Brevet FR2314270A1 — publié le 19770107

La présente invention concerne le génie chimique et a notamment pour objet un électrolyseur 9 électrodes solides. L'invention peut titre appliquée à la fabrication de chlore et d'alcalis, de chlorates, d'hypochlorites, par élestrolyse de solutions de chlorures des métaux alcalins. On connaît un électrolyseur à électrodes solides, employé pour produire le chlore et les alcalis. Il comprend un corps placé sur un fond conducteur et dans lequel sont disposées des anodes et une cathode. Dans cet électrolyseur, 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. La partie active est constituée par une tale perforée en titane, avec un revêtement actif. L'amenée de courant est un tube en titane dans lequel est logée une re en cuivre. La tôle perforée est soudée au tube en titane et un contact électrique est assuré entre le tube et lamez Les anodes de l'électrolyseur sont fixées au fond. Le fond est en métal bon conducteur et est revetu d'une feuille isolants. Dans la feuille isolante et le fond sont percés des trous dans lesquels sont engagés les amenées de courant des anodes. A la partie inférieure, l'amenée de courant est dotés d'une aride, 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. Pour prévenir les fuites d'électrolyte, des Joints sont interposés aux endroits de fixation des anodes. On contact aussi un électrolyseur à électrodes solides, analogue à celui venant d'être décrit, mais avec une cathode réalisée sans diaphragme. I1 est utilisé pour la production des chlorates et des hypochlorites. Les électrolyseurs décrits ci-dessus présentent les inconvénients suivants. 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 application d'un nouveau revêtement actif sur la partie active de l'anode, altèrent peu à peu le contact électrique entre l'âme en cuivre et le tube de titane. I1 s'ensuit une augmentation de la tension et de la consommation d'énergie électrique, ainsi qu'une action irréguliers des anodes et un abaissement du rendement en courant, L'utilisation unique de l'anode n'est pas économique, par suite ies grandes dépanses de titane et de main-d'oeuvre pour la fabrication des anodes. Un autre inconvénient consiste en ce que l'amenée de courant réalisée sous la forme d'une tige placée à l'intérieur de chaque anode augmente son épaisseur et, par conséquent, l'encombrement de tout l'électrolyseur. Encore un inconvénient consiste en ce que la fixation des anodes à un fond dans lequel sont percés des trous débouchants, rend nécessaire des mesures spéciales pour prévenir les fuites d'électrolyte aux endroits de fixation des anodes. Une fuite d'électrolyte même insignifiante entrain la mise hors d'usage de tout l'électrolyseur. En outre, cela peut avoir des conséquences sévères pour tout l'atelier d'électrolyse. Le but de l'invention est de créer un électrolyseur comportant, pour les anodes, une amenée de courant fiable et compacte, assurant, pour un même encombrement de l'lictrolyseur, un accroissement de sa puissance et un abaissement de la consommation d'énergie électrique. La solution consiste en ce que l'électrolyseur à électrodes solides, comprenant un corps placé sur un fond conducteur et dans lequel sont disposées des anodes et une cathode constituant lesdites électrodes solides, est caractérisé, d'après l'invention, en ce qu'il comporte au moins une cloison verticale à laquelle sont fixées les anodes, cette cloison constituant un tout avec ledit fond et servant à amener le courant électrique aux anodes. Il est avantageux de réaliser chaque cloison verticale avec une tôle à trois couches, et ce, de telle façon queles couches extérieures soient en titane, et la couche intérieure, en aluminium. Il est avantageux aussi de réaliser chaque cloison verticale avec deux tales bimétalliques, chacune desquelles est en titane et en aluminium, assemblées l'une à l'autre de telle façon que les couches extérieures soient en titane, et la couche intérieure, en aluminium. L'électrolyseur faisant l'objet de l'invention présente, comparativement aux électrolyseurs connus, les avantages suivants. L'encombrement peut être diminué, ou bien, pour un mgme encombrement, la surface totale des électrodes peut être augmentée, d'où une augmentation de la puissance. Ce fait s'explique