DE418945C - Elektrolytische Zelle zur Herstellung von Chloraten - Google Patents

Description

DEUTSCHES REICH

AUSGEGEBEN AM 19. SEPTEMBER 1925

REICHSPATENTAMT

PATENTSCHRIFT

KLASSE 12 i GRUPPE 8

(V18643 IVl121)

Verein für chemische und metallurgische Produktion in Aussig a. E., Tschechoslowakische Republik.

Elektrolytische Zelle zur Herstellung von Chloraten. Patentiert im Deutschen Reiche vom 9. Oktober 1923 ab.

Die bisherigen Ausführungen des direkten elektrolytischen Chloratprozesses unter Anwendung von Eisenkathoden und Graphit-

Bei der gebräuchlichsten Ausführungsform dieses Verfahrens stehen abwechselnd die Eisenblechkathoden und Graphitanoden senk-

anoden weisen Mängel auf, die für die prak- j recht und parallel in der Alkalichloridlösung. tische Durchführung des Verfahrens erheb- j Der Strom, der von einer Elektrode zur anliche Nachteile mit sich bringen. ' dem durch die Lösung fließt, nimmt den Weg

des geringsten Widerstandes, d. h. bei dieser Anordnung unmittelbar unter der Oberfläche der Salzlösung. Es findet also keine gleichmäßige Beanspruchung der Elektrodenflächen statt; der elektrolytische Prozeß verläuft mit einer viel höheren Stromdichte an einer beschränkten und unerwünschten Stelle der ganzen Anordnung und infolgedessen an dieser Stelle auch mit einer höheren Temperatur, so ίο daß man, um das Optimum einzuhalten, genötigt ist, die Laugen rascher zirkulieren zu lassen.

Infolge der hohen örtlichen Stromdichte verarmt die Salzlösung an dieser Stelle; es tritt daher Wasserelektrolyse ein und damit ein Sinken der Stromausbeute. Der hierbei gebildete Sauerstoff wirkt in unerwünschter Weise auf die Graphitanoden ein und bedingt einen lokalen Angriff auf diese, wie er durch die Abb. 1 dargestellt ist. Nach Maßgabe der hierdurch sich ergebenden Schwächung der Graphitanode und der infolgedessen entstandenen Distanzvergrößerung zwischen Anode und Kathode wird an der betreffenden Stelle der Widerstand gegen den Stromübergang größer, der Prozeß rückt also weiter nach unten.

Mit der geschilderten ungleichmäßigen Inanspruchnahme der Anodenoberfläche ist ein rascher Verschleiß der Graphitelektroden verbunden.

Ein weiterer schwerwiegender Nachteil, der durch die geschilderte Elektrodenanordnung hervorgerufen wird, besteht darin, daß die sich entwickelnden aufsteigenden Gasbläschen wegen der Tendenz des elektrolytischen Prozesses, sich möglichst nahe der Flüssigkeitsoberfläche abzuspielen, nur relativ kleine Flüssigkeitssäulen durchstreichen. Unter diesen Umstätiden sind Verluste an gasförmigem Chlor unvermeidlich, die durch Zusatz freier Salzsäure gedeckt werden müssen, soll die Chloratbildung nicht infolge zunehmender Alkalität der Laugen immer träger werden und endlich ganz zum Stillstand kommen. Außer diesem die Gestehungskosten des Chlorate erhöhenden Zusatz von Salzsäure bedingt der Austritt von Chlorgas eine arge Geruchsbelästigung der Umgebung. Eine Beseitigung dieses Übelstandes durch Zudecken der Zelle und Absaugen der Gase ist aus Betriebsrücksichten und aus Sicherheitsgründen unmöglich. So schließen beispielsweise schon die aus der Zelle herausragenden Graphit- und Eisenplatten wegen ihrer unvermeidlichen Unregelmäßigkeit eine exakte Anpassung der Deckel aus; ein Verstreichen der Fugen kann aber aus naheliegenden Gründen nicht in Frage kommen. Bei der Absaugung der Gase aus den abgedeckten Zellen kann durch die bei den Fugen eingesaugte Luft mit dem ent- ; wickeltenWasserstoffgas ein Knallgasgemenge gebildet werden, das durch einen immerhin möglichen Kurzschlußfunken zwischen den Elektroden oder aus anderen Gründen zu gefährlichen Explosionen Veranlassung geben kann, wie solche nachweislich bereits öfter stattgefunden haben und die davon betroffenen Fabriken dazu gezwungen haben, von einer Absaugung abzusehen und die Deckel zu beseitigen, damit den entweichenden Gasen möglichst ausgiebig Gelegenheit geboten wird, durch rasches Vermengen mit der umgebenden Luft den explosiven Charakter zu verlieren.

