Brevet FR2308699A1 — publié le 19761119

ta présente invention concerne un procédé et un appareil destinés à l'électrolyse des chlorures de métaux alcalins. Au cours de l'électrolyse d'un chlorure de métal alcalin selon le procédé de l'amalgame, le métal alcalin est séparé une cathode de mercure et l'amalgame de métal alcalin ainsi produit est conduit à un appareil de décomposition d'amalgame. Cet appareil consiste généralement en une " pile " sous la forme d'un tube allongé avec un remplissage de graphite ou en une tour de décomposition avec un remplissago de graphite ( Winnacker Kuchler, Chem. Techn. J,l, 255 - 256 (1969). Après la décomposition de l'amalgame avec de lseau en présence de graphite comme catalyseur, le mercure libéré doit être ramené a la cellule. En pratique, deux dispositions différentes d'appareil de décomposition d'amalgame sont connues. Dans un cas, l'amalgame passe de la cellule d'électrolyse à l'appareil de décomposition d'amalgame disposé en un point inférieur ( tour ou pile ) et le mercure libéré est pompé pour être ramené au niveau de l'entrée de la cellule. Dans l'autre cas, l'appareil de décomposition est disposé plus haut que la cellule d'électro- lyse ( toiir de décomposition ) de sorte que l'amalgame doit d'abord être pompé vers le haut. Des pompes électromagnétiques ont été proposées pour pomper le mercure ou l'amalgame au cours de l'électrolyse de chlorure de métal alcalin ( Steiner und 1non, Chem. Ing. 'rechnik, 28, (1956) 405 - 410 ) ; mais ces pompes n'ont qu'un faible rendement. Selon toutes les dispositions connues de décomposition d'amalgame en liaison avec l'électrolyse d'un chlorure rie métal alcalin, trois unités séparées sur le plan technique, à savoir la cellule d'électrolyse, l'appareil de décomposition d'ama.á.me et la pompe à mercure ou a amalgame sont branchées en série. Les inconvénients de ces opérations connues résultent entre autre, de l'utilisation particulière d'une pompe mécaniq'.'e classique, généralement employée, pour le mercure ou l'amalgame. Ces pompes sont surettes tout d'abord A une forte usure, et ensuite a des fuites. En outre, la durée de contact entre l'amalgame, le graphite et l'eau selon les procédés connus, doit être relativement longue pour une décomposition complète de l'amalgame de sorte que les appareils de décomposition doivent être relati vement grands. L'invention a donc pour objet d'éviter les inconvénients des procédés et appareils connus de décomposition d'amalgame ~~~~ et de simplifier cette opération de décomposition. Selon l'invention, ce ce résultat est atteint au moyen d'un appareil d'électrolyse du type décrit, d'un appareil de décomposition comportant un moteur linéaire qui produit un champ élec tromagnétique mobile dans l'appareil de décomposition de manière à mélanger les réactifs dans cet appareil. Ce champ électromagnd- tique mobile peut également servir à pomper le mercure libéré jusqulà la hauteur nécessaire pour son recyclage dans la cellule d'électrolyse. Le principe du champ électromagnétique mobile a été décrit par ?.R. block dans " Linearmotoren für flüssige Leiter " Haus der Technik - Vortragsveröffentlichungen, édition 319, Vulkan Verlag, Essen. L'application pratique de ces champs électromagnétiques mobiles pour entratner des métaux et des alliages liquides # par des moteurs linéaires dans des convoyeurs est déjà connue, et a été décrite par exemple par Â. V.Starck, Elektrowarme International (1970), édition 4, pages 3 à 7 ; VDI-Nachrichten, n 21 (1971), et C W Seulen, riesserei 56 (1969) édition 1, pages 1 à 9. La décomposition de l'amalgame de métal alcalin selon l'invention, qui peut se faire sous l'influence d'un champ élec- tromagnétique mobile produit par induction, a lieu par suite du mélange intensif des réactifs avec un rendement élevé de volume et de temps. Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux de l'invention, le mercure produit pendant la décomposition de l'amalgame de métal alcalin est ramené directement dans la cellule d'électrolyse par le champ électromagnétique mobile produit par le moteur linéaire. Dans ce cas, sous l'influence de ce champ électromagnétique, il se produit simultanément une décomposition et un transport de l'amalgame de métal alcalin dans la pile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre de plusieurs exemples de rê.'lisation et en se réérant aux dessins annexés sur lesquels la figure 7 est une vue en perspective d'un mode de réalisation d'un appareil selon l'invention, la figure 2 est une coupe de l'appareil de la figure 1, suivant la ligne A-r, les figures 3 et 1I sont respectivement une vue en plan et une vue de côté d'un dispositif classique, et les figures 5 à 9 sont des exemples de variantes de l'appareil selon l'invention, la figure 5a étant une coupe suivant la ligne A-R de la figure r;. Sur les figures 1 et 2, la référence 1 désigne un empilage de lamelles et la référence 2 désigne un enroulement, constituant un moteur linéaire. La référence 3 désigne une pile1 la référence 4 une plaque de graphite, la référence 5 des vis de fixation, la