogen impermeable copper part which is friction welded to the opposite side of the acid-resistant anode

basis og tilsvarende åpningen i ryggplaten, og gjengede bol- base and the corresponding opening in the back plate, and threaded bolts

ter som er frisksjonssveiset til og rager frem fra kobber- which are friction welded to and protrude from the copper

delen gjennom åpningen til den katodiske overflate i ryggplaten. part through the opening to the cathodic surface in the backing plate.

Foreliggende oppfinnelse er mer detaljert beskrevet The present invention is described in more detail

i det etterfølgende med henvisning til de vedlagte tegninger. in what follows with reference to the attached drawings.

På disse er: On these are:

Fig. 1 en delvis gjennomskåret perspektivskisse av Fig. 1 a partially cut-away perspective sketch of

et bipolart elektrolysekammer ifølge foreliggende oppfinnelse. a bipolar electrolysis chamber according to the present invention.

Fig. 2 er et vertikalt snitt gjennom et bipolart Fig. 2 is a vertical section through a bipolar

elektrolysekammer ifølge foreliggende oppfinnelse. electrolysis chamber according to the present invention.

Fig. 3 er et horisontalt snitt gjennom et bipolart elektrolysekammer ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 4 er et delvis snitt gjennom ryggplaten i et bipolart elektrolysekammer ifølge foreliggende oppfinnelse. Fig. 3 is a horizontal section through a bipolar electrolysis chamber according to the present invention. Fig. 4 is a partial section through the back plate in a bipolar electrolysis chamber according to the present invention.

Det bipolare elektrolysekammer 1 ifølge foreliggende oppfinnelse som kan brukes for fremstilling av alkalimetallhalat, inneholder en rekke individuelle bipolare enheter 11 til og med 17 som elektrisk og mekanisk er plassert i serie, slik at den elektriske strømmen går fra en anode 41 festet til første bipolare enhet 17 i en celle 8 til en katode 31 i samme celle, som er festet til en annen bipolar enhet 16 i samme celle. Den elektriske strømmen går fra katode 31, gjennom de ledende anordninger 45 i den bipolare enhet 16 til en anode i den neste tilstøtende celle 7 i elektrolysekammeret 1. The bipolar electrolysis chamber 1 according to the present invention which can be used for the production of alkali metal halate, contains a number of individual bipolar units 11 to 17 which are electrically and mechanically placed in series, so that the electric current goes from an anode 41 attached to the first bipolar unit 17 in a cell 8 to a cathode 31 in the same cell, which is attached to another bipolar unit 16 in the same cell. The electric current goes from the cathode 31, through the conductive devices 45 in the bipolar unit 16 to an anode in the next adjacent cell 7 in the electrolysis chamber 1.

I den bipolare konfigurasjon som er vist på figur-ene ér anodene 41 i en bipolar enhet 17 plassert mellom katodene 31 i den neste tilstøtende bipolare enhet 16, og katodene 31 er plassert mellom anodene i den umiddelbart foregående bipolare enhet 17. Katodene 31 i en celle 9 og anodene 41 In the bipolar configuration shown in the figures, the anodes 41 of a bipolar unit 17 are placed between the cathodes 31 of the next adjacent bipolar unit 16, and the cathodes 31 are placed between the anodes of the immediately preceding bipolar unit 17. The cathodes 31 of a cell 9 and the anodes 41

i den neste tilstøtende celle 8, utgjør samlet en bipolar enhet 17 med den mellomliggende ryggplate 20. Strømmen går fra katoden 31 i den foregående celle gjennom ryggplaten 20 til anoden 31 i den neste celle 8. in the next adjacent cell 8, together form a bipolar unit 17 with the intermediate back plate 20. The current flows from the cathode 31 in the previous cell through the back plate 20 to the anode 31 in the next cell 8.

