Brevet FR2205364A1 — publié le 19740531

La présente invention vise à perfectionner les cellules à diaphragme pour l'électrolyse de solutions d'halogénures de métaux alcalins. Elle concerne plus particulièrement un ensemble cathodique pour une cellule à diaphragme à électrodes verticales. Pour l'electrolyse de solutions d'halogénures de métaux alcalins, par exemple une saumure de chlorure de sodium, il est connu de faire usage de cellules monopolaires à électrodes verticales. Ces cellules connues comprennent, d'une manière générale, un ensemble d'anodes verticales et parallèles, entourées d'un caisson en acier auquel sont fixées des cathodes en forme de poches ajourées, s'étendant respectivement entre les anodes. Dans ces cellules monopolaires, il est habituel d'amener le courant cathodique aux poches cathodiques ajourées par l'intermédiaire d'une ou plusieurs barres omnibus fixes directement à au moins une. paroi du caisson métallique, à laquelle ces poches cathodiques sont raccordées. Des agencements de cellule de ce genre sont decrits notamment dans les brevets des Etats-Unis d'Amérique 2 447 547 au nom de Stuart, du 2.6.1942, et 3 464 912 au nom de Emery et al, du 16.5.1966. Il est également connu de faire usage, en électrolyse, de cellules à diaphragme du type série, constituées par la juxtaposition d'une série de cellules élémentaires comprenant des électrodes bipolaires. Ces électrodes bipolaires comprennent une paroi conductrice sensiblement verticale, constituant une cloison entre deux cellules élémentaires consécutives et supportant, sur une face, des plaques d'anode sensiblement verticales et, sur l'autre face, des poches cathodiques ajourées, sensiblement verticales. Dans ces cellules du type série, les plaques d'anode d'une cellule élémen- taire jouent le rôle de barres omnibus pour les cathodes de la cellule élémen- taire contiguë. Dans la suite de la présente description, on entendra par paroi collectrice, toute paroi conductrice dont une face est raccordee transversalement à des poches cathodiques ajourées, et dont l'autre face est fixée directement à au moins une barre omnibus. Dans le cas d'une électrode bipolaire, cette barre omnibus est constituée par une plaque d'anode de cette électrode bipolaire. Dans le but de faciliter la conduction du courant électrique à travers les poches cathodiques ajourées, et également pour renforcer leur rigidité, il est connu, suivant les deux brevets précités, de disposer à l'intérieur de ces poches, des tôles conductrices médianes, par exemple en acier, fixées à la paroi collectrice susdite et occupant approximativement toute la section longitudinale de ces poches tout en étant maintenues en contact électrique avec celles-ci. La presence de ces tôles à l'intérieur des poches cathodiques présente toutefois divers inconvénients, en ce sens qu' elles alourdissent l'ensemble cathodique, et entravent aussi bien la circulation du catholyte que le dégage- ment des gaz engendrés aux cathodes. De plus, pour chaque poche cathodique, la densité de courant qui est maximum dans la zone de la tôle médiane, adj acen- te à la paroi collectrice. va en décroissant, au fur et à mesure qu'on s'éloigne de cette paroi collectrice. Il en résulte donc, dans les cellules connues, une mauvaise utilisation de la matière constituant ces tales conductrices. La présente invention remédie précisément à ces inconvénients. Elle concerne un ensemble cathodique pour une cellule d'électrolyse à diaphragmes à électrodes verticales, comprenant des poches métalliques ajourées, sensiblement verticales et parallèles, qui sont raccordées transversalement à au moins une paroi collectrice > et qui sont renforcées intérieurement chacune par une tôle médiane conductrice, fixée à la paroi collectrice susdite, caractérisé en ce qu'une partie au moins de la tôle susdite présente une section transversale qui va en décroissant, en s'éloignant de la paroi collectrice. L'ensemble cathodique suivant l'invention présente l'avantage de réduire de manière importante la quantité de matière constituant les tôles médianes susdites des poches cathodiques, ce qui allège par ailleurs l'ensemble cathodique, tout en lui assurant une rigidité suffisante. Dans une forme de réalisation avantageuse de l'ensemble cathodique suivant l'inveftion, la réduction de section de la tôle médiane des poches cathodiques est réalisée en y ménageant une ou plusieurs ouvertures. Cette forme de reali- sation particalriere est avantageuse, en ce sens qu'elle facilite la circulation du catholyte et le dégagement du gaz produit aux cathodes. La décroissance de section transversale est avantageusement ajustée de façon à maintenir tout le long de la tôle médiane sensiblement un rapport constant entre la densité de courant et ladite section transversale. L'invention est applicable indiffeemment aux ensembles cathodiques