152376. lajstromszámú szabadalom • Eljárás elektrolízis-termékek előállítására
152376 roxilionokat a katód környezetében tartsa azáltal, hogy meggátolja a katolitból az anód felé való vándorlásukat. Hasonlóképpen az aniondiafragma megengedi ugyan az anionok szabad vándorlását az anód felé, de meggátolja vagy 5 legalább is minimálisra csökkenti az anódból származó elektród-ionoknak ellenkező irányban, a katódfelé történő vándorlását, és így ezeket az elektród-ionokat az anód környezetében tartja vissza. 10 Az ioncserélő-membránok viselkedését jobban megérthetjük, ha elméleti szempontból elemezzük egy nátriumkloridoldat elektrolízisét, amelynek során nátriumhidroxid keletkezik; az elektrolízist hidrogén-anód és oxigén-katód kö- 15 zött folytatjuk le. Ha ilyen elrendezés mellett normál töltésű oldatot elektrolizálunk, a katolitban az alábbi félreakció megy végbe: 1 20 2Na+ +H2 0 + —0 2 '.-» (2Na+ + 20H") — 2e ; 2 ez a reakció elméletileg 0,40 V feszültséget termel; a reakció során az oxigén bomlása meggátolja, hogy a nátrium elektrolitosan semlegesítődjék, és ezt követően hidrogén fejlődése közben reakcióba lépjen az oldószerrel. Hasonlóképpen az anolitban az alábbi félreakció megy végbe: 25 30 1 H2 -f Cl" -*-(H+ + Cl-) + e amelyhez elméletileg egyáltalán nem szükséges külső feszültség; így tehát, ha a cellába olyan- 35 fajta osztó falakat helyezünk, mint a fent említett ioncserélő-membránok, és ezzel meggátoljuk a cella anódterében képződött hidrogénionoknak a katódhöz való vándorlását és a katódtérben képződött hidroxilionoknak az anód- 40 hoz való vándorlását, akkor az említett két félreakció nettó eredményeképpen az alábbi reakciót kapjuk 2NaCl + H2 0 + H, + — 0 2 ~* 2NaOH + 2HC1 .. 2 *° amihez még 0,40 V potenciál termelése is járul, bár a gyakorlatban a potenciál rendszerint 0,2 és 0,3 V között van, ami főként az oxigéneléktródon fellépő polarizációnak tulajdonítható. (Az 50 oxigénelektródon végbemenő reakció mechanizmusára nézve G. J. Young: Fuel Cells (Reinhold Publishing Corp., 1961) művének 2., 3. és 4. fejezetére utalunk, amelyek részletesen foglalkoznak ezzel a kérdéssel). A fentebbiek alapján 55 láthatjuk tehát, hogy a két elektród összekötése esetén az elektronok maguktól áramlanak az anódtól a katódhöz, és a reakció a fent leírt módon megy végbe. Láthatjuk azt is, hogy az ilyen típusú cellák működési elve abban külön- 60 bözik a szokásos elektrolitos cellákétól, hogy a termelt energiát nem hasznosítjuk külsőleg, hanem ez az energia magában a cellában használódik fel az ott végbemenő reakció lefolytatására. 65 A találmány szerinti módon működtetett cellák különféle típusai használhatók hasznos termékeknek különféle ásványi nyersanyagokból, mint pl. bauxitból történő előállítására is, amint ezt az alábbiakban részletesebben fogjuk ismertetni. A találmányt most a csatolt rajzokra támaszkodva, kiviteli példák alapján fogjuk közelebbről szemléltetni. A rajzokon: az 1. ábra nátriumhidroxid és alumíniumoxid termelésének a találmány szerinti folyamatábráját szemlélteti, alumíniumhulladékból és tengervízből vagy sóléből kiinduló eljárás esetén; a 2. ábra az 1. ábra szerinti eljárásban alkalmazásra kerülő cella keresztmetszetét mutatja; a 3. ábrán a 2. ábra szerinti cellának a III— III vonal mentén való metszete látható-; a 4. ábra a cella szerkezetét mutatja, perspektivikusan bontott részábrázolásban; az 5. ábra a katód szerkezetét mutatja, ugyancsak perspektivikusan bontott részábrázolásban; a 6. ábrán a találmány szerinti eljárásnak bauxitból és tengervízből kiinduló és hasznosítható termékeket eredményező műveletre való alkalmazását szemlélteti, folyamatábra alakjában; a 7. ábra a 6. ábra szerinti eljárásban felhasználásra kerülő cella metszetét mutatja; a 8. ábrán egy oly kétterű cellának a függőleges metszete látható, amelyet az úgynevezett „levegőztetéses" (air breathing) eljárással üzemeltethetünk különféle hasznos termékek előállítására; a 9. ábrán a 8. ábra szerinti cella felülnézetben látható; a 10. ábra a kétterű levegőztetéses cella egy másik kiviteli alakjának függőleges metszete; a 11. ábra a 10. ábra szerinti cella felülnézetét mutatja; a 12. ábra magnéziumoxid és alumíniumoxid alumíniumhulladékból és tengervízből történő előállításának folyamatábrája; a 13. ábrán a 6. ábra szerinti, hasznos termékeknek bauxitból történő előállítására szolgáló üzemi berendezésnek egy másik lehetséges felépítési mód esetében való folyamatábrája látható; a 14. ábra a 13. ábra szerinti folyamatábrának egy módosított alakja, ugyancsak bauxitból kiinduló gyártási folyamat esetében. Az 1. ábra szerinti folyamat esetében az (1) cella egy (2) alumíniumanóddal és egy (.3) oxigénkatóddal van felszerelve, ez utóbbin keresztül levegőt áramoltatunk a (4) és (5) vezetékcsatlakozások között; a katód oly módon van elrendezve, hogy az említett levegőből származó oxigén keresztül tud rajta hatolni, és így beléphet a katódot körülvevő oldatba. A cellát a két (6) és (7) ionszelektív diafragma három térre, a (8) anódtérre, a (9) középső térre és a (10) katódtérre osztja. Az anódtérbe a (13) alsó belépőnyíláson keresztül tiszta vizet vezetünk, amely a (14) felső nyíláson keresztül lép ki az anódtérből híg alumíniumklorid (és egyéb fémeket is tartalmazó) oldat alakjában. 3
