DE1266289B

DE1266289B - Process for obtaining the decomposition energy of amalgams in electrolytic processes

Info

Publication number: DE1266289B
Application number: DEK43852A
Authority: DE
Inventors: Lewis Burke Coggan
Original assignee: Pullman Inc
Current assignee: Pullman Inc
Priority date: 1961-05-29
Filing date: 1961-05-29
Publication date: 1968-04-18

Description

BUNDESREPUBLIK DEUTSCHLANDFEDERAL REPUBLIC OF GERMANY

DEUTSCHESGERMAN

PATENTAMTPATENT OFFICE

AUSLEGESCHRIFTEDITORIAL

Int. Cl.:Int. Cl .:

Nummer:
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Auslegetag:Number:
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Deutsche Kl.: 121-1/06German class: 121-1 / 06

1266289
K 43852IV a/121
29. Mai 1961
18. April 19681266289
K 43852IV a / 121
May 29, 1961
April 18, 1968

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, um das Amalgam, das in einer Elektrozelle, insbesondere einer Alkalichloridelektrolysezelle, in der Quecksilber als Kathode verwendet wird, gebildet wird, zur Erzeugung von elektrischer Energie zu verwerten.The invention relates to a method to the amalgam, which in an electric cell, in particular an alkali chloride electrolysis cell, in which mercury is used as a cathode, is formed for generation to utilize electrical energy.

In der deutschen Auslegeschrift 1094722 ist ein Verfahren zur Gewinnung der Zersetzungsenergie von Amalgamen beschrieben, bei dem in einer Chlorelektrolysezelle gebildetes Amalgam in einer Zersetzungs- oder Sekundärzelle durch Einleiten von Luft unter Erzeugung von Natriumhydroxyd und elektrischer Energie zersetzt wird. Die Natriumhydroxydkonzentration in der Sekundärzelle beträgt etwa 20%. Diese Lauge muß, um ein marktfähiges Produkt mit einer Konzentration von etwa 50% zu erhalten, eingedampft werden, wodurch die durch die Zersetzung gewonnene Energie zu einem großen Teil wieder verbraucht wird. Ein ähnliches Verfahren ist aus der deutschen Auslegeschrift 1099 515 bekannt. In the German Auslegeschrift 1094722 is a Process for obtaining the decomposition energy of amalgams described in which in a chlorine electrolysis cell Amalgam formed in a decomposition or secondary cell by the introduction of air with the production of sodium hydroxide and electrical energy is decomposed. The sodium hydroxide concentration in the secondary cell is about 20%. This lye must be a marketable product with a concentration of about 50% obtained, are evaporated, whereby the energy gained by the decomposition becomes a large one Part is consumed again. A similar method is known from German Auslegeschrift 1099 515.

Nach dem Verfahren der vorliegenden Erfindung können nun nicht nur etwa 25 % oder mehr der für die Alkalichloridelektrolyse eingesetzten Energie zurückgewonnen werden, sondern als Verfahrensprodukt wird außerdem eine Alkalihydroxydlösung mit einer Konzentration von bis zu 70 Gewichtsprozent erhalten.According to the method of the present invention, not only about 25% or more of the for The energy used in the alkali chloride electrolysis can be recovered, but as a process product is also an alkali hydroxide solution with a concentration of up to 70 percent by weight obtain.

Das Verfahren der Erfindung zur Verwertung des in einer Alkalihalogenid enthaltenden Zelle, in der eine Quecksilberkathode verwendet und das durch Elektrolyse einer Metallionen enthaltenden Lösung gebildete Alkalimetall durch dieses Quecksilber amalgamiert wird, gebildeten Amalgams, wobei das so gebildete Metallamalgam einer Amalgamzersetzungszelle zugeführt und dort als anodischer Reaktionsteilnehmer verwendet wird, während ein sauerstoffhaltiges Gas als kathodischer Reaktionsteilnehmer verwendet wird, so daß durch die anodische Umwandlung des amalgamierten Metalls zu Alkaliionen und die kathodische Umsetzung von Sauerstoff mit Wasser unter Bildung von Hydroxylionen elektrischer Strom erzeugt wird und der elektrische Strom in der Elektrolysezelle als Quelle elektrischer Energie verwendet wird, ist dadurch gekennzeichnet, daß die Alkalihydroxydkonzentration des wäßrigen Elektrolyten in der Almalgamzersetzungszelle zwischen etwa 22 und etwa 70 Gewichtsprozent und die Temperatur des Elektrolyten zwischen etwa 38 und 150° C gehalten wird. Als Alkalihalogenid wird vorzugsweise Natriumchlorid verwendet, so daß in der Elektrolysezelle gasförmiges Chlor und Natriumamalgam gebildet wird, und in der Amalgamzerset-The method of the invention for utilizing the cell containing alkali halide in which a mercury cathode is used by electrolysis of a solution containing metal ions formed alkali metal is amalgamated by this mercury, formed amalgam, whereby the Metal amalgam formed in this way is fed to an amalgam decomposition cell and there as an anodic reactant is used while an oxygen-containing gas is used as the cathodic reactant is used so that by the anodic conversion of the amalgamated metal to alkali ions and the cathodic reaction of oxygen with water with the formation of hydroxyl ions electrical Electricity is generated and the electric current in the electrolytic cell as a source of electric Energy is used is characterized in that the alkali hydroxide concentration of the aqueous Electrolytes in the almalgam decomposition cell between about 22 and about 70 percent by weight and the The temperature of the electrolyte is kept between about 38 and 150 ° C. As the alkali halide, is preferred Sodium chloride used so that in the electrolysis cell gaseous chlorine and sodium amalgam is formed, and in the amalgam decomposition

Verfahren zur Gewinnung der Zersetzungsenergie von Amalgamen in elektrolytischen VerfahrenProcess for obtaining the decomposition energy of amalgams in electrolytic processes

Anmelder:Applicant:

Pullman Incorporated, Chicago, JIl. (V. St. A.)Pullman Incorporated, Chicago, JIl. (V. St. A.)

Vertreter:Representative:

Dr. I. Ruch, Patentanwalt,Dr. I. Ruch, patent attorney,

8000 München 5, Reichenbachstr. 47/498000 Munich 5, Reichenbachstr. 47/49

Als Erfinder benannt:
Lewis Burke Coggan,
Florham Park, N. J. (V. St. A.)Named as inventor:
Lewis Burke Coggan,
Florham Park, NJ (V. St. A.)

zungszelle wird vorzugsweise eine Natriumhydroxydkonzentration von etwa 50 Gewichtsprozent eingehalten.
Die in der Amalgamzelle erzeugte elektrische Energie wird in den Stromkreis der Elektrolysezelle zurückgeleitet.cell, a sodium hydroxide concentration of about 50 percent by weight is preferably maintained.
The electrical energy generated in the amalgam cell is fed back into the electrical circuit of the electrolysis cell.

Das als Anode der Zersetzungszelle verwendete Amalgam, das mit einer elektrolytischen Quecksilberzelle in Verbindung steht, kann ein Amalgam irgendeines Metalls sein, vorausgesetzt, daß dieses Amalgam bei den Betriebsbedingungen der Zersetzungszelle flüssig ist. Beispiele für dafür geeignete Metalle sind die Alkalimetalle, d. h. Lithium, Natrium, Kalium und Caesium sowie Rubidium und Kombinationen davon. Das heißt, das Verfahren der Erfindung kann angewandt werden, um von irgendeinem elektrolytischen Verfahren, das in einer Zelle mit einer Quecksilberkathode und einem Elektrolyten, der Metallionen enthält, beispielsweise bei Verwendung von Alkalihalogenide und Rubidiumhalogeniden als Elektrolyten, durchgeführt wird, elektrische Energie zurückgewinnen.The amalgam used as the anode of the decomposition cell, the one with an electrolytic mercury cell is related, an amalgam of any metal, provided that this amalgam is liquid at the operating conditions of the decomposition cell. Examples of suitable metals are the alkali metals, d. H. Lithium, sodium, potassium and cesium, as well as rubidium and combinations of that. That is, the method of the invention can be applied to any electrolytic Process that takes place in a cell with a mercury cathode and an electrolyte, the Contains metal ions, for example when using alkali halides and rubidium halides as Electrolytes, is carried out to recover electrical energy.

