FR2459840A1 - Cellule electrolytique pour la production de chlorate a partir de chlorure - Google Patents

Abstract

CELLULE ELECTROLYTIQUE QUI COMPREND UN CARTER DE CELLULE 1 CONTENANT LES ELECTRODES 11, 19, DONT LES DIMENSIONS SONT CHOISIES DE FACON A FORMER UN ESPACE LIBRE A LA PARTIE INFERIEURE DU CARTER, ENTRE LE FOND DE CE DERNIER ET LES BORDS INFERIEURS DES PLAQUES ELECTRODES 17, 18, UN ESPACE LIBRE FORME SUR LES COTES ENTRE LES PLAQUES ELECTRODES 17, 18 ET L'UN AU MOINS DES COTES DU CARTER 1 QUI SONT PARALLELES AUX PLAQUES ELECTRODES 17, 18 ET UN ESPACE LIBRE FORME AU-DESSUS DES PLAQUES ELECTRODES 17, 18, CET ESPACE ETANT PLUS IMPORTANT QUE CEUX SITUES EN-DESSOUS ET IL FORME UN ESPACE DE REACTION ET D'ECOULEMENT SUPPLEMENTAIRE POUR L'ELECTROLYTE AVEC DES PAROIS DE SEPARATION 12, 13 ENTOURANT CHAQUE PLAQUE DE BASE 14 DE FACON ETANCHE ET S'ETENDANT JUSQU'AU FOND ET JUSQU'AUX COTES DU CARTER 1 ET VERS LE HAUT DANS CE CARTER AFIN DE FORME UN CERTAIN NOMBRE D'ENCEINTES POUR LES UNITES DE CELLULES 10.

Description

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La présente invention est relative à une cellule électro-

lytique et elle vise plus particulièrement un mode de réalisa-

tion d'une cellule électrolytique destinée à la production de chlorates de métaux alcalins ou de métaux de terres alcalines, par électrolyse de chlorure de métal alcalin ou de chlorure mé-

tallique de terre alcaline.

Les réalisations d'électrodes bipolaires sont utilisées sur une échelle allant toujours en augmentant afin d'obtenir des unités d'électrolyse compactes, efficaces et économiques. Par

réalisation d'électrodes bipolaires on entend désigner des élec-

trodes qui comportent une face jouant le rôle d'une anode dans une unité de cellule et l'autre face servant de cathode dans une unité de cellule adjacente. En positionnant un certain nombre

de ces unités de cellule dans une rangée, on obtient une batte-

rie de cellules reliées en série, qui ne nécessite que des con-

nexions d'alimentation en courant aux électrodes terminales, aucune liaison électrique spéciale étant nécessaire entre chaque

unité de cellule. Un mode de réalisation particulièrement avan-

tageux à cet effet, lorsque l'on désire une importante surface d'électrode, est constitué d'une plaque de base sur laquelle sont fixées perpendiculairement des plaques électrodes. Un tel type de construction, en dehors d'une importante surface d'électrode, apporte une faible chute de tension par mètre linéaire de la boîte de cellule ce qui a pour résultat de réduire les risques

de fuite de courant et de court-circuit, à la fois dans la cel-

lule et à l'extérieur de celle-ci. La plaque de base peut être

pourvue d'électrodes sur un côté seulement (réalisation unipo-

laire) cependant que l'on prévoit des moyens d'alimentation en courant sur l'autre côté. Une telle disposition n'apporte pas seulement l'avantage selon lequel les plaques de base peuvent former l'une des parois de la cellule, mais également que les plaques de base sont disponibles pour assurer une liaison très simple avec les connexions d'alimentation en courant. Les

plaques de base peuvent être également pourvues de plaques élec-

trodes sur les deux côtés (réalisation bipolaire) et les plaques électrodes, sur un côté, forment alors des cathodes alors que

celles situées sur l'autre côté, forment les anodes. En posi-

tionnant un certain nombre de telles unités d'électrodes selon une rangée, les plaques électrodes des électrodes adjacentes 245984d étant placées les unes entre les autres, on obtient une batterie de cellules connectées en série, après avoir ajouté des parois latérales, un fond et un couvercle. Dans une telle batterie, seules les unités d'électrodes terminales doivent être du type unipolaire et être pourvues de moyens d'alimentation en courant

sur un côté des plaques de base au lieu des plaques électrodes.

Cette disposition assure une très simple conception de la rangée de cellules et elle élimine également la nécessité de prévoir

des connexions spéciales de courant entre les cellules.

Lorsque l'on utilise les électrodes bipolaires pour la pro-

duction électrolytique de chlorates on se trouve confronté à certains problèmes spécifiques à ce procédé. La production de chlorates nécessite un certain nombre d'étapes intermédiaires

(ou sous-étapes) et la séquence des réactions comporte proba-

blement une formation initiale d'ions hydroxyles à la cathode, pendant la production d'hydrogène et de chlore élémentaire à la cathode, puis les ions hydroxyles et le chlore réagissent pour

former des ions hypochlorites qui finalement sont disproportion-

nés au chlorate et au chlorure. Un certain nombre d'exigences

doivent être remplies si l'on veut que les réactions se dérou-

lent dans des conditions optimales. Le débit d'électrolyte sur Jes surface d'électrodes doit être plutôt élevé et la production d'hypochlorite lors de chaque passage de l'électrolyte sur les

électrodes doit être modérée afin d'éviter des réactions secon-

daires et d'autres effets négatifs. La circulation de l'électro-

lyte doit en outre permettre une évacuation efficace du gaz hydrogène formé et le chlore gazeux formé doit être efficacement absorbé et retenu dans l'électrolyte pendant tout le déroulement

de la réaction. On doit donner à l'électrolyte un temps de sé-

jour suffisant, après l'électrolyse, afin d'obtenir une réaction

complète, notamment pour réaliser la disproportion de l'hypo-

chlorite par rapport au chlorate. Ces conditions sont rarement remplies dans les réalisations connues d'électrodes bipolaires

du type décrit ci-dessus, étant donné que celles-ci sont généra-

lement conçues pour être aussi compactes que possible et pour

donner la densité de courant la plus élevée possible qui a sou-

vent pour résultat une relation optimale entre le volume et le

temps de séjour mais non un écoulement favorable de l'électro-

lyte.