équi- pant les cellules monopolaires et à la partie cathodique des électrodes bipolaires. A cet effet, l'invention peut être utilisée pour la construction d'une électrode bipolaire pour cellule d'électrolyse à diaphragme,comprenant une paroi conductrice sensiblement verticale, des plaques d'anode sensiblement verticales, fixées transversalement à une face de cette paroi et des poches mdts- liques ajourées, sensiblement verticales, raccordées transversalement à l'autre face de cette paroi de manière à former avec celle-ci un ensemble cathodique conforme à l'invention, pour lequel la paroi conductrice verticale susdite constitue une paroi collectrice. L'invention s'applique également à une cellule monopolaire à diaphragme pour ltélectrolyse d'une solution d'un halogenure d'au moins un métal alcalin, cette cellule comprenant une base, un ensemble d'anodes sensiblement verticales et parallèles au-dessus de la base, un caisson métallique qui est posé sur la base, autour des anodes, et qui est muni d'un ensemble cathodique à cathodes ajourées a'étendant respectivement entre les anodes et recouvertes d'un diaphragme me, et un couvercle posé sur le caisson, caractérisée en ce que l'ensemble cathodique est conforme à l'invention, tel que décrit ci-dessus. Des particularités et détails de l'invention apparaîtront au cours tesla description suivante des figures annexées, qui représentent, à titre d'exemple, quelques formes de réalisation de l'ensemble cathodique, de la cellule et de l'électrode bipolaire suivant l'invention. La figure î montre en élévation transversale, partiellement en section verticale, une cellule monopolaire à diaphragme,' équipée d'une première forme de réalisation de l'ensemble cathodique suivant l"invention; La figure 2 montre, en élévation longitudinale, la tôle médiane d'une poche cathodique de la cellule de la figure-- i, et sa disposition dans le caisson cathodique ; La figure 3 est une vue partielle en section horizontale, d'une deuxième forme de relisation de l'ensemble cathodique suivant l'invention La figure 4 est une vue analogue à la figure 2, de l'ensemble cathodique de la figure 3 ; La figure 5 montre en section transversale verticale, une forme de réalisation particulière de l'électrode bipolaire suivant l'invention. Dans ces figures, des mêmes notations de référence désignent des éléments identiques. La cellule suivant l'invention, représentée à la figure 1, est destinée par exemple à ltélectrolgse d'une saumure de chlorure de sodium. Elle comprend, sur une embase 1 en béton, un socle 2 supportant des anodes verticales et parallèles 3. Un caisson en acier 4 est posé sur le socle 2, autour des anodes 3 et supporte des poches cathodiques ajourées 5 alternant avec les anodes 3 et revetues d'un diaphragme non représenté. Ce caisson 4 est surmonté d'un couvercle 6 partiellement représenté, destiné à recueillir le gaz engendré aux anodes 3 pendant 1'électrolyse, par exemple du chlore. Les poches cathodiques ajourées 5 sont constituées, de manière connue en soi, par un treillis en acier. Elles s'étendent chacune sur toute la largeur du caisson 4, entre les anodes 3, et sont raccordées chacune à deux parois opposées 7 et 8 de ce caisson. Pour assurer sa connexion à la borne négative d'une source de courant continu adéquate ou aux anodes d'une cellule voisine, le caisson 4 est muni de plusieurs barres omnibus verticales 9 sur sa paroi 7, de sorte que cette paroi 7 constitue, pour l'ensemble des cathodes 5, la paroi collectrice précitée. Chaque poche cathodique 5 est munie d'une tôle médiane de renforcement 10 en acier, soudée au treillis de la cathode le long de ses arêtes horizontales. Ces tôles 10 sont soudées transversalement à la paroi collectrice 7 du caisson 4, de manière à assurer la circulation du courant électrique des cathodes vers la paroi collectrice 7 et les barres omnibus 9. Des nervures verticales 11 relient chaque tôle 10 aux faces verticales ajourés des poches cathodiques 5, de manière à uniformiser le potentiel électrique de ces faces et à renforcer la rigidité des poches cathodiques. Suivant l'invention, chaque tôle 10 est percée d'une échancrure triangulaire 12 débouchant à travers son extrémité adjacente à la paroi 8 du caisson 4. De cette manière, la section transversale globale dé la tôle 10 va en décroissant dans le sens de la paroi collectrice 7 vers la paroi 8. Les extrémités libres des deux parties de la tôle 10, limitant l'chancru- re 12, reposent librement dans deux supports en U 13 fixés à la paroi 8 du caisson 4. Les nervures 11 qui sont en regard l'une de l'autre au niveau de ltéchan- crure triangulaire 12, sont reliées l'une à l'autre par des entretoises prismatiques 14. L'ensemble cathodique représenté à la figure 3 comprend, à l'intérieur d'un caisson en acier 4, deux rangées de poches cathodiques ajourées 15 et 16. Les poches 