Brevet FR2070757A1 — publié le 19710917

436CS 1 2070757 La présente invention a pour objet des perfectionnements aux électrodes, notamment aux électrodes à la surface desquelles se dégagent des gaz, en particulier à une anode ou une cathode pour électrolyse utilisée pour la fabrication de chlore et d'alcalis 5 caustiques^ partir de solutions aqueuses de chlorure de métaux alcalins. On sait depuis longtemps qu'il est avantageux de réduire autant que possible 1'écartement entre une anode et une cathode afin"de diminuer la résistance de 11éleetrolyte entre l'anode et 10 la cathode, et qu'il est en outre avantageux de maintenir élevée la densité du courant superficiel de l'électrode afin d'augmenter le rendement delà eelJule électrolytique. Toutefois, si l'on réduit l'écartenent entre l'anode et la cathode, en particulier en cas d'électrolyse- avec génération de gaz, il devient 15 difficile d'évacuer le gaz engendré dans 1'écartement anode-cathcde ex de continuer 1'électrolyse, par suite de la brusque augmentation de la tension de fonctionnement et par conséquent de la consommation d'énergie dans la cellule ; en outre, plus la densité du courant est élevée, plus le gaz recouvrant la 20 surface de l'électrode augmente et par conséquent la tension de fonctionnement augmente aussi. le but de l'invention est de pallier les difficultés et les inconvénients précités. Un autre but de l'invention est de réaliser une électrode 25 permettant de réduire 1'écartement entre l'anode et la cathode à 2 mm ou moins. L'invention a en outr-3 pour "but de réaliser une électrode permet taxi* d'éliminer et évaluer de 15é^artesent anode-cathcd -le gaz engenïré à la surface de.1'électrode ou se trouvant dans 30 ledit écartem-nx. Le plus, l'invention à pour eut de réaliser une électrode permettant, de réduire la ten?.io-u ùe for.ctionneiaent et par conséquent la consommation a'énergie. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, caractéri.:-* 35 tiques et avantages de celle-ci apparaît!ont au cours de la description explicative oui va suivre, en se reportant aux desoins. Schématiques annexés donnés uniquement à titre d'exemple illustra..t BAD ORIGINM- 70 4 3 6 G S 2 2070757 divers modes de réalisation de l'invention et dans lesquels s - les figures 1, 2, 3, 4, 5 et 15 sont des vues en perspective illustrant plusieurs modes de réalisation de l'invention ; 5 - la figure 6 est une vue en coupe transversale suivant A-A de la figure 1 j - la figure 7 est une vue en coupe transversalSuivant B-B de la figure 2 ; - la figure 8 est une vue en coupe verti-r- Me suivant C-C de 1o ia figure 3 ; - la figure 9 est une vue en coupe verticale suivant D-D de la figure 4 ; - la figure est une vue en coupe verticale suivant E-E de la figure 5 ; 15 - les figures 11 et 12 sont des vues en perspective d'une électrode complète ; - les figures- 13 et 14 sont des vues en coupe illustrant la disposition relative de l'anode et de la cathode. Dans la description du mode de réalisation préféré de 20 l'invention,, illustrée par les dessins, une terminologie particulière sera utilisée pour plus de clarté. Toutefois, l'invention n'est pas limitée par cette terminologie particulière, et il est bien entendu que chaque terme particulier comprend tous les équivalents techniques susceptibles de fonctionner d'une manière similaire et-25 permettant d'atteindre le même but. Selon 1'invention*une électrode métallique comporte des trous, fentes ou espaces distribués sur toute l'électrode et traversant celle-ci, et des plaques de guidage uniformément inclinées et situées au-dessus de presque tous lesd.it3 trous, fentes 50 au espaces (dans ce qui suit, seul le terne "espace" est utilisé)* Sur les figures 1 et 6, des plaques de guidage 1 uniformément inclinées sont- disposées au-dessus d'espaces 2 et chaque espace 2 est situé entre une plaque de guidage supérieure 1 et une plaque de 35 guidage inférieure'3. L'intervalle entre les plaques de guidage supérieure et inférieure est préférablement supérieur à-.1 mm. L'inclinaison de chaque plaque de guidage par rapport à l'axe de BAD ORIGINAL 70 436G3 3 2070757 l'électrode est d'environ 15 à 45°, et chaque espace 2 passe à travers l'électrode, d'une surface de celle-ci à l'autre. Les plaques de guidage elles-mêmes forment l'électrode et sont fixées à un cadre 4. 