Brevet FR2316354A1 — publié le 19770128

Ia présente invention concerne le matériau chimique et notamment pour objet un électrolyseur à électrodes solides. L'invention peut être appliquée à la fabrication du chlore et des alcalis, des chlorates des hypochlorites, par électrolyse de solutions de chlorures des métaux alcalins. On connaît un électrolyseur à électrodes solides qui comprend un corps placé sur un fond conducteur. Dans le corps sont disposées des anodes et une cathode. la cathode est constituée par une grille métallique sur laquelle est déposé un diaphragme perméable aux liquides. L'anode se compose d'une partie active et d'une amenée de courant. Sa partie active est constituée par une talle perforée en titane, avec un revêtement actif. L'amenée de ccurant est un tube en titane dans lequel est logée une me en cuivre. 'a talle perforée est soudée au tube en titane et un contact électrique est assuré entre le tube et l'âme. Les anodes de l'électrolyseur sont fixées à son fond. Ce fond est en métal bon conducteur et il est revêtu d'une feuille isolante. Dans la feuille isolante et le fond sont percés des trous dans lesquels sont engagées les amenées de courant des anodes. A sa partie inférieure, l'amenée de courant est dotée d'une bride, à l'aide de laquelle l'anode s'appuie sur la feuille isolante. La partie de l'amenée de courant située au-dessous de la bride passe à travers un trou du fond de l'électrolyseur et comporte un filetage sur lequel se visse un écrou. Ce système assure la fixation des anodes au fond de l'électrolyseur. On amène le courant à l'anode soit par connexion directe de la barre d'amenée de courant à l'amenée de courant de l'anode, soit à travers le fond de l'électrolyseur. Pour prévenir les fuites d'électrolyte, des joints sont interposés aux endroits de fixation des anodes. L'électrolyseur connu présente les ~ncotlven ents suivants. Etant donné que son fond n'est pas un plan parfait et que les brides des anodes ne sont pas rigoureusement perpendiculaires aux amenées de courant des anodes, lors de leur fixation au fond les anodes ne prennent pas une position str@ctement verticale et se trouvent inclinées sous divers angles par rapport au plan du fond. Quand les anodes ont une grande hauteur, une imprécision de mise en place, même insignifiante, provoque des écarts importants de la partie active supérieure de l'anode par rapport à la position prescrite. Si, par exemple, l'écart par rapport à la position verticale est de 10, le bout supérieure d'une anode de 1000 mm de hauteur aura par rapport à la position correcte (à l'axe vertical) un écart d'environ 20 mm. De surcroSt, cet écart a une direction différente pour chaque anode. Afin qu'il soit possible d'engager un seul bloc de cathode sur le bloc d'anodes assemblé, constitué par un grand nombre d'anodes, il faut prévoir de grandes distances entre les électrodes, ce qui entrain inévitablement de grandes dépenses superflues d'énergie électrique.Comme dans la majorité des fabrications électrochimiques de grande production, y compris les fabrications du chlore et des alcalis, le prix de l'énergie électrique constitue la partie la plus importante de tous les frais, l'inconvénient indiqué plus haut a pour effet une augmentation marquée du prix de revient du produit. Au cours de l'utilisation de l'électrolyseur, le revêtement de la partie active de l'anode s'use et doit être rénové. Les traitements thermiques répétés à chaque applieation d'un nouveau revêtement actif sur la partie active de l'anode altèrent peu à peu le contact électrique entre l'ame en cuivre et le tube de titane. Il s'ensuit une augmentation de la tension et de la consommation d'énergie électrique, ainsi qu'une action irrégulière des anodes et un abaissement du rendement en courant. L'utilisation unique de l'anode n'est pas économique, par suite des grandes dépenses de main-d'oeuvre et de titane pour la fabrication des anodes. La fixation décrite des anodes rend nécessaires des mesures spéciales pour prévenir les fuites d'électrolyte aux endroits de fixation des anodes. Une fuite d'électrolyte m & e insignifiante entraîne la mise hors d'usage de tout