Brevet FR2242488A1 — publié le 19750328

L'invention est relative à une électrode disposée verticalement destinée aux électrolyses s'eflectuant avec génération de gaz. Au cours de l'électrolyse de liquides avec formation de produits gazeux, lton se heurte à des difficultés qui sont dAes à des problèmes liés à la polarisation de concentration et au transfert de masse. Ceci se produit en particulier lorsque les gaz formés sont très peu solubles dans lsélectrolyte- Dans le cas des électrodes horizontales, on a essayé de porter remède à ces difficultés par modification des électrodes, soit en réalisant dans celles-ci une multitude de perfora tions cylindriques, soit encore en y pratiquant des fentes qui permettent ainsi une évacuation aussi rapide que possible du chlore gazeux produit (demandes de brevet allemand publiées avant examens sous les nO 1 667 812 et 1 792 183, brevet britannique 1 229 402). Des sections droites de passage pour le gaz de l'ordre de 1à 35 % sont courantes. Par la disposition judicieuse de trous ou de rainures, le gaz monte par le chemin le plus court possible vers la surface de l'électrolyte. Un autre développement relatif à la conception des canaux de passage pour le gaz formé lors de l'électrolyse est décrit dans le modèle dlutilité allemand 7 207 894. Selon celui-ci, les canaux de passage sont élargis au moins à proximité d'une surface de l'électrode et à la surface de celle-ci. il est prévu en particulier des canaux de passage en forme de venturi. Dans les électrodes travaillant en position verticale, celles-ci sont de préférence nervurées, ondulées, perforées et même poreuses de manière a ce que le gaz ou la dispersion gazliquide puisse autre évacué et remplacé par du liquide frais (A.T. Kuha, Industrial Electrochemical Processes, Slsevier Publishing Gompany, Amsterdam, mondons New York (1971) B. 602). Ces solutions connues ne permettent cependant pas une circulation irréprochable, c'est à dire non perturbé, de l'élec- trolyte. En particulier, rien ne permet d'éviter de manière suffisante que la aispersion gaz-liquide en voie d'élimination ne vienne en contact avec le courant liquide descenaant et ne soit enw tramée, et ne soit ainsi à nouveau introduite dans la partie inférieure de la chambre d'électrolyse. il en résulte des surtensions importantes qui finalement se traduisent par un rendement énergétique réduit et un dégagement thermique accru. 'les gaz qui ne s'échappent pas assez rapidement provoquent en outre des phénomènes de surchauffe locale pouvant entraîner la détérioration des électrodes et des diaphragmes situés à leur voisinage. La présente invention se propose d'éviter les inconvénients connus et de fournir une électrode garantissant, sans frais de réalisation supplémentaires, une évacuation des gaz et une circulation de l'électrolyte non perturbées. Ce résultat est obtenu par le fait que l'électrode verticale destinée aux électrolyses avec génération de gaz, comporte selon l'invention sur la face génératrice de gaz une zone inerte s'étendant de bas en haut d'au moins 2 cm de large, dont la surface représente au maximum 20 6/O de la surface de l'électrode, cette zone inerte étant séparée de la zone active par au moins une séparation s'étendant du haut vers le bas. La zone inerte séparée de la surface active de l'élec- trode permet un dégagement non perturbé de l'électrolyte débarrassé complètement ou tout au moins très largement du gaz vers la partie inférieure de la chambre d'électrolyse. un empêche en particulier une perturbation réciproque provoquée par le courant ascendant de la suspension gaz-électrolyte et par le courant descendant de l'électrolyte. La zone inerte de l'électrode peut être réalisée de différentes manieres. On peut procéder par exemple par revêtement d'une portion précédemment active de l'électrode au moyen d'une feuille en matière plastique ou au moyen d'une enduction ou peinture par résine synthétique. Une autre possibilité pour obtenir cette zone inerte consiste à fixer deux parties de l' électrode active à une partie isolante de liaison de manière à éviter une perte de la surface précédemment active de l'électro- de. Une troisième forme de réalisation de cette zone inerte consiste à empêcher l'activation de la zone superficielle considérée en la recouvrant avant l'activation de l'électrode. Ce prodédé peut s'appliquer en particulier aux électrodes à base de titane métallique dont l'activation superficielle est assurée par un revêtement de platine ou d'oxyde de platinez En ce qui concerne la dimension de la surface de la zone inerte, il y a lieu de tenir compte de la grandeur de l'électrode.Considérant que la zone inerte ne peut en aucun cas pour des raisons nydrodynamiques, avoir une largueur infé rieure à 2 cm, une électrode de petite surface possedera par rapport à une électrode de grande surface, une plus grande zone inerte proportionnellement à la superficie totale de l'électro- de, ceci signifie que pour des petites électrodes, le rapport de surface de la zone inerte à la surface totale de ltélectrode se trouvera dans la - partie supérieure du domaine revendiqué, tandis que pour les grandes électrodes, ce rapport se trouvera dans la partie inférieure du domaine revendiqué. 