NO145987B - Horisontal diafragmaelektrolysoer med kvikksoelvkatode - Google Patents

Description

Foreliggende o<p>pfinnelse vedrører en elektrolysør som omfatter en katode med flytende kvikksølv med en skrånende overflate og skilt fra en anode med et diafragma, hvor katoden, diafragmaet og anoden er parallelle. Slike elektrolysører kalles vanligvis "horisontale".

Man kjenner slike elektrolysører, særlig for elektrolyse av alkalisalter, hvor man plasserer diafrag-maer skrått for å føre gassene som dannes ved katoden mot utsugningsrør (fransk patent nr. 1.000.268). Disse re-sultater oppnås ikke hvis ikke skråningen er tilstrekkelig f.eks. over 2 %. Men hvis man gir en slik skråning på overflaten hvor kvikksølvet flyter, vil denne få en hastighet som er mye større enn den bør ha for å sirkulere katolytten i katodekammeret, noe som fører til en blanding i katolytten.

Man har likeledes foreslått (tysk patent nr. 701.771) en elektrolysør som omfatter en anode som med et diafragma er skilt fra en katode som består av kvikksølv som sirkulerer fra et trinn til et annet, hvor trinnet er plassert i en skråning som stort sett er parallell med diafragmaet og anoden. Uttappingen som skapes i dødsonene danner katolytten og er ikke regulær (særlig hvis avløpsåpningen som fører fra trinnene har stor lendge), hvis man ikke an-vender tykke avledningsplater, noe som gjør det nødvendig å anvende et stort volum kvikksølv.

Oppfinnelsen har til formål å tilveiebringe en elektrolysør hvor blandingen av katolytten reduseres,

noe som er ønskelig for å gi et høyt Faraday-utbytte, og hvor den anvendte kvikksølvmengde er liten.

For dette formål foreslår oppfinnelsen

en elektrolysør av den type som er definert ovenfor, og som karakteriseres ved at den har et antall parallelle renner med svak skråning i lengderetningen og hvori katodekvikksølvet strømmer i lengderetningen uten overløp fra en renne til en annen, og hvor nevnte diafragma og overflaten av anoden er skrådd i en retning på tvers av rennene og rennene er vertikalt avtrappet i forhold til hverandre slik at avstanden mellom kvikksølvet og anodeoverflåtene er konstant gjennom hele elektrolysørens bredde.

Man kan derfor gi diafragmaet en tvers-gående helning som er tilstrekkelig stor til å unngå enhver dannelse av gasslommer i diafragmaet og samtidig la kvikk-sølvet flyte på en overflate som har en helning som er for-bundet med regulær strømning (1 o/oo til 1,5 o/oo f.eks.).. Kvikksølvet strømmer altså med en liten hastighet og frem-bringer ikke noe blandinger av katolytten som sirkulerer sam-men med kvikksølvet med en hastighet på 1 til noen cm i sekundet.

For ytterligere å redusere blandingen er det foretrukket å anvende en elektrolysør hvor forholdet mellom lengde og bredde minst er 10. Elektrolytten vil da strømme i anode og katodekammerne en bloc, med en front som står loddrett på sideveggene i elektrolysøren og med lik hastighet. Hvis f.eks. elektrolysøren anvendes for en oksydreduksjon, vet man at Faraday-utbytte minker når konsentrasjonen av redusert produkt øker. Hvis katolytten blir fullstendig oppblandet, er det totale Faraday-utbytte praktisk talt det som tilsvarer innholdet av det reduserte preparat ved slutten av reduksjonen, dvs. ved utgangen av elektrolysøren. Strømningen en bloc gjør det derimot mulig å arbeide med et godt utbytte i størstedelen av elektro-lysørens lengde.

Diafragmaet kan bestå av et enkelt skråplan, to plan som skjærer hverandre eller flere slike.

Man kan anvende:

- enten et diafragma som er impermeabelt overfor væsker, men permeabelt overfor ioner,

eller et porøst diafragma.

I det første tilfelle hvor diafragmaet

f.eks. er en ionebyttermembran, er det ingen risiko for

blanding av anolytt og katolytt. I et annet tilfelle hvor diafragamet f.eks. er av et porøst keramisk materiale, er

det nyttig - hvis man i det minste ønsker å redusere blandingen av anolytt og katolytt - å anvende innretn-

inger for å tilføre og fjerne elektrolytt slik at man permanent holder likevekt mellom trykkene på hver side av diafragmaet.

For dette formål kan innretningene for

å fjerne elektrolytt bestå av avløpsrør, hvor de som vedrører anolytten er plassert i anodekammeret og de andre som vedrører katolytten er plassert i et hus hvor den nedre delen står i forbindelse med katodekammeret.

