DE1767257C3 - Elektrolysezelle mit Quecksilberkathode für die Elektrolyse von Alkalichlorid-Lösungen - Google Patents

Description

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Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolysezelle für die Elektrolyse von Alkalichlorid- bzw. speziell von Natriumchloridlösungen mit Hilfe von Quecksilber (Amalgamprozeß).

Bei den bekannten Elektrolytezellen mit Quecksilberkathoden wird die zurückströmende Salzlösung oder Natriumchloridlösung in einem besonderen Behälter, dessen oberer Teil durch eine Prallplatte unterteilt ist, vom Chlorgas getrennt und anschließend durch eine Auslaßöffnung entfernt. Die Anordnung einer derartigen Auslaßöffnung in Höhe des Solespiegels ist beispielsweise aus der deutschen Patentschrift 882 847 bekannt. Innerhalb der Elektrolysezelle schwimmen abgebrochene Teilchen der Anodenkohle oder andere Festkörperteilchen auf der Setzlösung, die durcn die Auftriebskräfte der in der Zelle entwikkelten Chlorgasblase und die Oberflächenspannung der Setzlösung getragen werden. Diese schwebenden Teilchen werden durch die Prallplatte aufgehalten und an deren stromaufwärts liegender Seite angesammelt. Dort verlieren sie ihren Auftrieb und setzen sich auf der Quecksilberoberfiäche unterhalb der Lösung ab.

Aus diesem Grunde wird das Quecksilber immer mehr verunreinigt. Neben anderen Nachteilen ergibt sich das Problem, daß die Verunreinigungen häufiger abgeschöpft werden müssen.

Aber selbst Lösungen, deren Oberflächenverunreinigungen in dieser Weise abgesunken sind, enthalten noch eine große Menge an Verunreinigungen in suspendierter Fotm, d. h. die Verunreinigungsteilchen schweben in der Lösung in verschiedenen Höhen. Diese Verunreinigungen müssen entfernt werden, wenn in dieser Lösung weiteres Salz gelöst und die Lösung gereinigt wird. ßo

Die bekannten Elektrolysezellen weisen noch den weiteren Nachteil auf, daß die zurückströmende Salzlösung durch einen relativ schmalen Auslaßkanal, z. B. ein Rohr, abgeführt wird. Dies hat nämlich zur Folge, daß die schwebenden Teilchen der Verunreinigungen immer dann, wenn sLi. die Lösung an einem Punkt dieses Auslaßkanals ansammelt, gegeneinanderstoßen und dadurch ihren Auftrieb verlieren, so daß sich ein großer Teil dieser Verunreinigungen absetzt Derartig enge Auslaßkanäle sind auch deswegen nicht gut geeignet, weil sich in der Nähe der Auslaßöffnung der zurückströmenden Lösung leicht Wirbel bilden.

Der Erfindung liegt dah^r die Aufgabe zugrunde, das Absinken und Absetzen schwebender Verunreinigungsteilchen sowie die Wirbelbildung am Soleauslaß zu vermeiden.

Gegenstand der Erfindung ist eine Elektrolysezelle zur Chlor-Alkali-Elektrolyse mit Quecksilberkathode sowie einem Soleauslaß in Höhe des Solespiegels, die dadurch gekennzeichnet ist, daß der Solcauslaß im oberen Teil einer Querwand in Form einer über die gesamte Breite dieser Querwand verlaufenden, durchgehenden vier mit Unterbrechungen versehenen Ausflußöffnung für die Alkalichlorid-Lösung und das Chlor vorgesehen ist und daß an der Außenseite der Querwand ein Abflußkanal vorgesehen ist, durch den die durch die Ausflußöffnung strömende Lösung und das Chlor abgeführt werden.

