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Zelle zur elektrolytischen Herstellung von Fluor Die Erfindung bezieht
sich auf eine verbesserte Elektrolysezelle zur elektrolytischen Herstellung von
Fluor aus einer Schmelze saurer Kaliumfluoride.
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Die deutsche Patentschrift 869 049 beschreibt eine Fluorelektrolysezelle
mit einer Gasscheidewand, bei welcher die Anode in ihrem oberen Teil einen geringeren
Querschnitt aufweist als in dem unteren, der Kathode als Arbeitsfläche gegenüberliegenden
Teil. Die Gasscheidewand befindet sich nur vor dem dünneren Anodenteil. Bei einer
derartigen Zellenkonstruktion ist die Anode infolge ihrer besonderen Gestaltung
mechanisch sehr empfindlich und außerdem einer überhitzungsgefahr ausgesetzt.
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Es ist schon vorgeschlagen worden, eine Fluorelektrolysezelle mit
einer im wesentlichen senkrechten festen Kohleanode von im wesentlichen einheitlichem
Querschnitt und einer Scheidewand von üblicher einfacher und kräftiger Ausführung
bei Strorndichten von bis zu beispielsweise 0,17 Amp/cm2 bei einem wesentlich
geringeren Anoden-Kathoden-Abstand, als bisher aus Sicherheitsgründen für unbedingt
notwendig gehalten wurde, in vollkommen sicherer, zuverlässiger und wirtschaftlicher
Weise zu betreiben, wenn unter anderem die Anode eine Durchlässigkeit von beispielsweise
zwischen 0,33 und 10 Durchlässigkeit hat, definiert als Liter Luft
pro Quadratzentimeter Oberfläche, welche durch 2,54 cm dickes Anodenmaterial pro
Minute bei einem angewandten Druck von 5 cm Wassersäule durchtreten. Die
Durchlässigkeit wird an Zylindern von 2,54 cm Durchmesser und 2,54 cm Länge, welche
in einem Gummihalter fest eingespannt sind, bestimmt, wobei das Mittel der Messungen
der Luftmengen, welche durch zwei rechtwinklig zueinander aus demselben Block geschnittene
Zylinder unter Anwendung eines Drucks entsprechend 5 cm Wassersäule hindurchtreten,
zur Berechnung der Durchlässigkeit verwendet wird. Gewöhnliche Elektrodenkohle hat,
auf diese Weise gemessen, eine Durchlässigkeit von 0,015 und ist zur Durchführung
des vorgeschlagenen Verfahrens ungeeignet.
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Weiterhin ist unter anderem eine Elektrolysezelle vorgeschlagen unter
Verwendung einer im wesentlichen senkrechten, festen, gasdurchlässigen Kohleanode
von im wesentlichen einheitlichem Querschnitt in Verbindung mit einer gasundurchlässigen
Scheidewand, welche die Anode vollständig umgibt, ohne mit ihr in Kontakt zu stehen.
Es werden Stromdichten von beispielsweise 0,015 bis 0,17 Amp/crif2
angewendet sowie effektive Längen der Anode und Kathode von beispielsweise 46 cm
in einer Zelle, in welcher der waagerechte Abstand der Kathode und der Anoden und
Kathode unterhalb der Höhe der Scheidewand verändert wird und sich der obere Teil
der Anode oberhalb der Höhe des oberen Teiles der Kathode und teilweise oder völlig
unterhalb der Oberfläche des Elektrolyten befindet, wobei der waagerechte Abstand
zwischen Anode und Kathode zwischen 0,95 und 2,8 cm beträgt und wenigstens
das untere Ende der Scheidewand sich in einem waagerecht gemessenen Abstand von
der Anode von höchstens 0,95 cm und vorzugsweise von 0,16 bis
0,95 cm befindet und ihr an keiner Stelle näher als 0,16 cm kommt.
Die gasdurchlässige Kohleanode soll wenigstens eine solche Gasdurchlässigkeit haben,
daß bei der angewandten Stromdichte unter anderem keine Blasen von freiern Fluor
entwickelt werden. Die Durchlässigkeit soll ungefähr 10 betragen.
