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Verfahren und Vorrichtung zur elektrolytischen Zersetzung von Salzlösungen nach dem Amalgam- verfahren.
Man hat wiederholt versucht, die viel Raum beanspruchenden horizontal angeordneten Queck- silberkathoden bei der Elektrolyse von Salzlösungen, insbesondere Alkalisalzlösungen, durch eine ver- tikale Anordnung zu ersetzen, bei der also das Quecksilber in Form einer fallenden dünnen Schicht als
Kathode wirkt, sei es frei oder an einer elektrisch nicht leitenden vertikalen Wand entlang. Es hat sich , jedoch herausgestellt, dass derart fallendes Quecksilber sich zu Tropfen und schmalen, nicht zusammen- hängenden Strahlen auslöst, so dass auf der Kathodenfläehe ein einheitliches elektrisches Potential nicht mehr eingehalten werden kann. Man war deshalb gezwungen, metallisch leitende Unterlagen für das
Quecksilber zu verwenden. Bei einer solchen Anordnung ergeben sich jedoch neue Schwierigkeiten.
Es hat sich nämlich gezeigt, dass bei Anwendung der bekannten rechteckigen, senkrecht stehenden
Metallunterlagen auch bei sorgfältigster Präparierung der Oberfläche zum Zwecke der Quecksilber- benetzung sich der Quecksilberstrom beim Fluss nach unten infolge seiner Oberflächenspannung ein- schnürt, und so die seitlichen Ränder des Bleches unbedeckt bleiben, was dort heftige Wasserstoff- entwicklung zur Folge hat. Die Tatsache kann, abgesehen von erheblichem Stromverlust, bei der
Elektrolyse von Chloriden zur Bildung von Chlor-Knallgas führen.
Man kann diesem Übelstand erfindungsgemäss entweder dadurch begegnen, dass man die Form der Unterlage derjenigen anpasst, die die dünne Schicht des abwärtsfliessenden Quecksilbers unter dem
Einfluss der Oberflächenspannung der Fallbeschleunigung und der Reibung an der Unterlage annimmt.
Da aber anderseits dank ihrer Oberflächenspannung die Quecksilbersehieht imstande ist, eine gewisse
Querspannung ohne Zerreissen ihres Zusammenhangs aufzunehmen, kann erfindungsgemäss eine
Entblössung von Teilen der Unterlage unter dem Einfluss der Fallbeschleunigung des herabfliessenden
Quecksilbers auch dadurch verhindert werden, dass man der Quecksilberschieht durch entsprechende
Ausbildung der Unterlage die Form einer Fläche mit geschlossenem Horizontalquerschnitt verleiht, die also seitliche Ränder nicht aufweist. Zu diesem Zweck wird erfindungsgemäss die Unterlage in
Form einer Fläche ausgebildet, deren Überlaufkammlinie und deren Horizontalquerschnitte in sich geschlossene Linienzüge, z.
B. einen Kreis, eine Ellipse oder zwei am Ende durch Halbkreisbögen untereinander verbundene Parallelen ergeben. Die Krümmung dieses Linienzuges darf sich jedoch nicht unstetig ändern und gewisse Mindestwerte nicht unterschreiten ; die Linienzüge dürfen also insbesondere auch keine Knicke aufweisen, da sonst an diesen Stellen leicht ein Aufreissen des Quecksilberschleiers in der Vertikalrichtung erfolgen könnte.
In der einen wie in der andern Form der Ausbildung der Unterlage wird erfindungsgemäss weiter dafür gesorgt, dass das Quecksilber der vertikalen Seite der Unterlage über einen Überlauf mit horizontaler Kammlinie zugeführt wird.
Die beiden genannten Konstruktionsmöglichkeiten für die Unterlage können auch miteinander kombiniert werden, indem man den Unterlagen die Form eines umgekehrten Kegelstumpfes od. ähnl. gibt.
In der Zeichnung sind zwei zweckmässige Ausführungsformen der Kathodenunterlagen gemäss Erfindung dargestellt.
Wie aus Fig. 1 a ersichtlich ist, gibt man dem Kathodenblech eine geschweifte Form, so dass die Umrisse des Bleches der Einschnürung des überfliessenden Quecksilberstromes folgen. Es hat sich ergeben, dass eine Verjüngung der Blechbreite auf etwa die Hälfte seiner obigen Breitenabmessung zur
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Erreichung dieser Wirkung genügt. Der Verlust an Kathodenfläche beträgt dadurch nur etwa ein 'Viertel der Rechteeksfläehe. Die Fig. lb zeigt die eben beschriebene Anordnung im Seitenschnitt.