l'électrolyseur. En outre-, ceci peut être la cause de graves dommages à tout l'atelier d'électrolyse. On s'est donc proposé de créer un électrolyseur qui permettrait la pose des anodes parallèlement entre elles, avec la précision nécessaire dans le plan perpendiculaire au plan de fixation des anodes, indépendamment de la qualité de fabrication de la surface à laquelle se fixent les anodes, et qui supprimerait l'éventualité de fuites de l'électrolyte de l'électrolyseur aux endroits de fixation des anodes, ce qui abaisserait la consommation d'énergie électrique, augmenterait la fiabilité de l'électrolyseur et simplifierait son exploitation. La solution consiste en ce que, dans un électrolyseur à électrodes solides, comprenant un corps dans lequel sont placées des anodes et une cathode, constituant lesdites électrodes solides, chaque anode ayant une partie active et une amenée de courant au moyen de: laquelle elle est fixée à un support conducteur, d'après l'invention ladite partie active est réalisée rigide, l'amenée de courant est constituée par deux plaques flexibles, et le support conducteur est doté de saillies de repérage ou positionnement, lesdites plaques flexibles enserrant la saillie de repérage sur laquelle elles sont fixées par des moyens appropriés. Le support conducteur précité peut être le fond de l'électrolyseur ou des cloisons verticales constituant un tout avec ledit fond. Il est avantageux de réaliser la partie active de chaque anode avec deux tôles perforées paralleles, solidarisées par des renforts sous la forme de plats verticaux disoeuusJ-.'s enire les tôles perforées perpendiculairement à celles-ci. Il est avantageux aussi de disposer la partie supérieure des plaques de l'amenée de courant entre les tôles perforées et de la souder suivant toute sa hauteur aux plats verticaux. Il est utile de disposer l'une des plaques de l'amenée de courant suivant toute la hauteur des tôles perforées, et l'autre, à peu prés jusqu'à mi-hauteur de celles-ci. Le partie active de chaque anode peut être réalisée avec deux tôles perforées parallèles, solidarisées par des renforts sous la forme de tiges métalliques placées entre elles verticalement, suivant toute la hauteur de l'anode, les plaques de l'amenée de courant pouvant être -soudées aux tôles perforées de la partie active le long de leur bord vertical. la conception d'électrolyseur venant d'être décrite présente une série d'avantages comparativement aux électrolyseurs connus. La présence, dans l'électrolyseur, d'anodes ayant une partie active rigide et une amenée de courant constituée par deux plaques flexibles, et la fixation des amenées de courant sur un support conducteur doté de saillies de repérage, assurent ure disposition rigoureusement verticale de tous les anodes indépendamment de la qualité de fabrication de la surface du support conducteur. la disposition exacte des anodes assure l'obtention d'une même distance entre chaque anode et la cathode de l'électrolyseur, ce Q.i permet de réduire la consommation d'énergie électrique pour 1 électrolyse l'efficacité de l'invention est maximale quand les parties supérieures des plaques conductrices passent à l'intérieur de la partie active de l'anode et sont soudées aux plats @@@@ @ @@@re des @laaues condu@trices passe alors suivant toute la @a@teur de la partie active de l'anode, tandis que l'autre ne va que jusqu'à mi-hauteur de cette partie.De la sorte, on obtient ure amenée de courant à section variable, grâce à laouelle la distribution du courant dans l'anode est uniforme et, par conséquent, le rendement en courant est plus grand. En outre, dans l'électrolyseur décrit, le processus d'électrolyse se déroule d'une manière sure, car l'éventualité de fuites de l'électrolyte est complètement exclue et, par conséquent, le risque de mise hors d'usage de tout l'électrolyseur est écarté. L'invention simplifie la fabrication de l'électrolyseur, réduit les frais de montage et de démontage de l'électrolyseur lors des révisions. Toutes les parties de contact des anodes sont accessibles pour le controle de la qualité de l'assemblage, pour la mesure des chutes de tension, etc. D'autres objectifs et avantages