Høyden på disse avløpsrørene kan være regulerbare for å bestemme nivået på elektrolyttene og derved på likevekttrykkene i de to kammere. Man kan plassere en serie med avløpsrør f.eks. for anolytten i en bestemt

høyde og regulere stillingen på avløpsrørene for katolytten.

Man oppnår denne regulering i dette tilfelle ved å måle

utløpet av anolytt .

På den annen side kan man regulere

høyden på avløpsrørene for anolytt. etter å ha bestemt høyden på avløpsrørene for katolytt.

For en meget grov anvendelse av elektro-lysøren, dvs. man bare ønsker at en av elektrolyttene skal være fri fra den andre, kan man regulere høyden på avløps-

rørene på en slik måte at man får et konstant lavere trykk i

et av kammerne. Hvis man f.eks. ønsker å bevare katode-

væsken fri for anolytt, er det tilstrekkelig å regulere høyden på avløpsrørene i katodekammeret litt høyere enn det teoretiske nivået for like trykk mellom de to kammerne.

Et lett undertrykk skapes, noe som gjør det mulig for kato-

lytt å gå over i anodekammeret, men hindrer anolytt å gå over i katolytten. Ved å plassere avløpsrørene for katolytt over det nevnte teoretiske nivå, får man den motsatte virkning hvor anolytt kan passere over i katodekammeret.

Oppfinnelsen vil lettere bli forstått

under henvisning til beskrivelsen som vedrører en elektrolysør

i en bestemt utførelse gitt som et ikke begrensende eksempel.

Bekrivelsen refererer seg til de ved-heftede tegninger, hvor: Fig. 1 er et tverrsnitt av en elektro-lysør langs linjen I-l i fig. 2;

fig. 2 er et lengdesnitt av elektro-lysøren;

fig. 3 viser variasjoner i Faraday utbytte H p langs elektrolysøren i det tilfelle hvor man får strømning en bloc (kurve I) og med total blanding (kurve II).

Elektrolysøren som er vist i fig. 1 og 2 består av et hus 2, som er utført i materiale som er mot-standsdyktig mot korrosjon av elektrolyttene og av for-bindelser dannet av elektrolyttene. Den nedre del av huset inneholder flere renner 4, som er festet til den negative pol i en strømkilde som ikke er vist . Langs disse rennene strømmer kvikksølvet 6 som utgjør katoden i elektrolysøren. Disse rennene er ikke plassert i samme horisontalplan, men

i trinn og midten av rennene er plassert i et plan som er i det vesentlige parallelt med et skrått diafragma. I eksemplene som er vist, består diafragmaet av to deler 8a og 8b med mot- - satt skråning. Denne innretning stopper gass som er fremstilt under elektrolysen og som strømmer mot diafragmaet og gjør det mulig å føre denne mot den øvre del av katodekammeret hvor gassen føres ut gjennom rørene 10 og 12.

Over diafragmaet 8 er plassert flere anoder 14 med lik avstand til katoden utført i f.eks. grafitt og knyttet til den positive pol i en strømkilde som ikke er vist. Kanalen 16 samler og fører bort gass produsert i anodekammeret .

I fig. 2 ser man spesielt innretninger

for innføring og fjerning av elektrolytt i de to kammere. Anolytten trenger inn i anodekammeret 17 gjennom tilførsels-ledningen 18olassert i den ene enden og går ut gjennom et avløpsrør 20 glassert i den andre enden. Høyden på væsken i dette kammeret bestemmes av stillingen av avløpsrøret 20.

Man innfører katolytten i katodekammeret 21 gjennom røret 22. Denne katolytten (vanligvis en vandig oppløsning ) strømmer motstrøms til anolytten og går ut av elektrolysøren gjennom avløpsrøret 24, plassert i et hus 26. ' Dette kammeret 26 er fremstilt slik at bare katolytten kan trenge igjennom det.. Av denne grunn står det bare i forbindelse med åpninger 2 8 som er fremstilt i den nederste delen . For å likestille trykkene i de to kammerne 17 og 21 varierer stillingen på avløpsrøret 24 i høyden. En utløpsmåler 25 nlassert ved utløpet for anolytten virker på et system 2 7

som hever eller senker utløpsrøret 24 som en funksjon av utløpet av anolytt, hvor en økning av utløpet i forhold til den konstante tilførsel angir at der er ført katolytt over i anolytten.

Kvikksølvet kommer inn i elektrolysøren gjennom ledningen 30, passerer gjennom denne medstrøms med katolytten og går ut gjennom avløpsrøret 32 .