Zur Beseitigung dieser Übelstände hat man versucht, Glasplatten zwischen Anoden und Kathoden einzubauen, welche vom Flüssigkeitsspiegel mehr oder weniger tief in die Flüssigkeit herabreichen, also in den oberen Flüssigkeitsregionen jede Elektrolyse verhindern. Durch dieses Auskunftsmittel wird zwar der Prozeß von vornherein tiefer in die Flüssigkeit verlegt, zugleich aber eine Verringerung der Elektrodenoberfläche und damit der Kapazität der Anlage bewirkt.

Man hat weiter versucht, die Distanzen zwischen Anode und Kathode so zu regulieren, daß der Widerstand gegen den Stromdurchgang oben größer als unten ist, und gelangte dabei zu einer fächerförmigen Anordnung der Elektroden, die in der Tat bis zu einem gewissen Grade wirksam und geeignet ist, dem Übelstande abzuhelfen. Doch bedarf diese Anordnung einer überaus sorgfältigen Montage, die im Großbetrieb schon aus Rücksichten auf die Ungleichmäßigkeit des Elektrodenmaterials nicht zu erzielen ist. Auch diese Anordnung gestattet demnach nicht die radikale Behebung der vorgeschilderten Übel- _lOo stände.

Dagegen gelingt dies auf einfache Weise nach vorliegender Erfindung, wenn man die Elektroden horizontal in der Zelle anordnet. Hierdurch und durch die Anordnung einer genügend hohen Schicht Salzlösung über den Elektroden wird allen aufgezählten Übelständen in gründlichster Weise begegnet.

Die Beanspruchung der Elektroden, daher namentlich auch der Graphitanoden, ist auf ihrer ganzen Oberfläche eine vollkommen gleichmäßige, der Prozeß verläuft also von Anfang an mit einer der verfügbaren Oberfläche und der angewandten Belastung entsprechenden günstigen Stromdichte. Die bei der senkrechten Anordnung der Elektroden elektrisch nicht wirksamen Elektrodenköpfe werden bei der horizontalen Anordnung für Zwecke der Elektrolyse ebenfalls herangezogen, was unter Umständen allein schon eine Graphitersparnis bis zu 20 Prozent bedeuten kann.

Die Temperatur des Prozesses ist infolge der vollkommen gleichmäßigen relativ niedrigen Stromdichte selbstverständlich niedriger als bei dem wesentlich abweichenden Verhältnisse der senkrechten Elektrodenanordnung, j

Bei dieser horizontalen Elektrodenanordnung ist die Gefahr einer Laugenverarmung und damit ein Rückgang der Stromausbeute bei normaler Laugenzirkulation nur sehr

ίο gering. Der Verschleiß der Graphitanoden ist ein vollkommen gleichmäßiger, und diese können so weit aufgebraucht werden, als Stabilitätsgründe es gestatten. Der Graphitverbrauch ist demnach ein weit niedrigerer als bei der senkrechten Anordnung.