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D'autres problèmes sont causés par l'environnement corrosif de la cellule. Cet environnement.dépend partiellement de la

composition de l'électrolyte et partiellement des hautes tempé-

ratures qui sont maintenues pour obtenir un taux élevé de réac-

tion. Les problèmes de corrosion ont pour conséquence une durée

de service limitéepour sensiblement toutes les parties constitu-

tives de la cellule et ils nécessitent un entretien régulier de la cellule. Cette dernière doit donc pouvoir être facilement démontée et on doit pouvoir facilement en remplacer ou nettoyer

les éléments qui la constituent. Etant donné que, dans les cel-

lules à électrodes bipolaires, les électrodes elles-mêmes cons-

tituent des parois de séparation, on est confronté au problème de l'étanchéité de ces parois de la cellule, en ce qui concerne les fuites d'électrolyte et les fuites de courant entre les cellules et des joints d'étanchéité doivent être réalisés en utilisant des solutions qui sont sûres, en ce qui concerne la corrosion, et qui ne rendent pas plus difficile le démontage

de la cellule.

Les cellules actuellement connues ne répondent que très partiellement aux exigences ci-dessus. Les systèmes bipolaires ont été conçus avec des enceintes de réaction externes et une circulation forcée d'électrolyte, ou bien encore ils sont de construction interne compliquée qui n'est pas très appropriée

en ce qui concerne la corrosion et l'entretien.

Le premier objet de cette invention est d'apporter une construction de cellule perfectionnée et simplifiée, pour la production de chlorate électrolytique, du type qui comprend des électrodes bipolaires, cette construction étant particulièrement

perfectionnée en ce qui concerne la circulation de l'électro-

lyte, la résistance à la corrosion aux températures très élevées

et l'accessibilité pour les réparations et l'entretien.

La cellule selon la présente invention est par conséquent

du type constitué à partir d'une pluralité de cellules connec-

tées en série, de façon que toutes les électrodes, à l'excep-

tion des électrodes terminales, sont bipolaires et sont pourvues d'une plaque de base verticale dont un. côté sert d'anode dans une-unité de cellule et l'autre c8té sert de cathode dans une unité de cellule adjacente. Les côtés externes des électrodes terminales sont équipés de connexions électriques pour la

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rangée de cellules cependant que les côtés orientés vers l'inté-

rieur et les deux côtés des autres plaques de base comportent

un certain nombre de plaques électrodes verticales, montées per-

pendiculairement par rapport aux plaques de base, ces dernières étant positionnées de façon que les plaques électrodes des pla-

ques de base adjacentes soient entrelacées, sans contact élec-

trique direct entre elles, formant ainsi un ensemble compact de plaques électrodes. Grâce à cette disposition qui est connue en soi, on peut appliquer une densité de courant élevée à chaque cellule et, en même temps, obtenir une grande aire d'écoulement

pour la circulation verticale de l'électrolyte sur les électro-

des, ce qui est essentiel si l'on veut obtenir la circulation

rapide mentionnée ci-dessus.

Selon l'invention, la rangée de cellules est enfermée dans une enceinte ou carter dont les dimensions sont déterminées de façon à former: un espace entre le fond du carter et les bords inférieurs des plaques électrodes; un espace entre les côtés verticaux du carter qui sont parallèles aux plaques électrodes et les plaques électrodes les plus proches et, un espace entre

les côtés supérieurs des plaques électrodes et la partie supé-

rieure du carter. Ce dernier espace est plus important que ceux qui sont situés respectivement en dessous et sur les côtés des

plaques électrodes et il forme un espace de réaction et de cir-

culation supplémentaire pour l'électrolyte. D'autres parois de

séparation intermédiaire sont prévues entre les unités de cel-

lule, ces parois étant réalisées sous la forme de prolongements des plaques de base vers le bas, vers les côtés et vers le haut, délimitant un espace pour chaque unité de la cellule. Selon un mode de réalisation préféré on prévoit des parois verticales qui dirigent l'écoulement parallèlement aux plaques électrodes, ces parois s'étendant à partir du côté supérieur des plaques électrodes extérieures, dans l'unité de cellule, jusque dans

l'espace situé au-dessus de l'ensemble compact de cellules.

Grâce à cette disposition on forme un canal pour l'écoule-

ment de l'électrolyte circulant dans la cellule. L'électrolyte qui circule sur les plaques électrodes, est enrichi en hydrogène

gazeux, s'élève entre les parois latérales et les parois diri-

geant l'écoulement, lorsque celles-ci existent au-dessus de

l'ensemble d'électrodes, change de direction à la partie supé-

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rieure du canal o l'hydrogène gazeux est concentré, s'écoule vers le bas le long des parois du carter et finalement change de direction au fond du carter pour circuler à nouveau vers le haut entre les plaques électrodes. Le débit d'électrolyte est sensiblement stable pendant tout l'écoulement et est donc exempt de post-mélange ce qui assure une vitesse ou taux de réaction maximale pour la formation de chlorate. On obtient une

hauteur substantielle de liquide au-dessus des plaques élec-

trodes, ce qui donne un grand effet ascentionnel, une vitesse de circulation élevée et une bonne absorption de chlore gazeux et en même temps un temps de séjour suffisant pour l'électrolyte, pendant la circulation. La largeur des canaux de circulation et

la position des plaques électrodes assurent une faible résis-

tance d'écoulement. Le volume d'électrolyte contenu dans la cellule permet d'obtenir un fonctionnement stable et facilement

contrôlé avec seulement quelques variations mineures des para-

mètres de fonctionnement.

