NO820745L - Fremgangsmaate til aa kle katoder for elektrolyseceller med diafragmaer eller membraner - Google Patents

Description

Denne oppfinnelse angår en fremgangsmåte til å kle en katodekasse i en elektrolysecelle med et diafragma eller en membran,' videre angår 'den en katodekasse kledd med diafragma eller membran, samt en elektrolysecelle omfattende en katodekasse kledd med diafragma eller membran.

Katoder kledd med diafragma eller membran ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er av den type som i alminnelighet kan anvendes i elektrolyseceller for elektrolyse av vandige alkalimetallklorid-oppløsninger for fremstilling av klor og alkalimetallhydroksyd-oppløsning, spesielt fremstilling av klor og natriumhydroksydoppløsning, ved elektrolyse av vandige natriumkloridoppløsninger. Det vil imidlertid forstås at oppfinnelsen ikke er slik begrenset, og at katoder kledd med diafragma eller membran kan anvendes i elektrolyseceller for elektrolyse av oppløsninger av andre ioniserbaire kjemiske for-bindelser enn vandige alkalimetallklorid-oppløsninger.'

Slike elektrolyseceller kan omfatte en katodekasse med sidevegger og et antall katodefingre eller -lommer, som i alminnelighet er parallelle med hverandre, og et antall anoder anordnet med jevne mellomrom og parallelle med hverandre og festet til en basis, idet anodene er plassert mellom nabo-katodefingre eller de katodelommene i katodekassen. Et hydraulisk gjennom-tréngelig diafragmamateriale eller for ioner permselektivt mem-. branmateriale er anbragt på katode.fingrene eller i katodelommene og deler cellen i separate anodekamre og katodekamre. Katodefingrene eller'-lommene kan.ha en gjennomhullet eller perforert struktur, og cellen er forsynt med en overdel eller væsketank (header) gjennom hvilken elektrolyttoppløsning kan tilføres cellen, og med midler for uttagning av elektrolyse-produktene fra cellen.

I. mange år er gjennomhullede eller perforerte strukturer i

.elektrolysecellers katodekasser blitt kledd med asbestdiafragmaer ved at katodekassen nedsenkes i en suspensjon av. asbest-' fibre i eksempelvis cellevæske, hvoretter asbestfibrene suges fast på den gjennomhullede struktur. En^hydraulisk gjennom-tréngelig matte av asbestfibre blir derved blandet på den gjennomhullede struktur i katodekassen. Skjønt slike asbestdiafragmaer er blitt anvendt i mange år, og selvsagt fremdeles anvendes i stor målestokk, foreligger det et behov for å er-

statte asbestdiafragmaer med andre materialer som ikke sveller under bruken i elektrolysecellen.- Når vandig alkalimetallklorid-. oppløsning elektrolyseres i én celle forsynt med et asbest-diafragma, må således anode/katode-avstanden være større enn man kunne ønske,- med derav følgende spenningsøkning, i det minste delvis av hensyn til den oppsvelling av asbestdiafrag-maet som finner sted under elektrolysen. Det foreligger også et behov for å erstatte asbest med materialer som ikke har asbest-ens giftige egenskaper, og som har en lengre effektiv levetid enn asbest..

Mange forskjellige typer av hydraulisk gjennomtrengeligé diafragmaer fremstilt av syntetiske polymere materialer er blitt utviklet. Eksempelvis er. det i britisk patent nr. 1 081 046 (Imperial Chemical Industries Limited) beskrevet et arkdiafragma

■av porøst polytetrafluoretylen, hvilket fremstilles ved at man danner-et ark av polytetrafluoretylen og et partikkelformig hylster, eksempelvis stivelse, og ekstraherer fyllstoffet fra arket. I britisk patent nr. 1 503 915 (også Imperial Chemical Industries Limited) er. det beskrevet en elektrokjemisk cel"lé, som spesielt er egnet til bruk ved fremstilling av klor og alkalimetallhydroksyd ved elektrolyse av vandig alkalimetallklorid-oppløsning, hvilken celle omfatter en anode og en katode adskilt ved hjelp av et porøst polytetrafluoretylen-diafragma

som -har en:mikrostruktur av knuter•som er innbyrdes forbundet ved fibriller. Det porøse polytetrafluoretylen-årk som er egnet til bruk som diafragma, og en fremgangsmåte til fremstilling arket, er beskrevet i britisk patent nr. 1 355 373 (W L^ Gore and Associates Inc..) .

I de senere.år er det blitt utviklet et antall hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelige, for ioner permselektive membranmaterialer,■spesielt -til bruk i elektrolyseceller for elektrolyse av vandige alkalimetallklorid-oppløsninger hvor man

■ ønsker å fremstille alkalimetallhydroksyd-oppløsninger som er praktisk talt fri for alkalimetallklorid. Disse membranmaterial-er omfatter i alminnelighet fluorholdige polymere materialer inneholdende kationebyttergrupper, eksempelvis sulfonsyré-,

karboksylsyre- eller fosfonsyre-grupper, eller derivater derav.