référence 6 de l'amalgame de sodium, la référence 7 un flasque d'extrémité, la référence 8 l'entrée d'amalgame de métal alcalin, la référence 9 la sortie de la pile pour te mercure, la référence 10 la conduite d'entrée de l'eau, la référence 11 la conduite de sortie d'hydrogène et la référence 12 la sortie de soude 9aus- tique. Plus particulièrement, l'appareil selon l'invention comporte le moteur linéaire représenté sous une forme simplifiée par la pile de lamelles 1 et l'enroulement 2. La pile est faite de matériaux non magnétisables, par exemple en acier de haute qualité et en matière plastique telle que le Teflon. Le catalyseur nécessaire pour la décomposition de l'amalgame peut être disposé dans la pile 3, sous la forme de plaques 4 qui sont serrées par des vis 5. Un mode de mise en oeuvro du procédé selon l'invention sera décrit rapidement ci après dans son application à la décomposition de l'amalgame de sodium par de l'eau, au moyen de l'appareil de la figure 1 L'amalgame de métal alcalin eet introduit par l'entrée 8 dans la pile 7 de section rectangulaire, réalisée en matière non magnétisable, par exemple en acier de haute qualité ou en Selon, et il réagit avec l'eau amenée par l'entrée 10 do manière à produire de la soude caustique qui est éliminée par la sortie t2 et de l'hydrogène qui est éliminé par la sortie 11. L. mercure sort de la pile en 9. La décomposition a lieu en présence du catalyseur actif habituel utilisé également pour la décomposition des amalgames de métaux alcalins dans les piles ou les tours habituelles, par exemple le graphite.Le moteur linéaire 1,2 produit un champ électromagnétique mobile qui facilite l'change de phases entre l'amalgame de sodium et l'eau, avec éventuellement le transport simultané de l'amalgame ou du mercure produit Sur les figures 3 à 9, la référence 21 désigne une cellule d'électrolyse, la référence 22 l'appareil de décomposition d'amal- gamo, la référence 23 désigne une pompe, la référence 24 indique l'inclinaison relative entre la cellule et la pile, les réfé- rences 25 des anodes, la référence 26 un moteur linéaire et la référence 27 une conduite. La figure 3 est une vue en plan et la figure 4 une vue de côté de la disposition classique d'une cellule d'électrolyse 21, d'une pile 22 et d'une pompe à mercure 23 avec une inclinaison relative entre la pile et la cellule. Les anodes sont dési gonzes par 25. La figure 5 est une vue de côté d'un mode de réalisation de l'appareil selon l'invention ; la figure 5a est une coupe de ce mode de réalisation suivant la ligne AT > . La pile 22 avec le moteur 26 disposé au-dessous, et la cellule 21 sont inclinés dans le même sens d'environ 10mm/m. La pente que doit vaincre le moteur linéaire a une longueur de 14 mètres et par conséquent, une hauteur de i4 cm. La figure 6 est une vue de côté d'un mode de réalisation dans lequel la pile 22 avec le moteur linéaire 26 au-dessous peuvent etre raccourcis substantiellement par rapport à la cellule 21, grâce a la décomposition plus intensive de l'amalgame~ Après la décomposition, le mercure revient par la conduite 27 dans la cellule d'électrolyse. La figure 7 représente un mode de réalisation selon lequel, avec la cellule de type antérieur et l'inclinaison de la pile représenté sur la figure 4, une plus grande décomposition se produit dans une partie conjointe de la pile de décomposition 22 avec un moteur linéaire 26 au-dessous. Bien que moins pratique, la disposition inverse illustrée par la figure 8 est possible, c'est à dire que le moteur linéaire pompe l'amalgame vers le haut, å la gauche de l'étage iniiial de décomposition, et le liquide circule ensuite par gravité vers la droite. La figure 9 illustre un autre mode encore de réalisation comportant un moteur linéaire 26 au-dessous d'un appareil de décomposition 22, la disposition connue de la figure 4 étant identique par ailleurs. Dans ce cas, le moteur linéaire est placé contre l'entrée naturelle de la pile, à un niveau relativement bas, afin d'obtenir un mélange intensif pour l'échange de phases, par exemple d'amalgame de sodium et d'eau. Le procédé selon l'invention n'est pas limité à la décomposition aqueuse d'amalgame de sodium, et des composés organiques peuvent être amenés à réagir avec cet amalgame, selon l'invention, pendant sa décomposition. Un exemple en est la décomposition de méthanol avec de l'amalgame de sodium pour former du methylate de sodium. La température à laquelle la décomposition de l'amalgame de sodium a lieu est comprise entre 10 et 1500C, de préférence entre 20 et 1200C. Selon ce mode de mise en oeuvre de l'invention, l'amalgame de sodium dont la concentration en sodium est de l'ordre de 0,01 a 0,6 % en poids, est décomposé par de l'eau pour former du mercure, de la soude caustique et de l'flydrogène. Si d'autres amalgames de métaux alcalins, par exemple de l'amalgame de potassium, sont décomposés selon l'invention, ils réagissent dans une concentration de l'ordre de 0,01 à 0,4 % en poids de métal alcalin, de préférence de l'ordre de 0,25 % en poids de métal alcalin. Le procédé et l'appareil selon