Ryggplaten 20 har en katodisk overflate 21 og en anodisk overflate 25 med elektrolyttresistente anordninger 27 på anodeoverflaten 25. Ryggplaten 20 er fremstilt av et elektrisk ledende materiale, hvor katodeanordningen er plassert på katodesiden 21 og anodeanordningene 31 plassert på anodesiden. Ryggplaten 20 er i seg selv en elektrolyttresistent, elektrisk lédende metalldel, hvis ene overflate 25 er resistent overfor de anodiske produkter, mens den motsatte overflate 21 er resistent overfor katodeproduktene. Ryggplaten 20 kan være fremstilt av et materiale som er resistent overfor katodeproduktene og elektrolytten, mens det på anodesiden 25 er anordninger 27 som er resistente overfor anode- The back plate 20 has a cathodic surface 21 and an anodic surface 25 with electrolyte-resistant devices 27 on the anode surface 25. The back plate 20 is made of an electrically conductive material, where the cathode device is placed on the cathode side 21 and the anode devices 31 placed on the anode side. The backing plate 20 is itself an electrolyte-resistant, electrically conductive metal part, one surface 25 of which is resistant to the anodic products, while the opposite surface 21 is resistant to the cathode products. The back plate 20 can be made of a material that is resistant to the cathode products and the electrolyte, while on the anode side 25 there are devices 27 that are resistant to anode

produktene og elektrolytten. Typiske katodeproduktresisten- the products and the electrolyte. Typical Cathode Product Resistor-

te materialer innbefatter kobolt, jern, nikkel, stål eller rustfritt stål. Mest vanlig vil man bruke jern eller stål fordi disse materialer er lett tilgjengelige og billige. te materials include cobalt, iron, nickel, steel or stainless steel. Most commonly, iron or steel will be used because these materials are easily available and cheap.

Anordningene 27 som er resistente overfor anode-produkter og elektrolytt og som er plassert på de motsatte sider 25 av ryggplaten 20,kan være en plate av et elektrolyttresistent materiale plassert på den resistente ryggplate 25. F.eks. kan overflaten av ryggplaten som skal være resistent overfor anodiske produkter og elektrolytten være fremstilt av et ventilmetall. Ventilmetaller er de metaller som dan- The devices 27 which are resistant to anode products and electrolyte and which are placed on the opposite sides 25 of the back plate 20, can be a plate of an electrolyte resistant material placed on the resistant back plate 25. E.g. the surface of the backing plate which is to be resistant to anodic products and the electrolyte can be made of a valve metal. Valve metals are the metals which

ner korrosjonsresistente oksyder ved eksponering enten over- ner corrosion-resistant oxides upon exposure either over-

for sure media eller nøytrale media under anodiske beting-elser. Slike metaller innbefatter titan, zirkonium, hafnium, vanadium, niob, tantal og wolfram. Når den elektrolyttresistente anodiske overflate er belagt med ventilmetall, vil man vanligvis bruke titan, fordi dette er billigst og lettest tilgjengelig i forhold til de andre ventilmetaller. Det er imidlertid underforstått at man også kan bruke andre ventilmetaller . for acidic media or neutral media under anodic conditions. Such metals include titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum and tungsten. When the electrolyte-resistant anodic surface is coated with valve metal, one will usually use titanium, because this is the cheapest and most easily available compared to the other valve metals. However, it is understood that other valve metals can also be used.

Alternativt kan de resistente anordninger 27 være Alternatively, the resistant devices 27 can be

i form av en gummiplate 27, f.eks. i form av naturgummi, en lav-kalsiumetylen-propylendien-gummiplate, eller en lav-kalsiumpolystyrenplate eller en lav-kalsiumneoprenplate eller lav-kalsiumklorprenplate. in the form of a rubber plate 27, e.g. in the form of natural rubber, a low-calcium ethylene-propylene-diene rubber sheet, or a low-calcium polystyrene sheet or a low-calcium neoprene sheet or a low-calcium chloroprene sheet.

Katodefingere 33 går ut fra den katodiske overflate Cathode fingers 33 extend from the cathodic surface

21 på ryggplaten 20. Katodefingrene 33 kan være fremstilt av et metall som er resistent overfor angrep fra katodeproduktene samt elektrolytten. Vanligvis vil man bruke jern, kobolt, nikkel, stål eller rustfritt stål. Mest vanlig vil man bruke jern eller stål. 21 on the back plate 20. The cathode fingers 33 can be made of a metal which is resistant to attack from the cathode products as well as the electrolyte. Usually one will use iron, cobalt, nickel, steel or stainless steel. Most commonly, iron or steel will be used.