•De polymere materialer.kan være perfluorert, og katiohebytter-gruppene kan foreligge i enheter, dannet ved polymerisering av

per f luorvinyletere inneholdende ka.ti.oneby ttergruppene. Slike kationebyttermembraner er beskrevet i eksempelvis britisk patent .nr. 1184321, 1402920, 1406673, .1455070, 1497748/1497749, .1518387 og 153106-8 .

Mange av de syntetiske diafragmaer og membraner som er blitt utviklet, kan. ikke påføres på de perforerte e.lektrolyse-cellekatoder ved de metoder som hittil har vært anvendt for på-føring av asbestdiafragmaer på slike perforerte strukturer.

Videre er et syntetisk diafragma eller membran i form av et ark

eller' en film vanskelig å påføre på en katodekasse i hvilken de perforerte katoder er i form-av et antall fingre éller. lommer. Det er vanskelig å sikre åt diafragmaet eller membranen føyer, seg etter den noe uregelmessige form av slike katodekassers' overflater, og det- er også vanskelig å sikre at diafragmaet

eller membranen forsegles på tilfredsstillende måte, slik at den blir fri for lekkasje. Spesielle metoder er blitt utviklet når det gjelder å kle slike katodekasser med syntetisk diafragma eller membran.

Mange av de metoder som hittil er beskrevet, omfatter anvendelse av mekaniske klemanprdninger.

Således er det. i belgisk patent nr. 864 4.00 (Olin Corporation) beskrevet et hylster for kledning av en hovedsakelig rektangulær elektrode, hvilket hylster har en lukket ende, en åpen ende pg to lukkede sider, hvor i det minste en av de lukkede sider består av en hovedseksjon og en seksjon i form av en fane ved den åpne ende. Ved anvendelsen er hylstret plassert over katoden, og fanen, som er bøyelig, bøyes eller vries slik at den danner en hovedsakelig flat overflate, og fastklemmings- eller fastspennings-metoder anvendes, for opp-nåelse av effektiv forsegling av hylstrene langs deres øvre og hedre kanter. De beskrevne hylstere er egnet til bruk ved kledning av en katodekasse inneholdende et- antall katoder av fingertypen.

I US patent nr. 3 980 .544 (også Olin Corporation) er det beskrevet et diafragma i form av et hylster som er egnet for kledning av perforerte elektroder, spesielt katoder, som er anordnet parallelt med hverandre med innbyrdes mellomrom; dia-fragmahylstret har en åpen ende og to til hinannen sluttende kanter som fastklemmes mellom en klemanordning og en stang plassert mellom elektrodene.' Denne- diafragmastruktur og fast-klemmingsmetode er særlig egnet for kledning av elektroder av fingertypen.

I US "patent nr. 3 378 082 (BASF Wyandotte Corporation) er det beskrevet midler for.kledning av katoder av både fingertypen og iommetypen. I en katodekasse omfattende katoder av fingertypen blir et diafragma i form av et hylster plassert over katodefingeren, og en U-formet holder plasseres over diafragmaet ved forbindelsen mellom nabo-katodefingre. I en katodekasse ;a'v Iommetypen legges diafragmaet over katoden og holdes , i lommen ved hjelp av s.igdf ormede holdere plassert over diafragmaene i lommen. U-formede holdere plasseres også over diafragmaet,■og de U-formede holdere samvirker, også med de sigdformede holdere.

Det finnes flere tilhørende litteratursteder i hvilke an-ordningen for kledning av katodekassen nødvendiggjør anvendelse av slissede bæreorganer som plasseres over og-under katodekassen méd slissene i bæreorganene på linje med lommene, i katodé-kassen. Ved slike kledningsmetoder. blir et diafragma- eller membran-hylster plassert i hver lomme i katodekassen og forseg-' let til dé. øvre og nedre slissede bæreorganer.

I US patent nr. 3 934 630 (BASF Wyandotte Corporation) har således de slissede bæreorganer oppstående faner, og diafragma-hylstret forsegles til fanene på bæreorganene. Denne forsegling kan utføres ved varmeforsegling, som beskrevet i belgisk patent nr. 865 864, eller ved mekaniske midler, som beskrevet i europeisk patentpublikasjon nr. 0 008 165 (begge Imperial Chemical Industries Limited) ..

I britisk patentsøknad nr. 2 044 802A (Kanegafuchi) er det beskrevet en .fremgangsmåte til å'kle en katodekasse, hvor de øvre og nedre horisontale overflater av en katodekasse dekkes med såkalte membran-installasjonsrammer forsynt med slisser, og hvor membfanhylstret med utflåringer ved begge ender plasseres

i lommene i katodekassen og de utflårede deler festes til membran-installasjonsrammene ved■hjelp av mekaniske midler, eller ved sveising, eksempelvis ved varmeforsegling.