Das Metall, das in dem Amalgam anwesend ist, das in der Zersetzungszelle als Anode verwendet wird, ist im allgemeinen in einer Konzentration von wenigstens 0,01 Gewichtsprozent in dem Amalgam anwesend. Die Höchstkonzentration wird durch die Konzentration bestimmt, bei der das Amalgam unter den Betriebsbedingungen der Zersetzungszelle in fester Phase vorliegt. Im allgemeinen liegt die Konzentration an Metall in dem Bereich zwischen etwa 0,05 und etwa 1,0 Gewichtsprozent. Jedoch können auch höhere oder niedrigere Konzentrationen vorliegen. Die bevorzugte Höchstkonzentration an Metall beträgt etwa 0,70 Gewichtsprozent und bei Verwendung von Natriumamalgam nicht mehr als etwa 0,55 oder 0,60 Gewichtsprozent. Die günstigste Kon-The metal present in the amalgam used as the anode in the decomposition cell is generally at a concentration of at least 0.01 percent by weight in the amalgam present. The maximum concentration is determined by the concentration at which the amalgam is below the operating conditions of the decomposition cell is in the solid phase. In general, the concentration lies of metal in the range between about 0.05 and about 1.0 weight percent. However, you can higher or lower concentrations are also present. The preferred maximum concentration of metal is about 0.70 percent by weight and, if sodium amalgam is used, no more than about 0.55 or 0.60 percent by weight. The cheapest cons

809 539/354809 539/354

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zentration, insbesondere bei Verwendung vonNatri- löcherte oder poröse hohle Platte oder ein
umamalgam, liegt in dem Bereich von etwa 0,1 und Stab verwendet, so daß der gasförmige Sauerstoff, 0,50 Gewichtsprozent. Die obengenannten Metalle der durch die Kathode zugeleitet wird, nicht nur an können die einzigen Metalle sein, die in dem Queck- dem in den Elektrolyten eintauchenden Ende, sonsilber gelöst sind, oder das Quecksilber kann irgend- 5 dem auch über die gesamte Außenfläche der Kattode, eine Kombination solcher Metalle oder auch anderer die in den Elektrolyten eintaucht, mit dein älefafö«· Metalle enthalten. Der Einfachheit halber wird gemäß lyten in Berührung kommt. Wenn derartige hohle der folgenden Beschreibung Natriumamalgam als Kathoden verwendet werden, wird die Strömungs-Anode in der Zersetzungszelle verwendet. Jedoch geschwindigkeit des Sauerstoffs durch diese Kathode kann auch irgendein anderes der obenerwähnten ίο vorzugsweise so hoch gehalten, daß sie verhindert, Amalgame verwendet werden. daß Elektrolyt in die Kathode strömt.centering, especially when using a soda perforated or porous hollow plate or a
umamalgam, is in the range of about 0.1 and rod used so that the gaseous oxygen, 0.50 percent by weight. The above-mentioned metals that are fed through the cathode, not only can be the only metals that are dissolved in the mercury, the end immersed in the electrolyte, or the mercury can also be anywhere over the entire outer surface of the cathode , a combination of such metals or others that are immersed in the electrolyte, with your älefafö «· contain metals. For the sake of simplicity, according to lyten comes into contact. When such hollow sodium amalgam as described below are used as cathodes, the flow anode is used in the decomposition cell. However, the rate of oxygen through this cathode can also be any other of the above-mentioned ίο preferably kept so high that it prevents amalgams from being used. that electrolyte flows into the cathode.

Die negative Elektrode oder Kathode der strom- Gemäß dem vorliegenden Verfahren tauchen die erzeugenden Zelle besteht aus einem Oxydations- oben beschriebenen Elektroden der Sauerstoffmittel oder irgendeinem Mittel, das Elektronen auf- Amalgam-Zelle in ein wäßriges Medium ein, das anzunehmen vermag, und wird vorzugsweise in der 15 fangs einen zugesetzten Elektrolyten enthalten kann. Gasphase verwendet. Beispiele für geeignete katho- Die Elektroden können zwar zu Beginn mit reinem dische Reaktionsteilnehmer sind Sauerstoff, Chlor, Wasser in Berührung gebracht werden, jedoch wird Fluor, Jod und Brom. Von diesen ist Sauerstoff bevor- ein wirksamerer Betrieb und ein rascherer Beginn des zugt, und zwar kann sowohl reiner molekularer Betriebes der Zelle erzielt, wenn ein Elektrolyt au-Sauerstoff als auch ein sauerstoffhaltiges Gas, wie 20 gesetzt wird. Der Elektrolyt kann irgendeine göeig-Luft, oder ein Gemisch von Sauerstoff und Stickstoff nete wasserlösliche Verbindung sein, die die ge^· in irgendeinem Molverhältnis sowie mit anderen wünschten chemischen Umsetzungen an den Blekinerten Gasen wie Argon, Helium und Krypton, ver- troden nicht stört, d. h., das wäßrige Medium !nuß wendet werden. im wesentlichen frei sein von Reduktionsmitteln DaThe negative electrode or cathode of the current- According to the present method, the dip The generating cell consists of an oxidizing electrode of the oxygen means described above or any means that can accept electrons on amalgam cells in an aqueous medium capable, and will preferably contain an added electrolyte in the 15 fangs. Gas phase used. Examples of suitable catho- The electrodes can start with pure Chemical reactants are oxygen, chlorine, and water, however, will be brought into contact Fluorine, iodine and bromine. Of these, oxygen is a more efficient operation and a quicker onset of the admittedly, both pure molecular operation of the cell can be achieved if an electrolyte is au-oxygen as well as an oxygen-containing gas, such as 20 is put. The electrolyte can be any gogg air, or a mixture of oxygen and nitrogen called water-soluble compound, which the ge ^ · in any molar ratio as well as with other desired chemical reactions on the Blekinerten Gases such as argon, helium and krypton do not interfere, d. i.e., the aqueous medium! be turned. be essentially free of reducing agents Da

Der Träger und die Anordnung für das Natrium- 25 die an der Anode erfolgende chemische UmietzüngThe support and the arrangement for the sodium chemical conversion taking place at the anode

amalgam der Zersetzungszelle kann aus irgendeinem die Bildung eines MetaUhydrOxyds zur Folge hat undamalgam of the decomposition cell can result in the formation of a MetaUhydrOxyds and

leitenden Material bestehen, vorausgesetzt, daß da es erwünscht ist, zur Beschleunigung des Beginnsconductive material, provided that it is desired to speed up the onset

dieses Material in dem Verfahren nicht reagiert und der Umsetzungen der Zelle einen Elektrolyten rufeü·»this material does not react in the process and the conversions of the cell call for an electrolyte · »

keinen nachteiligen Einfluß auf die Chemikalien setzen, wird gemäß der bevorzugten Durchführtulgs·'do not have an adverse effect on the chemicals, is carried out according to the preferred implementation

hat, mit denen es in Berührung steht. Vorzugsweise 30 form des Verfahrens dem wäßrigen Medium einwith whom it is in contact. Preferably, the method is incorporated into the aqueous medium

besteht die Anodenanordnung aus Stahl mit Metallhydroxyd zugesetzt, das dem an der ÄfiodSthe anode assembly is made of steel with metal hydroxide added to that on the ÄfiodS

geringem Kohlenstoffgehalt, d. h. aus Stahl gebildeten Metallhydroxyd entspricht. Sobald dielow carbon, d. H. metal hydroxide formed from steel. As soon as the

mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als Zelle in Betrieb gekommen ist, steigt die Konzsn·*has come into operation with a carbon content of less than the cell, the concentration increases *

etwa 0,1%. Andere Materialien, die sich als Träger tration an Metallhydroxyd als Folge der chemiaeiieüabout 0.1%. Other materials that act as carriers tration to metal hydroxide as a result of chemiaeiieü

für die Anode eignen, sind Silicium, Tellur, Tantal, 35 Umsetzungen, die in der Zelle erfolgen.Suitable for the anode are silicon, tellurium, tantalum, 35 reactions that take place in the cell.

Wolfram, Nickel und andere derartige leitende Die Zersetzungszelle kann mit jeder gewünschtenTungsten, nickel and other such conductive The decomposition cell can be made with any desired

Materialien, die von den Chemikalien in der Zelle Stromdichte und Spannung betrieben werden» flieMaterials that are powered by the chemicals in the cell current density and voltage »flow

nicht angegriffen werden. von der speziellen Anordnung der Zelle und der Aft,not be attacked. from the special arrangement of the cell and the aft,