Ledningene 34 og 36 som er utstyrt med ventiler 38 og 40 gjør det mulig å tømme elektrolysøren.

I eksemplet ovenfor, sirkulerer elektro-lyseoppløsningen i motstrøm; men en kan tenke seg innretninger hvor disse oppløsninger går i medstrøm.

Interessene for å fremstille en elektro-lysør hvor man kan redusere blanding av katolytten fremgår av fig. 3, som viser til en elektrolytisk reduksjon. I denne figuren: Viser kurve I variasjonen av Faraday utbytte rip som er en funksjon av prosentdelen s av de pro-dukter som underkastes reduksjonen som effektivt reduseres fra 0 til 100% (kurven som er heltrukket tilsvarer likeledes til variasjonen av utbyttet nF/ som en funksjon av avstanden x fra inngangen under antagelse av at den reduserte prosent-del ved utgangen er 9 2%),

Kurven II viser variasjonen q F (x) under antagelse av en fullstendig blanding, dvs. en konsentra-sjon av det reduserte produktet som tilsvarer konsentrasjonen ved utgangen av elektrolysøren,

I første tilfelle er det totale Faraday utbytte R : og i det annet tilfelle:

Anvendelsen av en elektrolysør ifølge oppfinnelsen med stor lengde i forhold til bredden gjør det mulig å nærme seg kurven I og derved få et høyt utbytte.

Som eksempel har man nedenfor gitt de karakteristiske trekk ved elektrolysører som anvendes for fremst i 11 jng av uran III klorid med utgangspunkt i uran IV klorid med et utbytte på 85%. Fremstilling av UCl^ krever visse foranstaltninger, spesielt anvendelse av ikke-metalliske materialer for fremstilling av elektrolyse-karet og ledningene. Nærværet av metaller fra gruppen III til VIII i det periodiske system fører til en rask oksydasjon av UIII til UIV.

En første horisontal elektrolysør som

ble anvendt med en lengde på 11 meter og en bredde på

1 meter og med anodiske og katodiske overflater på ca.

10m 2. De to kammerne er skilt med et diafragma av frittert glass med en tykkelse på 5 mm. Avstanden mellom anoden og diafragmaet er 8 mm mens 8 mm skiller katoden fra diafragmaet.

Katodekammeret tilføres en oppløsning på 1,3 M UCl^ i en saltsyreoppløsning på IN med en tilførsel på 550 l/time. Anodekammeret mottar en oppløsning av salt-syre på 6N med en tilførsel på 2500 l/t.

Under elektrolysen kan man observere følgende verdier på strømtetthet og spenning:

Den totale spenning er således 5,8 volt.

En annen elektrolysør som likeledes skal fremstille UCl^, har et kammer med en lengde på 30 m og en bredde på 2 m, inneholder tre renner på 27 cm, 50 cm og 27 cm bredde, som har et kvikksølvdekke på 8 mm. De andre parametre tilsvarer de som er angitt ovenfor.

Claims (6)

1. Elektrolysør for elektrolyse av væsker med gassutvikling ved anoden, omfattende en katode (6) dannet av kvikksølv strømmende på en skrådd overflate separert fra en anode (14) ved et diafragma (8a, 8b) hvori katoden (6), diafragmaet (8a, 8b)" og anoden (14) har overflater som er parallelle, karakterisert ved at elektrolysøren har et antall parallelle renner (4) med svak skråning i lengderetningen og hvori katodekvikksølvet strømmer i lengderetningen uten overløp fra en renne til en annen, og hvor nevnte diafragma (8a, 8b) og overflaten av anoden er skrådd i en retning på tvers av rennene (4) og rennene (4) er vertikalt avtrappet i forhold til hverandre slik at avstanden mellom kvikksølvet (6) og anodeoverflåtene er konstant gjennom hele elektrblysørens bredde.

2. Elektrolysør ifølge krav 1, karakterisert ved at diafragmaet (8a, 8b) i retning på tvers av rennene (4) har en helling som er større enn hellingen på rennene (4).

3. Elektrolysør ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at diafragmaet (8a, 8b) er et enkelt skråplan.

4. Elektrolysør ifølge krav 1 eller 2, karakterisert ved at diafragmaet (8a, 8b) består av minst to plan som skjærer hverandre.

5.. Elektrolysør ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at forholdet mellom elektrolysørens lengde og bredde er større enn 10.

6. Elektrolysør ifølge et hvilket som helst av de foregående krav, karakterisert ved at hellingen på rennene (4) er ca. 1,5 o/oo.