DE2703456A1 - Lotrechtes elektrolysegeraet mit quecksilberkathode - Google Patents

Lotrechtes elektrolysegeraet mit quecksilberkathode

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Description

A 16 525
A 16 526 27. Januar 1977
COMMISSARIAT A L «ENERGIE ATOMIQOB 0778 76 B Lotrechtes Elektrolysegerät mit Quecksilberkathode.
(Gegenstand der Erfindung ist ein lotrechtes Elektrolysegerät, dessen Kathode durch Quecksilber gebildet wird, welches durch sein Eigengewicht lotrecht fließt.
Es sind Slektrolysegeräte, insbesondere zur Chlorerzeugung, bekannt, deren Kathode durch eine längs einer Wand rieselnde Quecksilberschicht gebildet wird. Ein derartiges Elektrolysegerät hat den Vorteil einer geringen Bodenfläche, die Kathodenoberfläche ist jedoch gering für eine gegebene Quecksilberströmungsmenge. Wenn die Oberfläche, an welcher das Quecksilber rieselt, metallisch ist, besteht die Gefahr einer Verschmutzung.
Es ist auch ein Elektrolysegerät bekannt (französisches Patent 352 029)» welches mit einem überlauf -versehene ttbereinanderliegende Tröge aufweist. Das die Kathode bildende Quecksilber geht von einem Trog zu dem anderen duroh die Überläufe abwärts. Die Kathodenoberfläche wird la wesentlichen durch die freie Oberfläche des Quecksilbers in den Trögen gebildet und bleibt für ein gegebenes Quecksilbervolumen in dem Gerät klein.
Die Erfindung bezweckt die Herstellung eines verbesserten lotrechten Elektrolysegeräte, welches insbesondere eine größere aktive Oberfläche besitzt.
Hierfür schlägt die Erfindung ein lotrechtes Elektrolysegerät vor, dessen Kathode Im wesentlichen durch Quecksilber gebildet wird, welohes durch sein Eigengewicht lotrecht aus in wenigstens einer Rinne ausgebildeten öffnungen in Form von kontinuierlichen Stromfäden fließt.
Bei einer vorteilhaften Ausfuhrungeform weist das Elektrolysegerät wenigstens eine Anodenabteilung und wenigstens eine Katho-
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denabtellung auf, welche durch eine lotrechte Membran getrennt sind, welche für Ionen durchlässig aber für Flüssigkeiten und Oase undurchlässig ist, und die Kathode wird durch kontinuierliche Quecksilberstromfäden gebildet, welche durch ihr Eigengewicht durch eine wässerige Phase einer Kathodenflüssigkeit von einer Rinne aus fließen, deren Boden Löcher mit einem solchen Querschnitt hat, daS der Stromfaden kontinuierlich bleibt, wenigstens wenn das Elektrolysegerät unter Spannung steht.
In der Praxis werden die Stromfäden, damit sie kontinuierlich bleiben, durch Öffnungen gebildet, deren Durchmesser nicht etwa 5 mm und deren Länge zwischen der öffnung, duroh welche der Stromfaden austritt, und dem Ihn auffangenden Behälter oder Rinne nicht etwa 15 cm übersteigt. Es ist zu bemerken, daß, wenn das Elektrolysegerät nicht unter Spannung steht, der Queoksilberetromfaden sioh im allgemeinen infolge der im Betrieb verschwindenden Oxydation des Queoksilbers In Tropfen auflöst. Diese Auflösungserscheinung könnte zu der Ansicht führen, daß die Erfindung nicht ausgeübt werden kann, da anscheinend für die Quecksilberstromfäden Abmessungen gewählt werden müssten, welohe die Lösung unbenutzbar machen.
Wie man sieht, ist die aktive Oberfläche der Kathode bei gleichem Platzbedarf gegenüber der einer auf einem metallischen Halter rieselnden Schicht beträchtlich vergrößert. Außerdem ist die Verschmutzungsgefahr vermieden.