Selon un exemple de réalisation préféré de l'invention, les parois de séparation ou les plaques de base sont reliées mutuellement à l'aide de moyens de liaison spéciaux, séparés du carter et les parois de séparation sont conçueset réalisées de façon à présenter sensiblement la même forme que la section droite du carter et à comporter des moyens assurant l'étanchéité le long des bords en contact avec le carter. Ceci signifie que le carter peut être conçu et réalisé sans moyens spéciaux de fixation et avec un bord intérieur lisse qui facilite la remise en état et les réparations. Les électrodes peuvent être enlevées du carter, sous la forme d'une unité ou être désassemblées sur

place. Le fait de prévoir quelques éléments seulement, de con-

ception simple réduit les problèmes de corrosion. Si le carter, ainsi que les autres éléments parallèles aux plaques électrodes, sont réalisés en matière plastique, les parois de séparation étant réalisées en titane, on obtient une construction qui est très résistante à la corrosion et qui est sûre vis-à-vis des

courts-circuits internes et externes et des fuites de courant.

Dans les électrodes bipolaires on peut utiliser des maté-

riaux connus pour les cellules de chlorate. Cependant, il est préférable que la plaque de base soit constituée d'une plaque de titane qui, avantageusement, peut être raccordée à une autre

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plaque sur le côté qui sert de cathode. Cette autre plaque peut être une plaque de fer et elle peut être raccordée à une plaque

de titane par liaison explosive ou toute autre méthode permet-

tant d'obtenir une liaison intime. Pour des plaques de base com-

portant plusieurs couches de ce type, la plaque de titane est de préférence conformée de façon que les parois de séparation puissent y être reliées de façon étanche, ceci pouvant être réalisé simplement en prolongeant la plaque de titane au delà de la plaque de fer, autour du contour circulaire de la plaque de base. Des plaques électrodes sont fixées à la plaque de base de façon sensiblement perpendiculaire et elles sont fixées de

façon appropriée par soudage et brasage. La hauteur et la lon-

gueur des plaques électrodes peuvent varier, par exemple entre 0,1 et 1 mètre, mais elles sont de préférence comprises entre 0,2 et 0,5 m. Le matériau constituant les plaques électrodes peut être du fer, du côté de la cathode et, un oxyde noble ou du titane recouvert d'un tel oxyde, du nôté de l'anode. Les plaques électrodes du côté de l'anode et du côté de la cathode respectivement, sont sensiblement décalées l'une par rapport à l'autre afin d'obtenir une rangée de cellules rectiligne lors

de l'assemblage de plusieurs électrodes et lors du positionne-

ment des plaques électrodes cathodes entre)o plaques électrodes anodes. Dans le cas normaux il existe une plaque anode de plus

que le nombre de plaques cathodes, de façon que le système d'élec-

trode après assemblage se termine par des plaques anodes sur les deux côtés, afin d'assurer la protection des plaques cathodes les plus proches. Des plaques électrodes de polarités différentes ne doivent pas être au contact les unes des autres pour établir

un contact électrique, mais elles doivent être maintenues sépa-

rées et présenter de préférence une distance constante et bien

définie l'une par rapport à l'autre, entre les différentes par-

ties de l'électrode. L'épaisseur des plaques électrodes peut

être comprise entre 0,5 et 10 mm et de préférence 1,5 et 4 mm.

L'espace libre entre les plaques électrodes assemblées est également compris de préférence entre ces limites, mais il ne doit pas cependant présenter la même valeur que celle de l'épaisseur des plaques électrodes. On peut prévoir des moyens d'espacement ou entretoises, entre les plaques électrodes, mais ceux-ci ne doivent occuper qu'une fraction de l'espace compris

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entre les plaques électrodes afin de ne pas faire obstacle à l'écoulement vertical de l'électrolyte. Le nombre de cellules connectées en série est de préférence compris entre 3 et 15 par rangée et de préférence entre 6 et 12. On a trouvé qu'un nombre de 8 cellules donnait une unité de rangée de cellules pratiques à faire fonctionner. Naturellement les électrodes terminales ne comportent, ainsi qu'on l'a indiqué dans ce qui précède que des plaques électrodes sur les côtés orientés vers l'intérieur de la cellule, cependant que des moyens d'alimentation en courant

peuvent être avantageusement disposés sur la surface extérieure.

Les plaques de base, qui ne sont pas perforées forment au moins une partie des parois entre les cellules reliées en série. Après

l'assemblage des électrodes réalisé de la façon décrite ci-des-

sus, on a réalisé un système d'électrodes à partir des plaques électrodes. Les côtés verticaux du système d'électrodes sont

constitués par les plaques électrodes extérieures et les pla-

ques de base et les côtés horizontaux sont formés à partir des bords supérieurs et inférieurs des plaques électrodes. Ces bords

ne forment donc pas des surfaces imperméables mais ils permet-

tent l'écoulement vertical de l'électrolyte. Une rangée d'élec-

trodes réalisée de la manière indiquée ci-dessus, n'est pas

auto-portante; il est nécessaire de prévoir des moyens de liai-

son spéciaux entre les électrodes pour la formation d'une unité

continweet pour le maintien d'une pression dimentionnelle.

Un carter de cellule contenant l'électrolyte, est disposé

autour des électrodes connectées en série dans le système d'élec-

trodes. Ce carter ne doit pas contenir les systèmes ou paquets d'électrodes de façon serrée, mais il doit laisser suffisamment

d'espace autour des systèmes d'électrodes afin de pouvoir obte-

nir un écoulement contrôlé d'électrolyte. Le plan de l'écoule-

ment est parallèle à la plaque de base des électrodes. Le carter

est commun à toute la rangée de cellules connectées en série.