15 sont raccordées à la paroi 7 du caisson 4, et les poches 16, à la paroi opposée 8 de ce caisson. Les poches 15 et 16 sont renforcées par des tôles médianes conductrices 17, par exemple en acier, fixées respectivement aux parois 7 et 8. A ces parois 7 et 8 sont en outre fixées des barres omnibus 19 raccordées ensemble à des collecteurs de courant 20. Les parois 7 et 8'du caisson 4 constituent de la sorte des parois collectrices respectivement pour les poches cathodiques 15 et pour les poches cathodiques 16. La figure 4 montre en détail les tôles médianes 17 de deux poches 15 et 16 situées dans le prolongement l'une de l'autre. Suivant l'invention, chaque tôle 17 est percée d'une ouverture triangulaire 21 qui va en s'eîargissant depuis le voisinage de la paroi collectrice 7, 8 raccordée à cette tôle 17, vers l'extrémité libre de cette tôle 17. En variante, chaque ouverture triangulaire 21 peut être remplacée par une succession d'ouvertures de hauteur croissante vers I'extrémité libre de la tôle 17. A la figure 5, on a représenté une réalisation d'électrode bipolaire conforme à l'invention. Cette électrode comprend, de manière connue en soi, une paroi verticale conductrice 22 portant, sur une face, des plaques d'anodes 23 et, sur l'autre face, des poches cathodiques ajourées 24. Chaque poche cathodique 24 est renforcée par une tôle médiane conductrice 25, soudée à la paroi 22. Suivant l'invention, la tôle 25 est profilée sensiblement en forme de triangle, de manière que sa section transversale aille en décroissant, en sté- loignant de la paroi 22. Celle-ci constitue en effet, pour les poches cathodiquels 24, une paroi collectrice telle que définie plus haut. La présente invention n'est évidemment pas limitée aux formes de réalisation qui viennent d'être décrites, de nombreuses modifications pouvant y être apportées sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 - Ensemble cathodique pour une cellule dtélectrolyse à diaphragme, à électrodes verticales, comprenant des poches métalliques ajourées, sensiblement verticales et parallèles, qui sont raccordées transversalement à au moins une paroi collectrice, et qui sont renforcées intérieurement chacune par une tale médiane conductrice, fixée à la paroi collectrice susdite, caractérise en ce qu'une partie au moins de la tôle pressente une section transversale qui va en décroissant,en s'éloignant de la paroi collectrice. 2 - Ensemble cathodique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la tôle est percée d'une série d'ouvertares de hauteur croissante en s'éloignant de la paroi collectrice susdite. 3 - Ensemble cathodique suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la tôle est percée d'une ouverture longitudinale sensiblement triangulaire, s'élargissant en s'éloignant de la paroi collectrice susdite. 4 - Ensemble cathodique suivant la revendication 3, caractérisé en ce que l'ouverture sensiblement triangulaire est formée dans une échancrure débouchant à travers l'extrémité de la tôle, opposée à la paroi collectrice précitée. 5 - Ensemble cathodique suivant lwune quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel la paroi collectrice précitée à laquelle les tôles sont fixées, appartient à un caisson métallique entourant les poches ajourées, celles-ci étant acoraees chacune à cette paroi collectrice et à une paroi opposée du caisson, caractérisé en ce que les tôles reposent librement chacune sur un support fixé à ladite paroi opposée du caisson. 6 - Ensemble cathodique suivant la revendication 5, caracterisé en ce que, dans le cas où ia tôle est percée d'une échancrure longitudinale, les extrémités libres des deux parties de la tôle, limitant cette échancrure, reposent librement, respectivement dans deux supports distincts fixés à ladite paroi opposée du caisson. 7 - Electrode bipolaire pour cellule d'électrolyse à diaphragme, comprenant une paroi sensiblement verticale, des plaques d'anode sensiblement verticales, fixées transversalement à une face de cete paroi et des poches métalliques ajourées, sensiblement verticales, raccordées transversalement à l'autre face de cette paroi, de manière à former. avec celle-ci un ensemble cathodique, caractérisée en ce que cet ensemble cathodique est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 4. 8 - Cellule monopolaire à diaphragme pour l'électrolyse d'une solution d'un halogénure d'au moins un métal alcalin, comprenant une base, un ensemble d'anodes sensiblement verticales et parallèles au-dessus de la base, un caisson métallique qui est posé sur la base, autour des anodes, et qui est muni d'un ensemble cathodique à cathodes ajourées s'étendant respectivement entre les anodes et recouvertes d'un diaphragme, et un couvercle posé sur le caisson mé- tallique, caractérisée en ce que l'ensemble cathodique est conforme à l'une quelconque des revendications 1 à 6.