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Die bekannten bzw. vorgeschlagenen Zellen befriedigen jedoch noch
nicht hinsichtlich der Stromausbeute bei Elektrolyten mit einem Gehalt von Verunreinigungen,
insbesondere Wasser oder Nickel, sowie hinsichtlich der Reinheit des erzeugten Fluors.
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Zweck der Erfindung sind Verbesserungen, wodurch Elektrolysezellen
der erwähnten Typen bei höherer Belastung betrieben und so eine größere
Fluorerzeugung
pro Apparateeinheit erzielt und weiterhin Fluor mit vermindertem Fluorwasserstoffgehalt
erzeugt werden kann.
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Es wurde nun gefunden, daß die Zellenbelastung einer Elektrolysezelle
der letzterwähnten Art erhöht und dadurch die Konzentration von Fluorwasserstoff
in dem entwickelten Fluor vermindert werden kann, wenn die Konstruktion der Kathode
das Umpumpen eines Kühlmittels in ihr gestattet und eine Wärmeabgabe von den Wänden
der Zelle, z. B. durch Wasserkühlung dieser Wände, zuläßt.
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Erfindungsgemäß ist eine Zelle zur elektrolytischen Herstellung von
Fluor unter Verwendung geschmolzener saurer Kaliumfluoride als Elektrolyte, bestehend
aus einem elektrisch leitenden Elektrolytgefäß mit einer im wesentlichen senkrechten
gasdurchlässiggen Kohleanode und einer diese, ohne sie zu berühren, in ihrem oberen
Teil umgebenden, unter die Elektrolytob--rfläche tauchenden Gasglocke zur Trennung
der an der Anode und Kathode entwickelten Gase, dadurch gekennzeichnet, daß die
Kohleanode einem im wesentlichen gleichförmigen Querschnitt aufweist, daß die Kathode
den unteren Teil der Anode unterhalb der Gasglocke in einem Abstand von
13 bis ,8 mm umgibt und zur Durchleitung von Kühlflüssigkeit eingerichtet
ist und daß der Abstand wenigstens des unteren Endes der Gasglocke von der Anode
nicht mehr als 11 mm beträgt.
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Um sicherzustellen, daß die genannte Scheidewand mit der Anode nicht
in Kontakt steht, ist es manchmal erwünscht, innerhalb des Elektrolyten zwischen
weniastens dem unteren Ende der Scheidewand und der Anode ein Isoliermaterial anzubringen.
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Falls der Elektrolyt irgendeine wesentliche Menge von Nickelsalzen,
beispielsweise 0,003 bis 0,01 Nikkelsalze, berechnet als Nickel, welche
beispielsweise von nickelhaltigen Teilen der Elektrolysezelle herrühren können,
enthält, soll der Elektrolyt zur erfolgreichen Durchführung des bevorzugten Verfahrens
der Erfindung, außerdem wesentliche Feuchtigkeitsspuren enthalten.
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Für diese bevorzugteAusführungsform erscheint es auch oft erwünscht,
daß der Elektrolyt Spuren von Feuchtigkeit oder Nickelsalzen enthält, um ein Fluor
mit niedrigem Gehalt an Fluorwasserstoffsäure zu gewinnen.
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Im allgemeinen soll bei Anwesenheit von Nickelsalzen im Elektrolyten
der Abstand zwischen Anode und Kathode vorzugsweise zwischen 3,2 und
3,8 cm betragen und der Abstand des unteren Endes der Scheidewand von der
Anode so gewählt werden, daß keine unerwünschte große Menge Fluor in den Kathodenraum
und keine unerwünscht große Menge Wasserstoff in den Anodenraum der Zelle gelangen.
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Es scheint, daß das Vorhandensein von Nickelsalzen im Elektrolyten
in beispielsweise den obenerwähnten Konzentrationen während der Elektrolyse zu einer
höheren Konzentration der Nickelsalze an der Anodenoberfläche führt.
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Mit anderen Worten scheint die Beziehung zwischen der Entwicklung
von Fluorblasen und der Gegenwart von Nickelsalzen undloder Wasser im -eschmolzenen
Elektrolyten Kaliumfluorid/Fluorwasserstoff der angegebenen Zusammensetzung folgende
zu sein: 1. Wenn ein Nickelsalz ohne Anwesenheit von Wasser vorhanden ist,
kann sich leicht Fluor von der Kohlenstoffanode in Form freier Blasen lösen und
unter Umgehung der Scheidewand in den Wasserstoffraum gelangen. Die Scheidewand
muß deshalb aenügend weit von der Anode angeordnet sein, um sie zu fanoren. Andererseits
darf die Scheidewand nicht so nahe der Kathode sein, daß sie den Eintritt von Wasserstoff
in den Anodenraum gestattet.