Den.foreliggende oppfinnelse tilveiebringer en. fremgangsmåte til å kle en'katodekasse omfattende et antall gjennomhullede katoder av Iommetypen, hvilken er spesielt effektiv og' ikke forutsetter anvendelse av formgitte mekaniske klemanordninger for anbringelse og forsegling av diafragmaet eller membranen i katodekassen. Fremgangsmåten og oppnåelsen av et godt resultat er heller ikke avhengig av anvendelse av slissede bæreorganer av den hittil beskrevne type, og den nødvendiggjør således ikke en nøyaktig plassering av et diafragma- eller membran-hylstér i forhold til slissene i et slisset bæreorgan.

Den foreliggende oppfinnelse kan anvendes ikke bare for kledning av en katodekasse med et diafragma som er hydraulisk gjennomtrengel.ig og som tillater elektrolytt å strømme gjennom diafragmaet mellom anode- og katode-kamrene i elektrolysecellen, men også for kledning av -en katodekasse' med i det vesentlige hydraulisk ugjennomtrengelige materialer, vanligvis kalt membraner, som tillater selektiv overføring av ioner mellom anodé-og katode-kamrene i en elektrolysecelle..

Med mindre annet er sagt skal i det følgende "skille-organer" .forstås å innbefatte både hydraulisk gjennpmtrengelige materialer og hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelige, for ioner permselektive materialer. Under betegnelsen "diafragma" innbefattes også materialer som ikke nødvendigvis er hydraulisk gjennomtrengelige, men som lett omdannes til en hydraulisk gjennomtrengel-ig form, for eksempel ved ekstraksjon av en partikkelformig substans fra materialet.. Under betegnelsen • "membran" innbefattes materialer som ikke er permselektive for ioner, men som lett kan omdannes til en for ioner permselektiv form, for eksempel ved hydrolyse.

Fremgangsmåten ifølge foreliggende oppfinnelse' er egnet til bruk ved kledning av en katodekasse omfattende et antall gjennomhullede katoder av Iommetypen, hvorved vi mener én katodé-kasse som har sidevegger, en overdel og en bunn som kan ha en gjennomhullet struktur, og et antall lommer som er hovedsakelig parallelle med hverandre og dannet av gjennomhullede vegger plassert mellom overdelen og bunnen, idet lommene danner hul-rom i hvilke anodene i en elektrolysecelle kan anbringes.. Lommene, sett i grunnriss, er i alminnelighet, men ikke nød-vendigvis langstrakte'av form, med' to hovedsakelig parallelle og relativt lange sidevegger og to, relativt korte endevegger til-sluttende sideveggene. I henhold til den foreliggende oppfinnelse tilveiebringes en fremgangsmåte til å kle et skilleorgan til en katodekasse av Iommetypen til bruk i en' elektrol<y>secelle,ved hvilken fremgangsmåte et skilleorgan i form av. et hylster anbringes i hver

lomme.i katodekassen med hylstrenes ender ragende forbi lommenes ender, et første arkmateriale plasseres i kontakt med de deler hylstrene som rager forbi lommenes ender i én retning, og hylstrene forsegles til arkmaterialet, et andre arkmateriale

plasseres i kontakt med de deler av hylstrene som rager forbi lommenes ender i den motsatte retning, og hylstrene forsegles til nevnte andre arkmateriale, og de deler av arkmaterialene som ligger ..inntil endene av lommene fjernes.

Da fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen ikke fordrer bruk av slissede bæreorganer, er det . ikke nødvendig at hylstrene inn-rettes nøyaktig etter spaltene i slike bæreorganer. Da slissene

i arkmaterialene dannes etter at hylstrene er forbundet med■ disse, idet man fjerner de deler av arkmaterialene som ligger inntil endene av lommene,, det vil. si innenfor forseglingene, blir kledningen av en katodeboks dessuten i høy grad lettet.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen krever ikke anvendelse av mekaniske klemanordninger.

Når skilléorganet er et hydraulisk gjennomtrengelig diafragma, kan det være laget av. et porøst organisk polymer-materiale. Foretrukne organiske polymere materialer er fluorholdige polymerer på grunn av slike materialers generelt stabile natur i det korrosive miljø i mange elektrolyttceller. Egnede fluorholdigé polymere materialer er eksempelvis polyklor-triflouretylen, fluorerte etylen-propylen-kopolymerer og

polyheksafluorpropylen. Et foretrukket fluorholdig polymert materiale er polytetrafluoretylen på grunn av dettes stabilitet i korrosivt elektrolysecellemiljø, spesielt i elektrolyseceller for fremstilling av klordg alkalimetall.hydroksyd ved elektrolyse av vandige alkalimetallklorid-oppløsninger. Slike hydraulisk gjennomtrengelige diafragmamaterialer er kjent på området.

