Brevet FR2115398A1 — publié le 19720707

-1- 2115398 Pendant ces dernières décades, la technique des procédés électrolytiques a fait des progrès considérables. Le passage des cellules unipolaires aux cellules bipolaires a été particulièrement remarquable. En général, les cellules bipolaires sont plus 5 compactes que les cellules unipolaires correspondantes et, de ce fait, occupent moins de place. De plus, il est avantageux de pouvoir réduire le nombre des conducteurs en série, car il en résulte une diminution des pertes de courant. Il est également plus facile de construire des cellules bipolaires fermées(avec 10 un couvercle étanche aux gaz), ce qui facilite l'utilisation éventuelle de produits gazeux. Une autre tendance de la technique actuelle est de remplacer le graphite précédemment utilisé pour les anodes par des électrodes métalliques couvertes d'un métal ou d'un oxyde de métal précieux, telles que les électrodes DSA 15 (électrodes à dimensions stables)0 En principe, les cellules bipolaires peuvent être réalisées selon deux modes de construction, à savoir le type filtre-presse et le système dit "PPG"o (Un exemple du type filtre-presse est décrit par ICI dans le brevet norvégien N°110.921)o Cette autre 20 disposition des électrodes est décrite par PPG dans le.brevet américain N°3.203.882o Ces deux types de cellules ont chacun leurs avantages et leurs inconvénients. Le reproche le plus grave qu'on peut faire aux cellules du type filtre-presse est qu'elles exigent un système de tuyauteries compliqué pour amener et éva-25 cuer 1'électrolyte, ainsi que pour évacuer les produits qui se forment, à quoi s'ajoute que la désactivation de la face anodique ou cathodique d'une électrode peut bloquer entièrement le passage du courant. De plus, il est impossible de construire de grandes unités car les dimensions de la surface des électrodes doivent 30 être limitées pour des raisons de stabilité. A cet égard, le système PPG est plus avantageux car la surface des anodes et/ou des cathodes de chaque cellule est divisée en un certain nombre d'électrodes parallèles. Toutefois, dans sa version originale, le système PPG présente plusieurs points 35 faibles. C'est ainsi que les empilements d'électrodes composés des électrodes unitaires sont difficiles à maintenir assemblés et sont sensibles aux fuites de courant car l'étanchéité entre les cellules est difficile à réaliser» De plus, la désactivation de la surface d'une anode ou d'une cathode affecte les électrodes 71 42224 -2 2115398 adjacentes et perturbe la circulation du courant. Il est également difficile de détecter les défaillances ou les pannes des électrodes. En conséquence, l'introduction des anodes à dimensions sta-5 bles, c'est-à-dire des électrodes dites "DSA", a représenté un progrès certain dans la technique de 1'électrolyse0 Ainsi, plusieurs modes de construction satisfaisants ont été développés pour des systèmes de cellules unipolaires utilisant des électrodes DSA, mais en ce qui concerne la construction. 10 des cellules bipolaires, les progrès sont loin d'être aussi avancés. La présente invention se rapporte à des assemblages d'électrodes utilisant des anodes DSA qui éliminent la plupart des inconvénients des assemblages d'électrodes du type PPG. Ainsi, 15 l'invention permet d'obtenir une structure d'électrodes stable, et offre de bonnes possibilités pour détecter les défaillances des électrodes, tandis que les pertes de courant sont extrêmement faibleso En même temps, il devient possible d'utiliser des matières 20 différentes pour les anodes et les cathodes, permettant ainsi de choisir des matériaux et des revêtements mieux adaptés aux applications envisagées. L'invention n'est pas limitée aux cellules sans membrane, mais peut aussi être avantageusement utilisée dans les cellules 25 bipolaires à membrane. L'invention se rapporte à des assemblages d'électrodes comprenant une plaque de base constituée par deux métaux reliés (électriquement) intimement dont s'étendent à angle droit des anodes et des cathodes faites de la même matière. Les métaux 30 doivent être choisis pour satisfaire aux propriétés exigées des anodes et des cathodes. Cet agencement tout entier sera qualifié ci-après de "ensemble d ' électrodes",. Pour soumettre des solutions contenant des chlorures, par exemple, à un traitement d'électrolyse, il convient que l'un des 35 métaux entrant dans la composition de la plaque