comme suit L'amenée de courant aux anodes est assurée~p-år la cloison verticale, le long de tout le bord vertical de chaque anode. Pour cela, la présence à l'intérieur de l'anode d'un tube en titane avec une me en cuivre n'est pas nécessaire, aussi devient-il possible de diminuer l'épaisseur de l'anode de 2 à 3 fois. Par conséquent, on peut disposer dans le corps un plus grand nombre d'anodes et, de la sorte, augmenter la surface des électrodes et, la puissance de l'électrolyseur. Gracie à la surface totale plus grande des électrodes pour un méme encombrement de l'électrolyseur, la densité du courant et les pertes de tension dans l'électrolyte et dans les conducteurs du premier genre se trouvant à l'intérieur de l'électrolyseur diminuent. Tout cela se traduit par un abaissement de la consommation dwénergie électrique comparai vement aut éLectrolyseurs connus. La conception décrite de l'électrolyseur permet de réaliser les anodes amovibles par rapport à la cloison verticale qui fait office d'amenée de courant. Dans un tel électrolyseur, lorsque la surface active de la partie active de l'anode est usée et qu'il est nécessaire de la rénover, l'anode peut étre enlevée et subir un traitement thermique lié à l'application d'un revetement, séparément de la cloison. Dans ce cas, la cl-oison verticale conductrice, réalisée par exemple en t8le à trois couches, ne sera pas soumise à des traitements thermiques répétés. De ce fait, le contact électrique entre ses couches constitutives en métaux différents ne sera pas altéré. IL n'y aura donc ni accroissement de la tension, ni augmentation de la consommation d'énergie électrique, ni baisse du rendement en courant, ni action irrégulière des anodes de l'électrolyseur comme dans l'électrolyseur connu. la conception proposée d'électrolyseur assure une marche fiable, grâce à la fixation des anodes à la cloison verticale et non pas sur le fond de l'électrolyseur. Comme le fond du nouvel électrolyseur n'a plus de trous multiples, la possibilité de fuite de l'électrolyte est entièrement supprimée les parties conductrices du fond et l'électrolyseur tout entier ne peuvent donc plus être mis hors d'usage. La réalisation de la cloison verticale conductrice avec une tôle à trois couches, dont les couches extérieures sont en titane résistant dans les conditions de l'électrolyse, et dont la couche intérieure est en aluminium doué d'une bonne conductivité électrique, permet d'assurer l'amenée du courant aux anodes avec des pertes minimales d'énergie électrique dues à la résistance de l'amenée de courant. Ceci permet d'abaisser la consommation d'énergie électrique. la conception de l'électrolyseur permet l'accès à toutes les parties de contact des anodes pour le contrtle de la qualité de l'assemblage. D'autres objectifs et avantages de l'invention sont mis en évidence dans la description, qui va suivre, d'exemples de réalisation non limitatifs illustrés par les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 représente une vue d'ensemble d'un électrolyseur à électrodes solides conforme à l'invention, (coupe longitudinale) ;; - la figure 2 représente schématiquement un électrolyseur à électrodes solides conforme à l'invention (vue de dessus, chapeau enlevé) - la figure 3 représente une variante de fixation des anodes à la cloison verticale, conformément à l'invention - la figure 4 représente le même détail que la figure 3 (vue de dessus, chapeau enlevé) - la figure 5 représente une autre variante de réalisation de la cloison verticale et de fixation des anodes à la cloison verticale, conformément à l'invention L'électrolyseur à électrodes solides comprend un corps 1 (figure 1), placé sur un fond conducteur 2. Le fond 2 est réalisé avec unetole de métal bon conducteur, par exemple d'aluminium, et est revetu d'une feuille de titane. ta feuille de titane protège le fond 2 contre l'action de 1' électrolyte. Dans sa partie située hors de la carcasse 1, le fond 2 a des trous 3 (figure 2) pour lR fixation, au moyen de boulons (non représentés), des barres d'amenée de courant (non représentées). L'électrolyseur est fermé par un chapeau 4 en forme ae aôme figure t). Dans le corps 1 sont disposées ane cathode 5 et oes anodes 6, qui sont des électrodes solides. La cathode 5 est constituée par