Les systèmes ou paquets d'électrodes peuvent alors être placés sur l'un des longs côtés du carter de façon que l'écoulement vers le haut de l'électrolyte s'effectue sur ce côté et que l'écoulement vers le bas s'effectue sur le long côté opposé; cependant on préfère que le système de cellules soit placé en position centrale dans le carter afin que l'écoulement vers le haut s'effectue au centre et que l'écoulement vers le bas

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s'effectue selon les deux longs c8tés. Afin d'obtenir la circu-

lation la plus satisfaisante, l'aire prévue pour l'écoulement vers le haut de l'électrolyte doit correspondre sensiblement à celle prévue pour l'écoulement vers le bas, ce qui signifie que la distance libre totale du système de cellule aux deux longs

côtés doit 8tre de l'ordre de 0,75 à 1,25 fois la largeur hori-

zontale du système de cellules perpendiculaires aux longs côtés et que la distance totale est de préférence de l'ordre de 0,& à 1,15 fois la largeur du système des cellules. L'écoulement de l'électrolyte vers le bas change de direction au fond du carter et il est dirigé horizontalement vers et en dessous le système de cellules autravers duquel il est amené ensuite à s'infiltrer verticalement. La distance entre le bord inférieur du ystème de

cellules et le fond du carter doit, pour cette raison, être suf-

fisamment important pour qu'il corresponde à l'aire d'écoulement de l'électrolyte circulant vers le bas. Pour un positionnement central du système ou paquet de cellules la distance par rapport au fond doit donc être comprise entre environ 0,2 et 0,8 fois la largeur du système de cellules et de préférence comprise entre 0,3 et 0,6 fois cette largeur. Si ce système de cellules est positionné sur le côté du carter, la distance par rapport

au fond doit 8tre comprise entre 0,3 et 1,0 fois et de préfé-

rence entre 0,4 et 0,8 fois la largeur horizontale du système de cellules. Le carter doit Otre conçu et réalisé-de façon qu'il existe un espace pour l'écoulement vertical de l'électrolyte au-dessus des paquets ou systèmes de cellules, plus grand que l'espace sous ce système de cellules. Le but de cet espace est

de produire la force d'entraînement de l'écoulement de l'élec-

trolyte en tirant avantage de l'effet ascentionnel du gaz hydro-

gène et, si on veut obtenir une circulation puissante, l'espace ne doit pas présenter une hauteur trop faible. Un autre rôle

de cet espace est de donner, avec les autres espaces de circu-

lation, un temps de séjour suffisant pour l'électrolyte, pour

obtenir une transformation suffisante de l'hypochlorite en chlo-

rate avant que l'électrolyte repasse à nouveau entre les élec-

trodes. Un objectif important de la construction de la cellule selon l'invention est de donner à l'électrolyte la plus grande partie de la durée de séjour nécessaire à la transformation et,

de préférence sensiblement toute la durée de séjour, à l'inté-

rieur du carter, afin d'éviter la nécessité de prévoir des en-

ceintes externes de réaction supplémentaires. Le volume du car-

ter ne doit donc pas être ni trop petit, ni trop grand afin de

ne pas donner lieu à des problèmes de réalisation et de construc-

tion. Un niveau approprié de l'électrolyte au-dessus des systèmes ou paquets d'électrodes est donc compris entre 5 et 15 fois la hauteur des systèmes d'électrodes et de préférence entre 7 et 13 fois cette hauteur. Pour de nombreux motifs, il est avantageux

de remplir la totalité de l'enceinte du carter avec l'électro-

lyte de façon à ne pas avoir de volumes gazeux trop importants.

Ceci signifie que l'électrolyte contenant de l'hydrogène gazeux finement dispersé est entraîné à partir du carter vers un stade de séparation de gaz, en dehors du volume du carter. La sortie de l'électrolyte peut avantageusement être disposée au sommet du carter. La hauteur absolue du caisson de cellules obtenu est comprise entre 2 et 5 mètres et de préférence entre 3 et 4 m. Le

carter doit être divisé en une partie de fond et une partie for-

mant couvercle, pouvant être séparées l'une de l'autre, mais/que,

pendant le fonctionnement elles soient maintenues étroitement re-

2D liées l'une à l'autre, par exemple à l'aide de flasques horizon-

taux suivant le pourtour de l'enceinte. Le ligne de séparation est située au-dessus du paquet de cellules dans la partie du fond afin d'assurer une bonne accessibilité à cette partie du

dispositif lorsque le couvercle est enlevé.

Le choix des matériaux pour réaliser le carter ainsi que les

électrodes est d'une grande importance en ce qui concerne la ré-

sistance à la corrosion et par conséquent les possibilités de maintenir les températures élevées de l'électrolyte qui diminuent

le volume nécessaire à la réaction. Le carter comporte de préfé-

rence un corps pourvu d'un revêtement interne résistant à la cor-

rosion. Le corps peut être réalisé en un métal mais il est préfé-

rable de le réaliser en/matériau synthétique afin de réduire les problèmes de la corrosion ainsi que les risques de courts-circuits et de donner une construction plus légère. Parmi les matières synthétiques pouvant être utilisées on peut citer le polyester

renforcé de fibres de verre, éventuellement muni de renforts mé-

talliques noyés. Le côté intérieur peut être revêtu d'un matériau résistant à la corrosion, qui peut être métallique, par exemple du titane, cependant dans ce cas, il est nécessaire de prévoir une isolation électrique entre chaque étape. Il est par conséquent préférable d'utiliser un matériau synthétique présentant une bonne résistance à l'électrolyte. Les matériaux appropriés sont

des matières plastiques contenant du fluor, telles que le poly-

tétrafluorethylène, le polyfluorethylènepropylène et le fluorure de polyvinylidène. On a découvert plus particulièrement que de telles matières plastiques déposées sur du-tissu donnaient de bons résultats, le tissu étant constitué de fibres de matériaux synthétiques, notamment de fibres de verre. Le rev8tement ainsi que les réparations sont facilités et l'on augmente la durabilité si les côtés internes de l'enceinte, sa partie de fond et son couvercle, sont lisses, sans moyens particuliers de fixation ou autres dispositifs pour les parois de séparation, ce qui est possible si les parois de séparation sont disposées de la façon

décrite ci-après.