Das Absetzen der Verunreinigungen wird also dadurch vermieden, daß man die Prallplatte, die gewöhnlich innerhalb der Elektrolysezelle vorgesehen ist, entfernt und die Salzlösung zusammen mit dem Chlorgas ausströmen läßt sowie dadurch, daß in einer Querwand der Elektrolysezelle enge Spalte oder Schlitze oder eine Vielzahl von Löchern vorgesehen sind, durch weicht die Salzlösung zusammen mit dem Chlor in einen auf der anderen Seite der Querwand befindlichen Abflußkanal sfömt.

Die Erfindung wird in; folgenden an Hand der Figuren näher beschrieben.

Fig. 1 ist eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Elektrolysezelle;

Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie II-II der Fig. 1;

Fig. 3 ist ein Schnitt längs der Linie ITT-III der Fig.!;

Fig. 4 ist eine Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der Erfindung;

F i g. 5 ist eine Draufsicht auf noch ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung;

F i g. 6 und 7 sind Seitenansichten des in F i g. 5 dargestellten Ausführungsbeispiels.

Bei der Elektrolysezelle 1 nach den Fi g. 1 bis 3 ist unterhalb einer Bodenplatte 3 α ein Zuführkanal 2 für das Quecksilber vorgesehen, welcher sich längs einer Seitenwand der Elektrolysezelle erstreckt und durch einen engen Schlitz 2 α an seinem oberen Ende mit einer Elektrolysekammer 3 in Verbindung steht. Längs der gegenüberliegenden Seitenwand der Elektrolysezelle 1 ist unterhalb der Bodenplatte 3 η eine Abflußrinne 4 vorgesehen.

Das mittels einer (nicht gezeigten) Quecksilberpumpe durch den Zuführkanal 2 und den Schlitz 2 a in die Elektrolysekammer 3 gepumpte Quecksilber strömt somit die Bodenplatte 3 a entlang und dient als Kathode bei der Elektrolyse der Salzlösung. Bei der Elektrolyse wird ein Teil des Quecksilbers in A.malgam umgewandelt, bevor dieses die Abflußrinne 4 erreicht. Am Auslaßende der Abflußrinne 4 wird das Amalgam abgetrennt und durch einen Kanal 5 außerhalb der Zelle zu einer (nicht gezeigten) Aufbereitungsanlage geführt.

Die Salzlösung strömt durch einen Zuführkanal 6 und einen engen Schlitz la im oberen Teil einer Querwand 7 am einen Ende der Elektrolysezelle 1 in

die Elektrolysekammer 3, in welcher die Salzlösung zur Gewinnung von Chlor elektrolysiert wird. Die dabei gebildete verdünnte Salzlösung strömt zusammen mit dem Chlorgas durch enge Schlitze oder Spalte 9, die längs der gesamten Breite der Querwand JJ, die der Querwand 7 gegenüberliegt, vorgesehen sind, und dann in einen engen Kanal 10, der im oberen Teil der Querwand 8 an der Außenseite der Zelle vorgesehen ist. Die nickströmende Salzlösung und das Chlorgas werden dann durch einen Kanal 11 in einen Hauptkanal geleitet, der auch mit anderen (nicht gezeigten) "ähnlichen Elektrolysezellen in Verbindung steht. Im Hauptkanal wird das Chlorgas, von der Salzlösung getrennt und abgeführt. Die auf diese Weise vom ChSorgas befreite rückströmende Salzlösung wird dann mit Hilfe eines Zyklonabscheiders von den Verunreinigungen getrennt und einer (nicht gezeigten) Einrichtung zugeleitet, in welcher weiteres Salz gelöst und die Lösung behandelt wird.

An Stelle der engen Schlitze 9 kann eine Anzahl von Löchern 9 a (F i g. 4) vorgesehen sein, durch die die Salzlösung abströmt. Bei einer Elektrolysezelle 1 der beschriebenen Art strömt innerhalb der Elektrohsekammer die Salzlösung senkrecht zum Quecksilber. Die Querwände 7 und 8, durch die die Salzlösung zu- und abströmt, bilden daher gleichzeitig die seitlichen Begrenzungen der für den Quecksilberstrom vorgesehenen Kanäle. Die Strömungsrichtungen des Quecksilbers und der Salzlösung können jedoch auch gleich sein, in welchem Fall die Einlaß- und Auslaßöffnungen für die Salzlösung an der Einlaß- und Auslaßseite für das Quecksilber vorgesehen sind.

