Brevet FR2231428A1 — publié le 19741227

La présente invention concerne une anode métallique perfectionnée. Plus particulièrement, elle concerne un sesemble à anode métallique permettant un démontage aisé de la surface anodique perforée qui en fait partie et sa remise en état facile, ne né-5 cessitant pas l'emballage ni l'expédition de la totalité de l'anode. De nombreuses tentatives ont été faites récemment, dans les cellules électrolytiques destinées à la production du chlore et comportant une cathode en un amalgame de mercure, pour* le rempla-10 cernent des anodes de graphite classiques par des anodes métalliques de modèles et de compositions divers'. En général, les anodes métalliques de ces modèles comprennent un répartiteur au sommet duquel est fixée au moins une colonne anodique destinée à la transmission du courant d'électrolyse. Le répartiteur a, en géné-15 ral, la forme d'un U inversé et comprend un âme d'où descendent deux ailes. Une surface anodique perforée, fixée sous les deux ailes du répartiteur, est espacée de sa surface. Le courant, introduit par la colonne anodique dans le répartiteur, est transmis par son âme à ses ailes extérieures, puis à sa surface anodi-20 que perforée. Cette dernière est, en général, en un métal de base résistant tel que le titane, le niobium, le tantale ou le zirco-nium, revêtu d'au .moins un oxyde d'un métal du groupe du platine, par exemple de ruthénium, de platine, d'iridium, de rhodium, d'osmium ou de mélanges de ceux-ci. Des matériaux susceptibles 25 d'être utilisés comme métal de base et comme revêtement d'oxyde sont décrits dans les brevets des États-Unis d'Amérique ÏT° 3 236 756, 3 265 526, ¥° 3 632 498 et F> 3 711 385. Bien que les anodes métalliques de ce type soient en général plus stables que les anodes de graphite classiques pendant 30 1'électrolyse, le revêtement d'oxyde de la surface anodique perforée s'abîme après des périodes de fonctionnement prolongées. Dans ce cas, il faut démonter l'anode de la cellule et reformer le revêtement de sa surface anodique avec un oxyde métallique ou un mélange d'oxydes. En général, l'équipement permettant la for- 35 mation du revêtement, des anodes métalliques est situé à un em- 1'emplacement de placement différent de/l'installation des cellules électrolyti- 2 2 3 T 4 28 2 ques. Il faut alors emballer et expédier l'anode métallique hors service, dont le revêtement doit être reformé, à l'atelier contenant l'équipement voulu. Lorsque le revêtement de l'anode a été reformé, celle-ci doit être emballée et expédiée à noxiveau à 5 l'installation comprenant les cellules électrolytiques. Non seulement l'emballage et l'expédition d'anodes métalliques encombrantes sont coûteux, mais encore ils provoquent souvent des avaries, car les anodes ne sont pas conçues en vue de manutentions, d'expéditions et d'emballages fréquents. En conséquence, 10 une partie des avantages offerts par les anodes métalliques par rapport aux anodes de graphite classiques est perdue du fait des avaries excessives et des frais entraînés par leur manutention, leur emballage et leur expédition lorsqu'elles doivent être revêtues à nouveau ou subir d'autres traitements. 15 La présente invention concerne donc un ensemble perfection né à anode métallique. L'ensemble selon l'invention permet une séparation facile de la surface anodique perforée et du plateau 'du répartiteur*. La surface anodique perforée peut recevoir facilement un nouveau revêtement sans qu'il soit nécessaire d'expé-20 dier tout l'ensemble à l'atelier contenant l'équipement voulu. Dans ce but, une anode métallique selon l'invention comprend un répartiteur au sommet duquel est fixée au moins une colonne anodique. Une aile part de chacun des deux côtés - opposés de l'âme du répartiteur et une bretelle comportant une surface 25 anodique perforée est fixée au dessous de chaque aile. La bretelle comprend une surface anodique perforée dans laquelle deux bandes métalliques sont fixées sur chacun des bords des côtés opposés de ladite surface. Le sommet de chaque bande métallique est fixé sous chaque aile du répartiteur. Dans un mode de réa-30 lisation avantageux, un