Die Verteilungsvorrichtung der Kathode kann aus in der zwei oder mehr Zellen miteinander verbunden irgendeinem geeigneten metallischen oder nicht- 40 sind, abhängen. Wenn Natriumamalgame verweödet metallischen leitenden Material, wie Kohlenstoff, werden, können von def Zelle Stromdichten zwisetten Silicium, Tellur, Nickel, Kobalt, Wolfram, Titan, etwa 0,1 und etwa 76 A/dm² Elektrodenobötfliohe Tantal u. dgl., bestehen, das noch Zusätze enthalten erzielt werden. Im allgemeinen wird die Zelle_s wenn kann, die die kathodische Umsetzung katalysieren. eine Kohlenstoffkathode verwendet wird, so betrle-Wenn die Kathode aus Kohlenstoff besteht, muß der 45 ben, daß eine Stromdichte zwischen etwa 1,1 und Kohlenstoff natürlich ausreichende elektrische Leit- 16,5 A/dm² Elektrodenoberfläche erzeugt wird, wobei fähigkeit besitzen, um ihren Zweck ohne unnötigen die Lebensdauer der Kohlenstoff kathode ein MaxMuffi Verlust an elektrischer Energie zu erfüllen. Der ist. Bei diesen Stromdichten liegt das Zellenpoleötial Kohlenstoff muß nicht absolut rein sein und kann zwischen etwa 1,86 und etwa 0,8 V, was EMtgieden normalen Aschegehalt von handelsüblichem 50 dichten von zwischen etwa 30 und etwa 1^4 W/dm² Kohlenstoff oder Graphit besitzen. Die Kathode kann Elektrodenoberfläche entspricht. Wenn eine hohe auch aus Kohlenstoff hergestellt sein, der einen Zu- Stromstärke und niedrige Spannung erzielt worden satz an Silber, Silbersalz, wie Silbernitrat u. dgl., sollen, werden die einzelnen ZersetzungizöHen enthält, und diese Zusätze können in einer Menge parallel geschaltet. Wenn geringe Stromstärke und von beispielsweise etwa 0,01 bis etwa 2,5 Gewichts- 55 hohe Spannung erzeugt werden sollen, werden die prozent anwesend sein. Da der Reaktionsteilnehmer, einzelnen Zellen hintereinandergeschaltet. Dureft der mit der Kathode in Berührung steht und einer Kombination von parallelen und Serienschaltungen chemischen Umwandlung unterliegt, in gasförmigem können jede erforderliche Spannung und Stromstärke Zustand vorliegt, wird die Kathode vorzugsweise in für die Quecksilberelektrolysezelle geliefert werdender Form eines hohlen Stabes oder einer Platte, durch 60 Während des Betriebs der Zelle kann der Umlauf die der gasförmige Sauerstoff, beispielsweise, bequem von wäßrigen Medien so gesteuert werden, daß jfcdB und vorteilhaft während des Betriebs der Zelle ein- gewünschte Konzentration an Metalloxyd erzielt wntl. geleitet werden kann, verwendet. Das Ende der Im allgemeinen soll jedoch die Konzentration to hohlen Kathode, das in den Elektrolyten eintaucht, Metallhydroxyd nicht wesentlich größer werden als kann offen, durchlöchert oder porös oder mit Kohlen- 65 etwa 55 Gewichtsprozent, da die Wirkung def Zfelle Stoffstäben oder -körnern gefüllt sein. Um für bei höheren Konzentrationen absinkt,
die kathodische Umsetzung eine vergrößerte Ober- Gemäß einer bevorzugten DurchführungsfOrm des fläche zur Verfügung zu haben, wird eine durch- Verfahrens der Erfindung wird kontinuierlich Blek-The device for distributing the cathode may depend on in which two or more cells are connected to one another, any suitable metallic or non-metallic. If sodium amalgams become desolated metallic conductive material such as carbon, the cell can have current densities between silicon, tellurium, nickel, cobalt, tungsten, titanium, about 0.1 and about 76 A / dm ^2, tantalum and the like, that still contain additives. In general, the cell is _s if can catalyze the cathodic implementation. a carbon cathode is used so-betrle If the cathode consists of carbon, has ben 45, that a current density between about 1.1 and carbon, of course, sufficient electrical conductivity is produced 16.5 A / dm ² of electrode surface, said capacity possess in order to fulfill its purpose without an unnecessary loss of electrical energy over the life of the carbon cathode. He is. At these current densities, the cell polarity carbon does not have to be absolutely pure and can be between about 1.86 and about 0.8 V, which corresponds to the normal ash content of commercially available densities of between about 30 and about 1 ^ 4 W / dm ² carbon or graphite own. The cathode can correspond to the electrode surface. If a high amperage and low voltage are also to be made of carbon containing silver, silver salt such as silver nitrate and the like, the individual decomposition zones are included, and these additives can be connected in parallel in an amount. If low amperage and, for example, about 0.01 to about 2.5 weight high voltage are to be generated, the percent will be present. As the respondent, individual cells are connected in series. If it is in contact with the cathode and is subject to a combination of parallel and series connections, any required voltage and current intensity can be present in the gaseous state, the cathode is preferably supplied in the form of a hollow rod or plate, which is supplied for the mercury electrolysis cell, through 60 During the operation of the cell, the circulation of the gaseous oxygen, for example, can conveniently be controlled by aqueous media in such a way that a desired concentration of metal oxide is achieved, and advantageously during operation of the cell. can be used. In general, however, the concentration of the hollow cathode, which is immersed in the electrolyte, metal hydroxide should not be significantly greater than can be open, perforated or porous or filled with carbon about 55 percent by weight, since the effect of cells is filled with rods or grains of material be. In order for drops at higher concentrations,
According to a preferred implementation form of the surface available, a method of the invention is continuously made of sheet metal.

trolyt von dem System abgezogen, um das in der Zelle als Reaktionsprodukt gebildete Metallhydroxyd zu entfernen. Um den Vorteil einer hohen Leitfähigkeit zu erzielen und einen nachteiligen Einfluß auf die Lebensdauer der Elektroden zu verhindern, insbesondere bei Verwendung von Kohlenstoffelektroden, wird die mittlere Konzentration an Metallhydroxyd zwischen etwa 22 und etwa 50 Gewichtsprozent gehalten. Wenn es erwünscht ist, alkalische Lösungen von höherer Konzentration, wie etwa 70 Gewichtsprozent oder darüber, zu erzeugen, werden gewöhnlich Kathodenträger aus Nickel bevorzugt. Das Wasser, das notwendigerweise von dem Elektrolytumlauf verlorengeht, wenn das Natriumhydroxyd entfernt wird, wird ersetzt, indem man Wasser mit solcher Geschwindigkeit zusetzt, daß die gewünschte Konzentration in der Zelle erhalten bleibt.Trolyte removed from the system to remove the metal hydroxide formed in the cell as a reaction product to remove. To achieve the advantage of high conductivity and an adverse effect on to prevent the service life of the electrodes, especially when using carbon electrodes, the mean concentration of metal hydroxide is between about 22 and about 50 percent by weight held. If desired, alkaline solutions of higher concentration, such as 70 weight percent or more, nickel cathode supports are usually preferred. The water that is necessarily lost from the electrolyte circulation when the sodium hydroxide is removed is replaced by adding water at such a rate that the desired concentration in the cell is retained.

Die Temperatur, bei der der Elektrolyt gehalten wird und bei der die Zelle betrieben wird, kann zwisehen etwa 38 und etwa 150° C liegen. Der Druck in der Zelle kann in einem weiten Bereich variieren und wird im allgemeinen zwischen etwa Atmosphärendruck und 56 atü gehalten. Temperatur und Druck hängen nur so weit voneinander ab, als die gewählte Kombination der Beschränkung unterliegt, daß der Elektrolyt in flüssiger Phase vorliegen muß. Der Betrieb der Zelle wird durch eine Erhöhung der Betriebstemperatur verbessert, da damit die Leitfähigkeit des Elektrolyten und die Zellenspannung erhöht werden. Die Wahl der optimalen Temperatur hängt von verschiedenen Faktoren, wie der gewünschten Konzentration an Hydroxyd, dem an der Kathode gebildeten Metallhydroxyd und insbesondere von dem Material des Kathodenträgers ab.The temperature at which the electrolyte is held and at which the cell operates can vary about 38 and about 150 ° C. The pressure in the cell can vary over a wide range and is generally maintained between about atmospheric pressure and 56 atmospheres. Temperature and Pressures are only so far interdependent as the selected combination is subject to the restriction, that the electrolyte must be in the liquid phase. The operation of the cell is increased by increasing the The operating temperature is improved, as this improves the conductivity of the electrolyte and the cell voltage increase. The choice of the optimal temperature depends on various factors, such as the desired one Concentration of hydroxide, the metal hydroxide formed on the cathode and in particular on the material of the cathode support.

Das Verfahren der Erfindung kann in Zusammenhang mit irgendeiner der bekannten Elektrolysezellen, einschließlich der vertikalen und horizontalen Zellen, in denen flüssiges Quecksilber als Kathodenmaterial verwendet wird, angewandt werden.The method of the invention can be used in connection with any of the known electrolytic cells, including vertical and horizontal cells in which liquid mercury is used as the cathode material is used.