Gemäß einer ersten Ausführungsform ist das Elektrolysegerät gerade und enthält eine mit Anodenflüssigkeit gefüllte, mit einer Anode versehene parallelepipedische Anodenabteilung, eine ebene Membran und eine mit Kathodenflüssigkeit gefüllte parallelepipedische Kathodenabteilung, In welche die kontinuierlichen Queokeilberstromfäden fallen. Dieses Elektrolysegerät kann mehrere parallelepipedische Anodenabteilungen und Kathodenabteilungen aufweisen, welche durch ebene Membrane getrennt und gemäß einer Anordnung anelnandergelegt sind, welche mit der einer Filterpresse vergleichbar ist.
Die Zellen eines derartigen Elektrolysegeräts können in Reihe, parallel oder reihenparallel geschaltet werden.
Gemäß einer zweiten AusfUhrungsform ist das Elektrolysegerät zylindrisch und enthält eine mit Anodenflüssigkeit gefüllte,
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mit einer rohrförmigen Anode versehene Anodenabteilung, eine rohrförmige Membran und eine rohrförmige, mit KathodenflUesigkeit gefüllte Kathodenabteilung, in welche die Kathode bildende kontinuierliche Queckeilberstromfäden fließen.
Das Elektrolysegerät kann eine gewisse Zahl von durch Membrane getrennten Anodenabteilungen und Kathodenabteilungen aufweisen. Zweckmäßig weist es eine einzige Anodenabteilung großer Abmessungen auf, welche mit Anodenflüssigkeit gefüllt ist, und in welcher mehrere Anordnungen oder Moduln angeordnet sind, deren jeder eine rohrförmige Anode, eine rohrförmige Membran und eine mit Kathodenflüssigkeit gefüllte ringförmige Kathodenabteilung aufweist.
Falls ein Elektrolysegerät mehrere Anordnungen enthält, sind diese Anordnungen elektrisch in Reihe, parallel oder reihenparallel geschaltet. Die Speisung mit Kathodenflüssigkeit kann beliebig in Reihe oder parallel erfolgen. Das Quecksilber dagegen besitzt einen unabhängigen Umlaufkreis für jede Abteilung, um Kurzschlüsse zu vermeiden.
Die die Kathode bildenden Quecksilberstromfäden müssen kontinuierlich fließen, damit keine Unterbrechung des Stromdurchgange auftritt. Die Länge der Stromfäden und der Querschnitt der Löcher sind so bestimmt, um dieses Ergebnis in Funktion zahlreicher Parameter zu erreichen, insbesondere des Werts der an die Klemmen des Elektrolysegeräts angelegten Spannung, und der Art, der Konzentration und der Strömungsmenge der Elektrolyse.
Das Elektrolysegerät kann eine gewisse Zahl von übereinanderliegenden Rinnen aufweisen, wobei jede Rinne die von der über ·**"* liegenden kommenden Quecksilberstromfäden empfängt, während die höchste Rinne mit Mitteln zur Zufuhr des Quecksilbers versehen ist.
Diese Rinnen werden von einem leitenden Halter (z.B. aus Graphit) gehalten. Diese Anordnung ermöglicht die Herstellung eines Elektrolysegeräts mit einer durch die kontinuierlichen Quecksilberstromfäden gebildeten Hauptkathode und einer duroh den leitenden Halter gebildeten Hilfskathode.
Diese Rinnen können aus einem leitenden Material bestehen und mit den Stromzuführungen verbunden werden. Es müssen
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dann Mittel zur Stromzufuhr zu dem in Ihnen enthaltenen Quecksilber vorgesehen werden. Die Wahl der für die Bestandteile des Elektrolysegeräte (Anode, Abteilungen, Rinnen, Membrane, elektrische Verbindungen usw.) gewählten Materialien erfolgt entsprechend den zu erhaltenen Ergebnissen und der Art der zu behandelnden Verbindungen.