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2. Bei Abwesenheit von Nickelsalzen treten im wesentlichen keine freien
Fluorblasen an der Anode auf, und die Scheidewand kann nur 0,16 cm von der
Anode entfernt sein.
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3. Falls ein Nickelsalz zusammen mit genügend Wasser anwesend
ist, werden im wesentlichen keine freien Fluorblasen gebildet, und die Scheidewand
kann nur 0,16 cm von der Anode entfernt sein.
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4. Wenn im wesentlichen keine freien Fluorblasen entstehen, kann die
Stromausbeute sogar nahezu 100% betragen, jedoch kann der Gehalt an Fluorwasserstoff
im Fluor hoch sein.
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Die gasdurchlässige Kohleanode muß wenigstens eine solche Gasdurchlässigkeit
haben, daß unter anderem keine freien Fluorblasen bei der Betriebsstromdichte entwickelt
werden können. Gewöhnliche Mektrodenkohle, welche eine Durchlässigkeit von nur ungefähr
0,015 hat, ist zur Durchführung der Erfindung ungeeignet und wird für die
Zwecke der vorliegenden Erfindung als undurchlässig betrachtet.
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Die Durchlässigkeit sollte vorzugsweise ungefähr 10 betragen.
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Der Ausdruck effektive Anodenlänge bezeichnet den Teil der Anodenlänge,
welcher unterhalb der Gasscheidewand. und gegenüber der effektiven Kathodenlänge
liegt.
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Die Stromdichte wird bestimmt bezüglich des Teils der Anodenoberfläche,
welcher sich direkt gegenüber der Kathode befindet.
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Der Ausdruck Polarisierunc, bezeichnet hier einen Zustand, in welchem
bei gleichbleibender Spannung der durch die Zelle fließende Strom plötzlich oder
allmählich auf einen kleinen Bruchteil des bei normaler Arbeitsweise der Zelle fließenden
Stroms absinkt. Diese Erscheinung kann vorübergehend oder dauernd sein und ist im
wesentlichen ein Anodenphänomen.
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Wenn bei der elektrolytischen Herstellung von Fluor mit der erfindungsgemäßen
Zelle bei einer Temperatur von 80 bis 1051 C, vorzugsweise
80 bis 85' C, die geschmolzene Mischung von Kaliumfluorid und Fluorwasserstoff
miteinerZusammensetzun- von im wesentlichen KF 1,8 HF bis KF 2,2 HF im wesentlichen
trocken und frei von Nickelsalzen ist oder eine wesentliche Menge von Nickelsalzen
und/oder wesentliche Spuren von Feuchtigkeit enthält, besteht die elektrolytische
Zelle beispielsweise in einem Gefäß aus elektrisch leitfähigem Material, worin der
Fluor enthaltende flüssige Elektrolyt enthalten ist, einer im
wesentlichen
senkrechten festen gasdurchlässigen Kohleanode von im wesentlichen einheitlichem
Querschnitt und einer Gasdurchlässigkeit von beispielsweise zwischen 0,33
und 10, welche in ihrem oberen Teil von einer gasundurchlässigen Scheidewand,
die unter die Oberfläche des Elektrolyten taucht, umgeben ist und einer im unteren
Teil des Gefäßes angeordneten, vollständig untergetauchten Kathode, die beispielsweise
in Form einer Rohrspirale den Durchtritt einer Kühlflüssigkeit gestattet. Das Zellengefäß
ist unterhalb der genannten Scheidewand vorzugsweise mit Einrichtungen zur Erhitzung
und Kühlung seines Inhalts versehen. Ferner soll dabei der
waagerechte
Abstand zwischen Anode und Kathode 1,27 bis 3,8 cm betragen, die Scheidewand
zumindest mit ihrem unteren Ende sich der Anode bis auf einen waa gerechten Abstand
von 0,16 bis 0,32 cm, an keiner Stelle weniger als 0, 16 cm
nähern und die Kathode vorzugsweise in metallischer, elektrischer Verbindung mit
dem genannten Gefäß stehen.