Katodefingrene 33 kan være i form av metallplater. Alternativt kan katodefingrene 33 være perforerte metallplater eller nett. The cathode fingers 33 can be in the form of metal plates. Alternatively, the cathode fingers 33 can be perforated metal plates or nets.

Katodefingrene 33 kan være sveiset, loddet eller på annen måte permanent eller semi-permanent være festet til den katodiske overflate 21 på ryggplaten 20, slik det er vist på fig. 2, 3 og 4. Alternativt kan katodene 33 være plassert på en katodebasisdel, som igjen kan være boltet til ryggplaten 20. På den motsatte side av den bipolare enhet er anodefingrene 43. I et bipolart elektrolysekammer ifølge foreliggende oppfinnelse vil anodefingrene 43 være metall-deler med en egnet elektrisk ledende overflate. De metaller som brukes ved fremstilling av anodefingrene er ventilmetaller, dvs. de metaller som danner et oksyd ved eksponering overfor sure eller elektrolytiske media under anodiske be-tingelser. Slike metaller innbefatter titan, zirkonium, hafnium, vanadium, niob, tantal eller wolfram. Vanligvis vil man bruke titan for fremstilling av anodene ifølge foreliggende oppfinnelse, fordi dette metall er billigst og lettest tilgjengelig. The cathode fingers 33 may be welded, soldered or otherwise permanently or semi-permanently attached to the cathodic surface 21 of the back plate 20, as shown in fig. 2, 3 and 4. Alternatively, the cathodes 33 can be placed on a cathode base part, which in turn can be bolted to the back plate 20. On the opposite side of the bipolar unit are the anode fingers 43. In a bipolar electrolysis chamber according to the present invention, the anode fingers 43 will be metal parts with a suitable electrically conductive surface. The metals used in the manufacture of the anode fingers are valve metals, i.e. those metals which form an oxide when exposed to acidic or electrolytic media under anodic conditions. Such metals include titanium, zirconium, hafnium, vanadium, niobium, tantalum or tungsten. Generally, titanium will be used for the production of the anodes according to the present invention, because this metal is the cheapest and most easily available.

Den elektrisk ledende overflate på anodene ifølge foreliggende oppfinnelse er et materiale karakterisert ved lav kloroverspenning og lav oksygenoverspenning. Slike materialer innbefatter platina-gruppe-metaller såsom ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium og platina. Egnede elektrisk ledende overflater kan også tilveiebringes ved oksyder av platina-gruppe-metaller, f.eks. rutheniumdioksyd, rhodium-trioksyd, palladiumdioksyd, osmiumdioksyd, iridiumtrioksyd og platinadioksyd. Alternativt kan den elektrisk ledende overflate på anodene tilveiebringes ved hjelp av en oksygenhol-dig forbindelse av et platina-gruppe-metall, f.eks. et jord-alkali-ruthenat, et jordalkalimetall-ruthenitt, et jordalkalimetall-rhodat, et jordalkalimetall-rhoditt, et delafossitt såsom platina-koboltat eller palladium-koboltat, eller for-bindelser som vismut-ruthenat eller vismut-rhodat. Man kan også bruke ikke-edelmetallholdig materiale, f.eks. blyoksyd, for anodeoverflaten. The electrically conductive surface on the anodes according to the present invention is a material characterized by low chlorine overvoltage and low oxygen overvoltage. Such materials include platinum group metals such as ruthenium, rhodium, palladium, osmium, iridium and platinum. Suitable electrically conductive surfaces can also be provided by oxides of platinum group metals, e.g. ruthenium dioxide, rhodium trioxide, palladium dioxide, osmium dioxide, iridium trioxide and platinum dioxide. Alternatively, the electrically conductive surface on the anodes can be provided by means of an oxygen-containing compound of a platinum group metal, e.g. an alkaline earth ruthenate, an alkaline earth ruthenite, an alkaline earth rhodate, an alkaline earth rhodite, a delaphosite such as platinum cobaltate or palladium cobaltate, or compounds such as bismuth ruthenate or bismuth rhodate. You can also use material containing non-precious metals, e.g. lead oxide, for the anode surface.