Die Anoden und die Halter der Rinnen können innere Hohlräume aufweisen, welche mit Mitteln für den Umlauf eines Kühlmittels (z.B. Wasser) verbunden sind. Dies ermöglicht die Kühlung des Elektrolysegeräts, den Fortfall der sonst zur KUhlung der Electrolyte und des Quecksilbers erforderlichen äußeren Austauscher und somit die weitere Verringerung der benutzten Quecksilbermenge. In diesen inneren Hohlräumen können Pumpen für den Umlauf des Quecksilbers und der Elektrolyts angeordnet werden.
Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.
Fig. 1 zeigt eine gerade Einheit eines Elektrolysegeräts in einem lotrechten Schnitt.
Fig. 2 ist ein lotrechter Schnitt einer Batterie ▼on Elektrolysegeräten der in Fig. 1 dargestellten Art.
Fig. 3 zeigt in einem lotrechten Schnitt eine Teilansicht eines zylindrischen Slektrolysegeräts.
Fig. 4 zeigt in einem lotrechten Schnitt ein
Elektrolysegerät, welches dem der Fig. 3 ähnlich und mit Wärmeaustauschern versehen ist.
Fig. 5 zeigt eine Batterie von zylindrischen Elektrolysegeräten·
Das in Fig. 1 dargestellte lotrechte Elektrolysegerät enthält eine durch einen Kunststoffrahmen 3 begrenzte Anodenabteilung 1. In diesem Rahmen ausgebildete Hohlräume 5 und 7 dienen zur Zufuhr der Anodenflüssigkeit bzw. zur Abfuhr des durch Elektrolyse erzeugten Gemische. Diese Abteilung enthält eine Graphitanode 9, welche an dem Rahmen 3 mit Hilfe von Schrauben 11 befestigt ist, welche leitend sein und zur Stromzufuhr dienen können.
Eine Kathodenabteilung 13 wird ebenfalls von
einem Kunststoffrahmen 15 begrenzt, in welchem vier Hohlräume 17, 19, 21 und 23 ausgearbeitet sind. Die Hohlräume 17 und 18 dienen
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zur Zufuhr der Kathodenflüssigkeit bzw. zur Abfuhr dea durch die Elektrolyse erzeugten Gemische. Die Hohlräume 21 und 23 sind zur Zufuhr bzw. Abfuhr des Quecksilbers bestimmt. Bin durch Schrauben 27 an dem Rahmen 15 befestigter Halter 25 aus Graphit tragt oben eine im Betrieb mit Quecksilber gefüllte Rinne aus Polyvinylchlorid 29. Der Boden dieser Rinne enthält öffnungen 31, durch welche die Quecksilberkathode bildende QueoksilberstromfMden 33 ausfließen, von denen zwei in der Figur dargestellt Bind. Das Quecksilber wird in einem Behälter 35 aufgefangen, aus welchem es durch den Auslaß 23 abgeführt wird. Das in der Rinne 29 enthaltene Quecksilber empfängt den Strom durch einen Graphitkontakt 30. Schließlich ist eine die beiden Abteilungen 1 und 13 trennende Membran 37 zwischen den Rahmen 3 und 15 eingespannt.
Das in Fig. 1 dargestellte Elektrolysegerät kann zahlreiche Anwendungen finden. Im allgemeinen sind die Anodenflüssigkeit und die Kathodenflüsslgkeit wässerige Lösungen, weshalb eine nicht poröse Membran benutzt werden muß, um Mischungen Infolge der von den Druckabfällen abhängenden Druckunterschiede zu verhindern, diese Membran muß jedoch für Ionen durchlässig sein. Dies führt zur Benutzung einer Ionenaustauschermembran (z.B. die Membran IOHAC NA 3475 , welche durch ein Raster aus gewebtem Polypropylen gebildet wird, auf welches ein AmIn aufgepfropft 1st). Die ana den Hohlräumen 7 und 19 austretenden Gemische sind im allgemeinen zweiphasige Gemische aus Flüssigkeit und Gas. An den Ausgangskreisen des Hohlräume 7 und 19 können Phasenscheider angeordnet werden, um die AnodenflUssigkeit und die EathodenflUssigkeit von den In Ihnen enthaltenen Gasen zu trennen.