Les espaces qui sont prévus pour-permettre la circulation

de l'électrolyte autour du système ou paquet d'électrodes, né-

cessite de placer des parois spéciales de séparation sur un certain niveau avec les plaques de base des électrodes, ces parois s'étendant à partir de ces plaques, vers l'extérieur vers le carter, en dessous, sur le côté et au-dessus des systèmes d'électrodes. Les parois de séparation sont nécessaires pour empêcher un mélange trop important de l'électrolyte entre les cellules et également pour empêcher les fuites de courant. Ces parois sont également nécessaires pour maintenir l'écoulement

contrôlé pour que celui-ci soit stable et sensiblement tubulaire.

L'exigence d'une étanchéité efficace est la plus importante près

des électrodes o toute fuite de courant, même mineur-, peut pro-

voquer des pertes importantes d'efficacité et de rendement. Les problèmes diminuent avec la distance par rapport aux électrodes

en raison de la résistance de l'électrolyte qui va en augmentant.

Bien qu'il soit possible d'agrandir la plaque de base des élec-

trodes de façon qu'elle forme une paroi de séparation à l'exté-

rieur de la partie couverte par les plaques d'électrodes, ce pro-

cédé n'est pas approprié pour des raisons économiques et d'un point de vue pratique. Par conséquent, selon l'invention, la cellule est de préférence munie de parois de séparation séparées qui remplissent sensiblement toute la section droite du carter qui est parallèle à la plaque de base, au moins au fond et la 245984e

plus grande partie de la hauteur du carter. Il n'est pas néces-

saire que les parois de séparation atteignent la partie supérieu-

re du carter, mais on peut laisser libre un espace de mélange

pour l'électrolyte, immédiatement en dessous de la surface supé-

rieure du couvercle, sans risque de fuites de courant. La paroi de séparation est munie d'une encoche à sa partie inférieure

afin d'obtenir un ajustage étroit de la plaque de base de l'élec-

trode. Il est préférable de diviser la paroi de séparation en une partie inférieure, dont la forme correspond sensiblement à celle de la section droite de la partie inférieure du carter et une partie supérieure dont la forme correspond sensiblement à celle de la section droite du couvercle du carter. Si la paroi de séparation est divisée de cette façon, la ligne de séparation passe au travers de l'encoche prévue pour la plaque de base de façon que l'électrode puisse être introduite ou enlevée lorsque

la partie supérieure de la paroi de séparation a été enlevée.

Les dimensions de la partie inférieure de la paroi de séparation doivent être choisies de façon à ce que cette partie supporte la charge de l'électrode bipolaire qui est introduite de même

que la charge de la partie supérieure de la paroi de séparation.

Il est donc souhaitable de munir d'un piètement ou d'un système similaire le bord inférieur de la paroi de séparation, afin d'obtenir un aspect lisse à la hauteur du couvercle du carter, les bords latéraux étant euxaussi de préférence, munis d'un tel système. Afin que la plaque de base puisse supporter une charge, il doit être possible de l'introduire de façon stable dans l'encoche de la paroi de séparation. Une façon appropriée d'obtenir une liaison facilement démontable entre ces parties

est de munir la plaque de base, ou de préférence les côtés ver-

ticaux de la paroi de séparation dans l'encoche, de terminaisons en forme d'U, de façon que la plaque de base de l'électrode bi-

polaire puisse être introduite de haut en bas. Le bord horizon-

tal supérieur de la plaque de base ou de préférence le ou les bords correspondants de la paroi de séparation supérieure, peuvent être munis de façon similaire d'une terminaison en

forme d'U de façon que la partie supérieure de la paroi de sépa-

ration puisse être placée sur la partie inférieure et sur la plaque de base, maintenant en position la paroi supérieure par rapport à ces éléments. Les parois de séparation peuvent être

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réalisées à partir d'un matériau qui résiste à l'électrolyte et

qui n'est pas conducteur, par exemple une matière plastique.

Etant donné que les parois de séparation sont parallèles aux plaques de base et perpendiculaires à la chute de potentiel dans la rangée de compartiments de cellules connectés en série, elles occupent une position d'isopotentiel et elles peuvent donc être constituées de métal, ce qui est préféré au moins pour la paroi de séparation inférieure. Un métal préféré est le titane qui présente à la fois de bonne propriétés de résistance et une

bonne résistance à la corrosion.

Etant donné qu'entre les plaques électrodes d'électrodes bipolaires adjacentes, il n'existe pas d'autre contact que celui réalisé par l'intermédiaire d'organes d'espacement éventuellement prévus entre elles, une rangée auto-portante d'électrodes n'est

pas obtenue simplement à partir d'électrodes et de parois de sé-

paration, mais la distance séparant les différentes parois de séparation des électrodes doit d'abord être déterminée par d' autres moyens. De tels moyens sont, de préférence disposés entre

les parois de séparation au lieu d'être disposés entre les élec-

trodes. Une façon de fixer les urns par rapport aux autres les parois de séparation en obtenant un écartement stable et bien défini et un bon parallélisme entre les plaques de base et par conséquent entre les plaques électrodes consiste à disposer des tiges le long de la rangée de cellules et à fixer ces tiges à chacune des parois de séparation. Une pluralité de telles tiges

doit être alors disposée et fixée à chaque paroi de séparation.

Les tiges sont fixées de façon que la distance relative entre

les parois de séparation soit définie par exemple à l'aide d'élé-

ments d'espacement ou d'entretoises sur les tiges. Ces dernières sont réalisées à l'aide d'un matériau non métallique, notamment d'une des matières synthétiques mentionnées ci-dessus, par

exemple du polytetrafluorethylène. Il est particulièrement impor-

tant, et souvent suffisant, que la partie inférieure des parois de séparation soit munie de ce type de moyens de fixation de ces éléments, pour supporter la charge la plus importante et pour définir en outre les distances d'électrodes. Avec de tels moyens, les électrodes et les parois de séparation forment une

unité séparée continue qui peut être totalement auto-portante.

Une telle unité peut être placée dans le carter sans moyens

particuliers de fixation dans ce carter et elle peut y fonction-

ner sans moyens d'étanchéité supplémentaires.