Metallanodene er i form av metallfingre 43 som går ut fra en ryggplate. 20 mot neste tilstøtende bipolare enhet i elektrolysekammeret 1. De individuelle anodefingre 43 kan være faste plater eller være i form av perforerte plater, nett eller ekspanderte nett. The metal anodes are in the form of metal fingers 43 that extend from a back plate. 20 towards the next adjacent bipolar unit in the electrolysis chamber 1. The individual anode fingers 43 can be fixed plates or be in the form of perforated plates, nets or expanded nets.

Ifølge foreliggende oppfinnelse er anodene 41 pias-sert på den resistente ryggplate 20 slik at de kan fjernes. Dette kan ifølge foreliggende oppfinnelse f.eks. oppnås ved at man tilveiebringer en ryggplate 20, hvori det er en åpning 29, hvor man egnet kan plassere fjernbare elektrisk ledende anodebærende deler eller anordninger 45. According to the present invention, the anodes 41 are placed on the resistant back plate 20 so that they can be removed. According to the present invention, this can e.g. achieved by providing a back plate 20, in which there is an opening 29, where removable electrically conductive anode-carrying parts or devices 45 can be suitably placed.

De fjernbare, elektrisk ledende anodebærende anordninger 45 innbefatter en elektrolyttresistent anodebasis-del 47. Denne del 47 er større enn åpningen 29 i ryggplaten 20, dvs. at hvis delen 47 er sirkulær, har den en større dia-meter enn åpningen 29, hvis denne også er sirkulær. Hvis åpningen 29 eller den elektrolyttresistente anodebasisdelen 47 eller begge er ikke-sirkulære med hensyn til form, må alltid den minste dimensjon loddrett på åpningens akse på den elektrolyttresistente basisdelen 47 være større enn den største dimensjon på åpningen 20 i samme plan. På denne måte får man en elektrolytt-tett foring mellom de to nevnte deler. The removable electrically conductive anode support devices 45 include an electrolyte-resistant anode base part 47. This part 47 is larger than the opening 29 in the back plate 20, i.e. if the part 47 is circular, it has a larger diameter than the opening 29, if this is also circular. If the opening 29 or the electrolyte-resistant anode base part 47 or both are non-circular in shape, the smallest dimension perpendicular to the axis of the opening on the electrolyte-resistant base part 47 must always be greater than the largest dimension of the opening 20 in the same plane. In this way, an electrolyte-tight lining is obtained between the two mentioned parts.

Metallanodene 43 er plassert på og går ut fra en side av delen 47. • En elektrisk ledende i alt vesentlig hydro-genimpermeabel del 49 er festet på den motsatte side av anodebasisdelen 47 og tilsvarer i dimensjon åpningen 29 i ryggplaten 20, dvs. at delen 49 passer inn i åpningen i 29 og er i alt vesentlig konsentrisk i forhold til denne. The metal anodes 43 are placed on and extend from one side of the part 47. • An electrically conductive and essentially hydrogen-impermeable part 49 is fixed on the opposite side of the anode base part 47 and corresponds in dimension to the opening 29 in the back plate 20, i.e. that the part 49 fits into the opening in 29 and is essentially concentric in relation to this.

Gjengede bolter 51 går fra den hydrogenimpermeable delen 49 i den anodebærende anordning 45 gjennom åpningen 29 i ryggplaten 20 til katodeoverflaten 21 på ryggplaten 20. De gjengede bolter 51 er fremstilt av et elektrisk ledende, korrosjonsresistent, elektrolyttresistent materiale, slik at man får elektrisk kontakt mellom ryggplaten 20 og anodene 41, samtidig som materialet i alt vesentlig er inert overfor an-grepet av elektrolytten. Threaded bolts 51 run from the hydrogen-impermeable part 49 of the anode-carrying device 45 through the opening 29 in the back plate 20 to the cathode surface 21 of the back plate 20. The threaded bolts 51 are made of an electrically conductive, corrosion-resistant, electrolyte-resistant material, so that electrical contact is made between the back plate 20 and the anodes 41, while the material is essentially inert to the attack of the electrolyte.