Zur Verringerung des benutzten Queoksilbervolumene let es offenbar zweokmäßig, in der Rinne nur eine mugliohet geringe Quecksilberdicke zu haben, welche jedoch mit der Bildung von kontinuierlichen Stromfäden bei der gewählten Abmessung der öffnung und der Fallhöhe verträglich ist. In der Praxis überschreitet diese Fallhöhe nicht 15 cm, wenn die Kathodenflttssigkeit eine wässerige Phase ist, welche im Gegenstrom zu dem Quecksilber alt einer Geschwindigkeit von einigen Zentimetern In der Sekunde strömt. Sie öffnungen sind zweckmäßig kreisförmig und gleichmäßig auf eine, zwei oder höchstens drei zu der Membran parallele Reihen verteilt. Der Zwischenraum zwischen den Löchern ist im allgemeinen höchstens
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gleich dem Durchmesser der Quecksilberstromfäden.
Um dem Elektrolysegerät eine größere Höhe zu geben, können mehrere der Höhe nach abgestufte Rinnen 30 anstatt einer einzigen vorgesehen werden.
Jede Rinne mit Ausnahme der ersten wird dann durch die ihr vorausgehende Rinne gespeist.
Fig. 2 zeigt ein mehrfaches gerades Elektrolysegerät.
Die mit KathodenflUssigkeit gefüllte Kathodenabteilung 40 der ersten Zelle ist mit einem Halter 42 aus Graphit versehen, welcher durch nicht dargestellte Leiter mit dem negativen Pol einer Stromquelle verbunden ist. Der Halter 40 trägt drei mit Quecksilber gefüllte Rinnen 44 aus Polyvinylchlorid. An dem Halter befestigte und in das Quecksilber eintauchende Graphitkontakte 46 führen den elektlschen Strom an mehreren Stellen zu und verringern so die ohmschen Verluste. Das in den Rinnen 44 enthaltene Quecksilber fließt in Form von kontinuierlichen Stromfäden 48 durch Öffnungen in dem Boden der Rinnen aus. Membrane 50 aus IONAC 3475 trennen die Kathodenabteilung 40 von der benachbarten Anodenabteilung 52, in welcher sich eine Anode 54 befindet.
Die anderen Zellen haben einen ähnlichen Aufbau, die elektrische Reihenschaltung der Zellen ermöglicht Jedoch, daß die einer Anode 54 für eine Zelle bildenden Halter aus Graphit gleichzeitig die Kathode der Kathodenabteilung der Nachbarzelle bilden. Dichte Wände 56 halten die Halter und die Membrane und trennen die benachbarten Abteilungen. Der Graphit der Teile 54 kann auf der Kathodenseite (wo er zweckmäßig getränkt ist, um ihn undurchlässig zu machen) und der Anodenseite verschiedene Eigenschaften haben.
Die Kathodenflüssigkeit tritt in die Kathodenabteilung der ersten Zelle der Anlage durch eine Leitung 58 ein und verläßt sie nach der Behandlung in Form einer Emulsion aus Gas und Flüssigkeit durch Leitungen 62. Phasenscheider 64 (im allgemeinen einfache Töpfe) scheiden das Gas (z.B. Wasserstoff) ab, welches durch Leitungen 66 entnommen wird, und schicken die KathodenflUssigkeit zu der Kathodenabteilung der nächsten Zelle mit Hilfe von Leitungen 68. Die Kathodenflüssigkeit durchströmt so den gesamten Apparat und verläßt ihn endgültig durch die Abfuhr 60.