de l'invention sont mis en évidence dans la description ci-après d'exemples de réalisation non limitatifs illustrés par les dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un électrolyseur conforme à l'invention (coupe longitudinale) ; - la figure 2 représente schématiquement une vue en plan de l'électrolyseur conforme à l'invention, le chapeau étant enlevé ;; - la figure 3 représente une vue de face d'une anode conforme à l'invention - la figure 4 représente une vue de coté de l'anode de la figure 3 - lafigure 5 représente une vue en coupe suivant V-V de la figure 3 - la figure 6 est une vue schématique, illustrant le montage des anodes suivant un gabarit - la figure 7 représente une variante de réalisation de l'électrolyseur objet de l'invention (vue en coupe longitudinale) - la figure & représente une variante, conforme à l'invention, de réalisation de l'anode (vue en coupe longitudinale) - la figure 9 représente l'anode de la figure 8, vue de dessus. L'éldetrolyseur à électrodes solides comprend un corps 1 (figure t) placé sur un fond conducteur 2. Le fond 2 est constitué par une plaque de métal bon conducteur, par exemple d'aluminium. La plaque est recouverte d'une feuille de titane qui la protège contre l'action de l'électrolyte. Dans sa partie se trouvant en dehors du corps 1, le fond 2 comporte des trous 3 (figure 2) pour la fixation par boulons de la barre d'amenée de courant (non représentée sur les figures). L'électrolyseur est fermé par un chapeau 4 (figure 1) en dôme. Dans le corps I sont montées une cathode 5 et des anodes 6, qui sont des électrodes solides. la cathode 5 est constituée par une grille métallique soudée au corps 1. Sur la grille métallique est déposé un diaphragme perméable aux liquides. Chaque anode 6 possède une partie active 7 (figures 3, 4) etune amenée de courant 8 fixée au fond 2 (figure 1) qui constitue un support conducteur. la partie active 7 (figure 4) de chaque anode 6 est réalisée rigide et constituée de deux tôles perforées 9 et ;0 parallèles, sur lesquelles est déposé un revêtement actif. Ces tôles perforées 9 et 10 sont solidarisées ltune à l'autre par des renforts sous la forme de plats verticaux 11 (figure 5), placés entre les tôles perforées 9 et 10 et soudés perpendiculairement à ces tôles. Une telle structure assure la rigidité de la partie active des anodes 6 (figure 1). L'amenée de courant 8 (figure 4) de chaque anode 6 est constituée par deux plaques métalliques 12 et 13 flexibles. Ces plaques 12 et 13 enserrent les saillies de répérage ou positionnement 34 (figure 6) qui sont soudées au fond conducteur 2 et elles leur sont fixées par des boulons 15. Pour améliorer la distribution du courant suivant la hauteur de l'anode 6 et diminuer les pertes d'énergie électrique, les parties supérieure s des plaques flexibles 12 et13 sont placées entre les tolets perforées 9 et 10 de la partie active 7 de l'anode 6 et sont soudées aux plats verticaux 11 (figure 5) suivant toute leur hauteur. La plaque 12 (figure 4) s'étena suivant toute la hauteur des tôles perforées 9 et 10 de la partie active 7 des anodes 6 ; quant à la plaque 13, elle ne monte que Jusqu a mi-hauteur desdites tôles. On obtient ainsi une amenée de courant à section variable, ce qui améliore la distribution du courant dans les anodes 6. Dans la variante de réalisation de l'électrolyseur représentée sur la figure 7, le support conducteur est constitué par des cloisons 16 faisant corps avec le fond 2. Sur ces cloisons 16 sont fixées, de part et d'autre, des anodes 17 Les anodes 17 (figures 7, 8) sont de conception analogue à celle des anodes 6 (figure 5), dont elles diffèrent par la réalisation des renforts solidarisant les deux tôles perforées parallèles 9 (figure 9) et 10. Ici, les renforts sont des tiges creuses 1â (tubes). Ces tiges creuses 18 sont placées entre les tôles perforées 9 et 10 verticalement, suivant toute 'la hauteur de l'anode 17. La différence entre l'anode 17 (figure 8) et les anodes 6 (figure 5) consiste aussi en ce que les plaques t2 et 13 de l'amenée de courant 8 (figure 9) sont soudées respectivement aux tôles perforées 9 et 10 le long de leur bord vertical. Les plaques 