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Die Größe des Abstandes von Anode zu Scheidewand steht in Beziehung
zum gewünschten Elektrodenabstand. So erfordert ein kleiner Elektrodenabstand nur
einen kleinen Anoden-Scheidewand-Zwischenraum, jedoch kann jeder hierin erwähnte
Elektrodenabstand oberhalb des Minimums mit dem kleinsten angegebenen Anodenzwischenraum
verwendet werden.
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Wenn jedoch die nach dem erfindungsgemäßen Verfahren verwendete geschmolzene
Mischung im wesentlichen trocken ist und wesentliche Mengen von Nickelsalzen enthält,
kann die Form der Elektrolysezelle so abgeändert werden, daß der waagerechte
Ab-
stand zwischen Anode und Kathode 3,18 bis 3,8 cm und der
Abstand zwischen wenigstens dem unteren Ende der Scheidewand und der Anode
0,16 bis höchstens 1,1 cm beträgt.
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Vorzugsweise soll die Scheidewand in der erwähnten Ausgestaltung der
Elektrolysezelle, wenn der Ab-
stand von Scheidewand und Anode im untersten
Bereich liegt, d. h. wenn wenigstens das untere Ende der Scheidewand
0,16 bis 0,32 cm von der Anode entfernt ist, eine nach unten und innen
vorspringende Fläche oder Wölbung haben, welche so geformt ist, daß von der Kathode
aufsteigender und die Scheidewand berührender Wasserstoff von der Anode weg -i2ch
oben und außen geleitet wird. Die Kathode soll, wie in der obenerwähnten Ausführung
der Elektrolysezelle, vorzugsweise vollständig unterhalb der Gasscheidewand angeordnet
sein. Der senkrechte Ab-
stand vom oberen Teil der Kathode zum unteren Ende
der Scheidewand ist nicht kritisch, muß jedoch ausreichend sein, um ein leichtes
Entweichen des in dem Raum zwischen Anode und Kathode entwickelten Wasserstoffs
zu gestatten. Es ist einleuchtend, daß bei unzureichendem senkrechtem Abstand bei
Anwendung einer hohen Stromdichte die Möglichkeit einer besonders heftigen Wasserstoffentwicklung
und infolgedessen einer Ansammlung von Wasserstoffblasen innerhalb dieses Raums
besteht, so daß die Gefahr, daß Wasserstoff den Weg in den Anodenraum findet, vergrößert
wird. Der notwendige senkrechte Abstand von Kathode und Scheidewand wird daher nicht
nur durch die räumliche Anordnung von Anode, Kathode und Scheidewand zueinander,
sondern auch durch das Anodenmaterial und die angewandte Stromdichte beeinflußt.
Dieser senkrechte Abstand ist jedoch nicht von besonderer Bedeutung, und man macht
ihn zweckmäßigerweise ungefähr gleich groß wie den Elektrodenabstand.
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Die Anode, Kathode und Scheidewand können von zylindrischer oder anderer
Form, beispielsweise mit rechteckigem, quadratischem oder sogar sechseckigem Querschnitt
sein.
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Wenn man mit so kleinen Abständen zwischen den Elektroden und der
Scheidewand, wie oben erwähnt, arbeitet, ist eine starke und genaue Konstruktion
insbesondere der Gasscheidewand von erheblicher Bedeutung. Ein geeigneter
Typ von Scheidewand, der in Verbindung mit einer Anode von zylindrischem
Querschnitt verwendet werden kann, ist ein Hohlzylinder aus Metall mit einer nach
innen weisenden Verjüngung, welche sieh von dem unteren Ende so weit nach innen
erstreckt, daß ein Spalt der gewünschten Größe zwischen ihr und der Anode bleibt.