Når■skilléorganet er en hovedsakelig, hydraulisk ugjennomtrengelig, for ioner permselektiv membran som tillater vandring av' ioner'mellom anode- og, katpdekamrene i en elektrolysecelle, er membranen fortrinnsvis katiqn-permselektiv. Slike materialer er kjent på området og er fortrinnsvis:fluorholdigé polymere materialer inneholdende anioniske grupper. De polymere materialer er.fortrinnsvis fluorkarboner inneholdende de gjen-tatte grupper

hvor.m har en verdi på 2-10, fortrinnsvis 2, forholdet mellom M og N fortrinnsvis er slik at det gir en ekvivalent vekt foir grupperie.X i-området.600-2000, og X er valgt fra

A eller

hvor p har en verdi' på eksempelvis 1-3, Z er fluor eller en perfluoralkylgruppe med 1-1.0 karbonatomer, og A er en gruppe

valgt blant gruppene:

eller derivater av nevnte grupper, hvor X"*" er -en arylgruppe. •Fortrinnsvis- representerer A gruppen S.O^H eller -COOH.. Ione-byttermembraner -inneholdende SO^H-gruppen selges under handels-navnet 'Nafion' (E I du Pont de Nemours and Co Inc),og ione-byttermembraner inneholdende COOH-gruppen selges under handels-.

• navnet "Flemion' (Asahi Glass Co Ltd.)-.

Skilléorganet i form av.et hylster kan fremstilles av et skilleorgan-materiale i form av et ark eller en film for eksempel ved at man forsegler motstående kanter av et kvadratisk eller langstrakt ark, eksempelvis ved at de motstående kanter' av arket anordnes overlappende og de overlappende deler forsegles, eller ved at man forsegler motstående kanter av arket til en strimmel av et- egnet materiale.

Ifølge en foretrukken utførelsesform, som letter forseglingen av hylstrene til arkmaterialene, blir begge ender av hylstrene utflaret, i -det minste i tilstrekkelig grad til,å lette flatertil-flate-kontakt mellom endene av hylstrene og arkmaterialene. De utflårede ender av hylstrene, eller i dét minste en betydelig del derav,' som i katodekassen befinner seg innenfor lommene, dannes av et skilleorgan-materiale. De' deler av' hylstrene som rager forbi endene av lommene i katodekassen, for eksempel de utflårede ender av hylstrene, kan være dannet av et materiale som hverken er hydraulisk gjennomtrengelig eller gjennomtrengelig for ioner. Alternativt-kan de utflarede ender være dannet ved at endene av hylstret foldes over en hensiktsmessig utformet formgiver.

De arkmaterialer som ved fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen forsegles til hylstrene av skilleorgan-materiale, .kan.selv være laget av et skilleorgan-materiale. Når hylstrene er diafragmaer laget av et materiale som er hydraulisk gjennomtrengelig, kan således arkmaterialene også være av et materiale som ér hydraulisk gjennomtrengelig, hvilket sistnevnte materiale kan være det samme som hylstermaterialet, eller et annet materiale. Når hylstrene er membraner laget av et materiale som er hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelig og som er permselektivt

'for ioner, kan arkmaterialene også være av et materiale som er hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelig og permselektivt for ioner, hvilket sistnevnte materiale kan være det samme.som hylstermaterialet, eller et annet materiale.

Når hylstrene er diafragmaer, kan arkmaterialene endog være laget av et membranmateriale. Når hylstrene er laget av' et'-membranmateriale, bør imidlertid arkmaterialene være' hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelige og bør således ikke være . diafragmamateriale.

Alternativt kan arkmaterialene være hverken et diafragma-, materiale eller et membranmateriale og kan eksempelvis omfatte et organisk polymert- materiale som hverken er hydraulisk gjennomtrengelig eller gjennomtrengelig for ioner. Slike organiske polymere materialer bør være resistente overfor de betingelser som hersker i elektrolysecellen,<p>g de er fortrinnsvis .fluorholdigé polymere materialer, spesielt når den kledde katodekasse skal utgjøre en del av en elektrolysecelle som skal anvendes ved elektrolyse av vandig alkalimetallklorid-oppløs-ning. Arkmaterialene kan således være dannet av et polymert perfluor-materiale, for eksempel polytetrafluoretylen eller

tetrafluoretylen-heksafluorpropylen-kopolymer.

De forseglingsmetoder som anvendes ved forseglingen av hylstrene til arkmaterialene, og anvendes ved fremstillingen av hylstrene, er ikke begrenset til noen spesiell metode. Forseglingen kan således utføres for eksempel ved anvendelse av egnede klébemidler eller ved'anvendelse av sveiseteknikk, for eksempel ved varmeforsegling under anvendelse.av oppvarmede plater, eller ved radiofrekvensoppvarming.