Den syreresistente anodebasedelen 47 er vanligvis fremstilt av et ventilmetall eller filmdannende metall slik det er beskrevet ovenfor. Den elektrisk ledende i alt vesentlig hydrogenimpermeable delen 49 er fremstilt av kobber, bly eller aluminium. Kobber er foretrukket. Dette metall er karakterisert ved lav permeabilitet overfor elementære hydrogen-atomer og har høy elektrisk ledeevne for strøm fra katodene 31 og katodeoverflaten 21 på ryggplaten 20 til den elektrolyttresistente basisdelen 47. The acid-resistant anode base portion 47 is usually made of a valve metal or film-forming metal as described above. The electrically conductive and essentially hydrogen impermeable part 49 is made of copper, lead or aluminium. Copper is preferred. This metal is characterized by low permeability to elementary hydrogen atoms and has high electrical conductivity for current from the cathodes 31 and the cathode surface 21 on the back plate 20 to the electrolyte-resistant base part 47.

Den gjengede bolten 51 i den samlede bipolare enhet innbefatter skruer 53 for å binde hele anodedelen, dvs. anodebladene 43, den elektrolyttresistente anodebasisdelen 47, de hydrogenimpermeable elektrisk ledende anordninger 49 The threaded bolt 51 in the assembled bipolar unit includes screws 53 to bind the entire anode part, i.e. the anode blades 43, the electrolyte resistant anode base part 47, the hydrogen impermeable electrically conductive devices 49

og den gjengede bolt 51 til den bipolare enhet. Den gjengede bolten 51 går fra den hydrogenimpermeable anordning 49 gjennom ryggplaten til katodeoverflaten 21. Den gjengede bolt 49 er fremstilt av et materiale som er karakterisert ved høy skjærstyrke, høyt elastisitetsvolum og høy strekk-fasthet, slik at skruen 53 kan dras til og gi høy kompressiv styrke på de elektrolyttresistente overflater 21 og 27 på ryggplaten 20. and the threaded bolt 51 to the bipolar unit. The threaded bolt 51 runs from the hydrogen impermeable device 49 through the back plate to the cathode surface 21. The threaded bolt 49 is made of a material characterized by high shear strength, high elastic volume and high tensile strength, so that the screw 53 can be tightened and give high compressive strength of the electrolyte resistant surfaces 21 and 27 of the back plate 20.

På denne måten kan elektrisk strøm lett gå fra katodeoverflaten 21 på den bipolare enhet gjennom de anodebærende anordninger 45 til anoden 41 med lavt elektrisk spenningstap som skyldes kontaktmotstand og lavt IR-spenningstap. Bolten 51, anordningene 40 og anodebasisdelen 47 kan være festet på enhver kjent måte, f.eks. ved gjengede bolter, ved sveising eller lodding, men de er fortrinnsvis festet ved friksjonssveising, hvorved man får et vesentlig redusert kon-taktmotstandsspenningstap i anodedelen 45. In this way, electric current can easily pass from the cathode surface 21 of the bipolar unit through the anode carrying devices 45 to the anode 41 with low electrical voltage loss due to contact resistance and low IR voltage loss. The bolt 51, the devices 40 and the anode base part 47 may be attached in any known manner, e.g. by threaded bolts, by welding or soldering, but they are preferably attached by friction welding, which results in a significantly reduced contact resistance voltage loss in the anode part 45.

Anodedelene 45 innbefatter den elektrolyttresistente anodebasisdelen 47, den hydrogenimpermeable elektrisk ledende del 49 og bolten 51 som passer konsentrisk inn i åpningen 29 The anode parts 45 include the electrolyte resistant anode base part 47, the hydrogen impermeable electrically conductive part 49 and the bolt 51 which fits concentrically into the opening 29

i ryggplaten 20. Anodebasisdelen 47 kan være sirkulær eller rektangulær. Hvis den er rektangulær, vil de individuelle " anodeblader 33 være festet på siden, f.eks. ved sveising, lodding eller lignende. in the back plate 20. The anode base part 47 can be circular or rectangular. If it is rectangular, the individual "anode blades 33 will be fixed on the side, for example by welding, soldering or the like.