Der Spalt zwischen Anode und Scheidewand wird in diesem Fall von der Innenseite
der Verjüngung zur Anodenoberfläche gemessen. Offensichtlich kann die Scheidewand,
falls gewünscht, ein einfacher Hohlzylinder sein. Die verjüngte Form hat jedoch
den Vorteil größerer Festigkeit, welcher bei so kleinen Abständen wichtig ist. Eine
verjüngte Ausführung mit einem angeflanschten oder nach innen gebogenen unteren
Ende kann zuverlässiger und genauer bezüglich der Anode angebracht werden als eine
Scheidewand, welche auf der ganzen Länge nur beispielsweise 0,16 cm von der
Anode entfernt ist. Eine solche Anordnung widersteht nicht nur besser einer Verformung,
die Kurzschluß verursachen würde, sondern beschränkt auch die möglicherweise von
einem Kurzschluß betroffenen Kontaktflächen zwischen Anode und Scheidewand auf sehr
kleine Gebiete.
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Das Zellengefäß, die Gasscheidewand und die Kathode können alle zweckmäßigerweise
aus Schmiedeeisen herg gestellt werden, obwohl andere gegenüber dem Elektrolyten
und den Produkten der Elektrolyse gegenüber widerstandsfähige Materialien verwendet
werden können. Beispielsweise kann die Scheidewand aus Monelmetall oder Nickel hergestellt
werden.
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Die Anode kann aus einem einfachen Kohlenstoffblock bestehen, dessen
geringster Durchmesser wenigstens 3,8, vorzugsweise 5,1 cm ist. Beispielsweise
können für 60-Ampere-Zellen zweckmäßigerweise zylindrische Anoden von bis zu
7,6 cm Durchmesser, für 10-Ampere-Zellen solche von 5,1 cm Durchmesser
verwendet werden. Die Länge des Anodenblocks ist ohre besondere Bedeutung. Im Zusammenhang
damit ist nur zu beachten, daß, wenn seine Gesamtlänge ungebührlich groß ist, zwischen
der Stromzuleitung am oberen Ende der Anode in Richtung auf deren unteres Ende ein
erheblicher Spannungsabfall besteht, so daß die zwischen Anode und Kathode wirksame
Spannungsdifferenz im unteren Teil der Zelle nicht so groß sein wird wie im oberen
Teil. Die Scheidewand wird zweckmäßigerweise 10,2 bis 20,3 cm lang hergestellt,
kann jedoch größer oder kleiner sein. Sie muß genügend tief unter die Elektrolytoberfläche
eintauchen, um am unteren Ende des Anodenraumes einen ausreichenden Flüssigkeitsverschluß
herzustellen. lEerfür ist eine Eintauchtiefe von 5,1 cm zweckmäßig. Die Länge
des Anodenblocks, welche sich gegenüber, d. h. in Wechselbeziehung mit der
Kathode befindet, also die effektiven Längen von Anode und Kathode sind von größerer
Bedeutung. Es wurden Längen von 5,1 bis 36,9 cm verwendet und geringe
Unterschiede in ihrer Wirksamkeit, abgesehen von dem obenerwähnten Spannungsabfall
infolge des Ohmschen Widerstandes, gefunden. Jedoch kann ein übermäßig lang ,er
und enger Zwischenelektrodenrauni leicht zu einer Stauung von Wasserstoffblasen
führen, wenn eine hohe Stromdichte angewendet wird, und die größere Länge der Kohlenstoffanode
zwingt zu größerer Sorgfalt wegen ihrer Zerbrechlichkeit.
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Der Elektrodenabstand, die Tiefe des Raumes zwischen den Elektroden,
die Stromdichte, das Material, aus welchem die gasdurchlässige Anode hergestellt
wird, und die Größe des Zwischenraumes an der Anode stehen alle in Beziehung zueinander,
jedoch ist die zweckmäßige Abstimmung der verschiedenen
Faktoren,
wenn einmal die in Frage kommenden Prinzipien erkannt sind, eine Routineangelegenheit,
welche leicht von einem Fachmann durchgeführt werden kann.
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Es ist zu bemerken, daß die höchste anwendbare Stromdichte durch die
Stromdichte, vorgeschrieben wird, bei welcher Polarisierung eintritt und/oder bei
welcher in Abwesenheit von Nickelsalzen, oder in Gegenwart von Nickelsalzen oder
Wasser ein Aufsteigen von Fluorblasen erfolgt und/oder bei welcher in Gegenwart
von Nickelsalzen ein beträchtliches Aufsteigen von Fluorblasen erfolgt. Andererseits
oder zusätzlich wird die maximale Stromdichte auch von der für die Kohlenstoffanode
zulässigen Höchsttemperatur bestimmt.