Ein weiterer Vorteil der gewählten Elektrodenlage ist der, daß man die Höhe der Flüssigkeitsschicht, welche die durch den elektrolytischen Prozeß frei gewordenen Gase durchströmen, so regulieren kann, daß kein j Chlor über die Flüssigkeitsoberfläche hinaus entweichen kann. Der frei werdende Wasserstoff ist hier praktisch chlorfrei. Dadurch wird der übliche Salzsäurezusatz zur Dekkung von Chlorverlusten entbehrlich, es kann weiter keine zunehmende Alkalität der Laugen Platz greifen und daher keine Abnahme der Stromausbeute erfolgen. Da Chlorgas nicht entweicht, so wird jede Geruchsbelästigung vermieden.

Schließlich ermöglicht es die gewählte Anordnung, die Zellen ohne Explosionsgefahr dicht abzudecken und den Wasserstoff gefahrlos abzusaugen und zu verwerten.

Die vorteilhafte Anwendung der vorliegenden Erfindung ist keineswegs auf die Verwendung von Anoden aus Graphit und Kathoden aus Eisenblech beschränkt.

Die praktische Ausführung der Erfindung kann nach Maßgabe der Abb. 2 und 3 erfolgen. In diesen bedeuten: 1 eine Zelle aus Beton, 2 einen Rost aus Eisenblech (die Kathode). Die Kathodenplatten sind an einem Ende umgebogen und an eine eiserne Sammelschiene angeschraubt oder angenietet. Diese eiserne Sammelschiene ist ihrerseits innerhalb der Zelle an eine Eisenplatte angeschraubt, welche durch die Betonzellenwand flüssigkeitsdicht hindurchgeführt ist. Zwisehen den Eisenkathoden liegen die Graphitanodenplatten 3 hochkant. Die leitende Verbindung dieser Graphitanoden erfolgt derart, daß diese auf einen genügend stark dimensionierten Graphitblock oder auf zwei oder mehrere solche Blocks aufgelagert sind oder daß dieser Graphitblock auf die Graphitanoden selbst aufgelagert ist. Dieser Graphitblock soll als Graphitsammeischiene bezeichnet werden. Es hat sich als vorteilhaft erwiesen, diese Graphitsammeischiene mit passenden, rinnenförmigen Vertiefungen zur Aufnahme der Graphitanodenplatten zu versehen. Von der Graphitsammeischiene führt eine mittels Schraubengewindes senkrecht aufgesetzte Graphitelektrode durch die Flüssigkeit hindurch über die Zelle hinaus. 4 ist der positive Anschluß an die eiserne Platte, welche den Zellenkörper unten durchsetzt, und 5 der negative Anschluß an den senkrechten Graphitkörper, der aus der Zelle ^₀ herausragt. Es sind hier für jede Zelle nur zwei Anschlüsse nötig, die in einfacher und sorgfältiger Weise ausgebildet und erhalten werden können, im Gegensatz zur bisher üblichen senkrechten Anordnung der Elektroden, bei der für jede einzelne Elektrode ein Anschluß notwendig war, der dem Verschleiß ausgesetzt und dadurch eine Quelle der Erhöhung der Badspannung gewesen ist. Letztere Anordnung ist übrigens wegen des Materialverbrauches eine teuere und Arbeitszeit raubende gewesen.

Claims (4)

1. Patent-Ansprüche:

   ι. Elektrolytische Zelle zur Herstellung von Chloraten nach dem direkten elektrolytischen Verfahren, gekennzeichnet durch nebeneinanderliegende versenkte Elektroden mit darüber ruhender hoher Flüssigkeitsschicht.
2. 2. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung weder zu den Kathoden noch zu den Anoden innerhalb der Zelle durch die Flüssigkeitsschicht hindurchgeht.
3. 3. Elektrolytische Zelle nach An~ spruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromzuführung zu den Anoden innerhalb der Flüssigkeitsmasse verläuft, die Stromzuführung zu den Kathoden außerhalb der Zelle angeschlossen wird, oder umgekehrt.
4. 4. Elektrolytische Zelle nach Anspruch ι bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die leitende Verbindung von Graphitanoden innerhalb der Zelle durch ihnen unterlegte oder aufgelagerte Graphitkörper hergestellt wird. n₀

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.