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Elektrolytische Zelle
Die Erfindung bezieht sich auf elektrolytische
Zellen, insbesondere mit flüssiger Elektrode, z. B. aus Quecksilber oder Amalgam und hat die gas- dichte Abdichtung des Deckels gegen den Bodenteil zum Gegenstand.
Bei bekannten elektrolytischen Zellen, beispielsweise zur Elektrolyse von Salzlauge, besteht die Kathode aus einer kontinuierlichen Schicht von über eine schwach geneigte ebene Bodenfläche eines trogförmigen Gefässes fliessendem Quecksilber, während die Anode aus einer Anzahl von
Graphitplatten gebildet ist, die in die Salzlauge eintauchen, mit ihren Unterseiten nahe an die Quecksilberoberfläche heranreichen und mittels Graphitstangen von einem oder mehreren, den Abschluss der Zelle bildenden Deckeln herabhängen. Da im Betriebe die unteren Flächen der Graphitplatten abgenützt werden, wobei der elektrische Widerstand der Zelle zunimmt, trachtet man danach, diese Abnützung mittels einer Einstellvorrichtung für die Höhe der Elektroden zu kompensieren.
Eine solche Einrichtung soll jedoch ohne Gefahr der Kurzschlussbildung bei zu stark herabgesenkten Elektroden betätigt werden können.
Gemäss der vorliegenden Erfindung ist eine elektrolytische Zelle mit flüssiger Kathode, vorzugsweise einer Quecksilberkathode, bestehend aus einem trogförmigen Bodenteil, aus einem über den Bodenteil angeordneten Deckel und aus einer an dem Deckel starr angebrachten festen Anode, deren untere Fläche in kurzem Abstande über der flüssigen Kathode und im wesentlichen parallel hiezu liegt, mit einer verstellbaren gasfesten Abdichtungsvorrichtung zur Abdichtung des Deckels gegen den Bodenteil versehen. Diese Vorrichtung besteht aus einem von dem Deckel herabhängenden Mantel, einem am Bodenteil angeordneten und zur Aufnahme des Mantels dienenden Kanal, wobei dieser Kanal eine thermoplastische, gegen die bei der Elektrolyse entwickelten Gase beständige Substanz enthält, sowie aus einer Heizeinrichtung zum Schmelzen der thermoplastischen Substanz im Kanal.
Zu den hiefür geeigneten thermoplastischen Materialien gehört das feste chlorierte Naphthalin, beispielsweise mit einem Chlorgehalt von 45 bis 55%. Es können auch andere Materialien ver- wendet werden, wie z. B. festes chloriertes Paraffinwachs, für sich oder im Gemisch mit chloriertem Naphthalin. Gemische von chloriertem Paraffinwachs mit kleineren Anteilen von chloriertem Kautschuk können auch benützt werden. In einigen Fällen ist es auch möglich, natürliche oder synthetische Kohlenwasserstoffwachse zu verwenden. Die Heizeinrichtung kann zweckmässig aus einem am Boden des Kanals oder an einer Wand desselben liegenden Dampfrohr bestehen, durch welches Dampf geleitet werden kann, wenn die thermoplastische Substanz erweicht oder geschmolzen werden soll.
Vorzugsweise befindet sich die Heizeinrichtung mit dem Unterteil des Mantels in gutem thermischen Kontakt. Beispielsweise kann das Dampfrohr an der Unterkante des Mantels angeschweisst oder angelötet sein. Gegebenenfalls kann die Heizeinrichtung auch aus einem entsprechend isolierten Heizdraht bestehen, durch welchen Strom geschickt wird.
Bei Inbetriebsetzung einer Apparatur gemäss vorliegender Erfindung wird zuerst das chlorierte Naphthalin im Kanal durch Dampfeinleitung in das Dampfrohr geschmolzen, dann der Deckel derart befestigt, dass sich die Anoden im richtigen Abstand vom Zellenboden befinden und der Mantel in das geschmolzene chlorierte Naphthalin in dem Kanal eintaucht, worauf die Schmelze erstarren gelassen wird, was gewünschtenfalls durch Durchleiten von kaltem Wasser durch das Dampfrohr beschleunigt werden kann. Die Zelle ist jetzt betriebsbereit.
Zur Kompensation der bei fortgesetztem Betriebe abgenützten Unterseiten der Anodenblöcke muss der Deckel etwas herabgesenkt werden ; zu diesem Zweck wird die Elektrolyse für kurze Zeit unterbrochen und das chlorierte Naphthalin geschmolzen, worauf der Deckel mittels einer hiefür vorgesehenen Schraubeinstellvorrichtung bis auf den richtigen Elektrodenabstand herabgelassen wird. Wenn die thermoplastische Substanz bei gewöhnlichen Temperaturen zum Brüchigwerden neigt, wie dies bei chloriertem Naphthalin mit 50-55% Chlor der Fall ist, ist es vorteilhaft, während des Betriebes der Zelle die Verschlussmasse auf einer dem Erstarrungspunkt verhältnismässig naheliegenden Temperatur, z. B. zwischen 10 und 20 C unterhalb des Erstarrungspunktes zu
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halten.