- Det vil forstås at den spesielle forseglingsmetode til bruk ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil bli valgt under hen-syntagen til ■skilleorganets og/eller arkmaterialets natur ,. og enn videre at visse forseglingsmetoder kan være uegnet til bruk i forbindelse med visse skilleorgan- og/eller ark-materialer. Mens det i alminnelighet kan anvendes egnede klébemidler for forsegling av en rekke forskjellige skilleorgan-materialer til arkmaterialer, hvilke kan være like eller forskjellige, er det, eksempelvis, blitt funnet at når skilléorganet er en-membran fremstilt av en fluorholdig polymer inneholdende ionebyttergrupper, så kan vanskeligheter gjøre .seg gjeldende under visse

omstendigheter når polymeren skal sveises til seg selv under dannelse av et hylster og ved forsegling av hylstret til et ark-materiale av den samme polymer. Vanskeligheter kan spesielt gjøre seg gjeldende når polymeren inneholder ionebyttergrupper i form av metallsalter av sure grupper, eksempelvis alkaliraetall-salter av sulfonsyrer, karboksylsyrer eller fosfonsyrer, og når sveising skal anvendes, er de ovenfor nevnte sure grupper fortrinnsvis-'i hydrogenformen eller- i form av estere. Spesielt lavere-alkyl-estere, eksempelvis metyl.estere. Etter forseglingen kan esterformen omdannes til den for ioner gjennom-, trengelige syre- eller salt-form.

Et valg av den forseglingsmetode som skal anvendes i forbindelse med et spesielt skilleorgan- og/eller ark-materiale, kan hensiktsmessig gjøres ved hjelp av enkle forsøk-.

Ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen plasseres arkmaterialene i kontakt med de deler av hylstrene som rager forbi lommenes ender, og ifølge en for.etrukken utførelsesform' med de utflårede ender av hylstréne, hvilket letter flate-til-flate-kontakt mellom hylstrene og arkmaterialet.

Forseglingen kan utføres ved at man påfører et egnet klebe- middel på de utragende deler av hylstrene, eksempelvis på de

utflårede ender, deretter bringer disse i kontakt med ark-' materialene og, om nødvendig, anvender varme og/eller trykk på de områder av hylstrene og arkmaterialene som er i kontakt.

Ved utførelse av forseglingen under anvendelse av sveise-• tekrtikk kan varmeforsegling anvendes. Således kan arkmaterialet og den. utragende ende av hylsteret, eksempelvis en utflåret ende, holdes mellom plater, idet den ene eller begge oppvarmes, inntil enden av hylstret er forseglet til arkmaterialet. Om nødvendig.kan trykk -anvendes gjennom platene, hvorved varme-forseglingsprosessen lettes.'

Ved utførelse av forseglingen ved hjelp av radiofrekvensoppvarming kan arkmaterialet og den utragende ende av et hylster, eksempelvis en utflaret ende, anbringes mellom elektroder og et høyfrekvent magnetisk vekselfelt tilveiebringes mellom elektrodene. Forseglingen kan lettes ved anvendelse av trykk gjennom elektrodene på det materiale som skal forsegles. Frekvensen av den vekselstrøm som pålegges elektrodene, vil i alminnelighet være i megasykelområdet, eksempelvis mellom 1 og 100 megasykler pr. sekund. I alminnelighet vil en frekvens- i området 10-50 megasykler pr. sekund være hensiktsmessig.

Deri tid som er påkrevet for utførelse av en varmeforsegling vil delvis avhenge av arten av de materialer som skal varmeforsegles, og spesielt materialenes mykningspunkt, og hen-siktsmessige tidsrom og temperaturer,.samt frekvenser i det tilfelle at radiofrekvensoppvarming anvendes, kan bestemmes ved hjelp av enkle forsøk,.for eksempel på små prøver av det materiale som skal varmeforsegles.

Når en sveiseteknikk anvendeskan en plate eller elektrode anbringes i en lomme i katodekassen innenfor hylstret og hylstrets.ende utflåres over enden av platen eller elektroden i retning innover. Ved sveising av hylstret til et av arkmaterialene plasserer man en annen- plate eller elektrode på arket, med arket og hylsterutflåringen i kontakt med hverandre mellom platene eller, elektrodene. Den plate eller elektrode som anbringes'i lommen, vil ha en form tilsvarende formen av lommen i katodekassen. Etter at forseglingen er utført, blir den del av arket som befinner seg ved enden av lommen i.katodekassen, det vil si innenfor forseglingen, fjernet, og en lig nende fremgangsmåte følges ved forseglingen av hylstret i en nabolomme .til arkmaterialet. Deretter blir de motsatte ender av hylstrene på lignende måte forseglet .til et annet ark-materiale..

Katodekassen kan omfatte et høyt antall av lommer, for eksempel- opp til 50 lommer, og et hylster plasseres i hver lomme, og det er "ønskelig å tilveiebringe en anordning til å holde hylstrene på plass i lommene under kledningen av katodekassen.

En sådan anordning kan være en oppblåsbar pose plassert i hver lomme og oppblåst tilstrekkelig til å holde hylstrene i kontakt med de gjennomhullede eller perforerte overflater av katodekassen.. Før innsetning av en plate eller elektrode i en lomme i katodekassen, blir luften sluppet ut av posen som er plassert i angjeldende lomme, og posen fjernes.