Trotzdem die Auslaßöffnungen (Schlitze oder Löcher) für die Salzlösung bei der erfindungsgemäßen Elektrolysezelle im oberen Teil einer Querwand vorgesehen sind, ist es nicht notwendig, daß die gesamte Salzlösung nur durch diese Auslaßöffnungen abströmt. Vielmehr kann ein Teii der Salzlösung durch eine oder mehrere andere Auslaßöffnungen abfließen. Die Elektrolysezelle kann beispielsweise derart konstruiert sein, daß der größte Teil der Salzlösung zusammen mit dem Chlorgas r'urch den oberen Teil einer Querwand ausströmt, während der restliche Teil der Salzlösung zusammen mit dem Quecksilber und den auf diesen schwimmenden Verunreinigungen ausfließt.

Bei einer solchen Konstruktion können sich außerdem die auf der Quecksilberoberfläche schwimmenden Verunreinigungen innerhalb der Elektrolysezelle nicht ansammeln. Hierdurch und dadurch, daß die auf der Oberfläche der Salzlösung schwebenden Verunreinigungen gleichmäßig durch den oberen Teil einer Querwand milgespült werden, werden die in der Elektrolysezelle gebildeten Verunreinigungen besonders gründlich entfernt.

Eine derartige Elektrolysezelle 101 der Erfindung ist in den Fig. 5 bis 7 dargestellt. Das Quecksilber strömt durch einen rinnenförmigen Kanal 102 am Boden einer Querwand 107 zu und dann in Längsrichtung am Boden einer Elektrolysekammer 103 der Elektrolysezelle 101 weiter. Anschließend strömt es durch einen rinnenförmigen Kanal 104 zusammen mil einer kleinen Menge der Salzlösung und den Verunreinigungen ab und wird am Ende 112 des Kanals 104 in einen Abflußkanal 105 geleitet.

Gleichzeitig wird die Salzlösung durch einen Kanal 106 und eine Einlaßöffnung im oberen Teil der Querwand 107 in die Elektrolysekammer 103 geleitet. Die Salzlösung durchströmt die Elektrolysekammer, fließt dann zusammen mit dem gebildeten Chlorgas durch einen engen Schlitz 109, der sich über die gesamte Breite der gegenüberliegenden Querwand 108 erstreckt, in einen außerhalb der Elektrolysekammer befindlichen Abflußkanal 110 und wird von dort durch einen Kanal 111 einem (nicht gezeigten) Hauptkanal zugeleitet.

ίο Das Quecksilber, das zusammen mit einer kleinen Menge der Salzlösung und den Verunreinigungen durch den Kanal 105 ausströmt, wird von den Verunreinigungen und der Salzlösung an irgendeiner Stelle des Strömungswegs getrennt und dann einer (nicht

gezeigten) Aufbereitungsanlage zugeführt. Die abgetrennte Salzlösung wird dagegen zusammen mit der durch den oberen Teil der Querwand 108 ausströmenden Salzlösung durch einen Zyklonabscheider geleitet und dann einer Einrichtung zugeführt, in wel eher weiteres Salz aufgelöst und die Salzlösung gereinigt wird. Die zwischen dem Quecksilber und der Salzlösung befindlichen Verunreinigungen werden von Zeit zu Zeit durch Abschöpfen aus dem Strömungsweg beseitigt.