12 et 13 sont fixées sur des saillies de repérage ou positionnement (non représentées) disposées sur chaque cloison verticale 16 (figure 7), à l'aide de boulons (non représentés). Lors de l'assemblage de l'électrolyseur, les parties actives des anodes sont mises à la position voulue a l'aide d'un gabarit 19 (figure 6). Lors de la pose des anodes 6, les plaques flexibles 12 et 13 de l'amenée de courant sont engagées sur les saillies de repérage 14, et les parties actives 7 des anodes 6 sont mises à la position voulue a l'aide du gabarit ,5 Après la pose des anodes 6, les plaques 12 et 13 de l'amenée de courant 8 sont fixées sur les saillies de repérage 14 à l'aide des boulons 15, puis la gabarit 19 est enlevé. Comme les sailli@ d @@@@@@@ag @@@@@@@@@@@@@@@@@att@@e@@@t toujours un écar verticale, lors de la pose des an@des @ d'après le g@barit 19 et lors de la fixation des amenées de courant 8 les plaques 12 et 13 de l'amenée de courant 8 se décalent @ l'une par rapport à l'autre le long de la saillie 14. Dans cette position, les plaques 12 et 13 son-t bloquées par les boulons 14 et 15 et, après enlèvement du gabarit 19, la partie active 7 des anodes 6 reste à la position voulue. Entre le corps 1 et le fond conducteur 2 est placé un élément intercalaire Isolant 20. L'électrolyseur fonctionne d'une façon connue e soi. Le processus de fabrication du chlore et des alcalis, des chlorates et des hypochlorites s'y déroule avec des dépenses d'énergie moindres, grâce à la pose précise des anodes, assurant l'obtention d'une même distance entre chaque anode et la cathode dans l'électrolyseur. Ledit processus est aussi caractérisé par une distribution uniforme du courant aux anodes et par une augmentation du rendement en courant, grâce à la réalisation de l'amenée de courant avec une section variable, comme décrit plus haut. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n1 ont été donnés qu'à titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens docrits ainsi que leurs combinaisons, si celles-ci sont exécutés suivant son esprit et mises en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. REVENDICATIONS 1. Electrolyseur à électrodes solides, du type comprenant un corps dans lequel sont placées des anodes et une cathode constituant lesdites électrodes solides, chaque anode comportant une partie active et une amenée de courant au moyen de laquelle elle est fixée à un support conducteur, caractérisé en ce que ladite partie active de chaque anode est réalisée rigide, que ladite amenée de courant est constituée par deux plaques flexibles, et que ledit support conducteur comporte des saillies de repérage ou positionnement, lesdites plaques flexibles de chaque anode enserrant la saillie de repérage correspondante et étant fixées à celle-ci par des moyens appropriés. 2. Electrolyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie active de chaque anode est constituée de deux tôles perforées mutuellement parallèles, rendues solidaires l'une de l'autre par des éléments de renfort sous forme de plats verticaux disposés entre lesdites tôles perforées, perpendiculairement à celles-ci. 3. Electrolyseur selon l'une des revendication 1 et 2, caractérisé en ce que la partie supérieure des plaques de l'amenée de courant de anode se trouve entre les tôles perforées de celle-ci et est soudée suivant toute sa hauteur aux plats verticaux de ladite anode. 4. Electrolyseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'une des plaques de amenée de courant de l'anode s'étend suivant toute la hauteur des tôles perforées de celle-ci, tandis que l'autre ne s'étend que jusqu'à environ la moitié de la hauteur desdites tôles. 5. Electrolyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la partie active de chaque anode est constituée de deux tôles perforées mutuellement parallèles, rendues solidaires l'une de l'autre par des éléments de renfort sous forme de tiges métalliques placées verticalement entre-lesdites toles suivant toute la hauteur de l'anode, les plaques précitées de l'amenée de courant de l'anode était soudées respectivement auxdites tôles perforées le long des bords verticaux respectifs de celles-ci.