Dies kann mittels der zum Schmelzen der thermoplastischen Substanz vorgesehenen Heiz- einrichtung erfolgen.
Die Tiefe des Kanals wird entsprechend der
Länge und dem Gefälle der Zelle sowie unter Be- rücksichtigung des Abstandes ausgewählt, um welchen der Deckel während der Lebensdauer eines vorhandenen Anodensatzes herabzusenken beabsichtigt ist. Beispielsweise wird bei einem
Höhenunterschied zwischen Laugeneintritts- seite und Laugenaustrittsseite der Zelle von x cm und einer zulässigen Abnützung eines
Anodenblockes um y cm die Mindesthöhe des geschmolzenen Verschlussmittels an der Austritts- seite x+y cm und an der Eintrittsseite y cm be- tragen.
Zwecks Herabsetzung der für die Ab- dichtung erforderlichen Menge an Verschluss- material kann die Zelle so konstruiert sein, dass bei normaler Arbeitslage derselben, d. i. unter schwacher Neigung des Zellenbodens gegen die
Horizontale, der Boden des Kanals und der untere
Rand des Mantels zueinander parallel liegen und horizontal angeordnet sind. Gegebenenfalls können, wenn das Gefälle der Zelle leicht variierbar ist, der Boden des Kanals und die untere Kante des Mantels auch noch parallel zu dem die flüssige Elektrode tragenden Zellenboden angeordnet sein.
In diesem Falle wird die Zelle, u. zw. vor dem Schmelzen der thermoplastischen Verschlussmasse und vor dem Einstellen der Höhe des Deckels bzw. des Elektrodenabstandes, mittels einer eigenen Einrichtung in horizontale Lage gebracht und dann das Verschlussmaterial festwerden gelassen, worauf erst die Zelle geneigt und wieder auf den normalen Betriebswert für das Gefälle eingestellt wird.
Die Erfindung kann bei den üblichen Arten von elektrolytischen Zellen erfolgreich benützt werden. Besonders wertvoll ist jedoch deren Anwendung auf Zellen mit hoher Laugengeschwindigkeit entsprechend einem noch unveröffentlichten Vorschlag der Erfinderin, bei welchem Verfahren normalerweise die Aufrechterhaltung eines erhöhten Druckes innerhalb der Zelle während ihres Betriebes erforderlich ist. Eine andere von der Erfinderin vorgeschlagene Zelle, welche mit einer Elektrodenhalterabdichtung versehen ist, die den dort erforderlichen erhöhten Drücken vollkommen zufriedenstellend widersteht, aber gewünschtenfalls wiederholt hergestellt und gelöst werden kann, ist gleichfalls zur Anwendung bei der vorliegenden Erfindung vorzüglich geeignet.
Der Erfindungsgegenstand ist in den nichtmassstäblichen, schematischen Zeichnungen näher veranschaulicht, ohne denselben auf die dargestellten Ausführungsformen zu beschränken.
Fig. l zeigt einen Vertikalschnitt einer Ausführungsform der erfindungsgemässen Zelle, welche aus einem trogförmigen Unterteil mit glatter Bodenfläche 1, auf welchem die flüssige Elektrode fliesst und aus doppelten, einen Kanal 2 rings um die ganze Zelle bildenden Seitenwänden bestehen, die ein thermoplastisches Verschluss- material 3 und ein am Boden des Kanals liegendes
Rohr 8 aufweisen, durch welches Dampf bzw. kaltes Wasser geleitet werden kann, wenn das Verschlussmaterial geschmolzen bzw. verfestigt werden soll. Das Dampfrohr 8 durchsetzt mit seinen beiden Enden die Wand des Kanals 2 und ist dort mit einer in der Zeichnung nicht dargestellten Dampfzuleitung bzw. mit einer Ableitung für den Abdampf und das Kondensat verbunden.