rebord est fixé à l'extrémité de chaque aile. Les dessous des rebords sont situés sensiblement dans le même plan. La bretelle est fixée sous les rebords. La surface anodique perforée comprend un métal de base revêtu d'au moins un oxyde d'un métal du groupe du platine, par exemple un métal 35 ou un oxyde décrit dans l'un des brevets des Etats-Unis d'Amérique précités. Lorsque l'anode métallique fonctionne d'une façon 2231428 3 continue dans une cellule électrolytique, il se produit une détérioration gênante du revêtement d'oxyde métallique, l'anode doit alors être enlevée de la cellule et la bretelle doit être séparée du répartiteur. Une bretelle portant un revêtement neuf 5 est fixée aux ailes et aux rebords du répartiteur et l'ensemble de l'anode est remis en fonctionnement pendant que la bretelle hors service est renvoyée à l'équipement de formation du revêtement. L'invention sera décrite plus en détail en regard du_dessin 10 annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel : la figure 1 est une élévation avec coupe suivant la ligne 1-1 de la figure 2 du nouvel ensemble d'anode métallique de l'invention; la figure 2 est une vue de dessous, avec coupe partielle, 15 de l'anode métallique de l'invention dont la surface anodique perforée comprend plusieurs tiges métalliques parallèles; et la figure 3 est une élévation avec coupe transversale partielle d'un autre mode de réalisation de l'invention dans lequél la bretelle est fixée directement aux ailes du répartiteur. 20 L'ensemble à anode métallique 1, du mode de réalisation représenté sur la figure 1, comprend taxe colonne anodique 10 fixée au sommet d'un répartiteur 11. Ce dernier comprend xme âme 12 sensiblement perpendiculaire à la colonne 10 et sur les côtés opposés de laquelle sont fixées des ailes 13 et 14 orientées 25 vers le bas. Bien que, d'une manière générale, les ailes 13, 14 soient perpendiculaires à l'âme 12, cette forme n'est pas essentielle pour le répartiteur 11. Les ailes 13, 14 peuvent s'éloigner l'une de l'autre et être inclinées, à volonté, l'une par rapport à l'autre par exemple d'un angle compris entre 0 et 75° 30 environ, inscrit à l'intersection d'un plan passant par chaque aile et d'un plan passant par le centre de la colonne 10. De plus, les ailes 13, 14 peuvent être inclinées l'une vers l'autre d'un angle compris entre 0 et 5° environ,.inscrit à l'intersection d'un plan passant par chaque aile et d'un plan passant par 35 le centre de la colonne 10. 4 2231428 Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, des rebords 15, 16, sensiblement parallèles à l'âme 12 et orientés vers l'extérieur, sont fixés aux extrémités des ailes 13> 14. Les dessous 17 et 18 des rebords 15, 16 sont situés sensiblement 5 dans le même plan. Le sommet d'une bande 19 de la bretelle est fixé au dessous 17 du rebord 15 et une bande 20 de la bretelle est fixée au dessous 18 du rebord 16. Les bandes 19, 20 sont fixées chacune aux surfaces de dessous 17, 18 par des cordons de soudure 21, 22 en 10 forme de congé ou à l'aide de toute autre technique classique, permettant la transmission du courant, par exemple par soudage par points, boulonnage, serrage, etc. Les bandes 19, 20 et le répartiteur 11 sont en un métal filmogène, tel que du titane, ou en un autre métal ou alliage résistant à la corrosion, lorsqu'il 15 est plongé dans la saumure et qui permet aux bandes 19, 20 d'être soudées au répartiteur 11 et à la surface anodique perforée 23. La surface 23 est fixée par des soudures 24, 25 au dessous des bandes 19, 20. Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, décrit plus en détail ci-après en liaison avec la 20 figure 2, la surface 23 comprend plusieurs barres métalliques 26 parallèles et espacées. Les barres peuvent être rondes, aplaties ou rectangulaires. Cependant, la surface anodique 23 peut être en forme de plaque perforée, de toile métallique, de grille, de métal déployé, etc. La superficie des ouvertures de la surface 25 anodique est comprise en général entre 25 et 70$ environ et de préférence entre 40 et 60$ environ de la superficie totale de la surface 23. Plusieurs ouvertures 27 de l'âme 12 permettent au chlore gazeux, dégagé pendant 1'électrolyse sur la surface anodique 23, 30 de monter par l'âme jusqu'au sommet de la -cellule électrolytique afin d'y être collecté. La surface 23 est revêtue d'un oxyde au moins d'un métal du même groupe que le platine (non représenté) et de préférence d'un mélange d'oxydes métalliques tel que ceux décrits dans les 35 brevets des Etats-Unis d'Amérique précités. Un revêtement avantageux comprend de l'oxyde de ruthénium, mais il est possible de 2231428 5 prévoir n'importe quel mélange commode d'oxydes. Des exemples d'oxydes métalliques appropriés comprennent l'oxyde de platine, l'oxyde de ruthénium, l'oxyde d'iridium, l'oxyde de rhodium, l'oxyde de palladium et l'oxyde d'osmium. 5 la figure 2 est une vue de dessous, en coupe partielle, de l'ensemble 1 de l'anode métallique de la figure 1 dans laquelle la surface anodique perforée 23 comprend plusieurs barres métalliques parallèles 26, fixées à chacune de leurs extrémités sur les bandes 19, 20 par des soudures 24 et 25. Plusieurs ou-10 vertures 27, destinées aux gaz, sont réalisées sur l'âme 12 afin de permettre au chlore gazeux dégagé de monté par l'âme jusqu'au sommet de la cellule (non représentée) afin d'y être collecté par des techniques classiques. Les bandes 19 et 20 sont fixées chacune par leur sommet aux surfaces de dessous 17, 18 des re-15 bords, par des cordons de soudure, en forme de congé (non représentés), mais comme on l'a indiqué plus haut, ces bandes peuvent être fixées aux surfaces de dessous des rebords par n'importe quelle technique appropriée permettant le passage du courant. les colonnes anodiques 10 sont fixées au sommet de l'âme 12 20 par soudage par friction ou par d'autres techniques commodes. la" figure 3 est une élévation, en coupe, d'un autre mode de réalisation de l'invention dans lequel les bandes 19> 20 sont fixées directement aux ailes 13, 14 du répartiteur 11. Dans ce mode de réalisation, les rebords 15, 16 sont supprimés et les 25 ailes 13, 14 sont soudées par des cordons de soudure 21, 22 au sommet des bandes 19, 20. De plus, dans le mode de réalisation de la figure 3, la surface anodique perforée 23 dépasse les bandes 19, 20. Dans ce mode de réalisation, la distance entre les bords extérieurs des bandes 19 et 20 est inférieure à la distance 30 entre les bords extérieurs opposés 28 et 29 de la surface 23. la largeur de la surface 23 (c'est-à-dire la distance entre ses bords extérieurs 28 et 29) est comprise, en général, entre 100 et 300$ environ et de préférence entre 100 et 200$ environ de la distance entre les bords extérieurs des bandes 19 et 20. lorsque 35 ces distances sont égales, l'anode est d'un modèle qui convient particulièrement pour sa manutention, son emballage et son expé 6 2231428 dition, car les bords de la surface 23, raidis par les bandes 19, 20}résistent à la flexion, à la cassure et au gauchissement, lorsque la surface 23 est d'une largeur décrue et qu'elle dépasse les extrémités des bandes 19, 20 comme on le voit sur la figure 5 3, l'anode peut être expédiée moins facilement, mais il arrive souvent que le courant soit mieux réparti sur la surface anodique 23 dans un modèle, tel que celui représenté sur cette figure. Des éléments de raidissement 30, 31 peuvent être fixés, à volonté, par soudage (non représenté) ou autrement au sommet de chaque 10 bord extérieur 28, 29 de la surface 23. De préférence, les éléments de raidissement 30, 31 sont disposés parallèlement aux bandes 19, 20 et de préférence ils sont disposés sur toute la longueur de chaque bord extérieur 28, 29 de la surface anodique. Il n'est pas avantageux de disposer les éléments de raidissement 15 30, 31 en dessous de la surface 23 car si ces bandes métalliques viennent en contact avec la cathode, elles peuvent provoquer un court-circuit de la cellule, les éléments de raidissement 30, 31, représentés sur la figure 3, sont des barres rectangulaires, mais elles peuvent avoir n'importe quelle autre forme appropriée, 20 telle que des profilés en forme de 1 ou de U, de fils métalliques, des barres soit rondes soit carrées, etc. De préférence, les éléments de raidissement 30, 