De arkmaterialer til hvilke hylstrene forsegles, bør dekke i det minste de overflater- av katodekassen mellom hvilke lommene er plassert, og fortrinnsvis strekker arkmaterialene seg ■■ til kantene av disse overflater, slik at kantene av arkmaterialene kan -fastklemmes mellom katodekassens vegger og elektrolyse-'cellens basis på hvilken kassen er plassert, samt mellom katodekassens vegger og elektrolysecellens deksel som er plassext på katodekassen.

I det siste trinn av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen fjernes.de deler av arkmaterialene som ligger inntil endene av lommene i katodekassen, det vil si innenfor forseglingen, slik at anodene, hensiktsmessig montert på en cellebasis, kan anbringes i. katodekassens lommer og innenfor hylstrene av skilleorgan-mat.eriale, når elektrolysecellen sammenstilles. De nevnte deler av arkmaterialene kan fjernes ved at arkmaterialene kuttes, for eksempel med en kniv. Det må påsees at bare de deler av

'arkmaterialene.som er innenfor forseglingen mellom hylstrene og

arkmaterialet,.fjernes, slik at forseglingen ikke skades. Når oppvarmede plater eller elektroder anvendes for utførelse av forseglingen, kan platene eller elektrodene være slik utformet at de frembringer perforeringer i arkmaterialet innenfor forseglingen, hvorved den del av arkmaterialet som er innenfor forseglingen kan fjernes ved at den rives f ra 'arkmaterialet.'

Ved utførelse av fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vil

i alminnelighet de hylsterdeler som rager forbi lommeendene i

en- retning, bli-forseglet til et første arkmateriale, og de deler av arkmaterialet som ligger over endene av lommene og innenfor forseglingene, blir deretter fjernet, hvoretter de hylster-delersom rager forbi lommeendene.i den motsatte retning, forsegles til et annet arkmateriale, og til slutt blir de deler av det annet arkmateriale som ligger over lommeendene og innenfor forseglingene fjernet.

Katodekassen kledd med et skilleorgan ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kan forsynes med en åpning .eller- åpninger for fjerning av cellevæske og gassformige produkter, samt med en

åpning gjennom hvilken væske, ' eksempelvis vann, kan tilføres katodekassen. De gjennomhullede overflater -av katodekassen kan være av ekspandert metall eller av en perforert, vevet eller nett-struktur. Katodekassen, og spesielt de gjennomhullede eller perforerte overflater av denne, er fortrinnsvis laget av stål, eksempelvis bløtt stål, eller av nikkel, spesielt i det tilfelle hvor elektrolysecellen skal,-anvendes ved elektrolyse av en vandig alkalimetallklorid-oppløsning...

Anodene i elektrolysecellen kan.hensiktsmessig være montert på en basis og slik anordnet at når katodekassen anbringes på

denne, vil anodene omsluttes av lommene i katodekassen og innenfor hylstrene av skilleorgan-måterialet. Anodene, og. nevnte basis', 'kan være laget av et filmdannende metall "eller legering derav, det vil si titan, niob, zirko<r>iium, tantal-eller wolfram

.eller legering derav, og anodene kan ha et overflatebelegg av et elektrisk ledende elektrokatalytisk aktivt materiale, for eksempel et belegg omfattende et platinagruppemetall og/eller et platinagruppemetall-ok.syd. Et f oretrukket belegg er et blandet oksydbelegg av et plåtinagruppemetall-oksyd og et oksyd av et filmdannende metall, eksempelvis Ru02og TiC^. I elektrolysecellen kan en anolytt-væsketank være anbragt oppå katodekassen, idet væsketanken er forsynt med en åpning gjennom hvilken elektrolytt kan tilføres anodekamrene i cellen og åpninger gjennom hvilke gassformige elektrolyseprodukter og brukt elektrolytt kan fjernes fra cellen.. Oppfinnelsen skal nå belyses nærmere under henvisning til tegninger. Fig..1 er et grunnriss.av en katodekasse som skal kles med et skilleorgan ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 er et vértikalsnitt gjennom katodekassen etter linjen A-A på fig. 1. Fig. 3 er et vértikalsnitt av en elektrolysecelle, hvor skilléorganet for enkelthets, skyld er sløyfet i- den celle som. er vist. Fig. 4,5 og 6 illustrerer skjematisk fremgangsmåten til å

kle katodekassen med skilleorgan.

Fig. 7 illustrerer katodekassen på fig. 2 kledd med skilleorgan .