une grille métallique soudée à la carcasse I de l'électrolyseur. Sur la grille métallique de la cathode 5 est déposé un diaphragme perméable aux liquides ta partie active de chaque anode 6 est constituée par une tôle perforée en titane avec un revêtement actif. L'électrolyseur comporte une cloison verticale 7 (figures t et 2) constituant un tout (fabriqué d'une seule pièce) avec le fond 2 et assurant l'amenée du courant aux anodes 6 sur toute leur hauteur. te nombre de cloisons 7 dépend de la puissance de l'électro lyseur. La cloison 7 est réalisée en $t;e ou plaque métallique à trois couches. Les couches extérieures 8 (figure 3) de la cloison 7 sont des feuilles minces de titane, et la couche. intérieure 9 est en aluminium. tes couches extérieures de la cloison peuvent être réalisées avec tout autre métal résistant dans les conditions de l'électrolyse, et la couche intérieure peut être réalisée avec tout autre métal bon conducteur, choisi dans le groupe 2 cuivre, aluminium, fer et leurs alliages. Les anodes 6 (figures 3 et 4) sont fixées à la cloison 7 des deux cotés, à l'aide de boulons 10 et d'écrous 11 en titane. Pour assurer une telle fixation des anodes 6, on soude dans la cloison 7 des douilles en titane 12, à travers lesquelles passent les boulons 10. Dans une autre variante de réalisation de l'électrolyseur, la cloison verticale 13 (figure 5) est constituée par deux tôles ou plaques bimétalliques titane-aluminium, assemblées l'une à l'autre de telle façon que les couches extérieures 14 soient les couches de titane, et que la couche intérieure 15 soit ltaluminium. Les anodes 6, dans cette variante, sont soudées à la cloison 13 suivant toute la hauteur. Un tel procédé de fixation des anodes 6 à la cloison 13 est plus simple que/Le procédé de fixation par boulons 10 (figure 3) décrit plus haut. Toutefois, le procédé de fixation par boulons 10 est préférable, car, dans ce cas, les anodes amovibles 6 permettent les traitements thermiques répétés de leur partie active, liés à l'application d'un revêtement actif, séparément de la cloison 7, et par conséquent, la suPpression des dégradations du contact électrique entre les couches constitutives de la paroi verticale. Dans un électrolyseur ainsi réalisé, les pertes de tension dans la cloison conductrice verticale seront minimales, et la distribution du courant dans les anodes 6 sera régulière, ce qui réduira les dépenses d'énergie électrique. Entre le corps 1 et le fond conducteur 2 est placé un élément intercalaire isolant 16 (figure 1). L'électrolyseur fonctionne d'une façon connue en soi. Le processus de production du cabre et des alcalis, des chlorates et des hypochlorites sty déroule avec des dépenses d'énergie électriques moindres, gr ce au mode d'amenée du courant aux anodes 6, déerit plus haut, à l'aide d'une cloison verticale 7. Un tel mode d'amenée du courant aux anodes 6 assure une distribution régulière du courant dans les anodes 6, des pertes de tension faibles dans l'électrolyseur et une augmentation du rendement en courant de l'électrolyseur. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux moaes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnes qui titre d'exemple. En particulier, elle comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons, Si celles-ci sont exécutées 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 placé sur un fond conducteur de courant et dans lequel sont disposes des anodes et une cathode constituant lesdites électrodes solides, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une cloison verticale à laquelle sont fixées les anodes, cette cloison étant fabriquée d'une seule pièce avec ledit fond et -servant à amener le courant électrique aux anodes. 2. Electrolyseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que chaque cloison verticale est constituée d'une tale ou plaque metallique à trois couches, dont deux couches extérieures en titane et une couche intérieure en aluminium. 3. Electrolyseur selon la-revendication 1, caractérisé en ce que chaque cloison verticale est constituée de deux t8les ou plaques bimétalliques, chacune desquelles est en titane et en aluminium, assemblées l'une à l'autre de telle façon que les couches extérieures soient en titane, et les couches intérieures, en aluminium;