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Handelsübliche Kohlenelektroden mit einer Gasdurchlässigkeit von
8,3 bis 10 bzw. 3,3 sind ausgezeichnet geeignet.
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Eine hohe Stromdichte, ein langer enger Zwischenelektrodenraum und
ein ungenügender senkrechter Abstand zwischen dem unteren Ende der Scheidewand und
dem oberen Ende derKathode führen alle zur Stauung von Wasserstoffblasen, welche
jedoch ohne Vergrößerung des Elektrodenabstandes durch Vergrößerung des senkrechten
Kathoden-Scheidewand-Abstands, Verkürzung derElektroden undVerkleinerung des Anodenzwischenraumes
verhindert werden kann.
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Durch geeignete Bemessung der verschiedenen Faktoren, wie angegeben,
war es möglich, Zellen mit den oben angegebenen erstaunlich kleinen Elektrodenabständen
und Anode-Scheidewand-Zwischenräumen zu bauen, welche ohne irgendwelche Notwendigkeit,
Elektroden zu ersetzen oder Schlamm aus der Zelle zu entfernen, einen kontinuierlichen
störungsfreien Betrieb bis zu 9 Monaten ergeben haben. Die Stromausbeute
war 97 bis 98 % bei Stromdichten bis zu 0,17 Amp/cm2.
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Die mit einer Standard-60-Ampere-Zelle nachVerminderung des bisherigen
Elektrodenabstands von 5,1 cm auf 1,3 cm bei Verwendung einer
28 cm Anode (gemessen unterhalb des unteren Endes der Scheidewand) betrug
1,2 Volt, wenn sie mit einer Stromdichte von 0,09 Amp/cm2, und
1,9 Volt, wenn sie mit einer Stromdichte von 0,14 Amp/cm2 betrieben wurde.
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Die Ersparnis für eine ungefähr 1400 Arapere-Zelle infolge der Verminderung
des Elektrodenabstands von 6,4 auf 3,2 cm mit einer 20,3 cm Anode
(gemessen unterhalb des unteren Endes der Scheidewand) betrug 1,4 Volt bei Anwendung
einer Stromdichte von 0,08 Amp/cm2 und 2,5 Volt bei Anwendung einer
Stromdichte, von 0, 14 Amp/cm2.
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Aus dem in der folgenden Tabelle angegebenen Zahlen,worinzweiLaboratoriumszellen
von200Amp Nennkapazität mit verschiedenen Elektrodenabständen und ohne Wasserkühlung
der Kathoden, demzufolge nicht in übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung,
mit zwei Betriebszellen mit verschiedenen Elektrodenabständen und wassergekühlten
Kathoden, demzufolge entsprechend der vorliegenden Erfindung verglichen sind, ist
zu ersehen, daß die Betriebszellen sogar bei größeren Elektrodenzwischenräumen und
daher größerer Wärmeentwicklung während des Betriebs einFluor mit geringeremFluorwasserstoffgehalt
erzeugen.
| 1 Laboratoriumszelle Betriebszelle Laboratoriumszelle
Betriebszelle |
| Anodenzahl .................... 1 12 1 12 |
| Anodengröße (mm) ............. 342-279-70 342-279-70 131/2
- 11 - 23h 131h - 11 - 23314 |
| Art der Kühlung ............... Ohne Wassergekühlte
Ohne Wassergekühlte |
| Innenkühlung Kathoden Innenkühlung Kathoden |
| Gefäß Gefäß |
| mit Kühlrippen mit Kühlrippen |
| Elektrodenabstand (mm) ......... 12,7 31,8 50,8 63,5 |
| Belastung (Amp) ................ 200 2130 200
2130 |
| Betriebsspannung (Volt) ......... 8,1 10,55 10,3
11,9 |
| Anodenstromdichte (Amp/cm2) ... 0,14 0,14 0,14 0,14 |
| Wärmeerzeugung pro Anode (Watt) 1050 1363 1490
1602 |
| Volumteile Fluorwasserstoff in |
| 100 Volumteilen Fluor ........ 12 7,5 32 10,3 |
| Aquivalente Anodentemperatur bei |
| 41 % HF (berechnet), 0 C ...... 110 97 140
106 |
| Gemessene Anodentemperatur .... - 89 145 - |
Aus der Tabelle ist ersichtlich, daß zwischen den berechneten und tatsächlichen
Anodentemperaturen der beiden Zellen eine annähernd gute übereinstimmung besteht,
soweitVergleichszahlenverfügbar sind. Daraus wird geschlossen, daß die wirklichen
Anodentemperaturen der anderen beiden Zellen als nahe bei den berechneten Temperaturen
liegend angenommen werden können und daß die wirkliche Temperatur der Betriebszelle
mit
3,18 cm Elektrodenabstand mit
89' C (gemessen) bzw.
