Brevet FR2099639A1 — publié le 19720317

La présente invention concerne une cellule d'électrolyse à diaphragme destinée à 1'électrolyse de solutions aqueuses» Dans de nombreux procédés qui permettent d'obtenir 5 des produits chimiques par électrolyse de solutions aqueuses, il est nécessaire de séparer, à l'intérieur de la cellule d'électrolyse les compartiments cathodique et anodique par line paroi poreuse appelée diaphragme. Le diaphragme a pour but de contrôler les courants d'électrolytes de façon à 10 empêcher un mélange des substances liquides et gazeuses formées à l'anode et à la cathode. D'un autre côté il doit permettre le transport nécessaire pour 1'électrolyse, des ions entre les électrodes. Il est par suite nécessaire d'utiliser des diaphragmes possédant des pores suffisamment fins pour que 15 les petites bulles de gaz se formant dans les compartiments cathodique et anodique ne puissent traverser ces pores, la section totale des pores par unité de surface du diaphragme - appelée par la suite "surface libre des pores" - devant en même temps être suffisamment grande pour qu'un transport 20 d'ions suffisant à travers le diaphragme soit possible. Dans divers procédés d'électrolyse le diaphragme a en outre pour but de fonctionner comme un "redresseur", c'est-à-dire de ne laisser passer avec la solution d'électrolyte que les cations ou les anions. Il est alors nécessaire que 25 l'électrolyte ne s'écoule à travers le diaphragme que d'un côté seulement, en direction opposée à celle des ions à retenir. Dans ces cas là la surface libre des pores doit être suffisamment petite pour que la vitesse du courant 50 d'électrolyte à l'intérieur des pores soit plus grande que la vitesse de diffusion des ions à retenir. La solution d'électrolyte et les produits qui se forment au cours de 11électrolyse sont en général agressifs. Pour les diaphragmes on ne peut utiliser par conséquent que 35 des matériaux qui sont chimiquement stables vis-à-vis des substances présentes dans les compartiments cathodique et anodique. Pour diminuer les pertes ohmiques dans l'électrolyte, de nombreuses électrolyses sont effectuées à des 40 températures d'environ 80 - 100°C. Dans ces cas là le diaphragme 71 27660 2 2099639 doit être aussi stable à la chaleur d'une manière correspondante» Jusqu'à présent il était usuel d'utiliser pour la fabrication des diaphragmes des substances poreuses comme, par exemple, l'amiante, la terre cuite ou le ciment. Récemment 5 on a fabriqué des diaphragmes à partir de tissus synthétiques, dont la microporosité était obtenue par un traitement spécial du tissu, par exemple, par laminage, par pressage en plusieurs couches, par rétrécissement ou par enduction avec des suspensions poreuses. Les diaphragmes fabriqués selon les méthodes 10 connues ont cependant différentes propriétés qui influencent défavorablement le procédé d'électrolyse. Ainsi n'est-il pas possible de fabriquer des diaphragmes présentant des pores de forme, de grosseur et de surface libre régulières et exactement définies. La constitution défavorable des pores 15 des diaphragmes usuels a pour conséquence que, dans les pores qui présentent une grande ouverture et qui se rétrécissent à l'intérieur du diaphragme, les bulles de gaz peuvent s'engager et obstruer ceux-ci. Par ailleurs de trop petits pores peuvent être obstrués par des petites particules solides 20 qui sont des impuretés de l'électrolyte. De ce. fait la perméabilité du diaphragme au cours du fonctionnement est toujours irrégulière et inférieure et il doit éventuellement être remplacé après seulement quelques semaines ou quelques mois. 25 De plus les pores des diaphragmes connus ne sont ni droits ni perpendiculaires à la surface extérieure du diaphragme, ce qui correspond à un long parcours liquide et par suite à une chute de tension importante dans l'électrolyte. Enfin des diaphragmes de ce genre ne peuvent être utilisés 30 que dans des épaisseurs relativement grandes, étant donné qu'ils ne possèdent qu'une faible résistance mécanique ou qu'ils ne peuvent être transformés pour des raisons techniques de fabrication en plaques minces ou en feuilles. Cela agit également défavorablement sur la tension nécessaire pour 35 1'électrolyse et par suite sur la consommation de courant. La présente invention a pour but de permettre 11électrolyse de solutions aqueuses au moyen de diaphragmes qui se caractérisent par un niveau de séparation élevé pour les produits d'électrolyse, une longue durée de fonctionnement 40 et une faible chute de tension. 71 27660 3 2099639 Selon la présente invention on utilise comme diaphragmes des plaques minces ou des feuilles perforées au moyen de rayonnements d'électrons. Selon une forme particulière de réalisation de l'invention le diaphragme possède 5 sur toute la surface active des pores de dimensions identiques et une surface libre des pores par unité de surface constante. Selon une autre forme de réalisation de l'invention le diaphragme peut être réalisé de façon telle que, selon une indication donnée, il présente une dimension de pores 10 variable de façon continue ou par paliers et une surface libre des pores par unité de surface variable de façon continue ou par paliers. Selon une autre forme de réalisation de l'invention, le diaphragme se compose de deux ou plusieurs couches-des matériaux différents. 15 Les avantages obtenus avec l'invention trouvent leur origine dans le fait que les diaphragmes perforés au moyen de rayonnements d'électrons possèdent des pores qui traversent le diaphragme en étant droits et parallèles entre eux et de préférence perpendiculaires au plan du diaphragme. 20 En plus de la longueur réduite des pores, le diaphragme selon l'invention a l'avantage de permettre la réalisation de dimensions de pores et de surface libre des pores par unité de surface dans tous les domaines de dimensions utilisés pour les différents procédés d'électrolyse selon des mesures 25 données. Un autre avantage de l'utilisation de diaphragmes perforés au moyen de rayonnements d'électrons est le fait que tous les matériaux métalliques et non métalliques qui peuvent être mis sous la forme de tôles, de plaques minces 30 ou de feuilles conviennent pour la réalisation de tels diaphragmes. On dispose aussi pour les différents procédés d'électrolyse, pour lesquels il existe des exigences très différentes concernant les matériaux, un choix considérable de matériaux. Le diaphragme selon l'invention peut: également 35 se composer de deux couches, l'une des couches étant en un matériau particulièrement résistant vis-à-vis des produits présents dans le compartiment anodique, l'autre couche étant en un matériau particulièrement résistant aux produits présents dans le compartiment cathodique. Enfin il est également avan- 71 27660 4 2099639 tageux que le matériau n'ait "besoin de posséder aucune propriété hydrophile naturelle. Ainsi est supprimé 1'"effet de mèche" gênant aux bords du diaphragme qui rend très compliqué le calfeutrage des diaphragmes conventionnels vers l'extérieur. 71 2766Û 5 2099639 REVENDICATIONS 1.- Cellule d'électrolyse à diaphragme, caractérisée par un diaphragme obtenu par perforation au moyen de rayonnements d'électrons. 5 2.- Cellule d'électrolyse selon la revendication 1, caractérisée en ce que la section libre du diaphragme correspond à la concentration locale de l'électrolyte. 3»- Cellule d'électrolyse selon la revendication 2, caractérisée en ce que la section libre du diaphragme augmente 10 quand la concentration de l'électrolyte sur la surface du diaphragme décroît. 4-, Cellule d'électrolyse selon l'une quelconque des revendications 1 à 3» caractérisée en ce que le diaphragme se compose de deux ou plusieurs couches de matériaux différents.