DE6607393U - Elektrolysezelle mit biegsamem deckel und vorrichtungen, um die anoden unabhaengig vom deckel zu befestigen und zu regulieren - Google Patents

Description

PATENTANWÄLTE

DR.-ING. R. DÖRING DIPL.-PHYS. DR. J. FRICKE

BRAUNSCHWEIG MÜNCHEN

5226 D/Mr.

Dr. Vittorio de Nora Milan / Italien
Via Bistolfi 35

"Elektrolysezelle mit "biegsamem Deckel und Vorrichtungen, um die Anoden unabhängig vom Deckel zu "befestigen und zu regulieren "

Die vorliegende Erfindung bezieht sieb auf Elektrolysezellen für die Elektrolyse von lösungen, insbesondere auf eine neue Art von Deckel für solche Zellen und auf eine neue Art der Befestigung der Anoden dieser Zellen.

Wenn die Erfindung auch für den besonderen PaIl der horizon.-talen Quecksilber zellen beschrieben wird, soli doeb. klar sein, daß der Bereich der Erfindungen sich auf alle Zellen erstrecken kann; seien es Diapnragma-Zellen oder Quecksilber-Zellen» sei es für -wässrige Elektrolyte oder für geschmolzene Salze.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf das Befestigen der Anoden an einem kräftigen Gerüst, das auf den Seiten-■wänden der Zelle oder auf einer getrennten äußeren Unterstützung aufliegt.

Die Erfindung bezieht sich außerdem auf die Benutzung eines flexiblen Deckels, der zwischen dem oberen Band der Zellenwanne und dem steifen Traggerüst eingebaut wird. Bekannte Zellen, gewöhnlich als horizontale Quecksilber-Zellen bezeichnet, bestehen aus einer geschlossenen, länglichen Wanne mit einem leichten Gefalle in der Längsrichtung.

Die Kathode besteht aus einer Schicht von Quecksilber, das am oberen Zellenende eingeführt wird, und das am Boden entlang dem tief erliegenden Zeilenende zufließt. Die Anoden sind normalerweise rechteckige Platten aus Graphit, die an Stäben aus Graphit oder Kupfer aufgehängt sindj der art. daß ihre untere Oberfläche sich in geringem Abstand oberhalb des Kathodenquecksilbers befindet. Der Bodeu und die Seitenwände der Zellenwanne sind zum größten Teil aus Eisen, das mit ©ines korrosionsfesten Material, z.B. Hartgummi, Zement, Stein oder einem anderen nichtleitenden Material, verkleidet ist. f

Die Auskleidung kann aus Zement sein, der anschließend mit Harz abgedeckt ist oder der Sand oder Steine enthält.

Das Elektrolyt für den Betrieb dieser Zelle kann die wässrige lösung irgendeiner chemischen Verbindung sein, die durch Elektrolyse in die gewünschten Produkte zerlegt werden kann. Es wird am oberen Ende der Zelle eingeführt und fließt zum unteren Ende der Zelle. Man kann so z.B. die Elektrolyse einer lösung von natriumchlorid durchführen. In diesem Fall bildet

sich an der Anode Ohlorgas, das sich im oberen Seil der Zelle ansammelt und von dort durch eine entsprechende Öffnung im Dekkel die Zelle verläßt.

Das Natrium bildet sich an der Kathode und legiert sich mit dem Quecksilber. Das Natriumamalgam wird am unteren Ende der Zelle abgezogen und in einen graphitgefüllten Amalgamzersetzer geleitet, in dem das Amalgam mit Wasser reagiert unter Bildung von Natriumhydroxyd, Wasserstoff und Quecksilber. Das Quecksilber wird in die Zelle zurückgeschickt und dient wieder als Kathode. Es ist klar, daß diese Zelle auch für die Elektrolyse von Kaliumchlorid, Bariumchlorid, Lithiumchlorid, Natriumsulfat und ähnlichen Salzen geeignet ist. Eine große Bedeutung hat bei dieser Art von Zellen der Abstand zwischen den Graphitanoden und dem Quecksilber- Um den Enger gi ever brauch so klein wie möglich zu halten, muß dieser Abstand so klein wie möglich gehalten werden; wenn er aber andererseit» zu klein ist, finden -Sekundärreaktionen statt, insbesondere der Angriff von Chlor, das in Eorm von Gasblasen vorhanden ist, auf das Amalgam. In den bisher bekannten Zellenarten sind die gewöhnlieh aus Graphit hergestellten Anoden meist mittels Graphit stäben an den Stromzuführungen befestigt, und zwar derart, daß, wenn der Deckel in seine richtige Lage gebracht ist, die Anoden den günstigsten Abstand von der Kathode haben.