31 sont de même matière que les bandes 19, 20. Les spécialistes se rendront compte qu'une surface anodique 25 23 étendue et d'une largeur telle qu'elle dépasse les extrémités des bandes 19, 20 peut également équiper le mode de réalisation des figures 1 et 2. les éléments de raidissement 30, 31 peuvent également être utilisés, à volonté, dans le mode de réalisation des figures 1 et 2, lorsque la surface anodique 23 se prolonge 30 au-delà des extrémités des bandes 19, 20 de la bretelle. Dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique ET0 3 676 325, on décrit également des exemples de structures d'anodes et de matériaux qui peuvent être mis en oeuvre en combinaison avec le nouvel ensemble d'anode de l'invention. De ce fait, le brevet des 35 Etats-Unis d'Amérique N° 3 676 325 est incorporé dans sa totalité au présent mémoire à titre de référence. la colonne anodique qui 223Ï428 7 y est décrite et qui comprend un manchon de titane fixé au sommet du répartiteur et entourant une tige d'aluminium soudée par friction au sommet de ce dernier, comme "borne d'alimentation en courant, est utilisée de préférence comme colonne anodique dans 5 la présente invention. le nouvel ensemble d'anode selon l'invention est très stable. Il résiste au gauchissement du fait des bandes métalliques de la bretelle, en liaison avec le profilé, en forme de U, du répartiteur. En conséquence, il est possible de maintenir cons-10 tamment un intervalle réglé entre l'anode et la cathode de mercure liquide sans court-circuit désavantageux provoqué par le fait qu'un élément de la surface anodique est situé à une plus faible hauteur qu'un autre élément. De plus, lorsque la surface anodique ne dépasse pas les bandes métalliques de la bretelle, 15 il ne se produit qu'une déformation relativement faible des extrémités des barres métalliques ou des éléments d'autre type de cette surface. Cependant, si des parties de la surface anodique dépassent les bandes 19, 20, ces parties doivent être courbées pendant l'expédition et lorsque ces anodes courbées sont mises 20 en service, elles peuvent provoquer des courts-circuits ou une répartition médiocre du courant pour les mêmes raisons que celles indiquées plus haut pour le gauchissement. les éléments de raidissement 30, 31 disposés sur les bords extérieurs 28, 29 de la surface 23 permettent d'éviter ces difficultés. 25 lorsqu'il a été déterminé que la surface anodique perforée de l'anode de l'invention doit recevoir un nouveau revêtement ou doit subir un nouveau traitement, du fait de sa déformation provoquée par des mauvais traitements ou pour d'autres raisons, l'anode est enlevée de la cellule. Il est possible de déterminer 30 le moment où ladite surface anodique doit être remplacée par l'observation de l'accroissement de la résistance offerte au passage du courant électrique pendant le fonctionnement de la cellule ou par des mesures normales du revêtement restant. Après enlèvement de l'anode hors de la cellule, la bretelle est sépa-35 rée du reste de l'ensemble par rabotage, fraisage, etc. Une nouvelle bretelle est fixée à l'anode et la cellule est remise en 2231428 8 fonctionnement avec un minimum d'arrêt. La bretelle avariée ou hors service est alors expédiée afin d'être remise en état, et lorsqu'elle est réparée,elle est emmagasinée afin d'être mise en oeuvre lorsqu'une autre bretelle doit être remplacée. 5 Les exemples suivants sont destinés à décrire plus complè tement l'invention. Toutes les parties et pourcentages sont données en poids sauf indication contraire. EXEMPLE 1 On produit cinquante anodes métalliques destinées à être 10 mises en oeuvre dans une cellule d'électrolyse à amalgame de mercure, en vue de la production de chlore. Les dimensions de la cellule sont : 12,6 mètres de longueur, 1,35 mètre de largeur et 0,30 mètre de hauteur environ. Chaque anode métallique comprend .deux colonnes anodiques fixées à un répartiteur et une 15 surface anodique en forme de bretelle fixée à ce dernier. Chaque colonne anodique comprend line tige supérieure de cuivre d'un diamètre de 32 millimètres et d'une hauteur de 117,5 millimètres environ. Cette tige de cuivre