Statt den Kanal 2, wie dargestellt, in die Wandung selbst zu verlegen, kann auch an der Aussen-oder Innenseite der einfachen Zellenwand ein starker Metallstreifen zwecks Ausbildung des benötigten Kanals in entsprechender Lage angeschweisst werden. Über dem Bodenteil 1 befindet sich ein mit Ebonit oder einem anderen chlorbeständigen Material überzogener Deckel 4 aus Stahl, der einen Mantel 7 besitzt, welcher bis unter die Oberfläche des Verschlussmaterials 3, z. B. chloriertes Naphthalin, reicht. Die Höhe des Deckels in bezug auf den Bodenteil ist mittels der Schraubbolzen 6 einstellbar, welche in die Gewindelöcher eines Flansches 5 an jeder Seite des Deckels eingreifen und auf einem entsprechenden Flansch an der Aussenwand des Bodenteiles aufliegen.
Der Deckel 4 trägt die Kohleanodenblöcke 9, welche von Kohlestangen 10 gehalten werden, die durch entsprechende Löcher des Deckels 4 hindurchtreten. In der Zeichnung ist die Abdichtung zwischen dem Deckel 4 und den Stangen 10 mit Hilfe einer Verschlussmasse 11 dargestellt ; es kann jedoch auch irgend eine andere geeignete Methode zur Herstellung einer gasdichten Verbindung verwendet werden. Der Deckel ist mit einer oder mehreren Chlorableitungen 12 versehen. Die Zelle ist mit geeigneten, in der Zeichnung nicht dargestellten Mitteln zur Zuführung von Quecksilber und frischem Elektrolyten in die Zelle, sowie zur Ableitung von Amalgam und verbrauchtem Elektrolyten und Stromzuführungen zu den Elektroden ausgestattet.
Fig. 2 zeigt einen Vertikalschnitt einer anderen Ausführungsform der erfindungsgemässen Zelle, bei welcher der trogförmig gestaltete Bodenteil aus einer glatten Bodenfläche 1 und aus einem an den Aussenteilen der vertikalen Zellenwände angeordneten Kanal 2, der ein thermoplastisches Verschlussmaterial 3 enthält besteht und mittels Trägern 13 so unterstützt ist, dass der Bodenteil in Längsrichtung leicht gegen die Horizontale geneigt ist. Der Deckel 4 trägt den Kohlenanodenblock 9 mittels der Kohlestangen 10, wobei die Abmessungen des Blockes 9 derart gewählt sind, dass ein möglichst kleiner Raum zwischen der Oberseite des Blockes 9 und dem Deckel 4 sowie zwischen den Seiten des Blockes und der Innenseite des Bodenteiles verbleibt.
Der Deckel 4 ist an jeder Zellenwand mit Flanschen 5 ausgestattet, die von Schraubstützen 6 getragen werden und die Einstellung der vertikalen Lage des Deckels in bezug auf den Bodenteil gestatten. Der Deckel ist auch mit einem Mantel 7 versehen, dessen untere Kante ein daran angelötetes Dampfrohr 8
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trägt, welches rund um die Zelle läuft und mit zeichnerisch nicht dargestellten Einlass-und Auslassverbindungen versehen ist, die nach oben durch den Deckel hindurchtreten. Der Kanal 2 enthält chloriertes Naphthalin mit einem Chlorgehalt von 45 bis 55 Gew.-% in einer zur Herstellung des gasdichten Verschlusses zwischen dem Mantel und dem Bodenteil ausreichenden Menge. An dem Deckel sind in der Zeichnung nicht dargestellte Chlorableitungsrohre vorgesehen, die über dem zwischen aufeinanderfolgenden Anodenblöcken vorhandenen Spalt angeordnet sind.
Der Deckel und der Bodenteil bestehen zweckmässig aus Stahl, wobei die der Korrosion durch den Elektrolyten ausgesetzten Teile mit Ebonit ausgekleidet sind. Die Ebonitauskleidung des Mantels 7 reicht bis zu einer unterhalb der Oberfläche des Verschlussmaterials 3 liegenden, jedoch über dem Niveau des Dampfrohres endigenden Linie.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Elektrolytische Zelle mit flüssiger Kathode, vorteilhaft aus Quecksilber, bestehend aus einem trogförmigen Bodenteil, einem Deckel über dem Bodenteil und einer mittels des Deckels starr in der Zelle angeordneten festen Anode, deren untere Fläche in kurzem Abstande über der flüssigen Kathode und im wesentlichen parallel hiezu liegt, dadurch gekennzeichnet, dass eine verstellbare gasfeste Abdichtungsvorrichtung zur Abdichtung des Deckels gegen den Bodenteil vorgesehen ist, welche aus einem von dem Deckel herabreichende Mantel, aus einem an dem Bodenteil angeordneten und zur Aufnahme des Mantels geeigneten Kanal, welcher eine thermoplastische, den bei der Elektro- lyse entwickelten Gasen gegenüber beständige Substanz enthält, sowie aus einer Heizeinrichtung zum Schmelzen der thermoplastischen Substanz im Kanal besteht.