l'invenbion présentent, entre autre, les avantages ci-après. Une Pompe séparée destinée à pomper le mercure depuis l'appareil de décomposition jusqu'à la cellule n'est plus nécessaire. Ainsi, les problèmes connus posés par l'utilisation des pompes à mercure connues sont éliminés, à savoir l'usure et les fuites des transmissions rotatives. L'échange de phases entre l'amalgame et l'eau est accru considérablement, de sorte que la longueur totale de l'appareil de décomposition peut être réduite, ou la production d'amalgame peut être augmentée pour une longueur totale non modifiée. La cellule et la pile n'ont plus néces sairement à être inclinées l'une par rapport à l'autre, ce qui facilite une réduction considérable de remontée de l'amalgame. Si le dispositif selon l'invention remplace une tour de décomposition, la réduction qui en résulte de la remonte géométrique est de 2 mètres à 0,14 mètre. Dans le cas d'une disposition classique à pile et cellule, l'invention amène une réduction de 0,35 à 0,14 mètre. Le procédé selon l'invention est illustré par l'exemple ci-après. Dans une pile en Teflon correspondant à celle de la figure 1, de section rectangulaire, d'une longueur de 1,5 mètre et d'une largeur de 18cm du sodium en amalgame est introduit à une température de l'ordre de 80or: en 8 et il réagit avec de l'eau à contre-courant, introduite en 10, en présence de plaques de graphite 4 de manière à former de l'hydrogène et de la soude caustique. La pile est disposée sur un moteur linéaire à 5 pôles comprenant un enroulement et une pile de lamelles, et alimente sous une tenson de 380 volts et une fréquence de 50 Hz, avec une vitesse du champ de 13,5 m/s.La surface active des piles est 123x18,cm. La composition de l'amalgame passe de 0,21 * à moins de 0,01 3-mètres dans la pile. En utilisant le moteur linéaire et dans les mêmes conditions, un trajet de 1,5 mètres est suffisant. Le débit de l'eau est le meme dans les deux cas, et suffisamment élevé pour la décomposition de l'amalgame. Comparativement avec une pile classique de section identique et dans des conditions semblables de décomposition d'amalgame sans moteur linéaire, il est possible de réduire de moitié la longueur de la pile. Rien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux dispositifs et procédés qui viennent d'outre décrits uniquement à titre d'exemples nullement limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. RE CATONi S i - Appareil d'électrolyse de chlorures de métaux alcalins, caractérisé en ce qu'il comporte une cellule inclinée avec une entre de mercure à son extrémité supérieure et une sortie d'amalgame à son extrémité inférieure, un appareil de décomposition positionné au-dessous de ladite cellule et comprenant une première entrée pour l'eau, une seconde entrée destinée à recevoir l'amalgame de ladite extrémité inférieure, une première sortie pour la soude caustique et une seconde sortie destinée à ramener le mercure à ladite extrémité supérieure, et un moteur linéaire dans ledit appareil de décomposition, produisant dans ce dernier un champ mobile dont la fonction est de mélanger les matières dans l'appareil de décomposition et de pomper le mercure vers l'entrée de mercure de ladite cellule. 2 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'appareil de décomposition est réalisé en matière non magnbtique. 3 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que la pente de l'appareil de décomposition est de l'ordre de 10mm/m. 4 - Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moteur linéaire comporte une pile de lamelles entourée par des enroulements électriques, et disposées suivant la direction longitudinale de l'appareil de décomposition. 5 - Appareil selon la revendication 4, caractéris en ce que l'appareil de décomposition est réalisé en acier de haute qualité ou en matière plastique, cet appareil et la cellule étant inclinés d'environ 1Omm/m. 6 - Procédé de mise en réaction d'un amalgame de métal alcalin avec un composé réductible de manière à former un composé de métal alcalin et du mercure, procédé caractérisé en ce qu'il consiste à produire la réaction sous l'influence d'un champ électromagnétique mobile développé par un moteur linéaire. 7 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que l'amalgame est un amalgame de sodium dont la concentration en sodium est de l'ordre de 0,01 à 60 qb en poids, le composé réductible étant de l'sau, 8 - Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que la réaction est produite sous une température comprise entre environ 10 et 100C. 9 - Procédé selon la revendication fi, caractérisé en ce que l'amalgame est un sous-produit d'une cellule d'électrolyse d'halogénure de métal alcalin, le mercure produit étant pompé directement par ledit moteur linéaire vers ladite cellule d'électrolyse. 10 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que 1 'amalgame est un amalgame de sodium dont la concentration en sodium est de l'ordre de 0,01 à 60 % en poids, le composé réductible étant de l'eau et la réaction ayant lieu à une température comprise entre 20 et 1200C environ.