est soudée par . friction à une tige d'aluminium d'un diamètre de 44,5 millimè-20 très. Le bas de la tige d'aluminium est soudé par friction au sommet de la plaque d'un répartiteur. Un manchon de titane, entourant la colonne d'aluminium et de cuivre ,est également soudé par friction, par une première extrémité, au sommet du répartiteur. La hauteur du manchon de titane est d'environ 263 milli-25 mètres et son diamètre extérieur d'environ 51 millimètres. Le répartiteur est en forme de U inversé, comprenant une âme dont la largeur interne entre les ailes est d'environ 190 millimètres. Des ailes descendant de chaque côté de l'âme sont sensiblement parallèles et ont une hauteur de 25 millimè-30 très. Un rebord d'une largeur d'environ 12,5 millimètres est orienté vers l'extérieur à l'extrémité de chaque aile, parallèlement à l'âme. Les dessous des rebords des ailes de chaque jeu sont usinés de manière à être situés dans le même plan, sur toute la 35 longueur du dessous de chaque rebord. 9 2231428 La surface anodique est fixée à la manière d'une bretelle sur les surfaces de dessous des rebords. La bretelle comprend plusieurs barres parallèles et espacées fixées, à une première extrémité, par soudage sur l'une des deux bandes espacées paral-5 lèlement l'une à l'autre et disposées aux extrémités des barres. Chaque barre comprend une âme de titane portant un revêtement d'oxyde de ruthénium. La longueur de chaque barre est d'environ 230 millimètres et son diamètre d'environ 3 millimètres. 260 barres environ sont disposées à des distances égales les unes des 10 autres le long des bandes de la bretelle dont la longueur est d'environ 1,20 mètre. Chaque bande de la bretelle est en titane. Sa largeur est de 9 millimètres et sa hauteur de 3,8 millimètres. L'anode est fixée au répartiteur par des cordons de soudure qui fixent le sommet de chaque bande de la bretelle au dessous de 15 l'un des rebords fixés aux ailes de l'ïï. La superficie de chaque anode métallique est de 1 220 millimètres par 236,5 millimètres et sa hauteur totale est d'environ 416 millimètres. La hauteur combinée du répartiteur et de la bretelle est de 32 millimètres environ. Les colonnes anodiquef sont disposées au cen-20 tre du sommet du répartiteur et leurs centres sont situés à environ 305 millimètres de chaque extrémité de ce dernier. Un jeu de cinq anodes métalliques de ce type est disposé dans la cellule de manière que les anodes soient parallèles les unes aux autres, à l'aide d'un appareil permettant de régler 25 l'intervalle entre l'anode et la cathode, tel que celui décrit dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique M-0 3 574 073. Dix jeux de cinq anodes chacun sont placés de cette manière dans la cellule . On fait fonctionner la cellule par écoulement de mercure 30 et de saumure et par la mise en oeuvre de techniques classiques de récupération du chlore et de régénération de l'amalgame et de la saumure. On fait fonctionner la cellule à une tension de 4,3 volts avec un coefficient de tension de 0,12 environ. Après une pério-35 de de fonctionnement prolongée les anodes métalliques sont enlevées de la cellule, la bretelle et les barres sont séparées 10 2231428 des dessous des rebords par rabotage des cordons de soudure. Des bretelles anodiques portant un nouveau revêtement sont fixées par des cordons de soudure aux bords afin de remplacer les bretelles hors service,et les anodes métalliques ainsi que les cel-5 Iules électrolytiques sont remises en fonctionnement, les bretelles anodiques hors service enlevées sont emballées et expédiées en vue de la formation d'un nouveau revêtement, de manière que la durée d'arrêt de la cellule soit minimale. EXEMPLE 2 10 On répète le mode opératoire de l'exemple 1 avec des anodes métalliques de même modèle, à l'exception du fait que les barres ont un diamètre de 2,9 millimètres environ et que la surface anodique comprend environ 300 barres. EXEMPLE 3 15 On répète le mode opératoire de l'exemple 1 à l'exception du fait que les barres sont aplaties à leur partie supérieure et à leur partie inférieure. Leur épaisseur est d'environ 2,5 millimètres. L'espace entre les barres est d'environ 1,3 millimètre et la surface anodique comprend environ 260 barres. 