Die Anodenflüssigkeit tritt in die erste Anodenabteilung 52 durch eine Leitung 72 ein. Nach ihrem Verweilen in dieser ersten
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Abteilung 42 wird sie mittels einer Leitung 74 in Form einer Emulsion von Gas und Flüssigkeit einem Phasenscheider 76 zugeführt. Durch 78 werden die während der Elektrolyse erzeugten Gase abgeführt, während die AnodenflUssigkeit der nächsten Anodenabteilung durch die Verbindung 80 zugeführt wird. Der Umlauf der Anodenflüssigkeit setzt sich in der gleichen Weise bis zu der letzten Anodenabteilung 52A fort, von wo sie durch 74A abgeführt wird. Diese Abteilung 52A weist eine mit der positiven Klemme einer Spannungsquelle verbundene Anode 54A auf.
Zur Vermeidung eines Kurzschlusses besitzt jede Kathodenabteilung ihren eigenen Quecksilberumlauf, von denen ein einziger bei 82 dargestellt ist. Das unten an dem Gerät durch eine Leitung 86 entnommene Quecksilber wird durch eine Pumpe 84 bei 87 dem oberen Teil der gleichen Abteilung zugeführt. Ein Austauscher 88 führt die während der Elektrolyse erzeugte Wärme ab.
Fig. 3 zeigt im Längsschnitt einen Teil eines zylindrischen Elektrolysegeräts, dessen oberer, mit den Zufuhr- und Abfuhrleitungen für die Strömungsmittel und den elektrischen Klemmen versehener Deckel zur Erleichterung des Verständnisses abgenommen wurde. Zu dem gleichen Zweck ist das Elektrolysegerät ohne Quecksilber dargestellt. Dieses Elektrolysegerät 90 enthält einen mit dem negativen Pol einer Stromquelle verbundenen zylindrischen Kern 92 aus Graphit, welcher kreisförmige, z.B. aus Polyvinylchlorid bestehende Rinnen 94 trägt. Diese im Betrieb mit Quecksilber gefülltenRinnen enthalten zwei Reihen von Öffnungen. Eine erste Reihe von Öffnungen wird durch in dem Boden einer im Betrieb mit Quecksilber gefüllten Rinne 96 vorgesehene kreisförmige Öffnungen 95 gebildet, durch welche die Quecksilberstromfftden ausfließen. Eine zweite Reihe von Öffnungen 97 gestattet die aufsteigende Strömung des zweiphasigen Gemische aus KathodenflUssigkeit und Gas. Die Lage dieser verschiedenen Öffnungen wird so gewählt, daß ein guter Kontakt zwischen der Kathodenflüssigkeit und dem Quecksilber gewährleistet wird. Die Rinnen sind an dem Halter 92 durch in in dem Kern 92 ausgearbeitete Nuten 99 eingelegte Dichtungsringe 98, z.B. aus PTFE,befestigt. Öffnungen 101 lassen das Quecksilber in den von dem Kern 92, den Rinnen 94 und den Dichtungen 98 begrenzten Raum treten. Das diesen Raum einnehmende Quecksilber stellt die elektrische Verbindung her.
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Die ringförmige Kathodenabteilung 100 wird von
der ringförmigen Anodenabteilung 102 durch eine gegen die Rinnen gelegte rohrförmige Membran 104 aus einem porösen, aber für Ionen durchlässigen Material (z.B. IONAC NA 3473) getrennt. Bine durch einen mit dem positiven Pol der Stromquelle verbundenen Metallmantel 107 versteifte rohrfönnige Anode 106 vervollständigt das Elektrolysegerät. Der Abstand zwischen der Anode und den Quecksilberstromfäden ist so klein wie möglich, um die ohmschen Verluste zu verringern. In der Praxis hat der Abstand zwischen dem die Rinnen haltenden Teil und der Membran im allgemeinen die Größenordnung des Zentimeters.