Normalerweise besteht der Deckel aus einem genügend starken, gummierten Eisenblech, das in der Lage ist, die Anoden und ihre elektrischen ^ __r.., _,.. ,_

Manchmal werden auch Deckel aus keramischem Material oder aus Hartgummi verwendet, aber diese müssen "besonders stark sein, um die Anoden tragen zu können.

Während des Betriebes verbrauchen sich die Graphitanoden und infolgedessen vergrößert sich der Abstand" zwischen den Anoden und der Kathode, wodurch der Yerbrauch an elektrischer Energie erhöht wird. Bei den bisher gebauten Zellen ist es für die Einstellung des Elektrodenabstandes unerläßlich, jede einzelne Anode zu regulieren. Ein anderer Nachteil der bisherigen Zellen ist der, daß es für eine Kontrolle der Zelle oder für Reparaturen in der Zeile aotig ist, den. Deckel absuneiiiiien. und auf diese Weise alle Anoden eins tellungen zu verändern. In machen SäXlen kann man die Position jeder einzelnen Anode relativ zum Deckel variieren, aber diese Arbeit erfordert im allgemeinen ziemlich komplizierte Vorrichtungen»

Es wurde versucht, das Problem der Elektrodenabstände mit Hilfe mehrteiliger Distanzstücke zm lösen, die zwischen den Deckel und seine Auflage auf den Zellenwänden gelegt und von denen von. Zeit zu Zeit, entsprechend dem Verbrauch der Anoden, gewisse Seile entfernt werden, so daß der Deckel jedesmal niedriger zu liegen kommt und der Abstand der Graphitelektroden von der Kathode entsprechend verringert wird. Es war jedoch auch auf diese Weise nicht möglich, eine genügend genaue Anoden ei ns teilung zu erreichen.

Bei άβη zur Zeit in Sebzaueh stehenden Zeilen werden die Anoden einzeln auf dem Deekel befestigt, der seinerseits auf den Zellenwänden ruht. . Die Anoden werden dabei jede einzeln ihrer Lage nach eingestellt.

Eines der Merkmale der vorliegenden Erfindung ist es, ein kräftiges Traggerüst für die Anoden zu benutzen, das es erlaubt, die Anoden einzeln oder alle gleichzeitig zu regulieren.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist es, einen flexiblen Dekkel aus Gummi oder plastischem Material oder aus einem anderen Material herzustellen, den man zum Zweck der Zellenkontrolle abheben kann, ohne die Einstellung der Anoden aufzuheben und bei dem man andererseits die Möglichkeit hat, die Anoden einzustellen und gleichzeitig die Abdichtung des Zellendeckels gegen die Zelle beizubehalten.

In horizontalen Quecksilberzellen können gelegentlich Explosionen durch Ghlorwassergemisch auftreten, die sowohl den Deßkel als auch die Anoden beschädigen können und wobei unter Umständen auch Gefahren für die Arbeiter auftreten können.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist schließlich ein Deckel, der eventuelle Esplosionen in der Zelle ohne ernste Schaden für den Deckel oder die Anoden verträgt.

Ein weiteres Merkmal der Erfindung ist eine Tragvorrichtung für die Anoden, die sich auf die Zellenwanne von außen her und unabhängig vom Deckel abstützt.

Die Erfinduüfe· Afc im wesentlichen in der nachfolgenden Beschreibung, die sich auf die beiliegenden Figuren bezieht, enthalten. Sie bezieht sich auf eine vorzugsweise Ausführung.

Fig. 1 ist eine perspektivische, teilweise aufgeschnittene Ansicht einer Elektrolysezelle entsprechend dieser Erfindung und des dazu gehörigen Amalgamzersetzers.

Fig. 1a zeigt perspektivisch und in vergrößertem Maßstab einen *■ Teil der anodischen Stromzuführung.

Fig. 1b zeigt perspektivisch und in vergrößertem Maßstab einen Teil der anodischen Stromverbindungen von Fig. 1a.

Fig. 2 zeigt einen Querschnitt entlang der Linie 2-2 von Fig. 1,teilweise als Ansicht.

Fig. 3 zeigt einen Querschnitt der Zalle entlang Linie 3-3 von Fig. 1, teilweise als Ansicht.

Fig. 3a zeigt eine Variante für die Unterstützung des Anodentraggerüstes außerhalb des Deckels und unabhängig

J von der Zellenwanne.

Fig. 4 und 5 zeigen einige Varianten der Befestigung des Deckels an der Zellenwanne.