20 • EXEMPLE 4 On répète le mode opératoire de l'exemple 1, à l'exception du fait que la longueur des barres est d'environ 230 millimètres et qu'elles dépassent d'environ 48 millimètres le bord extérieur de chaque bande de la bretelle. 25 EXEMPLE 5 On répète le mode opératoire de l'exemple 1 avec des anodes métalliques de modèle semblable à celui des anodes de l'exemple 1 et à l'exception du fait que le répartiteur ne comporte pas de rebord à l'extrémité de chaque aile. Les extrémités des ailes 30 sont fixées directement par soudage au sommet des bandes de la bretelle. Dans les exemples 2 à 5, les anodes sont remplacées de la même manière que dans l'exemple 1. On réalise des économies importantes de frais d'expédition et de manutention dans les exem- 35 pies 1 à 5. Il va de soi que de nombreuses modifications peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. 11 2231428 REVENDICATIONS 1. Ensemble à anode métallique, comprenant un répartiteur au sommet duquel est fixée au moins une colonne anodique et comprenant une âme, une aile partant de chacun des deux côtés oppo- 5 ses de l'âme de manière que le courant passe par la colonne ano- • dique et en travers du répartiteur afin d'être transmis par ladite surface anodique perforée à de la saumure et à une cathode de métal liquide disposée sous ladite surface anodique afin de produire du chlore sur ladite surface, caractérisé en ce qu'une 10 bretelle en contact électrique avec les ailes est constituée de ladite surface anodique perforée à laquelle sont fixées deux bandes métalliques dont chacune est fixée à l'un des deux côtés opposés de ladite surface et dont le sommet de l'une est fixé à l'une des ailes, le sommet de l'autre bande métallique étant 15 fixé à l'autre aile située sur le côté opposé de l'âme. 2. Ensemble suivant la revendication 1,caractérisé en ce que ladite surface anodique perforée comprend des ouvertures dont la superficie globale est comprise entre 25 et 70$ environ de la superficie de la totalité de ladite surface anodique. 20 3. Ensemble suivant la revendication 2, caractérisé en ce que la largeur de ladite surface anodique perforée est égale à la distance entre les bords extérieurs de chaque bande métallique de la bretelle. 4. Ensemble suivant la revendication 2, caractérisé en ce 25 que la largeur de ladite surface anodique perforée est supérieure à la distance entre les bords extérieurs de chaque bande métallique de la bretelle. 5. Ensemble suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la largeur de ladite surface anodique perforée est comprise 30 entre 100 et 300$ environ de la distance éntre les bords extérieurs des bandes métalliques de la bretelle. 6. Ensemble suivant l'une des revendications 3 et 4, caractérisé en ce qu'une semelle orientée vers l'extérieur est fixée à l'extrémité de chaque aile, les faces inférieures des semelles 35 étant situées sensiblement dans le même plan, chaque semelle étant parallèle à la face inférieure de l'âme dont elle est 2231428 12 espacée, le sommet de l'une desdites "bandes métalliques étant fixé sous l'une des semelles et le sommet de l'autre "bande métallique étant fixé sous l'autre semelle. 7. Ensemble suivant les revendications 3 et 6 prises ensem-5 ble , caractérisé en ce que la surface anodique perforée comprend plusieurs barres métalliques parallèles, espacées et fixées à chacune de leurs extrémités au dessous de l'une desdites bandes métalliques. 8. Ensemble suivant la revendication 1, caractérisé en ce 10 que les bandes métalliques sont en titane. 9. Ensemble suivant la revendication 8, caractérisé en ce que les ailes, qui sont de préférence sensiblement parallèles, sont inclinées en s'écartant l'une de l'autre sous un angle, compris entre 0 et 75° environ, inscrit à l'intersection d'un plan 15 passant par l'aile et d'un plan passant longitudinalement par l'axe de ladite colonne anodique. 10. Ensemble suivant la revendication 4, caractérisé en ce qu'un élément de raidissement est fixé au sommet et sur chaque bord extérieur de ladite surface anodique perforée.