Fig. 4 zeigt ein zylindrisches Elektrolysegerät
der in Fig. 3 beschriebenen Art, in welches jedoch Wärmeaustauscher eingebaut sind.
In dem zylindrischen Kern 92A ist ein Hohlraum 108 ausgebildet, in welchem ein durch nicht dargestellte Leitungen ein- und austretendes Kühlmittel strömt. Sin rohrförmiger Metallmantel 110, welcher mit einer Leitung 112 versehen ist, in welcher ein Kühlmittel strömt, ist gegen die Anode 106 gelegt· Durch diese Mittel werden die während der Elektrolyse erzeugten Kalorien "in situ" abgeführt. Hierdurch werden die äußeren Austauscher und ihre Zubehörteile (Pumpen, Ventile usw.) vermieden und die erforderliche Quecksilbermenge beträchtlich verringert.
Fig. 5 zeigt ein Elektrolysegerät mit einem die
Aufgabe einer Anodenabteilung 102 erfüllenden Gefäß 120 großer Abmessungen, in welchem mehrere zylindrische Anordnungen 122 angeordnet sind, von denen nur zwei dargestellt sind. Jede Anordnung umfaßt eine ringförmige Kathodenabteilung 136 und eine rohrförmige Membran.
Im einseinen enthalt jede Anordnung 122 einen zylindrischen Kern aus Graphit 125, welcher durch eine Klemme 126 mit dem negativen Pol einer Stromquelle verbunden, ist. Der Kern 124 trägt Quecksilber enthaltende Rinnen 128, z.B. aus PVC. Der Strom fließt von dem Kern 124 zu den Quecksilberstromfäden 132, wie bei dem vorhergehenden Beispiel. Die gelochten Böden der Rinnen 128 lassen kontinuierliche Quecksilberstromfäden 132 durchtreten, β welche die Aufgabe einer Kathode erfüllen. Rohrförmige Membran 134 (s.B. ans IONAC NA 3475) trennen die Kathodenabteilungen 136 von
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der einzigen Anodenabteilung 102. Elektrisch mit dem Gefäß 120 verbundene rohrförmige Anoden aus Graphit 138 umgeben diese Membrane, öffnungen 140 und 141 in den Anoden 138 ermöglichen einen Umlauf der Anodenflüssigkeit bzw. der Gase. Es können nicht dargestellte Mittel zur Beschleunigung des Umlaufs der Anodenflttssigkeit vorgesehen werden.
Die Membrane 134 sind oben an den Deckeln 142 der Anordnungen und unten an kegelstumpfförmlgen Wänden 144 befestigt, deren Aufgabe weiter unten erläutert ist.
Dieses Elektrolysegerät arbeitet folgendermaßen. Die Kathodenflüssigkeit tritt in jede Kathodenabteilung 136 durch einen in dem entsprechenden Graphitkern ausgebildeten Kanal 146 ein. Das durch Elektrolyse erhaltene zweiphasige Gemisch wird zunächst durch 148 zu einem nicht dargestellten Fhasenscheider und hierauf entweder zu der Benutzungsstelle oder zu einer anderen Kathodenabteilung durch 146A geleitet. In den Kathodenabteilungen trifft die Kathodenflüssigkeit im Gegenstrom auf die Stromfäden 132 des in die Anlage durch 150 eintretenden Quecksilbers. Das Quecksilber wird dann in den kegelstumpfförmlgen Teilen 144 aufgefangen, bevor es durch 152 abgeführt wird. Nach Kühlung und gegebenenfalls Behandlung wird das Quecksilber durch 150 wieder in den Kreislauf eingeführt. Die durch die Anodenflüssigkeit während des Betriebes des Elektrolysegeräts erzeugten Gase werden durch 154 abgeführt. Dichtungsringe 156 bewirken die verschiedenen Abdichtungen.