Det vises til fig. 1-3. Katodekassen 1 omfatter ■ sidevegger 2,3,4,5■forsynt med åpninger 6,7 gjennom hvilke vann

eller annen væske kan tilføres^ katodekassen og. gjennom hvilke væske og gassformige elektrolyseprodukter kan fjernes fra katodekassen, en gjennomhullet overdel 8 og en gjennomhullet basis 9. Den gjennomhullede eller perforerte struktur kan eksempelvis være et ekspandert metall eller en vevet trådduk, hensiktsmessig av. bløtt stål, når cellen skal anvendes for ■ elektrolyse av en vandig alkalimetallklorid-oppløsning. Katodekassen omfatter fire lommer 10 som er parallelle med hverandre og som er langstrakte, av form og som er dannet av sidevegger 11,12 og endevegger 13,14 mellom den gjennomhullede overdel

8 og.den gjennomhullede basis 9 i katodekassen.. For enkelthets

skyld er. katodekassen på den illustrerte utførelsesform vist med bare fire lommer. Det vil.forstås at katodekassen kan omfatte et langt høyere antall lommer, for eksempel førti eller

flere lommer. Katodekassen er også forsynt med en elektrisk forbindelse,, som for enkelthets skyld ikke er vist.

Den på fig. 3 viste elektrolysecelle omfatter en katodekasse 1 som er montert' på en basisplate 15 og isolert fra.denne ved hjelp av en pakning 16 av et elektrisk isolerende materiale,

som er korrosjonsresistent overfor væskene i cellen. Et antall anoder 17 er montert på basisplatén 16. Anodene er parallelle

med hverandre og plassert i lommene 10 i katodekassen. En basis 18 gjennom hvilken elektrisk•strøm kan tilføres cellens anoder,

er i elektrisk kontakt- med basisplatén 16.. Forbindelsen til strømkilden er konvensjonell og er for enkelthets .skyld ikke vist.

Når.elektrolysecellen skal anvendes ved elektrolyse av vandige alkalimetallklorid-oppløsninger, kan anodene .17 hensikts messig være belagt med et lag av et elektrisk ledende elektrokatalytisk aktivt materiale av den ovenfor beskrevne type. Anodene kan ha perforerte overflater.

En anolytt-tank 19 er plassert på katodekassen 1 og isolert fra denne ved hjelp av en pakning 20 av et elektrisk isolerende materiale som er korrosjonsresistent'overfor væskene i cellen. Anolytt-tanken 19 er forsynt med tre åpninger 21,22,23 gjennom hvilke henholdsvis elektrolyttoppløsning kan tilføres cellen og gassformige elektrolyseprodukter og brukt elektrolyttoppløsning kan uttas fra cellen.

Fig. 4 illustrerer bare en del av katodekassen på fig. 2, idet veggene 3,5 og åpningene 6,7 er sløyfet for enkelthets skyld. Når man skal kle en lomme i katodekassen med skilleorgan, blir et skilleorgan-hylster 24, dannet ved sammenføyning av motstående kanter av et'avlangt ark og med den samme generelle form som lommen 10 i katodekassen, plassert i lommen. En elektrode.25, som også har den samme generelle form som lommen 10,.'blir så anbragt i lommen innenfor hylstret 24, og enden 26 av hylstret 24 utflares ved innoverrettet folding over den øvre ende av elektroden 25. Et"ark av skilleorgan-materiale 24 plasseres, over den gjennomhullede overdel 8 av katodekassen i kontakt med enden 26 av hylstret 24, og en. annen elektrode 28 plasseres oppå arket. Elektrodene 25,28 forbindes med en egnet høyfrekvent kilde for elektrisk strøm (ikke vist), et høyfrekvent magnetisk vekselfelt tilveiebringes mellom elektrodene-, trykk utøves gjennom elektrodene på arket 24 og enden 26 av hylstret

24, og arket forsegles til hylstret ved radiofrekvensoppvarming. Deretter fjernes elektrodene, og hylstret i nabolommer i katodekassen forsegles til arket 27 på lignende måte. Delene 29 • innenfor forseglingene 30 i arket av skilleorgan-materialet 27 (se fig. 5)blir så skåret bort med en kniv slik at det dannes slisser 31 (se fig. 6) i arket av skilleorgan-materialet..

Den ovenfor beskrevne fremgangsmåte blir så gjentatt, idet et andre ark av skilleorgan-materiale forsegles til de motsatte ender av hylstrene 24 i lommene 10 i katodekassen.

Katodekassen kledd med skilleorgan-materiale er vist på.

fig.- 7.

Ved sammenstilling av elektrolysecellen blir katodekassen 1 kledd med skilleorgan plassert på basisplatén 16, og anolytt- tanken 19 plasseres på katodekassen på den foran angitte måte, og cellen boltes sammen.

Elektrolysecellen-drives ved at. man tilfører vandig alkalimetallklorid-oppløsning til anolytt-tanken 19 gjennom åpning 21, og gassformig klor-som dannes under elektrolysen uttas gjennom åpning 22. Utmagret alkalimetallklorid-oppløsning kan' om nød-., vendig uttas gjennom åpning 23. Når skilléorganet er et hydraulisk gjennomtrengelig diafragma, passerer oppløsningen av alkalimetallklorid gjennom diafragmaet, og hydrogen og en opp-løsning av alkålimetallhydroksyd inneholdendé- alkalimetallklorid uttas fra katodekassen gjennom-åpning 6. Når skilléorganet er en hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelig ionebyttermembran, blir vann eller fortynnet alkalimetallhydroksyd-oppløsning til-ført katodekassen gjennom åpningen 7, og hydrogen og vandig• alkalimetallhydroksyd-oppløsning uttas fra katodekassen gjennom åpning 6.