Anodebasisdelen 47 og boltanordningen 51 gir en kompressiv kraft på den elektrolyttresistente, syreresistente platen 27 og katodeoverflaten 21 på ryggplaten 20, hvorved man får en elektrolytt-tett pakning mellom den syreresistente basisdel 47 og den elektrolyttresistente platen 27 på ryggplaten 20. Når den elektrolyttresistente anodebasisdelen 47 er av titan, vil den kompressive kraften være av en størrel-sesorden på 18 kg/cm 2 eller mer, f.eks. fra 21 - 25 kg/cm 2. The anode base part 47 and the bolt assembly 51 exert a compressive force on the electrolyte-resistant acid-resistant plate 27 and the cathode surface 21 of the back plate 20, whereby an electrolyte-tight seal is obtained between the acid-resistant base part 47 and the electrolyte-resistant plate 27 on the back plate 20. When the electrolyte-resistant anode base part 47 is of titanium, the compressive force will be of the order of 18 kg/cm 2 or more, e.g. from 21 - 25 kg/cm 2.

På denne måten oppnår man en elektrolytt-tett pakning som i alt vesentlig er upåvirket av spaltekorrosjon. En paknings-ring 61 kan være plassert mellom den elektrolyttreistente platen 27 og ringen 61, slik at det dannes en elektrolytt-tett pakning mellom platen 27 og foringsringen 61. Den kompressive kraften utøves også mellom foringen 61 og anodedelen 47, slik at det blir en ytterligere elektrolytt-tett pakning mellom foringsringen 61 og basisdelen 47. På denne måten vil den elektrisk ledende hydrogenimpermeable delen 49 i alt vesentlig være beskyttet mot kontakt fra elektrolytten. In this way, an electrolyte-tight seal is obtained which is largely unaffected by crevice corrosion. A sealing ring 61 can be placed between the electrolyte-resistant plate 27 and the ring 61, so that an electrolyte-tight seal is formed between the plate 27 and the liner ring 61. The compressive force is also exerted between the liner 61 and the anode part 47, so that there is a further electrolyte-tight gasket between the liner ring 61 and the base part 47. In this way, the electrically conductive hydrogen impermeable part 49 will be essentially protected against contact from the electrolyte.

Foringsringen 61 som er nevnt ovenfor kan f.eks. The liner ring 61 mentioned above can e.g.

, være av naturgummi, hardgummi, plast, titan, lav-kalsiumetylen-propylendién-gummi, lav-kalsium-polystyren, lav-kalsium-neopren, lav-kalsium-klorpren eller lignende. , be made of natural rubber, hard rubber, plastic, titanium, low-calcium ethylene-propylene-diene rubber, low-calcium polystyrene, low-calcium-neoprene, low-calcium-chloroprene or the like.

De bipolare enheter 11 til og med 17 er elektrisk The bipolar units 11 through 17 are electrical

i serie slik at anodesiden 25 i en bipolar enhet 17 og ka- in series so that the anode side 25 in a bipolar unit 17 and ca-

) todesiden 21 i neste bipolare enhet 16 danner en individuell elektrolytisk celle 8 mellom dem. Anodene 41 i en bipolar enhet 17 er plassert mellom katodene 31 i den neste til-støtende bipolare enhet 16, og anodene og katodene er i alt ) the bipolar side 21 in the next bipolar unit 16 forms an individual electrolytic cell 8 between them. The anodes 41 of a bipolar unit 17 are placed between the cathodes 31 of the next adjacent bipolar unit 16, and the anodes and cathodes are in total

vesentlig parallelle med hverandre. substantially parallel to each other.