Im allgemeinen enthält das in diesen Zellen gebildete Natriumamalgam zwischen etwa 0,1 und etwa 0,5 Gewichtsprozent Natrium. Mit solchen Elektrolysezellen kann Amalgam mit einem Gehalt von etwa 1,0 Gewichtsprozent an Natrium gebildet werden, jedoch ist die Wirksamkeit dann geringer. Wenn es daher erwünscht ist, die Zersetzungszelle mit einem Amalgam zu betreiben, das höhere Konzentrationen an Natrium enthält, kann das Amalgam konzentriert werden, indem man einen Teil des Quecksilbers abdestilliert, bis der gewünschte Natriumgehalt erreicht M| ist. Das in der Chlorzelle gebildete Natriumamalgam "*"'" wird durch einen zweiten Abschnitt geleitet, der als ψγ Zersetzungsabschnitt zu bezeichnen ist und worin — das Amalgam mit Wasser umgesetzt wird, so daß Natriumhydroxydlösung und gasförmiger Wasserstoff gebildet werden.Generally, the sodium amalgam formed in these cells will contain between about 0.1 and about 0.5 weight percent sodium. With such electrolysis cells, amalgam with a content of about 1.0 percent by weight of sodium can be formed, but the effectiveness is then less. Therefore, if it is desired to operate the decomposition cell with an amalgam containing higher concentrations of sodium, the amalgam can be concentrated by distilling off some of the mercury until the desired sodium content is reached M | is. The sodium amalgam "*"'"formed in the chlorine cell is passed through a second section, which is to be referred to as the ψγ decomposition section and in which - the amalgam is reacted with water so that sodium hydroxide solution and gaseous hydrogen are formed.

Gemäß dem vorliegenden Verfahren wird der Zersetzer der Elektrolyseanlage umgangen und das Amalgam direkt der Sauerstoff-Amalgam-Zelle zugeleitet und dort, wie oben beschrieben als anodischer Reaktionsteilnehmer verwendet. Wenn in dem Quecksilber weniger als 1 Gewichtsprozent Metall gelöst ist, ist gewöhnlich ein einmaliger Durchsatz ausreichend, um das Quecksilber an gelöstem Metall ausreichend zu verarmen. Wenn höhere Konzentrationen an Metall vorliegen, kann das Amalgam mehr als einmal durch die Zersetzungszelle gepumpt werden. Das Quecksilber wird, nachdem das darin gelöste Metall im wesentlichen vollständig abgetrennt ist, von der Zersetzungszelle wieder zu weiterer Verwendung in die Elektrolysezelle zurückgeleitet. Es können natürlich verschiedene andere Methoden angewandt werden. Beispielsweise kann ein Teil des Amalgams zu dem Zersetzer und der Rest zu der Sauerstoff-Amalgam-Zelle geleitet werden. Das vorliegende Verfahren ist also sehr anpassungsfähig und kann so durchgeführt werden, daß den jeweiligen Anforderungen entsprochen wird. Bei Anwendung dieses Verfahrens kann eine chlorerzeugende Elektrolyse auch dort durchgeführt werden, wo nur verhältnismäßig wenig elektrische Energie zur Verfügung steht, und eine Wasserstoffverwertungsanlage ist nicht mehr unbedingt erforderlich, um die Chlorerzeugung wirtschaftlich zu machen. In den Zeichnungen bedeutet According to the present method, the decomposer of the electrolysis system is bypassed and that Amalgam is fed directly to the oxygen amalgam cell and there, as described above, as an anodic one Respondent used. If there is less than 1 weight percent metal in the mercury is dissolved, a single throughput is usually sufficient to remove the mercury from dissolved metal to be sufficiently poor. If higher concentrations of metal are present, the amalgam can be pumped through the decomposition cell more than once. The mercury will be after that in it dissolved metal is essentially completely separated from the decomposition cell again for further use fed back into the electrolytic cell. Various other methods can of course be used will. For example, part of the amalgam can go to the decomposer and the rest to the Oxygen amalgam cell are passed. The present So the procedure is very adaptable and can be carried out in such a way that the respective Requirements are met. Using this method, chlorine-generating electrolysis can be used can also be carried out where relatively little electrical energy is available stands, and a hydrogen utilization plant is no longer absolutely necessary in order to generate chlorine to make economical. In the drawings means

F i g. 1 eine schematische Anordnung für eine Apparatur, die zur Durchführung des Verfahrens der Erfindung verwendet werden kann,F i g. 1 a schematic arrangement for an apparatus, which can be used to carry out the method of the invention,

Fig. 2 eine Längsansicht, teilweise im Schnitt, einer Modifikation einer elektrische Energie liefernden Sauerstoff-Amalgam-Zelle.Fig. 2 is a longitudinal view, partly in section, a modification of an oxygen amalgam cell that supplies electrical energy.

Fig. 1 veranschaulicht die energieliefernde Zersetzungszelle, die mit 11 bezeichnet ist, in ihrer Kombination mit der Elektrolyseanlage mit Quecksilberkathode, die mit der Bezugszahl 9 bezeichnet ist. In der Elektrolysezelle 9 wird durch Leitung 6 zugeführte Natriumchloridlösung zwischen Kohlenstoffanoden und einer strömenden Quecksilberkathode, denen über Leitung 8 von einer äußeren Quelle Strom zugeführt wird, elektrolysiert. Die Produkte dieser Elektrolyse sind gasförmiges Chlor, das durch Leitung 7 abgezogen wird, und Natriumamalgam, das in der mit der Elektrolysezelle verbundenen stromliefernden Zersetzungszelle als anodischer Reaktionsteilnehmer verwendet wird. Um einen Strom mit ausreichend hoher Spannung, wie er für die technische Alkalichloridelektrolyse erforderlich ist, zu erzeugen, besteht die Anlage zur Amalgamzersetzung unter Energieerzeugung vorzugsweise aus mehreren einzelnen Zellen, wie der Zelle 11, und die einzelnen Zellen sind außen in Serie geschaltet. Das Natriumamalgam wird von der Elektrolysezelle zu nicht dargestellten Puffertanks und von dort einem Verteilerrohr 19 zugeleitet, mit dem so viele Natriumamalgam-Beschikkungsleitungen verbunden sind, wie einzelne Zellen vorgesehen sind. Beispielsweise ist jede Zersetzungszelle 11 mit dem gemeinsamen Amalgamverteilerrohr 19 mittels seiner eigenen Amalgambeschickungsleitung, wie der Leitung 12, mit einer Lochplatte 44 und einem Amalgamunterbrecher 24 verbunden. Das Natriumamalgam wird in die Zersetzungszelle geleitet, worin es über die Oberflächen der einzelnen in der Zelle angeordneten Anoden verteilt wird, wie weiter unten im Zusammenhang mit F i g. 2 näher erläutert. Der Zellkörper kann aus irgendeinem geeigneten Material, wie Stahl, bestehen und ist vorzugsweise mit einem elektrisch nicht leitenden und chemisch inertem Material, wie einem Vinylkunststoff oder einem anderen stabilen Kunststoff, ausgebildet. Der Querschnitt des Zellkörpers kann irgendeine gewünschte Form haben, beispielsweise rund, rechtwinklig oder quadratisch sein. Wie dargestellt, ist der Zellkörper vorzugsweise mit einer schwach geneigten Bodenfläche ausgestattet, wodurch das verbrauchte Amalgam, das sich am Boden derFig. 1 illustrates the energy-supplying decomposition cell, which is designated with 11, in its combination with the electrolysis system with mercury cathode, which is denoted by the reference number 9. In the electrolysis cell 9, sodium chloride solution is supplied through line 6 between carbon anodes and a flowing mercury cathode, to which electricity is supplied via line 8 from an external source is supplied, electrolyzed. The products of this electrolysis are gaseous chlorine released by conduction 7 is withdrawn, and sodium amalgam in the power supply connected to the electrolytic cell Decomposition cell is used as an anodic reactant. To have a current with sufficient to generate high voltage, as is necessary for technical alkali chloride electrolysis, the plant for amalgam decomposition with energy generation preferably consists of several individual ones Cells such as cell 11 and the individual cells are externally connected in series. The sodium amalgam is fed from the electrolytic cell to buffer tanks (not shown) and from there to a distributor pipe 19, to which as many sodium amalgam feed lines are connected as there are individual cells are provided. For example, each decomposition cell 11 is connected to the common amalgam manifold 19 by means of its own amalgam feed line, such as line 12, with a perforated plate 44 and an amalgam breaker 24 connected. The sodium amalgam is fed into the decomposition cell, wherein it is distributed over the surfaces of the individual anodes arranged in the cell, such as further below in connection with FIG. 2 explained in more detail. The cell body can be of any suitable Material, such as steel, are made and is preferably with an electrically non-conductive and chemically inert material, such as a vinyl plastic or another stable plastic. The cross-section of the cell body can be of any desired shape, for example be round, rectangular or square. As shown, the cell body is preferably with a slightly sloping bottom surface, eliminating the spent amalgam that is on the bottom of the

Zelle ansammelt und schwerer ist als der Elektrolyt, leicht unter Verwendung nur weniger Teile von dem Elektrolyten abgetrennt werden kann. Es können jedoch auch andere Mittel verwendet werden, um verbrauchtes Amalgam von dem Elektrolyten abzutrennen. Das an Natrium verarmte Amalgam strömt durch sein Gewicht vom Boden der Zelle in Leitung 16, deren oberer Teil als eine Falle dient und in der der Bodenamalgamunterbrecher 23 angeordnet ist. Der Auslaß 16 für verbrauchtes Amalgam führt zu dem Sammelrohr 26, durch das das verbrauchte Amalgam in Lagertanks und von dort zu der Elektrolyseanlage 9 zurückgeleitet wird, in der es wieder als Kathodenmaterial verwendet wird. Da die einzel-If the cell accumulates and is heavier than the electrolyte, it can be easily separated from the electrolyte using only a few parts. However, other means can be used to separate spent amalgam from the electrolyte. The sodium-depleted amalgam flows by its weight from the bottom of the cell into conduit 16, the upper part of which serves as a trap and in which the bottom amalgam breaker 23 is placed. The outlet 16 for used amalgam leads to the collecting tube 26 through which the used amalgam is returned to storage tanks and from there to the electrolysis system 9, in which it is used again as cathode material. Since the individual

