183118. lajstromszámú szabadalom • Eljárás és berendezés elektrolitikus anyagátvitelre
1 183 118 2 A találmány tárgya eljárás és berendezés elektrolitikus anyagátvitelre. Alkálifém halogenidek, különösen nátriumklorid vizes oldatának elektrolízisére szolgáló higanykatódú cellák jól ismertek. Az utóbbi 10 — 20 évben a korábban használt lefogyó gagitanódokat állandó méretű fémelektródákkal váltották fel, miáltal különösen nagy áramsűrűséget lehet elérni. Az állandó méretű elektródák általában lyukacsos szerkezetűek vagy rúd alakúak, és megfelelő fémből, például titánból vannak, amely villamosán vezető elektrokatalitikus anyagból, így például a platinacsoportba tartozó fémekből vagy ezek oxidjaiból álló külső bevonattal van ellátva, és tetszőlegesen tartalmazhat más fémoxidokat is, mint ahogy az például a 3,711.385 számú és a 3,632.498 számú USA szabadalmi leírásokban ismertetve van. Az anód felületére vetítve körülbelül 11-14 kA/m2 áramsürűségek alkalmazhatók egy fémanódos és higanykatódos elrendezésben, ahol az elektródák közötti rés 2 — 3 mm. Ezekkel a feltételekkel az anód felületére történő anyagátvitel a meghatározó tényező, és megfelelő klorid-ion utánpótlást kell biztosítani az anódhoz a keskeny elektróda közötti hézagban bekövetkező sóoldat veszteség pótlására. Megfelelő klord-ion utánpótlás csak egy olyan diffúziós mechanizmus segítségével lehetséges, amely a cellában az anódokat ellepő sóoldatnak az elektródák közötti résben és a cella többi részében fennálló koncentrációgradiense következtében jön létre, vagy egy olyan kényszerített hidrodinamikus áramlással, amely koncentrált sóoldatot szállít a cellában levő nagymennyiségű oldatból az elektródák közötti résbe. Az anódon keletkező gázbuborékok bizonyos turbulenciát keltenek, és konvektiv mozgást hoznak létre az elektrolitban; a lyukacsos fémanódok ebből a szempontból is előnyösek, szemben a régi grafitanódokkal. Az alkalmazott nagy áramsűrűségek miatt azonban ismét megjelenik az a probléma, hogy a nagy lyukbőségü anódszerkezetek bizonyos korlátozásokat jelentenek, bár a nagy lyukbőség önmagában kedvező a klorid-ion utánpótlás szempontjából, azonban tűrhetetlenül nagy feszültségesés keletkezik a titán struktúrában. Az elektródák közötti hézagban fellépő túlságosan nagy sóoldatveszteség következtében jelentkező gyenge klorid-ion utánpótlás az anódon a következő hatásokkal jár: a) nő az oxigénszint az anódon keletkező klórban a víz elektrolízise miatt, és mindenekelőtt b) radikálisan csökken az anód élettartama, mivel a katalitikus bevonat passziválódik és kiázik a titán alapból. Ezeknek a hátrányoknak a leküzdésére évek óta állandóan növekvő erőfeszítéseket tesznek, hogy javítsák a koncentrált sóoldat utánpótlását az anódhoz. A 3,035.279 számú USA szabadalmi leírás olyan struktúrát ismertet, amelynél az anód üreges rúdján és csővezetékeken át sóoldatot szivattyúznak és nagyszámú lyukon át az elektródák közötti hézagba juttatják. Ennél a megoldásnál azonban az anódstruktúra valamint a sóoldatot betápláló rendszer rendkívül bonyolult. Ezenkívül buborék9 képződés figyelhető meg az anód felületén, annak következtében, hogy nem elég hatékonyan választják le onnan a keletkező gázbuborékokat, és ezért növekszik a cella feszültsége. A 2,725.223 számú USA szabadalmi leírás olyan megoldást javasolt, amelynél néhány anód széléről kinyúló függőleges terelőlemezeket alkalmaznak a sóoldat áramlásával szemben. Ezek a terelőlemezek elzárják a sóoldat áramlásának útját a cella mentén, mivel keresztirányban elhelyezkedő akadályokat képeznek a cellában, amelyek arra kényszerítik a sóoldatot, hogy lefelé a terelőlemezek alsó széle alatt áramoljanak, így az elektródák közötti résbe jussanak. Azonban a hidraulikus hatás nem nagyon jelentős, mivel a terelőlemezek alá kényszerített sóoldat ezek közelében az anód szerkezetén át azonnal felemelkedik. A terelőlemezek számát korlátozni kell, hogy a szivattyúzás költségei elviselhető szinten maradjanak, továbbá figyelembe kell venni, hogy a terelőlemezek alatt áramló sóoldat erőteljesen ütközik az alul elhelyezkedő higannyal, és így megszakíthatja a folyékony higanyréteget, amely a sóoldat áramlási irányával ellentétes irányban lefelé folyik a cella lejtős alján. A 3,035.279 számú USA szabadalmi leírás a grafitanód felett elhelyezett ferde fedelet ismertet, ami tereli az anódon keletkező gázt, ami így a lejtős fedél felső széle mentén lép ki. A gáztérfogat elektrolitot szorít ki az anód kerületének egy részén. Hasonló eljárást javasol a 2,327.303 számú NSZK szabadalmi bejelentés, amely szintén lyukacsos fémanódhoz használható. Az eljárás hatékonysága azonban alig észlelhető, mivel az anód kerületének egy részéről kiszorított elektrolit áramlása nem oszlik el egyenletesen, és inkább csak az anódfelület néhány részét érinti, aminek következtében nem lesz egyenletes az anód áramsűrűség-eloszlása sem. Ez a hátrány az elektrokatalitikus bevonat kezdetben lokalizált inaktiválását okozza, valamint az anód gyors kimerülését, mivel a valódi áramsűrűsűség az anód felületének aktív tartományában növekszik. Az eljárás ezenkívül hátrányos abból a szempontból is, hogy az elektrolit-struktúra magassága hozzáadódik a lejtős fedél magasságához, ami így nem lehet nagyon magas a vízszintes síkhoz viszonyítva, mert különben a fedél részben kiemelkedne a cellában levő sóoldatból, és ez jelentősen csökkentené a hatékonyságot. A dőlésszög így a 10- 15°-os tartományban lehet. Azonban ez nagymértékben korlátozza az elérhető hidraulikus emelést, mivel az elérhető kinetikus energia elvész a gáz-folyadék diszperzió lényegében felfelé irányuló áramlásának a fedéllel 45°-nál sokkal nagyobb szögben történő ütközése következtében. Célunk a találmánnyal olyan eljárás és berendezés létrehozása, amelyekkel javítható az anódfelületre történő anyagátvitel. További célunk a találmánnyal hidraulikus eszközöket tartalmazó olyan anódstruktúra létrehozása, amely alkalmas az anódfelületre ltörténő anyagátvitel javítására. Egy további célunk a találmánnyal egy új eljárás létrehozása alkálifém-kloridok elektrolíziséhez higanykatódú cellában, és egy új elektrolitikus cella létrehozása. 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 *■ j