5 Les figures 2 et 7 illustrent une variante de réalisation dans laquelle les plaques de guidage 5 sont courbes. Sur les figures 3- et 8, les plaques de guidage 6 sont fixées à l'électrode 7 et font saillie à la surface de celle-ci, de la même manière que les avances d'un tcit. L'espace incliné 8 s1étendant 10 le long des plaques de guidage 6 traverse l'électrode. L'électrode est fabriquée en un matériau électriquement actif, tandis que les parties formant plaques de guidage peuvent être constituées d'un matériau actif ou non actif. Sur les figures 4 et 9, les plaques de guidage 9 font saillie 15 à la surface de l'électrode 10 et les espaces 11 traversant l'électrode sont disposées soit en zigzag soit en ligne droite. Les figures 5 et 10 illustrent une variante du mode de réalisation illustré sur les figures 4 et 9, dans laquelle les plaques de guidage 12 font saillie à la surface de l'électrode 13 20 à la manière d'auvents. En fonctionnement, les électrodes sont utilisées en condition telle, qu'une surface latérale de la plaque tournée vers le bord inférieur de la plaque de guidage soit active et que, quand le courant passe, les bulles de gaz engendrées sur la surface active 25 de l'électrode se déplacent vers le haut, s'introduisent dans l'espace traversant l'électrode le long de la plaque de guidage et passent derrière la surface active de l'électrode. Sur la figure 11 est représenté un exemple d'électron complète pour électrolyse du type à filtre-presse, l'électrode 14 30 proprement dite étant supportée par un cadre 15 et une barre d'alimentation 16 étant fixée au cadre 15. La figure 12 représente une unité d'électrodes complète pour une cellule électrolytique du type à filtre-presse. Deux tôles formant électrodes 17 et 18 disposées face à face sont fixées 35 dans un cadre 19 dans une position telle que les espaces prévus dans chaque électrode soient inclinés de bas en haut vers l'intérieur du compartiment 20 formé par les électrodes 17 et 18. baD OFrtG^M- 70 43688 4 2070757 La figure 13 représente une eelllule électrolytique comprenant l'électrode de la figure 11. La cellule est du-typé à filtre-presse et sert à la fabrication de chlore et d'alcalis caustiques à partir d'une solution aqueuse de chlorure de métal alcalin. La 5 cellule est obtenue en assemblant et combinant des cadres à anodes 21 et 22, des pièces d'écartement isolantes étanches 23, 23' et 23" et des cadres à cathodes 24 et 25, les électrodes 26, 27 et 28 étant utilisées en tant qu'anodes. Chaque cathode 29 est placée entre deux anodes 27 et 28, et un diaphragme 30 est intercalé' 10 étroitement entre la cathode et l'anode. Chaque anode 27 et 28 est disposée en face d'une cathode 29 dans une position telle que les bulles engendrées à la surface de l'anode soient acheminées vers chaque compartiment d'anodes respectif 31 et 32. L'anode 27 peut être alimenté par 1'interrn ;diaire de barres des connexions 33-15 et le courant passe par le diaphragme. 