32 und 28 verbunden ist. Leitung 28 ist wiederum mit dem oberen Amalgamunterbrecher 24 durch Leitung 27 und mit der Amalgamauslaßleitung 16 durch Leitung 29 verbunden, während der Amalgamunterbrecher 23 durch Leitung 33, die mit der Hauptstickstoffleitung 31 verbunden ist, mit Stickstoff beliefert wird. Die Stickstoffleitung 31 ist auch mit dem Amalgamverteilerrohr 19 und dem Sammelrohr 26 durch die Leitungen 28 bzw. 32 verbunden.32 and 28 is connected. Line 28 is in turn connected to the upper amalgam breaker 24 by line 27 and connected to the amalgam outlet line 16 by line 29, while the amalgam breaker 23 through line 33 connected to main nitrogen line 31 is supplied with nitrogen will. The nitrogen line 31 is also connected to the amalgam manifold 19 and the collecting pipe 26 connected by lines 28 and 32, respectively.

Der kathodische Reaktionsteilnehmer oder das sauerstoffhaltige Gas, wie Luft, wird durch Leitung 13 mit der darin angeordneten Lochplatte 43 in die energieliefernde Zersetzungszelle 11 eingeleitet. Die Leitung 13 steht mit dem Verteilerrohr 34 in VerbinThe cathodic reactant or the oxygen-containing gas, such as air, is supplied by conduction 13, with the perforated plate 43 arranged therein, is introduced into the energy-supplying decomposition cell 11. the Line 13 is connected to the manifold 34

nen stromliefernden Zellen hintereinandergeschaltet 15 dung, durch die der kathodische Reaktionsteilnehmer sind, sind die an jeder Zelle liegenden Spannungen den übrigen Zersetzungszellen, die in der BatterieNEN current-supplying cells connected in series 15 through which the cathodic reactant the voltages across each cell are those of the remaining decomposition cells in the battery

enthalten sein können, zugeleitet wird. Innerhalb der Zelle 11 steht die Leitung 13 mit den Kathoden in Verbindung. Das verbrauchte sauerstoffhaltige Gasmay be included. Inside the cell 11 is the line 13 with the cathodes in Link. The consumed oxygen-containing gas

verschieden, und da das in jede Zelle und aus dieser strömende Amalgam elektrisch leitend ist, ist es notwendig, das Amalgam in jeder Zelle, wie der Zelledifferent, and since the amalgam flowing into and out of each cell is electrically conductive, it is necessary to the amalgam in every cell, like the cell

11, von dem in irgendeiner anderen Zelle zu isolie- 20 wird durch Leitung 17 von dem System abgezogen, ren, um Kurzschluß zu verhindern. Dies wird dadurch Wie oben angegeben, ist der in der Zersetzungs11, to be isolated from that in any other cell- 20 is withdrawn from the system through line 17, to prevent short circuits. This is as stated above, is the one in the decomposition

zelle verwendete Elektrolyt eine wäßrige Lösung von Metallhydroxyd, dessen Konzentration in der Zelle zufolge der an den Elektroden erfolgenden elektro-cell used electrolyte an aqueous solution of metal hydroxide, its concentration in the cell according to the electro-

erreicht, daß man den Amalgamstrom vor und nach jeder Zelle durch geeignete Mittel, beispielsweise ein Ventil oder eine Brausevorrichtung, unterbricht. Zuachieves that the amalgam flow before and after each cell by suitable means, for example a Valve or shower device, interrupts. to

diesem Zweck ist die Amalgameinlaßleitung 12 und 25 chemischen Umsetzungen steigt. Um eine gewünschte die Auslaßleitung 16 für verbrauchtes Amalgam mit Temperatur und Konzentration des Elektrolyten infor this purpose the amalgam inlet line 12 and 25 chemical conversions rise. To get a desired the outlet line 16 for spent amalgam with temperature and concentration of the electrolyte in

den Amalgamunterbrechern 24 bzw. 23 ausgestattet.the amalgam interrupters 24 and 23 respectively.

Eine zweckmäßige Vorrichtung für einen Unterbrecher ist eine Brausevorrichtung, die in dem Unter-A useful device for a breaker is a shower device, which is in the lower

der Zelle zu erhalten, wird der Elektrolyt zweckmäßig durch äußere Mittel in Umlauf gebracht, beispielsweise, indem man ihn von der Zelle durch Leitungthe cell, the electrolyte is expediently circulated by external means, for example, by getting him from the cell by conduction

brecher angeordnet ist und durch die der kontinuier- 30 37 mit dem darin angeordneten Kühler 38 und von liehe Amalgamstrom durch eine Anzahl öffnungen dort mittels der Pumpe 39 in Leitung 14 pumpt.Crusher is arranged and through which the continuous 30 37 with the cooler 38 arranged therein and of The amalgam flow is pumped through a number of openings there by means of the pump 39 in the line 14.

geleitet wird, so daß er in kleine diskrete Teilchen unterteilt wird, zwischen denen kein elektrischer Kontakt vorhanden ist, und dann wieder als zusam-is conducted so that it is divided into small discrete particles, between which there is no electrical Contact is present, and then again as a collective

Wenn die Konzentration an Metallhydroxyd den gewünschten Wert erreicht hat, wird Elektrolyt als Verfahrensprodukt durch Leitung 18 mit dem darinWhen the concentration of metal hydroxide has reached the desired value, electrolyte is used as Process product through line 18 with the therein

menhängender Amalgamstrom von den Unter- 35 angeordneten Kühler 41 von der Zelle abgezogen.Quantity-dependent amalgam flow is drawn from the lower cooler 41 from the cell.

brechern 24 und 23 abfließen kann. Andere geeignete Wenn Elektrolyt als Verfahrensprodukt von derbreakers 24 and 23 can flow away. Other suitable If electrolyte as a process product of the

Vorrichtungen zur Unterbrechung des in die und aus den Zellen strömenden Amalgams sind zwei automatisch regulierte Ventile in den Leitungen 12 undDevices for interrupting the amalgam flowing in and out of the cells are two automatic regulated valves in lines 12 and

Zelle abgezogen oder Wasser durch die elektrochemischen Umsetzungen verbraucht wird, ist es erforderlich, wieder Wasser zuzusetzen, um denCell is withdrawn or water is consumed by the electrochemical reactions, it is necessary to add more water to the

16. Diese Ventile sind koaxial gelagert und werden 40 Elektrolyten in der Zelle auf dem gewünschten automatisch derart betrieben, daß der Amalgamstrom Niveau zu halten, und dieses Wasser wird zweckunterbrochen wird, wenn er von dem oberen zu dem mäßig durch Leitung 14 zugesetzt, die mit der Hauptunteren Ventil strömt. Bei einer solchen Ventil- wasserleitung 36 verbunden ist. Wasserstoff, der sich vorrichtung öffnet sich das obere Ventil, wenn sich durch Zersetzung des Natriumamalgams bilden kann, das untere schließt, so daß sich zwischen ihnen ein 45 wird durch Ablaßleitung 40 in die Atmosphäre abge-Amalgampfropfen bildet. Das obere Ventil schließt lassen.16. These valves are coaxial and will have 40 electrolytes in the cell on the desired operated automatically to maintain the amalgam flow level, and this water is purposely interrupted is when added from the upper to the moderately through line 14 connecting with the main lower Valve flows. In such a valve water line 36 is connected. Hydrogen that is device opens the upper valve when the decomposition of sodium amalgam can form, the lower one closes so that there is a 45 amalgam droplets through discharge line 40 into the atmosphere between them forms. Let the upper valve close.

sich dann automatisch zur gleichen Zeit, wenn sich Der in jeder Zersetzungszelle erzeugte elektrischethen automatically at the same time as the electrical generated in each decomposition cell

das untere öffnet, und während das Amalgam durch Strom wird von dieser durch schematisch als 21 α und das untere Ventil strömt, ist der Kontakt zwischen 21 b dargestellte Leitungen abgezogen, die die elekbeiden Ventilen sowie zwischen dem durch die Lei- 50
tungen 12 und 16 strömenden Amalgam unterbrochen. Überschüssiges Amalgam, das sich in dem
oberen Unterbrecher 24 ansammeln kann, wird
zweckmäßig von dort durch die Uberflußleitung 20
dem unteren Unterbrecher 23 zugeleitet. 55the lower one opens, and while the amalgam is flowing by current from this through schematically as 21 α and the lower valve, the contact between 21 b lines shown, the two valves as well as between the lines through the line 50
lines 12 and 16 interrupted flowing amalgam. Excess amalgam in the
upper breaker 24 can accumulate, will
expediently from there through the overflow line 20
fed to the lower interrupter 23. 55