971 C (berechnet) niedriger liegt als die der Zelle mit
6,35 cm Elektrodenabstand
und
106' C (berechnet).
Zusätzlich ist festzustellen, daß
die pro Anode in der Betriebszelle mit
3,18 cm Elektrodenabstand erzeugte
Wärmemenge ungefähr gleich groß wie die in der Laboratoriumszelle mit
5,08 cm Elektrodenabstand erzeugte ist, und dennoch die Anodentemperaturen
89 bzw.
97 und 140 bzw. 1451
C betragen. Das erläutert den
nützlichen Einfluß des verminderten Elektrodenabstands im Zusammenhang mit der wassergekühlten
Kathode in der Betriebszelle. Der nützliche Einfluß zeigt sich ebenfalls im niedrigeren
Fluorwasserstoffgehalt von der Betriebszelle mit
3,18 cm Elektrodenabstand
erzeugten Fluors.
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Eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Zelle wird in der Schnittzeichnung
erläutert. In dieser ist 1
ein Behälter aus Schmiedeeisen oder einem anderen
widerstandsfähigem Metall, welcher von einem Heizmantel 2, der für Wasser, Dampf
oder elektrische Heizung eingerichet und dessen Temperatur kontrolliert ist, umgeben
ist. 3 ist der Verschluß und 4 der Deckel des Behälters 1, und
5 ist eine Kohleanode. Der Verschluß 3 ist vom Deckel 4 und von der
Kohleanode 5 durch die Isolierung 6 isoliert. 7 ist ein gasdichter
Verschluß zwischen dem Deckel 4 und dem Behälter 1. Die Kohleanode
5 ist teilweise im Elektrolyten 8 untergetaucht. Ein elektrisch leitfähiger
Stab 9 ist mit der Kohleanode 5 verbunden und gegen den Zellenverschluß
3 durch die Isolation 6 isoliert. In nächster Nähe der Kohleanode
5 befindet sich die Kathode 10 in Form eines spiralig gewundenen Rohres.
Die Kathode 10 kann aus Schmiedeeisen, Kupfer oder anderem Material,
welches gegenüber dem Elektrolyten 8 und den Produkten der Elektrolyse im
wesentlichen beständig ist, hergestellt sein. Das spiralige Rohr 10 kann
aus einem Rohr von 1,9 cm äußerem und 1,3 cm innerem Durchmesser hergestellt
werden. Die Kathode 10 ist durch den Behälter 1 geführt und steht
mit diesem in elektrischem Kontakt. Am Verschluß 3 ist eine gasundurchlässige
Scheidewand 11 befestigt, welche den oberhalb des oberen Teils der Kathode
10 befindlichen Teil der Kohlenstoffanode 5 umgibt. Das Fluor entweicht
durch das Rohr 12, welches durch den Zellenverschluß 3 mit dem Raum zwischen
Kohlenanode 5
und der Gasscheidewandll in Verbindung steht. Der Wasserstoff
entweicht durch Rohr 13, welches durch den Deckel 4 des Behälters
1 führt. Rohr 14 dient dem Zusatz von Fluorwasserstoffsäure und führt durch
den Deckel 4 des Behälters 1 in den Elektrolyten 8.
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In Vergleichsversuchen wurde festgestellt, daß die Betriebszelle bei
850 Amp Belastung eine Zellentemperatur hat, welche von über 85' C
auf nahezu 90' C ansteigt, wenn die Kathoden nicht wassergekühlt sind, die
Zelle also nicht erfindungsgemäß gebaut ist; dagegen hat die Zelle eine Temperatur
von 83 bis 85' C bei einer Belastung von ungefähr 1700 Amp,
wenn die Kathoden wassergekühlt sind, d. h. wenn die erfindungsgemäße Zelle
benutzt wird.