Die Wartung des in Fig. 5 dargestellten Elektrolysegeräts ist sehr einfach, da dieses bequem auseinandernehmbar ist. Es genügt nämlich, den Deckel 142 auszubauen, den schadhaften Bestandteil zu entfernen und ihn durch einen neuen Bestandteil zu ersetzen.
Es können den in Fig. 4 dargestellten inneren Kühlmitteln entsprechende Kühlmittel für die Ausführung dieses Elektrolysegeräts benutzt werden.
Die obigen Elektrolysegeräte können insbesondere zur Herstellung einer wässerigen Lösung eines Uransalzes III aus einem Uransalz VE oder IV benutzt werden. Wie in dem französischen Patent 2.282.928 angegeben, ist U III in wässeriger Lösung nur stabil, wenn diese frei von oxydierenden Körpern und Metallen der
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Gruppen III bis VIII der periodischen Ordnung der Elemente ist. Es müssen daher unmetallische oder mit Isolierstoffen überzogene Materialien in allen Fällen benutzt werden, in welchen diese mit den Lösungen von Uran III in Berührung kommen (mit Ausnahme der Kathoden).
Nachstehend sind beispielshalber die Bedingungen angegeben, welche zur Herstellung von UCl, aus UCl. in einem geraden Elektrolysegerät mit einer 100 # sehr naheliegenden Ausbeute benutzt wurden.
Das Elektrolysegerät mit einer Höhe von 70 cm und einer Breite von 30 cm besteht aus zwei in Reihe geschalteten Zellen.
Jede Kathodenabteilung enthält neun übere1nanderliegende Rinnen, deren jede 68 Löcher mit 0,25 cm Durchmesser aufweist.
Die durch diese 1224 Quecksilberstromfäden erzeugte Kathodenfläche
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beträgt 5765 cm . Diese Rinnen sind an ebenen Haltern aus Graphit
ρ befestigt, deren Nutzfläche etwa 2782 cm für die Gesamtheit der beiden Zellen beträgt. Ionenaustauschmembrane IONAC NA 3475 trennen die beiden Kathodenabteilungen von den beiden Anodenabteilungen.
Jede dieser Anodenabteilungen enthält eine Graphitanode von 1391 cnr,
2 was einer gesamten Nuteanodenfläche von 2782 cm entspricht. Der Abstand zwischen der Anode und der Membran beträgt 7 mm. Das Elektrolysegerät wird mit einer stündlichen Strömungsmenge von 30 1 mit einer kathodischen Lösung gespeist, welche 1 M Uranchlorid IV in SalzBäurelösung 2N enthält. Am Ausgang des Elektrolysegeräts ist nach dem aufeinanderfolgenden Durchgang durch die beiden Kathodenabteilungen die Gesamtheit des Uranchlorids IV in Uranchlorid III umgewandelt.
Die Anodenabteilungen werden in Reihe mit Uranylchlorid 0,02 M in SalzBäurelösung 6 N mit einer stündlichen Strömungsmenge von 200 1 gespeist.
Während des Arbeitens werden folgende Werte der Stromdichte und der Spannung beobachtet:
Stromdichte an der Stelle des Quecksilbers = 0,13 A/cm " » " der Membran =0,3 A/cm2
" " " der Anode =0,2 A/cm2
Kathodet Elektrochemisches Potential
+ Kathodenvorspannung = 1 ν
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Spannungsabfall in der Kathodenfluss igke it = 0,5 V " " der Membran = 0,7 V
" H der Anodenflüssigkeit = 0,2 Y
Anode: Elektrochemisches Potential
+ AnodenUberspannung = 1,4 V
Diese Anwendung 1st natürlich nicht die einzig mögliche. Als Anwendungsbeispiel des Elektrolysegeräts ohne Membran kann die Herstellung von Lithiumamalgam durch Elektrolyse von LiOH angeführt werden, welche gleichzeitig ein Gemisch von Wasserstoff und Sauerstoff liefert. Das Amalgam ermöglicht seinerseits, das Lithium durch Hydrolyse zu erhalten.