Der Zweck der in jeder Amalgamzuführungsleitung, wie 12, angeordneten Lochplatte ist es, in Leitung 12 einen starken Druckabfall vorzusehen, um eine gute Verteilung des Amalgams zu irgend-The purpose of the perforated plate arranged in each amalgam supply line such as 12 is to in Line 12 to provide a strong pressure drop in order to ensure good distribution of the amalgam

trischen Auslaufe der in der Zelle parallel- oder hintereinandergeschalteten Anoden oder Kathoden sind. Gemäß einer bevorzugten Durchführungsform und wenn es erwünscht ist, aus jeder Zelle einen Strom hoher Stromstärke zu gewinnen, werden die einzelnen Anoden und Kathoden innerhalb der Zelle parallel geschaltet. Wenn ein Strom mit verhältnismäßig hoher Spannung erwünscht ist, werden die einzelnen Zellen außen in Serie geschaltet, und die elektrische Energie wird durch schematisch durchtric outlets of the anodes or cathodes connected in parallel or one behind the other in the cell are. In a preferred embodiment, and if desired, one from each cell The individual anodes and cathodes within the cell are used to generate electricity with high amperage connected in parallel. If a relatively high voltage current is desired, the individual cells are connected outside in series, and the electrical energy is passed through schematically

einer anderen energieliefernden Zelle, die aus der 60 die Bezugszahl 21 dargestellte Leitungen dem elekyollständigen Batterie bestehen kann, zu gewähr- irischen Stromkreis der Elektrolyseanlage zugeleitet.another energy-supplying cell, the lines shown in FIG Battery can exist, fed to the electrical circuit of the electrolysis system.

F i g. 2 veranschaulicht das Innere der Natrfumamalgamzersetzungszelle 11, wie sie zweckmäßig in dem Verfahren dieser Erfindung verwendet wird.F i g. Fig. 2 illustrates the inside of the sodium fumamalgam decomposition cell 11 as suitably used in the method of this invention.

leisten.Afford.

Das Amalgam wird, während es durch die erwähnten Leitungen 19, 12, 16 und 26 strömt, vorzugsweise unter einer inerten Atmosphäre, wie Stickstoff, 65 Gemäß F i g. 2 wird die stromliefernde Zersetzungsgehalten. Die Hauptleitung, durch die Stickstoff bei- zelle 11, wie auch oben angegeben, durch die Leispielsweise in das System eingeleitet wird, ist als Leitung 31 dargestellt, die ihrerseits mit den LeitungenThe amalgam, as it flows through the aforementioned conduits 19, 12, 16 and 26, becomes preferential under an inert atmosphere such as nitrogen, 65 According to FIG. 2 the current-supplying decomposition is held. The main line, through the nitrogen cell 11, as also indicated above, through the example is introduced into the system, is shown as line 31, which in turn with the lines

tung 12, 13 und 14 mit den Hauptreaktionsteilnehmern Natriumamalgam von der Elektrolyseanlage,device 12, 13 and 14 with the main reactants sodium amalgam from the electrolysis plant,

gasförmigem kathodischen Reaktionsteilnehmer bzw. dessen wäßrigem Medium beliefert. Durch die Hauptauslaßleitung 16,17 und 18 wird verbrauchtes Amalgam, verarmter kathodischer Reaktionsteilnehmer und wäßrige Metallhydroxydlösung von der Zelle abgezogen, und durch Leitung 37 wird Elektrolyt, der durch äußere Mittel in Umlauf gebracht werden soll, von der Zelle abgezogen. Quer über den oberen Teil des Zellkörpers 11 sind Trägerstangen 57 und 58 angeordnet, die auf Gummidichtungen 81 aufliegen und mit denen durch eine Verschweißung oder andere geeignete Mittel eine Anzahl Stahlanodenanordnungen, von denen jede mit der Bezugszahl 61 bezeichnet ist, und eine Anzahl von Kathodenanordnungen, von denen jede mit der Bezugszahl 62 bezeichnet ist, verbunden sind. Die vertikalen Anoden- und Kathodenanordnungen sind alternierend parallel geschaltet und mit Abstandhaltern 50 und 82 aus Kunststoff ausgestattet, durch die sie in ihrer Lage gehalten werden. Jede Kathodenanordnung 62 dient als Kathode für jede der auf jeder ihrer Seiten angeordneten Anoden. Luft oder ein anderes sauerstoffhaltiges Gas wird in eine innerhalb der Kathodenanordnung angeordnete Kammer eingeleitet, die über eine nicht dargestellte, die Lufteinlaßleitung 13 mit dem unteren Teil der Kathodenanordnung bei 60 verbindende Leitung mit Luft beliefert wird. Die Kathodenanordnung ist so beschaffen, daß Sauerstoff durch die Kathodenplatten diffundiert, so daß er mit dem an jeder Seite der Anodenplatte 51 von dem Amalgamverteiler 53 herabfließenden Amalgam in Berührung gebracht wird. Die verbrauchte Luft strömt von der Kathodenanordnung durch Leitung 70 ab, die mit dem oberen Ende der Kathodenanordnung verbunden ist und von dort zum Luftauslaß 17 führt.gaseous cathodic reactant or its aqueous medium supplied. Through the main outlet line 16, 17 and 18 becomes spent amalgam, depleted cathodic reactant and aqueous metal hydroxide solution is withdrawn from the cell, and electrolyte is added through line 37, to be circulated by external means is withdrawn from the cell. Across the top Support rods 57 and 58, which rest on rubber seals 81, are arranged in part of the cell body 11 and with which by welding or other suitable means a number of steel anode assemblies, each of which is indicated by the reference numeral 61 and a number of cathode assemblies, each of which is indicated by the reference numeral 62 are connected. The vertical anode and cathode assemblies are alternately connected in parallel and made with spacers 50 and 82 Plastic that holds them in place. Each cathode assembly 62 serves as a cathode for each of the anodes arranged on each of its sides. Air or another oxygen-containing Gas is introduced into a chamber located within the cathode assembly, which has a not shown, the air inlet conduit 13 with the lower part of the cathode assembly at 60 connecting line is supplied with air. The cathode assembly is designed to allow oxygen diffused through the cathode plates so that it connects with the one on either side of the anode plate 51 of the Amalgam distributor 53 is brought into contact with flowing amalgam. The stale air flows from the cathode assembly through conduit 70 connected to the top of the cathode assembly is connected and from there to the air outlet 17 leads.

Im unteren Teil der Zelle 11 ist die Leitung 71 angeordnet, die eine Verlängerung der Wassereinlaßleitung 14 oder eine damit verbundene eigene Leitung sein kann. Um eine wirksame Zirkulation von wäßrigem Medium in der Zelle zu erhalten und unerwünschte lokale Erhitzungen oder Konzentrierungen von Metallhydroxyd zu verhindern, enthält die Leitung 71 vorzugsweise Öffnungen 72, mittels derer zuströmendes wäßriges Medium gleichmäßig in der ganzen Zelle verteilt werden kann. Um die Temperatur und die Konzentration an Elektrolyten weiterhin zu steuern, kann die Zelle 11 mit Kühlschlangen 73 oder anderen geeigneten Mitteln zum Kühlen und Rühren, die innerhalb eines Rohres angeordnet sind, ausgestattet sein.In the lower part of the cell 11, the line 71 is arranged, which is an extension of the water inlet line 14 or its own line connected to it. To ensure effective circulation of aqueous Medium in the cell and unwanted local heating or concentrations To prevent metal hydroxide, the line 71 preferably contains openings 72 by means of which the inflow aqueous medium can be distributed evenly throughout the cell. About the temperature and to continue to control the concentration of electrolytes, the cell 11 can be equipped with cooling coils 73 or other suitable means for cooling and stirring, which are arranged within a pipe, be equipped.

Das verbrauchte Amalgam von jeder Anodenplatte setzt sich am Boden der Zelle ab, und da die Bodenfläche der Zelle geneigt ist, strömt das Amalgam durch sein Gewicht zur Auslaßleitung 16 und wird dann, wie oben im Zusammenhang mit F i g. 1 beschrieben, zu der Elektrolyseanlage zurückgeleitet.The spent amalgam from each anode plate settles on the bottom of the cell, and there the bottom surface the cell is inclined, the amalgam flows by its weight to the outlet conduit 16 and becomes then, as above in connection with FIG. 1, returned to the electrolysis system.