Die engen Schlitze oder Löcher längs der gesamten Breite der Querwand der Elektrolysezelle brauchen nicht notwendig überall die gleiche Größe oder Form zu haben. Wenn beispielsweise eine Elektrolysezelle nach der F i g. 1 verwendet wird, in welcher das Quecksilber und die Salzlösung in zueinander senkrechten Richtungen strömen, dann kann man, um einen gleichförmigen Ausfluß der Salzlösung zu gewährleisten, die Höhe oder Breite der engen Schlitze oder die Größe oder den Abstand der Löcher sowie andere geometrische Beziehungen vom stromaufwärtigen bis zum stromabwärtigen Ende hin geeignet ändern, wobei zu berücksichtigen ist, wieviel von der Salzlösung auf Grund der Tiefe, die sie innerhalb der Elektrolysezelle hat, gestaut wird, wie groß der Widerstand der Elektroden ist u. dgl.

Ein Vorteil der Erfindung ist der, daß der Strom der Salzlösung innerhalb der Elektrolysezelle wegen der über die gesamte Breite der Elektrolysezelle angeordneten Auslaßöffnungen gleichförmig ist, wo durch Störungen der Quecksilberoberfläche durch das Strömen dci Salzlösung vermieden werden. Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß durch das Abführen der Salzlösung und des gebildeten Chlors durch die gleiche Auslaßöffnung Verunieinigungen wie Kohleteilchen, die in der in der Elektrolysekammer befindlichen Salzlösung suspendiert sind, zusammen mit dem Chlorgas durch die engen Schlitze oder Löcher längs der gesamten Breite der Querwand abströmen. Daher können sich die Verunreinigungen nicht an einer einzigen Stelle in der Nähe der Auslaßöffnung ansammeln und absetzen.

Wenn man ferner die aus zahlreichen Elektrolysezellen zurückströmenden Salzlösungen in einem einzigen Hauptkanal sammelt, dann können die Verunreinigungen wie bisher beim Reinigen der Salzlösung, und zwar vor oder nach dem Auflösen weiterer Salze, entfernt werden, was eine große Vereinfachung bedeutet.

Noch ein weiterer Vorteil der Erfindung besteht schließlich darin, daß nicht mehr wie bisher das Chlor und die Salzlösung an jeder Elektrolysezelle in getrennten Rohren aufgefangen werden müssen, sondern daß eine AnnrHmina p.rmnofirht uutrH hp! uh>I_

eher das Chlor und die Salzlösung an jeder Elektrolysezelle gemeinsam in einen außerhalb der Elektrolysezelle befindlichen Kanal und von dort in einen gemeinsamen Hauptkanal strömen, in welchem die Trennung des Chlors von der Salzlösung vorgenommen wird. Der Aufbau der Elektrolysezellen wird daher stark vereinfacht und es können eine Anzahl von Rohrleitungen od. dgl. eingespart werden.

Erfindungsgemäß strömt somit der größere Teil der Salzlösung durch den oberen Teil der Querwand am Auslaßende der Elektrolysezelle ab, während gleichzeitig ein kleinerer Teil der Salzlösung zusammen mit dem Quecksilber abfließt. Daher können keinerlei Störungen oder Verstopfungen durch das Abströmen von Verunreinigungeil am Auslaß für die Salzlösung auftreten und es können auch keine Verunreinigungen zurück in die Elektrolysekammer strömen, so daß also die Konzentration an Verunreinigungen in der Elektrolysekammer auf einem Kleinstwert gehalten wird. Folglich wird auch die Bildung von Quecksilberbutter verringert und die Slromausbeute erhöht.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Elektrolysezelle zur Chlor-Alkali-Elektrolyse mit Quecksilberkathode sowie einem Sole- S auslaß in Höhe des Solespiegels, dadurchgekennzeichnet, daß der Soleauslaß im oberen Teil einer Querwand (8, 108) in Form einer über die gesamte Breite dieser Querwand verlaufenden, durchgehenden oder mit Unterbrechungen versehenen Ausflußöffnung (9, 9 a, 109) für die Alkalichlorid-Lösung und das Chlor vorgesehen ist und daß an der Außenseite der Querwand (8, 108) ein Abflußkanal (10, 110) vorgesehen ist, durch den die durch die Ausflußöffnung strömende Lösung und das Chlor abgeführt werden.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausflußöffnung aus einer Anzahl von Schlitzen (9) besteht.