de base soit le titane et que des anodes de titane s'en étendent, et que l'autre métal soit le fer et que des cathodes de fer s'en étendento Une autre caractéristique de 1»invention réside en ce que la plaque de base est arrangée, conjointement avec des cloisons 71 42224 -3- 2115398 latérales faites d'une matière non-conductrice, résistante, par exemple d'une matière plastique ou de matières ayant des revêtements de caoutchouc, cloisons qui sont étroitement ajustées au fond, aux parois latérales et au couvercle du bac de la cellule, 5 pour diviser l'espace de cette cellule en cellules élémentaires ayant des potentiels différents de part et d'autre de la cloison. En disposant la jonction des deux métaux de la plaque de base, qui est très sensible à la corrosion, dans une zone électri quement neutre et en la reliant aux éléments latéraux de cloi-10 sonnement, qui sont électriquement isolants, on obtient un agencement judicieux qui protège cette jonction. Il est particulièrement avantageux de décaler cette jonction vers la cathode en utilisant une plaque de base anodique plus épaisse,, La présence des éléments latéraux de cloisonnement reliés 15 à la plaque de base confère une excellente stabilité à l'ensemble En reliant des conducteurs de mesure aux plaques de base de l'empilement bipolaire, on peut déterminer les chutes de tension dans les cellules élémentaires et, par conséquent, contrôler le déroulement des opérations. Ainsi, une éventuelle défaillance 20 d'une électrode se manifeste clairement sous la forme d'une varia tion de tension dans la celluleo Le montage des électrodes sur la plaque de base offre de nombreuses possibilités. C'est ainsi que les électrodes peuvent être disposées uniformément sur cette plaque, à égale distance 25 et en nombre égale Dans ce cas, la surface extérieure de l'une des anodes et la surface extérieure de l'une des cathodes sont inopérantes. Toutefois, lorsque l'une des électrodes est faite d'une matière particulièrement coûteuse, le nombre des électrodes de l'autre sorte peut être augmenté pour que les deux faces de 30 l'éléctrode coûteuse soient actives. Du point de vue de la circulation de 1'électrolyte et de l'installation, il est parfois avantageux de réunir les électrodes en groupes sur la plaque de base. Ces groupes peuvent comprendre des nombres égaux ou différents d'anodes et de cathodes» 35 Du point de vue de l'installation et du maintien d'un stock de pièces de rechange, il est parfois pratique de réunir les assemblages d'électrodes pour former des unités0 Dans ce cas, les éléments de cloisonnement des anodes et des cathodes d'extrémité sont constitués par une nervure simple ou double, ces ner— 71 42224 -4- 2115398 vures étant reliées à la nervure correspondante de l'unité voisine. Les zones de séparation et les nervures forment conjointement la plaque de base dans l'assemblage. En combinant un certain nombre d'assemblages d'électrodes 5 par recouvrement des anodes et des cathodes, on obtient un empilement ou un paquet de cellules bipolaires. Le courant est amené et est évacué respectivement par des ensembles d'électrodes unipolaires auxquels des amenées de courant sont connectées, de la manière habituelle. Ces assemblages unipolaires sont, en principe, 10 réalisés en divisant un ensemble bipolaire le long de la ligne de jonction de la plaque de base. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention res-sortiront de la description qui va suivre, d'une cellule conforme à l'invention pour le traitement électrolytique d'une solu— 15 tion de chlorure de sodium pour la production de chlorate de sodium, dans lequel : la fig.l est une vue en plan d'une cellule d'électrolyse montrant schématiquement la disposition des plaques de base et des assemblages d'électrodes; 20 les figs02 à 4 sont des coupes de la fig.l montrant la dis position de différents nombres d'anodes et de cathodes; la fig.5 est une coupe à plus grande échelle de la fig.l, montrant plus en détail l'agencement des électrodes; et la fig.6 montre une électrode composite comprenant une anode 25 et une cathode reliées ensemble par une double nervure» Sur la fig.l, la référence 1 désigne le bac de la celluleo Dans ce bac sont disposées un certain nombre de plaques de base 2 comprenant deux couches de titane 3 et de fer 4o Un certain nombre d'anodes de titane 5 s'étendent de la couche de titane 3, tandis 30 qu'un certain nombre