Innerhalb der Zelle sind die Anoden und Kathoden in üblicher Weise parallel geschaltet, um die gewünschte hohe Stromstärke zu erzielen, wobei die die Anoden untereinander verbindenden Leitungen mit der Elektrodenendleitung21« und die jede der Kathoden verbindenden Leitungen mit der Elektrodenendleitung 21 b verbunden sind. Die übrigen Zellen der vollständigen Batterie sind im wesentlichen gleich der Zelle 11 und haben entsprechende elektrische Endleitungen 21 α und 21 b, und die einzelnen Zellen sind in üblicher Weise hintereinandergeschaltet, wenn ein Strom mit hoher Spannung erwünscht ist.Within the cell, the anodes and cathodes are connected in parallel in conventional manner, in order to achieve the desired high current intensity, wherein the connecting lines to the Elektrodenendleitung21 "and each of the cathode lines connecting the anodes interconnected b with the Elektrodenendleitung 21st The remaining cells of the complete battery is substantially equal to the cell 11 and have corresponding electrical terminals lines 21 α and 21 b, and the individual cells are connected in series in a conventional manner, when a current is desired at a high voltage.

Die Erfindung soll im folgenden an Hand eines Beispiels näher erläutert werden.
5 The invention is to be explained in more detail below using an example.
5

example 1

Gemäß diesem Beispiel wird einem deNora-Quecksilberelektrolyseverfahren mit horizontaler Anordnung durch die Natriumamalgam-Sauerstoff-Batterie,According to this example, a deNora mercury electrolysis process with a horizontal arrangement through the sodium amalgam-oxygen battery,

ίο wie sie in den Zeichnungen dargestellt ist, Strom zugeleitet. Die Chlorerzeugungsanlage, von der die Angaben dieses Beispiels erhalten wurden, besteht aus 113 einzelnen, außen in Serie geschalteten Elektrolysezellen. In jeder Elektrolysezelle wird eine gesättigte wäßrige Natriumchloridlösung bei einer Temperatur von etwa 90° C auf einer schwach geneigten Fläche mit einstellbaren Graphitanoden, die etwa 2 mm über einer dünnen Schicht Quecksilber angeordnet sind, das langsam vom oberen zum unteren Ende der Zelle zufolge seines Gewichtes, gemäß einer üblichen Technik, fließt, elektrolysiert. Jede der 113 Elektrolysezellen arbeitet bei 40 000 A mit einem Potentialgefälle über die vollständige Zellenanordnung von 509 V. Von einer äußeren Quelle wird 86 dieser Chlor erzeugenden Elektrolysezellen Strom zugeleitet mit einem Potentialgefälle über die 86 Zellen von 387 V, was eine Stromquelle von 40 000 A und 120 V zum Betrieb der restlichen 27 Elektrolysezellen erforderlich macht. Um den erforderlichen Strom von 40 000 A zu erzeugen, wird die chlorerzeugende Elektrolyseanlage mit einer Batterieanlage kombiniert, die 116 stromliefernde Zellen umfaßt, die jede gleich der oben beschriebenen Zelle 11 ist. Jede Zelle 11 ist mit 51 Anodenanordnungen 61 und 50 Kathodenanordnungen 62, d. h. insgesamt 100 Elektrodenpaaren ausgestattet. Die Anodenplatten 51 bestehen aus Stahl mit einem Kohlenstoffgehalt von weniger als 0,1 Gewichtsprozent, die jede eine Dicke von etwa 0,27 cm haben. Jede Seite einer Anodenplatte 51 hat eine Fläche von 37 dm², so daß die Anodenoberfläche jeder Zelle 3700 dm² beträgt, so daß 3700 dm² Amalgamoberfiäche je Zelle während des Betriebs der Zelle angewandt werden können. Jede Kathodenplatte besteht aus porösem Kohlenstoff mit einer Silbersalzkonzentration von etwa 0,1 Gewichtsprozent und hat eine Dicke von etwa 0,5 cm. Jede Seite der Kathodenplatte hat ebenfalls eine Fläche von 37 dm², so daß jede Zelle eine Kohlenstoffkathodenoberfläche von 3700 dm^a hat. Gemäß dem Verfahren dieses Beispiels werden elf der 116 Zellen der Batterie als Ersatz verwendet, um die Konzentration des aus der Batterie abfließenden Amalgams an Natrium zu steuern, und werden auch eingesetzt, sobald es erforderlich wird, irgendeine der in Betrieb befindlichen Zellen der Batterie abzuschalten, um die Elektroden zu ersetzen oder die Zellen zu reinigen. In einem solchen System wird je Elektrodenpaar ein direkter Strom von etwa 400 A und 1,16 V erzeugt, und durch Parallelschaltung der Elektroden in den Zellen wird durch jede der 105 in Betrieb befindlichen Zellen ein Strom von 40 000 A und 1,16 V erzeugt. Um einen Strom von 40 000 A mit 122 V für eine Gesamtenergie von 4880 kW, wie er für die Chlor erzeugende Elektrolyseanlage erforderlich ist, zu erzeugen, sind die 105 in Betrieb befindlichen Zellen der Batterie außen in an sich bekannter Weise in Serie geschaltet. In der vollständigen Batterie, wie sie bei dem Verfahren dieses Bei-ίο as shown in the drawings, power is supplied. The chlorine production plant from which the information in this example was obtained consists of 113 individual electrolysis cells connected externally in series. In each electrolysis cell, a saturated aqueous sodium chloride solution at a temperature of about 90 ° C is placed on a gently sloping surface with adjustable graphite anodes, which are arranged about 2 mm above a thin layer of mercury, which slowly moves from the top to the bottom of the cell due to its weight, according to a common technique, flows, electrolyzes. Each of the 113 electrolysis cells operates at 40,000 A with a potential gradient of 509 V across the entire cell arrangement. 86 of these chlorine-generating electrolysis cells are supplied with electricity from an external source with a potential gradient of 387 V across the 86 cells, which equates to a power source of 40,000 A. and 120 V to operate the remaining 27 electrolysis cells required. In order to generate the required current of 40,000 A, the chlorine-generating electrolysis system is combined with a battery system which comprises 116 current-supplying cells, each of which is the same as the cell 11 described above. Each cell 11 is equipped with 51 anode arrangements 61 and 50 cathode arrangements 62, ie a total of 100 electrode pairs. The anode plates 51 are made of steel with a carbon content of less than 0.1 percent by weight, each having a thickness of about 0.27 cm. Each side of an anode plate 51 has an area of 37 dm ² so that the anode surface area of each cell is 3700 dm ² , so that 3700 dm ^{2 of} amalgam surface per cell can be applied during operation of the cell. Each cathode plate is made of porous carbon with a silver salt concentration of about 0.1 percent by weight and is about 0.5 cm thick. Each side of the cathode plate also has an area of 37 dm ² , so that each cell has a carbon ^{cathode surface of 3700 dm a} . Following the procedure of this example, eleven of the battery's 116 cells are used as backups to control the concentration of sodium in the amalgam draining from the battery and are also used whenever it becomes necessary to shut down any of the operating cells of the battery. to replace the electrodes or to clean the cells. In such a system, a direct current of approximately 400 A and 1.16 V is generated per pair of electrodes, and 40,000 A and 1.16 V of current is generated through each of the 105 operating cells by connecting the electrodes in parallel . In order to generate a current of 40,000 A with 122 V for a total energy of 4880 kW, as is required for the chlorine-generating electrolysis system, the 105 operating cells of the battery are connected in series in a manner known per se. In the complete battery, as used in the procedure of this case

809 539/354809 539/354

spiels verwendet wird, ist jede der 116 Zellen mit im wesentlichen der gleichen Apparatur, wie sie in F i g. 1 schematisch dargestellt ist, zusammengepaßt, und jede ist mit der Amalgamverteilerleitung 19, der Luftverteilerleitung 34 und der Leitung 26 für verbrauchtes Amalgam verbunden. Außerdem ist jede Zelle mit einem oberen Amalgamunterbrecher 24, einem unteren Amalgamunterbrecher 23, äußeren Mitteln, um Elektrolyten umlaufen zu lassen, die aus Leitung 37, Kühler 38 und Pumpe 39 bestehen, einem Wasserstoffablaß 40, einem Wassereinlaß 36 usw. ausgestattet. Jede Zelle enthält die obenerwähnten 100 Elektrodenpaare der in F i S₁. 2 veranschaulichten Art.is used, each of the 116 cells is equipped with essentially the same apparatus as that shown in FIG. 1, mated and each connected to the amalgam manifold 19, the air manifold 34 and the spent amalgam conduit 26. In addition, each cell is provided with an upper amalgam breaker 24, a lower amalgam breaker 23, external means for circulating electrolytes consisting of line 37, cooler 38 and pump 39, a hydrogen drain 40, a water inlet 36 and so on. Each cell contains the above-mentioned 100 pairs of electrodes in the F i _S1. 2 illustrated Art.