3e préférence la zone inerte constitue au moins 5% de la surface de l'électrode. La séparation entre les zones active inerte peut, pour autant qu'elle présente une forme convenable, être réalisée dans le matériau constitutif de l'électrode elle-meme pour autant que la paroi tournée vers la zone inerte soit également inerte Cette séparation est réalisée d'une manière particulièrement simple par fixation de profilés en matiere plastique sur l'électrode. En général, pour les électrodes à petite surface, il suffit dlune zone inerte continue toutefois, dans le cas d' électrodes à grande surface, il est à conseiller de subdiviser cette zone en plusieurs parties. Dans ce cas, chacune des zones partielles aura une superficie au moins équivalente à 5% de la surface de l'électrode. Deux ou trois zones partielles sont généralement suffisantes pour les électrodes de grandie dimension. Il est avantageux de prévoir deux zones inertes placées dos à dos sur les électrodes qui produisent simultanément du gaz sur deux faces et qui doivent donc présenter une zone inerte sur ces deux faces. Pour la forme d'exécution de l'invention comportant au moins un élément de liaison paur les zones actives de l'électrode, ceci est obtenu généralement par la technique même de fabrication. La forme géométrioue des électrodes conformes à l'invention n'est pas du tout critique, celles-ci peuvent en effet être par exemple rectangulaires, carrées ou rondes. Dans les électrodes carrées ou rectangulaires, il est utile de donner à la zone inerte la forme d'une bande transversale qui, lorsqu'unie subdivision n'est pas prévue, sera située environ au centre de la surface. Cependant Si la zone inerte est subdivisée en plusieurs parties, la position des bandes est généralement choisie de manière que la superficie de l'électrode soit subdivisée par exemple en trois ou quatre parties de superficie sensiblement identique. Pour les électrodes rondes, il est recommandé de situer le domaine inerte sur la périphérie de l'électrode. be cas échéant, une bande supplémentaire peut également autre prévue en son milieu. Pour autant qu'il se produit un dégagement gazeux à au moins une des électrodes, les électrodes conformes à l'invention sont utilisables dans de nombreux domaines d'électrolyse. On peut citer en particulier l'électrolyse de l'acide chlorhydrique et du chlorure de sodium par le procédé au diaphragme, l'électrolyse réductive de solutions salines pour la production de métaux nobles ou non-nobles, I'életrolyse des chlorates ainsi que la production électrolytique de peracides. L'invention sera décrite plus en détail en se référant à deux exemples de réalisation représentés schématiquement au dessin annexé. - La figure 1 est une vue en élévation d'une électrode rectangulaire, - La figure 2 est une vue en élévation d'une électrode ronde. Dans chaque cas, l'électrode 1 présente une zone inerte 2, dans le cas de la figure 1 en forme de bande, dans le cas de la figure 2 de forme annulaire. Dans chaque cas, la zone inerte 2 est séparée de la zone active 4 par un profilé en matière plastique 3. Dans la forme de réalisation représentée en figure 2, on remarquera que les profils en matière synthétique n'atteignent paye le fond de la chambre d'électrolyse. Ceci s'explique par le fait que d'une part le fort courant descendant d'électrolyte est retenu par la force centrifuge à la périphérie de la chambre d' électrolyse également circulaire et que d'autre part par le fait qu'à cause du courant dirigé verticalement vers le haut des bulles de gaz, celles-ci ne peuvent pénêtrer dans le courant de retour de l'électrolyte dans la zone inférieure de la chambre d' électrolyse. Dans les deux figures, les fleches en trait plein marquent le courant dirigé vers le bas de l'électrolyte pratiquement exempt de bulles de gaz tandis que les flèches en trait interrom pu montrent le courant ascendant de la suspension gaz-électrolyte. 'les zones inertes sont marquées par des hachures. Exemple 1 (Etat antérieur de la technique) Dans une cellule d'essai à diaphragme, on étudie une solution de EaCl à une concentration de 320 g/l. ma température de l'électrolyte est de 850C et le p de la solution de NaGlintroduite est voisin de 4. Gomme anode on utilise une plaque en graphite non traitée dont les dimensions sont, eh hauteur, 80 cm, et en largeur, 120 cm. La densité de courant est fixée à 1,2 kA/m2. Au commencement de la période de mise en service malgré une consommation anodique négligeable, on mesure une tension de cellule de l'ordre de 3,2 V. Exemple 2 (conforme à l'invention) On reprend le mode opératoire décrit dans l'exem- ple 1, mais en utilisant une anode comportant en son milieu une one rendue inerte à l'aide d'ASPLIG en forme de bande de 10 cm de large et de 1 cm de profondeur. La séparation entre la zone active et la zone inerte est assurée par un profilé rectangulaire en PVO délimité en hauteur par le diaphragme et en longueur à 5 cm des bords supérieurs et inférieurs de l'anode. Pour une densité de courant également de 1,2 on mesure une tension de cellule des'ordre de 2,9 V. Ce qui représente une économie de tension de 700 mV. REVENDIOAT IONS 1) Electrode verticale destinée aux électrolyses s'effectuant avec génération de gaz, caractérisée en ce qu'elle comporte sur la face génératrice de gaz, une zone inerte (2) s'étendant de bas en haut, d'au moins 2 cm de large, dont la surface représente au maximum 20 ao de la surface de l'électrode, cette zone inerte (2) étant séparée de la zone active (4j par au moins une séparation (5) s'étendant du haut vers le bas. 2) Electrode selon la revendication 1, caractérisée en ce que la zone inerte (2) présente une surface représentant au moins 5 ffi de la surface totale de ltélectrode. 3) électrode selon la revendication 1 ou 2, caractérisée en ce que la zone inerte (2) est subdivisée en plusieurs parties, chacune des parties individuelles présentant une surface représentant au moins 5/G de la surface totale de l'électrode. 4) électrode selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la zone inerte est constituée par au moins un élément de liaison pour les zones actives (4) d'électrode. 5) électrode selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce qu'en cas de dégagement gazeux sur les deux faces de l'électrode, les deux zones inertes (2) sont l'une en face de l'autre. 6) Electrode selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que la séparation (3) de la zone inerte (2) et de la zone active (4) s'étend, jusqu'à l'électrode voisine ou jusqu'au diaphragme.