de cathodes de fer 6 s'étendent de la surface de fer 4, ces électrodes étant intercalées comme représenté. Les extrémités verticales des plaques de base 2 sont reliées aux parois latérales de la cellule 1, des éléments latéraux 7 divisant cette cellule en éléments 8. Le courant est introduit au moyen 35 d'électrodes terminales 9 et 10, l'électrode 9 étant constituée par une plaque de fer reliée aux cathodes de fer 6, tandis que l'électrode d'extrémité 10 est constituée par une plaque de titane reliée aux anodes de titane 5. La fig.2 montre la réunion des électrodes en groupes compre— 71 42224 -5- 2115398 nant deux cathodes de fer 6 et une anode de titane 5 s'étendant de deux plaques de base 2 opposées. La fig.3 montre trois cathodes de fer 6 plus épaisses et deux anodes de titane 5 s'avançant de la même manière que sur la 5 fig.2,, La fig.3 indique aussi la possibilité d'espacer les anodes davantage sans augmenter pour autant l'intervalle entre les électrodes grâce à l'utilisation de plaques cathodiques plus épaisses,, Cette disposition peut être utilisée lorsque les anodes sont vissées à la plaque de base,, 10 La fig.4 est une vue analogue à la fig.2 montrant que les plaques bimétalliques 2 sont divisées en unités 11 reliées aux extrémités 12c La fig.5 est une vue analogue à la fig.2 montrant que les plaques bimétalliques 2 sont divisées en unités 11 reliées aux 15 extrémités 12„ La fig.5 montre l'agencement de la fig.4 à plus grande échelle. L'assemblage d'électrodes résulte du rassemblement d'unités composées, par exemple, d'une anode de titane 5 et d'une cathode de fer 6 reliées longitudinalement et comportant une 20 double nervure 13„ Ces unités sont disposées et sont pressées pour établir des connexions électriques au moyen d'éléments 14 qui sont directement reliés aux éléments latéraux 7 prenant appui sur les parois latérales du bac 1 de la cellule. Il est à remarquer que les bords des anodes 5 et des cathodes 6 sont fixés au 25 moyen de séparateurs longitudinaux (verticaux) 15 de matière isolante (de Téflon ou d'élastomère) dans l'espace compris entre les deux électrodes opposées0 La fig.6 montre une unité comprenant une anode 5 et une cathode 6 et qui présente une double nervure 13. On voit sur les 30 fig05 et 6 que le joint 16 entre les nervures est décalé vers la cathode pour assurer une meilleure protection contre la corrosion,, 71 42224 -6- 21 15398 REVENDICATIONS 1) Assemblage d'électrodes comprenant une plaque de base des deux côtés de laquelle s'étendent des électrodes parallèles caractérisé en ce qu'il comprend une plaque de base composée de 5 deux métaux intimement reliés l'un à l'autre, et qui est pourvue d'électrodes de la même matière que le métal de base correspondant, cette plaque de base faisant partie d'une cloison interposée entre deux éléments d'une cellule d'électrolyse, ces métaux étant choisis pour remplir respectivement les fonctions d'anode 10 et de cathode pendant 1'électrolyse0 2) Assemblage d'électrodes -selon la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de base se compose de titane et de fer intimement reliés, des anodes de titane s'étendant de la surface de titane de cette plaque, tandis que des cathodes de fer 15 s'étendent de sa surface de fer0 3) Assemblage d'électrodes selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes sont réunies en groupes sur la plaque de base, le nombre des anodes et des cathodes étant égal ou différent, tandis que l'espacement entre les groupes est supérieur 20 à la distance séparant, normalement, les anodes et les cathodes0 4) Assemblage d'électrodes selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il se compose d'un certain nombre d'unités comprenant une ou plusieurs anodes et cathodes, la transition entre l'extrémité d'une anode et l'extrémité voisine d'une cathode étant 25 limitée par une nervure simple ou double, l'union desdites unités formant la plaque de base pour les anodes et les cathodes0 5) Assemblage d'électrodes selon l'une quelconque des reven-' dications 1 à 4, caractérisé en ce que les anodes et les cathodes d'un certain nombre d'assemblages d'électrodes sont intercalées 30 pour créer un empilement de cellules bipolaires. 6) Assemblage d'électrodes selon la revendication 5, caractérisé en ce que les bords libres verticaux des anodes et des cathodes sont fixés au moyen de séparateurs verticaux longitudinaux de matière isolante»