Bei Inbetriebnahme des Verfahrens wird jede Zelle 11 mit Verfahrenswasser gefüllt, das mit der Temperatur der Umgebung, d. h. etwa 27° C, durch Leitung 14 zugeleitet wird, so daß die Stahlanodenplatten 51 und die Kohlenstoffkathodenplatten vollständig darin eintauchen. Die vertikalen Anoden- und Kathodenanordnungen sind voneinander beabstandet, so daß ein mit Elektrolyt gefüllter Spalt von etwa 0,625 cm zwischen ihnen liegt.When the process is started up, each cell 11 is filled with process water that corresponds to the temperature the environment, d. H. about 27 ° C, is fed through line 14, so that the steel anode plates 51 and the carbon cathode plates completely immerse yourself in it. The vertical anode and cathode assemblies are spaced from each other, so that there is an electrolyte-filled gap of about 0.625 cm between them.

Amalgam mit einem Gehalt von 0,25 Gewichtsprozent Natrium, das an der Quecksilberkathode der chlorerzeugenden Elektrolyseanlage gebildet wurde, wird mit einer Geschwindigkeit von 1 835 000 kg/Std. durch die Verteilerleitung 19 gepumpt, so daß die Geschwindigkeit, mit der Natriumamalgam durch die einzelnen Zelleinlässe 12 der 105 in Betrieb befindliehen Zellen fließt, 17 500 kg/Std. beträgt. Das Amalgam fließt durch die oberen Amalgamunterbrecher und von dort in eine Leitung, worin es durch die Verteiler 53 und über die 51 vertikalen Stahlanodenplatten in jeder Zelle fließt. Während des Be- triebs der Zelle reagiert das Natrium des Natriumamalgams, während es über die Anodenplatten strömt, und bildet zufolge der elektrochemischen Umsetzung Natriumionen. Das abströmende Amalgam, das etwa 0,05 Gewichtsprozent Natrium enthält, sammelt sich am Boden der Zelle, fließt durch die in der Auslaßleitung 16 für verbrauchtes Amalgam angeordnete Falle und den unteren Unterbrecher 23 in die Amalgamabflußleitung 26 und zu einem nicht dargestellten Sammler und wird schließlich nach Bedarf wieder in die chlorerzeugende Elektrolyseanlage zurückgeleitet. Verbrauchtes Amalgam wird von jeder Zelle mit einer Geschwindigkeit von 450 kg/Std. abgezogen, so daß durch Leitung 26 insgesamt 1 830 000 kg/Std. strömen.Amalgam with a content of 0.25 percent by weight sodium, which is attached to the mercury cathode of the chlorine-generating electrolysis system is formed at a rate of 1,835,000 kg / hour. pumped through the manifold 19 so that the rate at which the sodium amalgam through the individual cell inlets 12 of the 105 cells in operation, 17,500 kg / hour. amounts to. That Amalgam flows through the upper amalgam breaker and from there into a line, in which it flows through the manifolds 53 and 53 flows over the 51 vertical steel anode plates in each cell. During the loading As the cell moves, the sodium in the sodium amalgam reacts as it passes through the anode plates flows, and forms sodium ions as a result of the electrochemical conversion. The flowing amalgam, which contains about 0.05 percent by weight sodium, collects at the bottom of the cell, flows through it the trap located in the exhaust line 16 for spent amalgam and the lower breaker 23 into the amalgam discharge line 26 and to a collector, not shown, and is finally fed back into the chlorine-generating electrolysis system as required. Spent amalgam is fed from each cell at a rate of 450 kg / hour. withdrawn, so that through line 26 a total of 1,830,000 kg / hour stream.

Unter niedrigem Druck stehende Luft, d. h. Luft von etwa 1,26 Atmosphären, wird mit einer Geschwindigkeit von 17 800 kg/Std. durch die Verteilerleitung 34 gepumpt und mit einer Geschwindigkeit von 170 kg/Std. durch die Luftzufuhrleitung 13 in jede Zelle geleitet. Die Luft strömt aus Leitung 13 in eine in jeder Kathodenanordnung 62 enthaltene Luftzufuhrkammer. Unter diesen Bedingungen enthält die Luft, die durch Auslaßleitung 17 aus dem System austritt, etwa 15 Molprozent Sauerstoff. Die Strömungsgeschwindigkeit von verbrauchter Luft durch Leitung 17 beträgt 158 kg/Std. Die verbrauchte Luft wird bei Atmosphärendruck, d. h. einem Druck von 1,03 Atmosphären, und mit einer Temperatur von etwa 82° C von dem System abgezogen. Wasserstoff, der sich bei der Zersetzung des Natriumamalgams bildet, wird durch Leitung 40 mit einer Geschwindigkeit von etwa 0,06 kg/Std. abgezogen.Air under low pressure, i. H. Air of about 1.26 atmospheres, is moving at a velocity from 17 800 kg / h pumped through the manifold 34 and at a rate from 170 kg / hour passed through the air supply line 13 into each cell. The air flows in from line 13 an air supply chamber contained in each cathode assembly 62. Under these conditions, the Air exiting the system through outlet line 17, about 15 mole percent oxygen. The flow rate of stale air through line 17 is 158 kg / hr. The used air is at atmospheric pressure, i. H. a print of 1.03 atmospheres, and withdrawn from the system at a temperature of about 82 ° C. Hydrogen, formed upon decomposition of the sodium amalgam is passed through line 40 at a rate of about 0.06 kg / hour. deducted.

Die Temperatur des wäßrigen Mediums und diejenige, bei der die elektrochemischen Umsetzungen erfolgen, beträgt etwa 93° C. Die Temperatur in der Zelle wird mittels darin angeordneter Kühlschlangen bei etwa 93° C gehalten. Um die Temperatur und die Konzentration des Elektrolyten noch besser zu steuern und dadurch Temperatur- und Konzentrationsgradienten zu vermeiden, wird Elektrolyt von außen in Umlauf gebracht, indem man ihn von der Zelle durch Leitung 37, Kühler 38, in dem er auf etwa 66° C gekühlt wird, pumpt und dann durch Leitung 14 zu der Zelle zurückleitet, worin er mittels des Rohres 71 mit den Öffnungen 72 in der Zelle verteilt wird. Um das durch die elektrochemischen Umsetzungen verbrauchte Wasser zu ersetzen und die Konzentration des Elektrolyten an Natriumhydroxyd bei etwa 50% zu halten, wird Wasser mit der Temperatur der Umgebung durch Leitung 14 mit einer Geschwindigkeit von etwa 67,5 kg/Std. je Zelle zugeleitet. Die Strömungsgeschwindigkeit des umlaufenden Elektrolyten beträgt etwa 1260 kg/Std. 5O°/oige Natriumhydroxydlösung fließt am oberen Ende der Zelle über, wird von dort durch Leitung 18 abgezogen und auf etwa 60° C gekühlt und dann in Lagerungstanks gepumpt. Die 5O°/oige Natriumhydroxydlösung wird von der Batterie abgezogen und mit einer Geschwindigkeit von etwa 121,5 kg/Std. je Zelle als Endprodukt abgezogen.The temperature of the aqueous medium and that at which the electrochemical reactions is about 93 ° C. The temperature in the cell is determined by means of cooling coils arranged in it held at about 93 ° C. To make the temperature and concentration of the electrolyte even better control and thereby avoid temperature and concentration gradients is electrolyte circulated from the outside by taking it from the cell through line 37, cooler 38 in which it is on about 66 ° C is cooled, pumped and then returned through line 14 to the cell, wherein it by means of of the tube 71 with the openings 72 is distributed in the cell. To do that through the electrochemical Reactions to replace consumed water and the concentration of the electrolyte to sodium hydroxide Keeping it at about 50%, water will be with the temperature of the environment through line 14 with a speed of about 67.5 kg / hour. forwarded per cell. The flow rate of the circulating Electrolyte is about 1260 kg / hour. 50% sodium hydroxide solution flows at the top End of the cell over, is withdrawn from there through line 18 and cooled to about 60 ° C and then pumped into storage tanks. The 50% sodium hydroxide solution is withdrawn from the battery and at a rate of about 121.5 kg / hour. deducted as the end product per cell.

Claims

Patent claims:

1. Process for the recovery of the cell containing an alkali halide, in which a Mercury cathode is used by electrolysis of a solution containing metal ions formed alkali metal is amalgamated by this mercury, formed amalgam, wherein the metal amalgam thus formed is fed to an amalgam decomposition cell and there as anodic reactant is used, while an oxygen-containing gas is used as the cathodic Reactant is used so that through the anodic transformation of the amalgamated Metal to alkali ions and the cathodic conversion of oxygen with water with the formation of hydroxyl ions electrical Electricity is generated and the electric current in the electrolytic cell as a source of electrical energy is used, characterized in that the alkali hydroxide concentration of the aqueous electrolyte in the amalgam decomposition cell between about 22 and about 70 percent by weight and the temperature of the electrolyte between about 38 and about 150 ° C is held.

2. The method according to claim 1, characterized in that sodium chloride is used as the alkali halide used and formed in the electrolysis cell gaseous chlorine and that the concentration of the sodium hydroxide in the amalgam decomposition cell is maintained at about 50 percent by weight will.

Publications considered: German Auslegeschriften No. 1 094 722, 099 515.

1 sheet of drawings