Brevet FR2482983A1 — publié le 19811127

Cellules électrolytiques et leur utilisation, en particulier, pour la fabrication du zinc. La présente invention concerne les cellules élec- tr--olytiques industrielles et plus particulièrement les cel- lules l!ectLrolytiques utilisées pour la fabrication du zinc. La présente invention concerne une amélioration dans ces cel- lules électrolytiques qui peut être appliquée à un grand nomibre de procédés Slectrolytiques dans lesquels les gaz sont dégagés, mais cui est particulierement applicable pour les I procd.s de fabrication du zinc par électrolyseo Dans la présen;te demandeú on se réfèrera en parti- culier & la fabrication du zinc, étant bien entendu que lin- vention peut être appliqcuée avantageusement également aux autres procédés lectroly.tiques industriels. _F5 On sait- que le procédé pour la fabrication du zinc rima.i.e est constitué par un certain nombre de stades dans lesquels on obtient une solution acide très pure d'un sel de zinc, généralement du sulfate de zinc, qui est réduit dans le stade final en zinc métallique par êlectrolyseo Ces cellules électrolytiques sont constituéees par des cuves dans lesquelles sont placées face à face de nombreuses anodes et cathodes. Généralement, les anodes sont en plomb et les cathodes en al-uiniumo Le zinc metallique est déposé sur les cathodes et forme un- feuille mince qui est enlevée de 2: oe--ms à autre par neiliculage, e.X.geant gcnéralement l'inter- er, Lion desLes ratesospaces inter=électrodes entre les (.1 ec-'L s d.. dis,ses cnntig.s sdonigt ê'tr, a diminu dans toute a:.1-sre u nossiue af rin de. imiter la chute de tension à li^e 'a 50it, O lt;2:.T-- x St oport-ionnelle à l'espace i.ce:ict--e:a ai 1.eucs le i!ect:odes sdoivent être _c,Duese:!ena oarai:_e-les er-^e, e 2.. ' obtenir un dépôt u-,Zo-=--e:B. ur- L-Ine 'a '5 '. e s cathode et obtenir ainsi atc r1-'J5à.n sC-:- =.--:-'ir p-'... 2e' t seconodqires qui ont lieu i(z_ L?.:oh)- -: -... sci:'-t.; les-e suivantes :_/_'SO. -;-l-,_,,...............z. -'.-:- _ =_-= =0j* (!) 2 H2+02 (2) Zn + H2S04 _ - ZnSO4 +H2 (3) Les deux premières réactions ont lieu simultanément et la prédo- minence définitive de la réaction (1), c'est-a-dire la réaction primaire) sur la réaction (2) détermine le champ électrique du réacteur. La réaction (3) de redissolution a lieu accidentel- lement quand la fourniture d'électricité est discontinue. Les réactions (2) et (3) peuvent avoir lieu par suite de causes chimiques, telles qu'une purification inadequate de l'électro- lyte et/ou par suite de causes physiques telles que la température. Un effet du dégagement gazeux, qu'il soit considéré en tant qu'une production "normale" d'oxygène gazeux selon la réaction (1) ou comme une production "anormale" d'hydrogène selon les réactions (2) et (3), est la formation de brouillards acides. Ce phénomène résulte de la formation de fines gouttelettes de solution acide qui, en particulier dans les conditions d'électrolyse "anormale", sont entrainées hors de la surface du bain et sont aéroportées par convexion dans 1 'environnement. Un autre effet indésirable est observé quand les conditions de travail sont "anormales" et c'est la formation de mélanges localement explosifs. Dans les conditions de"fonctionnement" normal, la teneur en brouillard des chambres de cellules d'électrolyse est environ de quelques milligrammes par mètre cube normal d'air, exprimé en termes d'acidité sulfurique. Dans les conditions "anormales", ces valeurs deviennent nettement plus élevées. Le pelliculage des cathodes de zinc a lieu à des intervalles de temps choisis à l'avance, généralement 24 à 48 heures et est effectué mécaniquement. Cette opération nécessite l'assistance d'opérateurs près des cellules, de sorte que les opérateurs sont exposés à l'environnement agressif. Cette exposition à la longue entraîne une altération sensible de la cloison nasale, de la cavité buccale, des dents et des voies respiratoires en général. En outre, un tel environnement est agressif pour les machines, les instruments et la structure du bâtiment des chambres d'électrolyse de sorte que celles-ci doivent être construites avec des précautions spéciales. On a essayé de remédier à ces inconvénients en purifiant l'environnement de travail avec une ventilation forcée, avec un renouvellement complet de l'air de 5 à 10 fois par heure. Mais ce procédé entraîne un certain nombre d'inconvénients tels que: - production de violents courants d'air, - difficulté du conditionnement de l'air, en parti- culier pour des installations placées dans des zones froides, et - perte considérable de puissance. Un objet