Anodene 41 og katodene 31 kan begge være loddrette på de bipolare enheter. Alternativt kan de danne en vinkel med de tilstøtende overflater på de bipolare enheter slik at man får parallelle elektroder. De tilstøtende bipolare enheter i en enkelt individuell celle er i et enkelt elektrolytt- The anodes 41 and the cathodes 31 can both be vertical on the bipolar units. Alternatively, they can form an angle with the adjacent surfaces of the bipolar units so that parallel electrodes are obtained. The adjacent bipolar units in a single individual cell are in a single electrolyte

) kammer hvor det dannes alkalimetallhalat. Elektrolysekammeret kan inneholde en rekke individuelle bipolare enheter, f. eks. tre eller fem eller mer, eller endog så mange som 75 eller 100 eller endog 150 eller flere bipolare enheter som ) chamber where alkali metal halate is formed. The electrolysis chamber may contain a number of individual bipolar units, e.g. three or five or more, or even as many as 75 or 100 or even 150 or more bipolar units that

danner bipolare celler. De individuelle bipolare celler har et elektrolyttvolum som er tilstrekkelig til å gi en oppholdstid på fra 40 til ca. 250 ml/ampére, fortrinnsvis fra ca. 65 til ca. 200 ml/ampére, hvorved det kjemisk dannes alkalimetall- form bipolar cells. The individual bipolar cells have an electrolyte volume that is sufficient to provide a residence time of from 40 to approx. 250 ml/ampere, preferably from approx. 65 to approx. 200 ml/ampere, thereby chemically forming alkali metal

halat i cellen. halat in the cell.

I elektrolysecellen ifølge foreliggende oppfinnelse vil interelektrodegapet mellom anodene i en bipolar enhet og katodene i neste tilstøtende bipolare enhet inne i en enkelt bipolar celle, være av størrelsesorden fra ca. 3 - ca. 6 mm og hvor anodene og katodene i de individuelle celler er skilt fra hverandre ved hjelp av keramiske eller plastnagler 71 som er presset inn i katodefingrene. På denne måten får man et kompakt volum for virkelig elektrolyse. På grunn av det store cellelegemet som brukes, får man også et stort volum for halatdannende reaksjoner. På denne måten kan man få høyere konsentrasjon av alkalimetallhalat inne i elektrolytten, og dette setter lavere krav med hensyn til kjøling på cellen og man oppnår høyere celleeffektivitet. Dessuten kan man tilføre saltlake i stedet for faste salter. In the electrolysis cell according to the present invention, the interelectrode gap between the anodes in a bipolar unit and the cathodes in the next adjacent bipolar unit inside a single bipolar cell will be of the order of approx. 3 - approx. 6 mm and where the anodes and cathodes in the individual cells are separated from each other by means of ceramic or plastic rivets 71 which are pressed into the cathode fingers. In this way, a compact volume is obtained for real electrolysis. Due to the large cell body used, a large volume is also obtained for halate-forming reactions. In this way, a higher concentration of alkali metal halate can be obtained inside the electrolyte, and this places lower demands with regard to cooling on the cell and a higher cell efficiency is achieved. You can also add brine instead of solid salts.

Elektrolysecellen ifølge foreliggende oppfinnelse kan brukes for elektrolyse av alkalimetallhalogenider til alkalimetallhalater. Typisk kan natriumklorid elektrolyseres til natriumklorat, natriumbromid til natriumbromat, kalium-klorid til kaliumklorat og kaliumbromid til kaliumbromat. The electrolysis cell according to the present invention can be used for the electrolysis of alkali metal halides to alkali metal halates. Typically, sodium chloride can be electrolysed to sodium chlorate, sodium bromide to sodium bromate, potassium chloride to potassium chlorate and potassium bromide to potassium bromate.