Aus den Figuren geht hervor, daß die Seitenwände der Zelle vorzugsweise aus eisernen Trägern 1 A und daß der Zellenboden 1 B aus Eisenblech besteht.

Die Seitenwände und der Zellenboden sind mit Natursteinplatten 5 verkleidet, die in Mörtel 6 eingebettet sind. Sie können auch durch ein anderes gd^ö'iHießiJiaekeH. Angriff beständiges Material

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■verkleidet sein, z.B. durch ein geeignetes synthetisches Harz.

Der Boden der Zelle trägt in gleichmäßigen Abständen Elemente 9 aus eisernen I-iPrägern, die mit dem Boden 1 B verbunden sind und die als Strösiibertx'ager zwischen dem fließenden Quecksilber auf dem Zellenboden und dem negativen Stromleiter 12 dienen. Die Anoden bestehen aus horizontalen Graphitplatten 8, getragen von vertikalen Graphitstäben 27, die ihrerseits mit Metallrund atäben 30 versehen sind. Die Metallstäbe 30 bewirken die positive Stirnverbindung zwischen der Schiene 11 und dem iDragges teil.

Diese letztere besteht aus einem Metallkreuz 15, das sich aus dem Querteil 20 und dem damit befestigten Längsteil 21 zusammensetzt. Die Querschienen 20 liegen auf den Unterstützungen 19 auf und sind verstellbar. Die Unterstützungen 19 liegen auf den Seitenwänden 1A auf oder können auf anderen kräfflLgen Unterstützungen, die an der Zellenwanne nicht befestigt sind, aufliegen. Die Unterstützungen 19 tragen die Einstellmuttern 22, die e«j erlauben, die Höhe des Kreuzes 15 und damit die Höhe der Anoden, die an ihm befestigt sind, einzuregulieren. Zum Abheben des Rahmens 15 einschließlich der daran befestigten Anoden sind an diesem Rahmen entsprechende Vorrichtungen vorgesehen, z.B. der Haken 32.

An den Längsträgern 21 sind mit den entsprechenden Abständen die Blechstreifen 40 der Anodenaufhängung befestigt, während

die Atxoden 8 an den Siechstreifen 40 mittels der mit Gewinde versehenen Stäae 30 und der Schraubenmuttern 31 befestigt sind.

Wie man in Fig. 3a sieht, kann der lähmen 15 statt auf den Seitenwänden der Zelle mit Hilfe der Unterstützungen 19A auf einer außerhalb der Zellenwanne liegenden Unterlage ruhen. Das Haupterfordernis dabei ist, daß der Kahmen 15 in einer fixen Position relativ zur Zellenwarme sich befindet und relativ zu dieser eingestellt werden kann.

Wie Fig. 1 zeigt, ist der Zellendeckel mittels der Querteile A¹ und B¹, die sich über den oberen Teil der Zellenwanne erstrecken, in die drei Teile A, B und C unterteilt. Das Anodentragkreuz 15 ist entsprechend in drei Teile unterteilt _f so daß man jedes dieser Teile getrennt von den anderen abnehmen und einstellen kann.

Der Deckel 17 aus flexiblem Material, durch den die Verbindungen 30 zu den Anoden hindurchgehen, schließt den oberen Teil der Zelle ab und ist an den Seitenwänden und an den Quertrennleisten A¹ und B¹ unter Zwischenlegung der Blechstreifen 24 festgeschraubt.

Man kann auch andere Befestigungshilfsmittel anwenden, wie z.B. die durch Preß-Sitz befestigten FüBehen 24A, die mit dem Tragrahmen 15 mit Hilfe der Teile 24B verbunden sind, wie es in Mg. 4 gezeigt ist. Die Befestigung des Deckels kann auch mittels der Füßchen 24 erfolgen, die mit den Armen 242 des Tragrahmens 15 ver&iß7äS3,2So2d2S die Deckelfolie 17 gegen

die Seitenwände 5 der Zelle gepreßt wird. Allerdings kann man in diesem Fall den Zellendeckel nicht öffnen, ohne den Tragrahmen 15 wegzuheben. Zwischen den Graphitstäben 27 der Anoden, den Bolzen 30 und dem Deckel 17 sind geeignete Dichtungen vorgesehen, um das Entweichen von Gas oder den Eintritt von Luft zu verhindern. Für den Austritt des Chlorgases ist entweder eine Öffnung im Deckel 17 oder eine Öffnung durch eine Seitenwand der Zelle oberhalb des Niveaus des Elektrolyten vorgesehen (in der Eig. nicht gezeigt.)