Selon un exemple de réalisation préféré de l'invention, l'espace pour l'écoulement de l'électrolyte vers le haut est séparé de oui prévu pour l'écoulement vers le bas, en prévoyant un tube dans l'espace situé audessus des systèmes ou paquets d'électrodes. Ce tube est disposé verticalement et il comporte

une ouverture à sa partie inférieure pour recueillir tout l'élec-

trolyte venant du système d'électrodes et l'amener jusqu'à la hauteur désirée dans le carter o il peut changer de direction et s'écouler vers le bas. Le tube peut présenter différentes formes: par exemple, il peut comporter en son milieu un col de

régulation de débit ou des moyens de séparation de gaz à sa par-

tie supérieure. Afin d'obtenir une bonne circulation de l'élec-

trolyte, on a cependant découvert qu'il est suffisant que le courant d'électrolyte circulant vers le haut soit séparé de celui s'écoulant vers le bas à l'aide d'une paroi lisse contrôlant le débit qui est disposée verticalement et perpendiculairement aux parois de séparation, cette paroi s'étendant entre ces parois de séparation au-dessus des bords extérieurs du paquet d'électrodes,

de façon que les parois contrôlant le débit et les parois de sé-

paration constituent le tube pour le liquide s'écoulant vers le haut. Etant donné que les parois contrôlant le débit s'étendent entre les parois de séparation, elles peuvent également servir d'organes d'écartement pour ces parois de séparation et de moyens de fixation pout ces mêmes parois. Si les parois de contrôle de

débit sont pourvues de moyens de fixation sur leurs bords verti-

caux, si les parois de séparation sont munies de moyens de fixa-

tion correspondant disposés verticalement au-dessus du contour extérieur du système ou paquet d'électrodes et si ces moyens sont liés entre eux, on obtient une structure continue à partir de

* ces parois et cette structure ne nécessite aucun moyen de fixa-

tion particulier dans le couvercle du carter pour obtenir une

fixation stable. -

Des conduites d'alimentation en électrolyte peuvent être

réalisées sous la forme de conduites longitudinales dans la cel-

lule et ces conduites peuvent être placées dans des encoches ménagées dans les parois de séparation. Si ces encoches sont situées sur la ligne de séparation entre la partie inférieure et la partie supérieure des parois de séparation, les conduites

peuvent être introduites et enlevées lorsque les parties infé-

rieure et supérieure des parois de séparation doivent être sépa-

rées. Les conduites sont reliées à des tuyaux d'alimentation si-

tués à l'extérieur de la cellule, par l'intermédiaire d'orifices prévus dans le carter. Si l'électrolyte entre les espaces de la cellule peut être mélangé dans le carter, c'est-à-dire dans un

espace situé à la partie supérieure du carter, comme décrit ci-

demus, il peut être suffisant de délivrer l'électrolyte à quel-

ques uns seulement des espaces de cellule et une conduite longi-

tudinale n'est alors pas nécessaire, de simples orifices d'admis-

sion pouvant être utilisés. Une ouverture au moins doit être

prévue dans la partie supérieure du carter pour amener l'élec-

trolyte à un stade spécial de séparation de l'hydrogène gazeux

et à une étape de séparation du chlorate.

Un dispositif réalisé de la façon décrite ci-dessus peut être démonté de la manière suivante. Lé couvercle est libéré et enlevé. L'unité comprenant les parois de séparation supérieures et les parois de contr8le de débit est enlevée et peut être, si on le désire, démontée ailleurs. Des conduites d'alimentation et

des conduites de sorties éventuelles sont enlevées de leurs en-

coaes. L'unité d'électrodes et les parois de séparation infé-

rieures sont enlevées de la partie inférieure du carter. Les électrodes individuelles peuvent être enlevées des encoches dans les parois de séparation. Les parois individuelles de séparation sont séparées en enlevant les moyens de fixation situés entre elles. En variante, les électrodes et les parois de séparation inférieures peuvent être démontées pendant qu'elles sont encore dans la partie inférieure du carter. La cellule est remontée dans

l'ordre inverse.

Afin d'obtenir un écoulement satisfaisant de l'électrolyte dans une cellule de type décrit ci-dessus, la concentration de

courant doit être de l'ordre de 10 à 40, de préférence de l'or-

dre de 18 à 35 Ampères par litre d'électrolyte circulant dans chaque chute de potentiel. Un débit préféré de 0,05 à 0,7 m/s

dans l'intervalle d'électrodes et un temps de séjour pour l'élec-

trolyte de 0,5 à 7 minutes entre les passages dans les intervalles d'électrodes peuvent alors être obtenus. La température doit être maintenue entre 50 et 900C et de préférence entre 60 et 800C afin que la transformation de l'hypochlorite en chlorate soit suffisamment rapide. A la sortie de l'intervalle d'électrodes la concentration en hypochlorite exprimée en hypochlorite de sodium doit être comprise entre 0,5 à 5g/litre et de préférence entre 1,5 et 3,5g/l. La concentration en chlorate est comprise

entre 300 et 700 grammes par litre, calculéeen chlorate de so-

dium et la concentration en chlorure est comprise entre 50 et 300 g/i calculée en chlorure de sodium. Le pH de l'électrolyte est sensiblement compris entre 5 et 8 et de préférence entre 5,8 et 6,5, - la valeur préférée étant 6,1 environ. Une partie

du débit de l'électrolyte est dérivée de la cellule par la sépa-

ration de l'hydrogène gazeux et du chlorate, cette partie étant

recyclée vers la cellule.