Under drift av cellen vil man tilføre mettet saltlake, f.eks. en som inneholder fra 300 - 325 g natriumklorid pr. liter. Salttilførselen kan enten være parallell, dvs. man tilfører saltlaken individuelt til hver elektrolytisk celle i en celleserie, eller saltlake kan tilføres i serie, dvs. på ett punkt inne i cellen, hvoretter væsken fjernes fra cellen på et punkt som ligger i en viss avstand fra det punkt hvor cellevæsken ble tilført. Serietilførsel er foretrukket, og dette fordi tilførselen til første celle vil ha lav hypo-klor ittione-konsentrasjon, hvorved man får god kjemisk dannelse av kloration og god strømutnyttelse. En elektromotorisk kraft påsettes over det bipolare elektrolysekammer, hvorved den elektriske strømmen går gjennom elektrolysekammeret slik det er beskrevet ovenfor. Elektrolysen kan utføres ved strøm-tettheter på 2200 ampere/m 2, f.eks. så høyt som 4400 eller 6600 ampére/m 2 eller endog høyere. Man vil vanligvis oppnå en celleoppholdstid på fra 40 - 250 ml/ampére, fortrinnsvis fra 65 - ca. 200 ml/ampére, og cellevæsken vil vanligvis ha en pH fra 5,6 - 6,8, fortrinnsvis fra 6,0 - 6,7. Tempe-raturen i væsken inne i cellen er fra 50 - 100°C, vanligvis over ca. 80°C og ofte så høy som 95 eller 98°C eller endog 100°C. Man vil få fremstilt en cellevæske som inneholder fra 650 - 750 g natriumklorat pr. liter, fra ca. 60 - 75 g natriumklorid pr. liter og fra ca. 1 - ca. 4 g natriumdi-kromat pr. liter og fra ca. 1 - ca. '3 g natriumhypokloritt pr. liter. During operation of the cell, saturated brine will be added, e.g. one that contains from 300 - 325 g of sodium chloride per litres. The salt supply can either be parallel, i.e. the brine is supplied individually to each electrolytic cell in a series of cells, or the brine can be supplied in series, i.e. at one point inside the cell, after which the liquid is removed from the cell at a point located at a certain distance from the point where the cell fluid was added. Series supply is preferred, and this because the supply to the first cell will have a low hypochlorite ion concentration, which results in good chemical formation of chlorination and good current utilization. An electromotive force is applied across the bipolar electrolysis chamber, whereby the electric current passes through the electrolysis chamber as described above. The electrolysis can be carried out at current densities of 2200 amperes/m 2, e.g. as high as 4400 or 6600 ampere/m 2 or even higher. One will usually achieve a cell residence time of from 40 - 250 ml/ampere, preferably from 65 - approx. 200 ml/ampere, and the cell fluid will usually have a pH of from 5.6 to 6.8, preferably from 6.0 to 6.7. The temperature in the liquid inside the cell is from 50 - 100°C, usually above approx. 80°C and often as high as 95 or 98°C or even 100°C. A cell fluid containing from 650 - 750 g of sodium chlorate per litres, from approx. 60 - 75 g of sodium chloride per liter and from approx. 1 - approx. 4 g of sodium dichromate per liter and from approx. 1 - approx. '3 g of sodium hypochlorite per litres.

Claims

Bipolar electrolysis cell (1) for the production of alkali metal halates with a plurality of individual bipolar units (11-17) in series, each of which comprises a back plate (20) with a through opening (29), a cathodic steel surface (21) of the back plate (20) ), cathodes (33) mounted on and projecting from the cathodic surface (21) mounted on and projecting from the cathodic surface (21) of the backing plate (20), a titanium anodic surface (25) and anodes (41) projecting from the anodic surface (25) of the back plate (20), whereby the anodes (41) in one bipolar unit and the cathodes (33) in the nearest bipolar unit are located in the same electrolyte space, characterized in that the anodes (41) are attached to a device ( 45) which is releasably mounted on the back plate (20) and can be removed independently of the cathodes (33), the device (45) comprising:

an acid-resistant titanium anode base part (47) larger than the opening (29), finger-like metal anode blades (43) mounted on and projecting from one side of the titanium anode base part (47), an electrically conductive and substantially hydrogen impermeable copper part (49) which is friction welded to the opposite side of the acid-resistant anode base (47) and the corresponding opening (29) in the back plate (20), and threaded bolts (51) which are friction welded to and protrude from the copper part (49) through the opening (29) to the cathodic surface (21) in the back plate (20).