Die Kupferschienen 12 stellen die elektrische Verbindung zur Kathode über den Zellenboden 1B und die Eisenschienen 9 her, die mit der Bodenplatte 1B verbunden und in die Zeiienauskieidung eingebettet sind und welche ihrerseits mit dem auf dem Zellenboden fließenden Quecksilber in Berührung sind (s)

Eür die Anoden 8 and elektrische Verbindungen über die Schienen 11 vorgesehen, die mit der Schiene 16 in Verbindung stehen.

Diese letzteren sind an die Graphitstäbe 27 einer jeden Anode mit ijilfe der Querschienen 28 und der Schraubenmuttern 29 an die Rundstäbe 30 angeschlossen (s.Eig.ia und 1b).

Mit Hilfe dieser Vorrichtung kanx*inan durch Regulieren an den Teilen 19 und 22 alle am Tragrahmen 15 befestigten Anoden gleichzeitig einstellen, ohne irgend etwas am Deckel 17 zu verändern. Auf diese Weise ist es möglich, zwischen den unteren Flächen der Anoden und der Quecksilberkathode dauernd den zweckmäßigsten Abstand einzuhalten.

• ·

-Fig. 2 zeigt in vergrößertem Maßstab eine Einzelheit der elektrischen Verbindungen zwischen der Schiene 28 und der Schiene 16. Fig. 2 zeigt außerdem, wie der in drei verschiedene Teile geteilte Deckel 17 der ganzen Zelle gehalten wird und wie die benachbarten Sander durch die Blechstreifen 24 an den Trennstellen A¹ und B' der Zelle befestigt sind.

Im Betrieb der Zelle wird mit Hilfe der Leitung 10 das Quecksilber (Pig.1) in das Zellenabteil 43 eingeführt und fließt unter der Trennwand 43A in das Elektrolysenabteil.

Die konzentrierte Elektrolytlösung wird durch die Eintrittsleitung 41 dem dem Amalgamzerleger 2 nahegelegenen Zellenende zugeführt. Das Quecksilber und die Salzlösung fließen dem anderen Zellenende zu, während sich der Elektrolyseprozeß in der Zelle vollzieht. Das Ghlorgas wird durch eines. Austrittsstutzen, zweckmäßiger weise im Deckel, abgezogen und die verdünnte Salzlösung verläßt die Zelle am tiefer gelegenen Zeilenende durch die Leitung 42. Das Amalgam tritt unter der Zwischenwand 45 in das offene Zellenabteil 46 über und fließt durch die leitung 33 über einen Syphon 34 dem Amalgamzerleger 2 zu, in dem das Amalgam mit Wasser unter Bildung von Hydroxyd und Wasserstoff und unter Regenerierung des Quecksilbers reagiert. Dem Amalgamzerleger 2 wird Wasser über die Leitung 35 zugeführt. Der Wasserstoff entweicht durch das Rohr 36 und die Alkalilösung fließt durch das Rohr 37 ab. Das Quecksilber verläßt den Amalgamzerleger durch die leitung 38

und wird mit Hilfe der Pumpe 39 durch die Leitung 10 in die Zelle zurückgeführt.

Wenn auch die Erfindung in spezieller Weise beschrieben worden ist, ist doch Bar, daß sie nicht auf diese Ausgestaltung beschränkt und daß abweichende Ausführung s ar ten möglich sind, ohne sich vom Geist und dem Bereich der Erfindung zu entfernen*

Claims (6)

1. Elektrolysezelle, dadurch gekennzeich net, daß die Anoden an einer äußeren und vom Deckel unabhängigen. Tragverrichtung "befestigt sind und daß der Deckel aus iexiblem Material "besteht, durch den die Stäbe für die Halterung und für die Zuführung des Stromes

hindurchgehen, derart, daß ein dichter Verschluß sowohl am Zellenrand als auch an den Durch trittssteilen der Anodenstäbe entstehen.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennz e i ebnet, daß die Anodenhai tevo rri chtungen regulierbar sind, so daß die gleichzeitige Regulierung aller Anoden in Bezug auf die Kathodenob er fläche der Zelle möglich ist.

3. Elektrolysezelle nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede einzelne Anode an der ^Tragvorrichtung mit Hilfe einer besonderen Einstellvorrichtung befestigt ist, die unabhängig von der Lage der Gesamttragvorrichtung und der anderen Anoden arbeitet.

4. Elektrolysezelle nach einem der vorausgeh enden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden tragvorrichtung am Zellenkörper befestigt ist.

5. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodentragvorrichtung nicht am Zellenkörper befestigt ist.

6. Elektrolysezelle nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodentragvarichtung in mehrere voneinander unabhängige Teile unterteilt ist.