D'autres caractéristiques et avantages de cette invention

ressortiront de la description faite ci-après en référence aux

dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation non limitatif. Sur les dessins: - le figure 1 est une vue en coupe de la cellule prise le long de la rangée de cellules;

- la figure 2 est une vue en coupe de la cellule perpendicu-

lairement à la rangée de cellules; - la figure 3 est une vue en coupe des parois de séparation inférieures vers le fond de la cellule; - le figure 4 esll une vue en coupe de la paroi supérieure de séparation vers/fond et la figure 5 est une vue en coupe horizontale de l'électrode bipolaire. Ainsi qu'on peut le voir sur les figures 1 et 2, le carter de la cellule, désigné dans son ensemble par la référence 1, comprend une partie de fond 2 et une partie de couvercle 3, ces parties pouvant *tre raccordées, de façon étanche, le long de leurs collerettes 4, 5. Le carter comporte des orifices d'entrée 6 pour des conduites d'alimentation en électrolyte et pour des

connexions de courant 7. Le carter 1 comporte également un ori-

fice de sortie 8 pour l'électrolyte et le gaz hydrogène. Le carter est réalisé en polyester pourvu d'un revêtement interne résistant à la corrosion en eluorure de polyvinylidène, ayant une épaisseur de l'ordre de 3 mm. Des profilés de renfort 9 en polyester, sont disposés sur le c8té externe du carter, ces

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profilés pouvant être en variante munis de renforts métalliques.

Le carter présente une hauteur de 3,6 m, une largeur de 0,9m

et une longueur de 3,4m. La capacité interne du carter est divi-

sée en 8 compartiments de cellules 10 à l'aide de séparations comportant des électrodes bipolaires 11, des parois inférieures de séparation 12 et des parois supérieures de séparation 13. Le

mode de construction des électrodes bipolaires 11 a été repré-

senté en détails à la figure 5. Les électrodes comprennent une

plaque de base 14 pour une plaque d'anode 15, constituée de titane -

et intimement raccordée à une plaque de cathode 16 en fer. Des plaques d'électrodes anodes 17 en titane recouvertes d'oxyde de métal noble sont soudées sur la plaque anode et les plaques d'électrodes cathodes 18 en fer sont soudées sur la plaque de cathode 16. Les plaques d'électrodes anodes 17 et les plaques d'électrodes de cathodes 18 sont décalées les unes par rapport aux autres. La surface active totale des plaques électrodes est de l'ordre de 10 m2 et les plaques supportent un courant de 25 M.

Le potentiel de la cellule est d'environ 3 volts. Sept électro-

des bipolaires sont disposées dans le carter 1 et leurs plaques de base 14 sont parallèles, leurs plaques d'électrodes d'anodes et d'électrodes de cathodes étant placées les unes entre les autres afin de former des cellules connectées en série. Les rangées de cellules sont terminées à chaque extrémité par une électrode unipolaire 19 qui comporte des plaques d'électrodes

uniquement sur la face en regard de la partie intérieure du car-

ter et qui est pourvue de moyens pour une alimentation externe

en courant électrique, sur l'autre face. Les électrodes bipo-

laires 11 sont supportées par les parois de séparation infé-

rieures 12, ces dernières étant visibles sur les figures 1 et 3.

La paroi 12 de séparation inférieure est constituée par une plaque de titane, ayant une épaisseur d'environ 3 mm, et elle

est essentiellement en forme d'U. Les bords de la paroi exté-

rieure et le bord du fond sont pourvus de piétements soudés 20.

La partie inférieure des bords internes verticaux de la paroi de séparation en U est pourvue de profils en U 21, soudés sur ladite paroi, ces profils étant destinés à venir en prise avec les bords verticaux de la plaque d'anode 15 lorsque l'électrode bipolaire Il est mise en place par introduction de haut en bas

dans l'encoche centrale de la paroi de séparation inférieure 12.

L'électrode 11 repose alors sur le bord horizontal 22 de la paroi de séparation 12. Les encoches de la paroi de séparation

12 ont une profondeur sensiblement plus importante que la hau-

teur de la plaque de base de l'électrode et une partie de l'en-

coche reste ainsi libre après l'insertion de l'électrode. Quatre trous 23 ont été prévus dans la paroi de séparation 12 et des tiges 24 sont introduites dans ces trous et fixées aux parois

de séparation afin de maintenir ces parois à une distance dési-

rée ainsi que celà ressort clairement de l'examen de la figure 2. On se réfère maintenant aux figures 1 et 4 qui illustrent la façon dont est réalisée la paroi de séparation supérieure 13. Cette paroi 13 peut être constituée d'un matériau plus mince que la paroi de séparation inférieure étant donné qu'elle ne joue pas un r8le de support. Dans cet exemple de réalisation

son épaisseur est de l'ordre de 2 mm et elle est également réa-

lisée en titane. Son bord supérieur est essentiellement recti-

ligne et il se termine à environ 0,4 m de la partie supérieure du carter. Son bord inférieur possède une forme qui correspond à celle de la paroi de séparation inférieure c'est-à-dire qu'il comporte un prolongement 25 venant se positionner vers le bas, dans la partie de l'encoche de la paroi de séparation 12 qui n'est pas occupée par la plaque de base. Sur la partie inférieure

du prolongement 25 est soudé un profilé en U. 26, qui est desti-

né à venir en prise avec la partie supérieure horizontale de la plaque d'anode 15. D'autres parties de la ligne de séparation

de la paroi de séparation supérieure 15 et de la paroi de sépa-

ration inférieure 12 sont remplies d'un garnissage 27 de matière synthétique et elles possèdent un profil en H et elles joignent les parois de séparation les unes aux autres. Dans les parois de séparation 13 sont prévues des encoches 28 dans lesquelles peut être placée une conduite longitudinale 25, qui peut être connectée à une canalisation extérieure 30, par l'intermédiaire de l'orifice d'entrée 6. L'électrolyte peut être ainsi délivré

à chaque compartiment de la cellule par l'intermédiaire de con-

duites d'entrée 31. La paroi de séparation supérieure 13, com-

porte, comme la paroi inférieure 12, des piètements 20, soudés sur des bords verticaux afin de ne pas endommager le garnissage interne du carter. La paroi de séparation 13 est également munie de collerettes 32 soudées verticalement, sur lesquelles peuvent être fixées les parois de contrôle de débit 33. Ces parois 33 sont en polytetrafluorethylène et elles vont des côtés verticaux extérieurs de la plaque de base 14 jusqu'à une hauteur située à

environ 0,9 m en-dessous du bord supérieur des parois de sépar a-

tion 13. Les parois extérieures de contrôle de débit 33 sont munies de parties supplémentaires 54, en matériau synthétique,

destinées à protéger les extrémités du carter.