Die Überlaufrinne r enthält das durch I zugeführte Quecksilber, das nach dem Übertritt über dem Überlauf u an der Unterlage t herabfliesst. Durch die isolierte Gefässwand k wird durch einen Metall- stab s der Strom zugeführt.
Eine weitere Ausführungsform der Metallunterlage einer senkrecht angeordneten Quecksilber- kathode ist aus den Fig. 2 a und 2 b zu ersehen, von denen Fig. 2 a eine Ansicht von oben, Fig. 2 einen Vertikalschnitt durch die Metallunterlage in Richtung der Längsachse von Fig. 2 a darstellt.
Die Metallunterlage für die Quecksilberkathode wird beispielsweise in der Weise hergestellt, dass zwei parallele, in einem Abstand von 60 mm senkrecht stehende Eisenbleche a von 800 mm Breite und 1500 mm Höhe an ihren seitlichen Rändern durch 1500 mm hohe, halbkreisförmige Bleche b verbunden werden. 40 mm unterhalb des vollkommen ebenen und horizontalen Randes c, über den Quecksilber überläuft, ist ein Boden a ! eingeschweisst. Zur Stromzuführung trägt der Boden d Stäbe e und Röhren f mit Löchern i, durch die das Quecksilber der Kathode zugeführt wird. Sowohl die Stäbe e als auch die Röhren j sind, soweit sie mit den Elektrolyten in Berührung kommen, elektrisch isoliert, beispielsweise durch Überzüge aus Gummi.
Der Raum h zwischen den Boden d und dem Überlaufrand c dient zur Aufnahme des Quecksilbers.
Die Inbetriebnahme einer der Kathodenanordnungen gemäss Erfindung wird durch vorheriges
Präparieren der Bleehoberfläehe zwecks besserer Benetzbarkeit durch das herabfliessende Quecksilber sehr erleichtert, z. B. durch Überziehen mit dünnen Schichten von Zinn, Kupfer, Blei oder andern.
Diese Massnahme ist vor allem dann zweckmässig, wenn Eisen als Werkstoff für die Kathodenunterlage gewählt wird, da es sonst verhältnismässig schwer gelingt, das Eisen vollständig mit Quecksilber zu bedecken.
Die Quecksilberkathode gemäss der Erfindung lässt sieh für die Elektrolyse von Lösungen aller
Salze von amalgambildenden Metallen, unabhängig von deren Anion, verwenden, insbesondere zur
Elektrolyse von Alkalichloriden und-sulfaten. Ihr Vorzug, insbesondere in der plattenförmigen doppel- seitig wirkenden Ausgestaltung, liegt darin begründet, dass ihr Strombelastungsvermögen in sehr weiten Grenzen, auch unter weniger als proportional steigender Zufuhr von Quecksilber bei Belastungs- erhöhung, regelbar ist und dass bei minimalem Quecksilberumlauf und niedrigen Stromdichten sehr hohe Energieausbeuten erzielbar sind.
Beispielsweise ist die Alkaliehloridelektrolyse durchführbar mit einer Spannung von etwa 3'7 Volt bei einer Stromdichte von 1200 Amp./m2 auf jeder der beiden Elektrodenflächen, wobei die Zufuhr von minutlieh 4 ! Quecksilber für den laufenden Meter Über- laufkante genügt. Im Vergleich zur horizontalen Quecksilberelektrode macht sich technisch und wirt- schaftlich der kleine Platzbedarf vorteilhaft bemerkbar, der beispielsweise bei einem mit vier Kathoden und fünf Anoden besetzten Bad für 14000 bis 20000 Amp. Stromaufnahme nur etwa 2 m2 beträgt.
Die Kathode kann ebensowohl bei gewöhnlicher wie bei fast bis zum Siedepunkt der Elektrolyte erhöhter
Temperatur betrieben werden.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur elektrolytischen Zersetzung von Salzlösungen nach dem Amalgamverfahren mit vertikal angeordneten Kathoden, bei dem das Quecksilber in Form eines Schleiers über eine Metall- unterlage herabfliesst, dadurch gekennzeichnet, dass das Quecksilber der Metallunterlage durch einen Überlauf zugeführt wird und dass ein Aufreissen des Quecksilberschleiers durch eine entsprechende Formgebung der eine glatte Oberfläche aufweisenden Metallunterlage verhindert wird.