30 vers la barre de connexion 34 de la cathode 29. Un électrôlyte constitué par de la saumure est versé dans la cellule à travers un tube d'entrée jusqu'au niveau de saumure 35- Le gaz hydrogène s'accumulant dans le compartiment de cathode 20 36 est évacué à travers un tube de sortie 37 du gaz H^, tandis que la solution aqueuse d'alcalis-caustiques est évacuée du compartiment de cathode 36 à travers un tube de. sortie 38. D'autre part, les bulles de gaz- chloré passent sur le côté opposé, contre le diaphragme-, à travers les espaces entre les 25 plaques et se déplacent vers la partie supérieure de la cellule à travers le compartiment d'anodes 31 et 32, après quoi elles sont éliminées à travers le tube de sortie 39 du gaz Cl^. Sur la figure 14 les avantages de l'électrode conforme à l'invention ressortent plus clairement. Entre les électrodes 39 30 et 40 est disposée une cathode ordinaire constituée d'une grille de fils métalliques 41. Un diaphragme 42 isole lesdites électrodes de la cathode. Les bulles de gaz engendrées à la surface des électrodes faisant face à la cathode passent derrière les plaques et montent à travers le compartiment d'anodes compris entre deux 35 tôles. Les bulles se déplacent suivant les flèches de la figure. L'électrode conforme à l'invention peut être utilisée non seulement dans une cellule du type à filtrepresse, mais aussi BAD ORIGINAL 70 43683 5 2070757 dans des cellules électrolytiques ordinaires, par exemple du "type Hooker (voir par exemple le brevet japonais n° 104 290), du type Diamond (voir par exemple les brevets américains n° 2 743 419 , 2 742 420 et 2 9-37 463) et du type Dow Chemical (voir par exemple le brevet américain ix° 2 858 263). Une électrode conforme à l'invention peut-être/itilisée non seulement en tant qu'anode mais aussi en tant que cathode pour électrolyse avec formation de gaz. En outre, une telle électrode peut être utilisée simultanément en tant qu'anode et en tant que cathode Dans la plupart des cas, on utilise un ensemble de deux électrodes disposées face à face de manière à formèr un compartiment d'anode ou de cathode dans lequel le -gaz se déplace vers le haut. l'électrode peut- être fabriquée en un matériau quelconque, à condition qu'elle soit sensiblement résistant© à la corrosion par le gaz- engendré ou par d'autres produits d'électrolyses. Pour 1'électrolyse de saumure, on utilise de préférence une électrode de titane revêtue d'un métal noble tel que le platine. En outre, le cadre représenté sur les figures 11 et 12 n'est pas toujours nécessaire les barres .d'alimentation pouvant être fixées directement à l'électrode. Il est bien entendu que les iscdes de réalisation décrits et illustrée ne doivent être considérés que comme des modes de réalisation préférés. Diverses modifications sont possibles. Par exemple, une grille de métal déployé représentée sur la figure 15 peut être fabriquée à partir d'une tôle métallique à peu de frais et peut être fixée à l'électrode. Dans ce mode de réalisation, les plaques de guidage 4-3 constituent elles-mêmes 1 ' électrc-d-;=„ L'invention permet de diminuer la tension de fonct?..ornement, caile s bulles de gaz neuvent être évacuées rar-jd.ement de 1 ' écartement anode-cathode et, de plus, cet écartenent peut être réduit et la densité du courant peux être augr.entée, car la résistance entre l'anode et la cathode est réduite. En tarticulier? si l1 invention' est appliquée s 1 'électrolyse d-e chlorure d'ur; aé-tal alcalin, la distance entre l'anode et la cathode ..-eut être réduite, au point que i. e. - .^6^- t-i-ecie^ 1^ ement au contact du diaphr.agrae. Sn cutre, le; électrodes peuvent servir à 6A0 OBlG'NAL 70 43683 6 2070757 supporter les diaphragmes qui ont tendance à se gonfler .et à s'écailler de la cathode. Exemple 1 On a utilisé des électrodes de 500 mm de largeur et 1000 mm 5 de longueur, similaires à l'électrode de la figure 1. L'électrode a été obtenue en fixant des plaques de titane rectangulaires d'une longueur horizontale de 500 mm, d'une largeur de 5 mm et d'une épaisseur de 1 mm, en les disposant sous un angle de 60° par rapport à l'horizontale et à des intervalles de 5 mm. Les électrodes 10 étaient revêtues de platine» Les anodes ont été placées dans une cellule électrolytique à diaphragmes de type classique, au lieu d'anodes de graphite, peur 1!