Chaque enceinte de cellule contient dans l'exemple de réa-

lisation représenté, environ 1 mû d'électrolyte. Lors du fonc-

tionnement, tout le carter est rempli d'électrolyte et on appli-

que un potentiel entre les connexions de courant 7. Le déplace-

ment vers le haut du gaz hydrogène provoque une circulation de l'électrolyte comme décrit plus haut c'est-à-dire vers le haut entre les parois de contrôle de débit 33 et vers le bas entre

les longs côtés du carter et les parois de contrôle de débit 33.

Au point d'écoulement le plus élevé, le flux d'électrolyte change de direction et une partie est enlevée du carter par

l'intermédiaire de l'ouverture 8. La partie d'électrolyte ex-

traite correspond à un changement complet d'électrolyte toutes les heures. L'électrolyte restant circule à nouveau entre les intervalles d'électrodes dans le système de cellules après avoir

changé de sens de circulation au fond du carter.

Il demeure bien entendu que cette invention n'est pas limi-

tée aux exemples de réalisation et de mise en oeuvre décrits ou

représentés ici mais qu'elle en englobe toutes les variantes.

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Claims (10)

REVENDICATIONS

1.- Cellule électrolytique pour la production de chlorate à partir de chlorure,qui est réalisée à partir d'une pluralité

de cellules (10) reliées en série, de façon que toutes les élec-

trodes (11 - 19) des unités de cellules à l'exception des élec- trodes terminales (19), soient bipolaires et comportent une plaque de base verticale (14) dont un côté sert d'anode dans une unité de cellule (10) et l'autre côté sert de cathode pour une unité de cellule adjacente (10) afin que les côtés externes

des électrodes terminales (19) comportent des connexions élec-

triques pour la rangée d'unités de cellules(10) reliées en série, cependant que les côtés tournés vers l'intérieur et les deux

côtés des autres plaques de base (14) possèdent un certain nom-

bre de plaques électrodes verticales (17 - 18) montées à angle

droit sur les plaques de base (14)- ces dernières étant posi-

tionnées de façon que les plaques d'électrodes (17 - 18) des électrodes adjacentes (11 - 19) soient intercalées les unes entre les autres ans contact électrique direct, cette cellule étant caractérisée en ce qu'elle comprend un carter de cellule (1), contenant les électrodes (11 - 19), dont les dimensions sont choisies de façon à former un espace libre à la partie inférieure du carter, entre le fond de ce dernier et les bords inférieurs des plaques électrodes (17 - 18), en ce qu'un espace

libre est formé sur les côtés entre les plaques électrodes (17 -

18)et l'un au moins des côtés du carter (1) qui sont parallèles aux plaques électrodes (17 - 18) et en ce qu'un espace libre

est formé au-dessus des plaques électrodes (17 - 18), cet es-

pace étant plus important que ceux situés en dessous et il forme

un espace de réaction et d'écoulement supplémentaire pour l'élec-

trolyte avec des parois de séparation ( 12 - 13) entourant chaque plaque de base (14) de façon étanche et s'étendant jusqu'au fond et jusqu'aux côtés du carter (1) et vers le haut dans ce carter afin de former un certain nombre d'enceintes pour les

unités de cellule (10).

2.- Cellule électrolytique selon la revendication 1, carac-

tériséaen ce que les parois de séparation (12 - 13) se terminent

verticalement à une certaine distance du côté supérieur du car-

ter (1), formant ainsi un espace pour la circulation de l'élec-

trolyte, commun aux unités de cellule, immédiatement en dessous

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du c8té supérieur (2 - 3) du carter.

3.- Cellule électrolytique selon l'une des revendications

I ou 2, caractérisée en ce que le côté supérieur du-carter (1) comporte au moins un orifice de sortie (8) pour l'électrolyte et le gaz hydrogène.

4.- Cellule électrolytique selon la revendication 3, carac-

tériséeen ce que l'orifice de sortie (8) conduit à un- sépara-

teur de gaz avec une conduite pour l'électrolyte conduisant vers

un stade de séparation de chlorate.

5.- Cellule électrolytique selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que le carter (1) possède une hauteur qui permet

d'obtenir un niveau d'électrolyte, au dessus des plaques élec-

trodes (17 - 18) de l'ordre de 5 à 15 fois la hauteur des pla-

ques électrodes.

6.- Cellule électrolytique selon la revendication 1, carac-

tériséeen ce que les parois de séparation (12 - 13) sont consti-

tuées par des plaques de titane.

7.- Cellule électrolytique selon la revendication 1, carac-

téris& en ce que le carter (1) est réalisé en un matériau syn-

thétique non conducteur, ce carter ayant un garnissage intérieur

en matière plastique contenant du fluor.

8.- Cellule électrolytique selon la revendication 1, carac-

térisée en ce qu'elle comprend des organes d'écartement entre

les parois de séparation (12 - 13), ces organes étant sensible-

ment perpendiculaires aux dites parois de séparation pour assu-

rer la fixation des parois de séparation (12 - 13) et des pla-

ques de base (14).

9.- Cellule électrolytique selon la revendication 1, carac-

térisé en ce que les bords des parois de séparation (12 - 13), qui sont au contact du carter (1) sont munis de terminaison

s'adaptant au côté intérieur du carter.

10.- Cellule électrolytique selon la revendication 1, ca-

ractérisé en ce qu'elle comporte des parois de contrôle de débit

(33) disposées verticalement et s'étendant sensiblement paral-

lèlement aux plaques électrodes (17 - 18) vers le haut dans le

carter de manière à former un espace central au-dessus des pla-

ques électrodes (17 - 18) afin d'assurer une circulation ascen-

dante de l'électrolyte et en ce qu'un espace pour la circula-

tion descendante de l'électrolyte,est ménagé le long des côtés

du carter (1) parallèlement aux plaques électrodes (17 - 18).