Es ist jedoch zu bemerken, daß die Sauerstoffentwicklung an der Anode die Benutzung von Graphit unmöglich macht, welches z.B. durch Nickel zur Bildung der Anode ersetzt wird.
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Leerseite

Claims (10)

  1. 0778 76 B PATBNTANSPRUGHB
    Lotrechtee Elektrolysegerät mit einer im wesentlichen durch durch sein Eigengewicht lotrecht strömendes Quecksilber gebildeten Kathode, dadurch gekennzeichnet, daß das Quecksilber lotrecht in Form von kontinuierlichen Stromfäden (33» 48, 132) durch in wenigstens einer Rinne ausgebildete Öffnungen (95) strömt.
  2. 2. Elektrolysegerät nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch wenigstens eine Anodenabteilung und wenigstens eine Kathodenabteilung, welche durch eine lotrechte Membran (37, 50, 104, 134) getrennt sind, wobei die Kathodenabteilung die Rinne (29, 44» 94, 128) enthält.
  3. 3. Elektrolysegerät nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine gewisse Zahl von übereinanderliegenden Rinnen (44, 94), wobei jede Rinne die von der darüberliegenden Rinne kommenden Quecksilberstromfäden empfängt, während die oberste Rinne mit Mitteln zur Zufuhr von Quecksilber versehen ist.
  4. 4. Elektrolysegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen an einem elektrisch leitenden, z.B. aus Graphit bestehenden Halter (25, 42, 92, 124) befestigt sind.
  5. 5· Gerades Elektrolysegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine mit Anodenflüssigkeit gefüllte parallelepipedische Anodenabteilung, welche mit einer Anode (9, 54) versehen ist und durch eine ebene lotrechte Membran (37, 50) von einer parallelepipedischen Kathodenabteilung getrennt wird, in welche die die Kathode bildenden kontinuierlichen Quecksilberstromfäden (33, 48) fallen,und Mittel zur Erzeugung des Umlaufs einer AnodenflUssigkeit bzw. einer Kathodenflüssigkeit in der Anodenabteilung bzw. der Kathodenabteilung.
  6. 6. Gerades Elektrolysegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch mehrere parallelepipedische Anoden- und Kathodenabteilungen, welche durch ebene Membrane getrennt und gemäß einer Anordnung aneinandergesetzt sind, welche des Anordnung einer Filterpresse ähnlich ist (Fig. 2).
  7. 7. Zylindrisches Elektrolysegerät nach einen der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch eine mit AnodenflUssigkeit
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    2t
    gefüllte Anodenabteilung, welche mit einer rohrförmigen Anode (106, 138) versehen ist und durch eine rohrförmige Membran (104, 134) von einer mit Kathodenflüssigkeit gefüllten ringförmigen Kathodenabteilung getrennt ist.
  8. 8. Elektrolysegerät nach Anspruch 1, 2, 3, 4 oder 7, gekennzeichnet durch eine einzige, mit Anodenflüssigkeit gefüllte Anodenabteilung (102), in welcher mehrere Anordnungen angeordnet sind, deren jede eine rohrförmige Anode (138), eine rohrförmige Membran (134) und eine mit Kathodenflüssigkeit gefüllte ringförmige Kathodenabteilung aufweist (Fig. 5).
  9. 9* Lotrechtes Elektrolysegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden und die Halter der Rinnen von einem Kühlmittel durchflossene innere Hohlräume (108, 112) aufweisen.
  10. 10. Lotrechtes Elektrolysegerät nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, daß die Anoden oder die Rinnenhalter innere Hohlräume aufweisen, in welchen die Pumpen für den Umlauf der Elektrolyte und des Quecksilbers untergebracht sind.
    709831/0736
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