électrolyse d'une solution aqueuse de chlorure de sodium. Le diaphragme, d'une épaisseur de 2 mm, était en- amiante, la eatiiode était constituée d'une grille de fils 15 métalliques tt l'écartement entre l'anode et la cathode était de 4 mm „ 2 On a mesuré (la densité du courant étant de 15A/dm ) la température de llélectrolyse, la concentration de chlorure de sodium7 la concentration d^ eatholyte, la composition du gaz 20 chloré et le débit du courant c Les résultats sont indiqués dans le tableau 1 ci-dessous et comparés avec ceux d'une cellule à diaphragmes de type classique utilisant des anodes de graphite. ■TABLEAU 1 r :Cellule selon : Cellule de type i ; l'invention : classique i 'Tension cellule (Y) : 3,12 : 4,14 .;,q ! Température électrolyte (°c) 62 : 65 : Concentration eatholyte -g/1 J ; 138 : 139 - ! Composition gaz chloré ./) • S Cl2 ; 98 «7 : 98,7 >5 ! H2 : 0?0 : . 0,0 ! Débit de courant ($) 95,2 : 95 y 0 BAD ORIGINAL 70 43683 7 2070757 .Exemple 2 L'expérience de l'exemple 1 a été répétée avec une densité 2 du courant de 4GA/dm . - Les résultats sont indiqués dans le tableau 2 ci-dessous. 5 TABLEAU 2 Cellule selon l'invention : Cellule de type ! : classique ! ! Tension cellule (V) : 3,36 : 5,22 ! ! Température électrolyte (°C): 68 : 80 ! ! Concentration catholyte (g/1) 140 : 139 ! ! Composition gaz chloré {%) : : ! ! Cl2 : 98,7 : 98,7 ! ! H2 0,0 : 0,0 ! ! Débit de courant (?S) : 94,8 : 94 ! Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à 20 titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutées selon l'esprit de l'invention. BAD ORIGINAL 70 43688 8 2070757 -REVEIDICATIOIS- 1.- Electrode pour électrolyse, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une plaque métallique comportant des trous, fentes ou espaces traversant ladite plaque, et des plaques de guidage inclinées de haut en bas et fixées à la partie supérieure 5 des trous, fentes ou espaces. 2.- Eleptrode pour électrolyse suivant.la revendication 1, caractérisée en ce que la.dite plaque métallique comporte une pluralité dë plaquettes de tôle métallique, rectangulaires étroites, disposées parallèlement les unes aux autres et espacées 10 uniformément l'une au-dessus de l'autre à des intervalles d'au moins 1 mm. 3.- Electrode pour électrolyse suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une tôle métallique comportant des trous disposés uniformément sur toute-, la tôle et 15 traversant celle-ci, et par des plaquettes de guidage inclinées uniformément de haut en bas et fixées à la partie supérieure des trous. 4.- Electrode pour électrclyse suivant la revendication 1, caractérisée en ce qu'elle est constituée par une tôle réticulaire 20. déployée obtenue en déployant une tôle comportant des découpures disposées en zigz;ag . ; - 5.- Electrode suivant la revendication 1 , caractérisée en ce qu'elle est constituée par une tôle de titane. 6.- Electrode suivant la revendication 1, caractérisée en ce 25 qu'elle est utilisée, en tant qu'anode pour 1'électrolyse d'une solution"aqueuse "de chlorure de métal alcalin dans une cellule d'électrolyse à diaphragmes. 7.- Electrode suivant l'une des revendications 1 à 6, caractérisée en ce qu'elle comporte un compartiment intercalé 30 entre deux tôles formant électrode et comportant des trous, fentes ou espaces traversant chaque tôle, lesdits trous fentes ou espaces, étant inclinés de bas en haut vers ledit compartiment. BAD ORIG'NAL