En katodekasse av den beskrevne type ble kledd med et membranmateriale omfattende en film åv kopolymer av tetrafluoretylen og en perfluorvinyleter-karboksylsyreester, og deretter ble karboksylsyreester-gruppene i membranen omdannet til natriumsalt-formen ved at membranen ble bragt i kontakt med vandig natriumhydroksydoppløsning. Varmeforseglingeh ble utført'under anvendelse, av ét radiofrekvensoppvarmingsapparat (Rådyne Ltd) Ved én frekvens på 27 megasykler pr. sekund og en'opp-varmingstid for hver forsegling på ■ 3 minutter.

Katodekassen.ble deretter montert i en elektrolysecelle av den beskrevne .type forsynt med titananoder som hadde et belegg av en blanding av RuG^og Ti02(vektforhold 35:65), og mettet vandig natriumkloridoppløsning ble elektrolysert ved en anode-strømstetthet på 2,9 kA/m2, en temperatur på 85°C og en spenning på 3,8.volt. Vann ble tilført katodekamret under elektrolysen, og 35 vektprosent natriumhydroksydoppløsning ble produsert ved et strømutbytte på 95%. Natr.iumhydroksydoppløsningen inneholdt 10 deler pr. million av natriumklorid, hvilket viser.at det ikke var noen lekkasje av natriumklorid-elektr.olytt fra anodekamret

■ til katodekamret.

Claims (15)

1. Fremgangsmåte til å påføre et skilleorgan på en katodekasse av Iommetypen til bruk i en elektrolysecelle, hvilken katodekasse omfatter sidevegger, en overdel og en bunn, et antall lommer som er hovedsakelig parallelle med hverandre og dannet av gjennomhullede vegger plassert mellom overdelen og bunnen, karakterisert ved at et skilleorgan i form av et hylster plasseres i hver lomme i katodekassen med hylsterendene ragende, forbi ■ lommeendene, et første arkmateriale plasseres i kontakt med de ender av hylstrene som rager forbi endene av lommene i én retning, og hylstrene forsegles til 'arkmaterialet, et andre arkmateriale plasseres i kontakt med de deler av hylstrene som rager forbi endene av lommene i den motsatte retning, og hylstrene forsegles til nevnte andre ark-materiale, og de deler av arkmaterialene som ligger ved endene av lommene fjernes.

2.. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at skilléorganet er et hydraulisk gjennomtrengelig diafragma.

3. ' Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at skilléorganet er en hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelig, for ioner permselektiv membran.

4. Fremgangsmåte ifølge et av kravene 1-3, karakterisert ved at endene av hylstrene er utflåret.

5.. Fremgangsmåte ifølge. krav 4, karakterisert ved at endene av hylstrene er utflåret innover. .

6. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, karakterisert ved at arkmaterialene omfatter e-t organisk polymert materiale.

7. Fremgangsmåte ifølge e't av de foregående- krav, karakterisert ved at arkmaterialene er laget av et skilleorgan-materiale.

8. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakterisert' .ved at hylstrene og arkmaterialene er laget av et materiale som er hydraulisk gjennomtrengelig.

9. Fremgangsmåte ifølge krav 7, karakteri sert ved at hylstrene og arkmaterialene er- laget av et materiale som er hovedsakelig hydraulisk ugjennomtrengelig og som-er permselektivt for ioner.

10. Fremgangsmåte ifølge et av de foregående krav, . karakterisert ved at hylstrene forsegles til arkmaterialene ved varmeforsegling.

11. Fremgangsmåte ifølge krav 10, karakterisert ved at varmeforseglingen.utføres under anvendelse av radiofrekvensoppvarming.

12. Fremgangsmåte ifølge krav 10 og 11, karakterisert ved at en.plate eller elektrode anbringes i en lomme i katodekassen innenfor hylstret med enden av hylstret' utflåret innover, over eriden av platen eller elektroden, en andre plate eller elektrode plasseres på arkmaterialet, og enden av hylstret bringes i kontakt med arkmaterialet og varmeforsegles til dette.

13.-. Fremgangsmåte ifølge krav 1 hovedsakelig som beskrevet i det foregående og illustrert på fig. 1-7.

14. Katodekasse kledd med et skilleorgan ved en fremgangsmåte - ifølge et av kravene 1—13.

15. Elektrolysecelle omfattende en katodekasse med ét antall lommer som er anordnet i denne hovedsakelig parallelt med hverandre og som er dannet av gjennomhullede vegger, et an tall anoder som er anordnet hovedsakelig parallelt med hverandre- og som er plassert i lommene i katodekassen, k a r a k t e r i's e r t ved at katodekassen er kledd med et skilleorgan ved en fremgangsmåte som angitt i et av kravene 1-13.