de la présente invention est de remédier à ces défauts empêchant ainsi la pollution de l'environnement dans la chambre des cellules électrolytiques. Un autre objet de la présente invention est l'extraction directe des gaz polluants juste au fur et à mesure qu'ils se produisent. Les objets de la présente invention sont réalisés par les cellules d'électrolyse améliorées décrites ci-après en se référant aux dessins cijoints donnés à titre d'exemple non limitatif de la présente invention. Les cellules électrolytiques selon la présente invention sont constituées par une cuve munie de rampes d'aspiration formées à travers les bords supérieurs de la cuve à un point situé immédiatement au-dessus de la surface libre de l'électrolyte. Ces rampes comportent des trous d'aspiration qui enlèvent directement de l'espace d'air situé au-dessus du niveau libre del'électrolyte les gaz qui se dégagent decelui-ci. Sur la figure lA est montrée schématiquement la vue en coupe de la cuve,' dans laquelle les rampes 1 sont indiquées simultanément avec les trous 2, tels que formés à travers un élargissement 3 se trouvant à la partie supérieure de la paroi latérale 4. Le niveau de l'électrolyte est représenté en 5. D'une autre manière la rampe peut être prévue sur un seul côté de la cuve. Un trop-plein est indiqué en 6. La figure 1B est une vue en plan de la cuve. Les séries d'anodes et de cathodes sont immergées dans la cuve en une suite alternée et reposent sur les éléments supports prévus sur le bord supérieur de la cellule. La cellule est couverte par une série d'écrans qui sont fixés sur toute la longueur de l'anode et sont coupés en correspondance avec l'axe des espaces inter-anodes, en correspondance avec les positions de travail des cathodes. - L'espace vide ainsi prévu, en plus qu'il permet l'enlèvement et le remplacement des cathodes pour réaliser les opérations de pelliculage de la couche de zinc déposée, fournit un repère qui est utile pour un positionnement correct et pour effectuer un contrôle immédiat de l'alignement des électrodes. La configuration de la série d'électrodes assemblées est montrée sur la figure 2, o 7 désigne les anodes et 8 les barres omnibus qu'elles comportent reposant sur leurs supports, tandis que 9 et 10 sont les cathodes et leurs barres omnibus qu'elles comportent, respectivement. Les écrans protecteurs sont désignés par 11: ils sont fixés sur les barres 8 par des éléments-ressorts 12 et/ ou avec des vis 13. Les écrans sont de préférence constitués en une matière élastique afin de donner une étanchéité satisfaisante tout en n'empêchant pas les opérations de déplacement des cathodes. Les écrans enquestion peuvent aussi être fixés d'une autre façon telle qu'en formant une série de rainures sur toute la surface supérieure horizontale-des barres 8, tandisque les écrans 11 comportent des saillies s'accordant avec ces rainures. L'ensemble de tous les écrans isole un espace au-dessus de l'électrolyte et il devient ainsi possible d'extraire de cet espace le gaz qui s'est dégagé en même temps que-les-brouil- lards acides formés simultanément avec ces gaz au-dessus de l'électrolyte. Les rampes d'aspiration sont reliées à un collecteur d'aspiration qui, à son tour, est relié à un système d'aspira- tion classique muni de ventilateurs électriques et/ou d'éjec- teurs. Les cellules électrolytiques selon la présente invention permettent de pallier les inconvénients mentionnés ci-dessus puisque l'extraction des brouillards acides est effectuée avec de petits volumes d'air aspiré et donc avec une faible consommation de puissance, de sorte que le condition- n-ement de l'air dans la chambre des cellules ne pose plus de pr obl me o Les cellules selon la présente invention permettent, en outre, de récupérer, si on le désire,,une atmosphère enri- chie en oxygène. Les gaz et les brouillards extraits peuvent t re disperses dans l!atmosphère par une cheminée)à un état dilué de sorte que les gaz éliminés sont sans danger: d'une autre facon; un système pour diminuer les gaz peut être prévu pour étre utilisé au moins quand des conditions de réaction "anormales" se manifestent. Si des ventilateurs électriques sont utilisés, on préfère certains -types dans lesquels les éléments mobiles ont des paliers anti-explosion. La pression négative utilisée pour extraire lair situé au-dessus de l'électrolyte descend jusqu'à 15 mm de colon- ne d'eau. Cette valeur est-- en rapport avec le joint étanche fourni par les écrans car des valeurs absolues trop faibles de la pression,at'v-e ne. Jr-ettent pas une extraction adéquate, ='_ cque des]evors-toD ée- -es engendrent une extraction ?z'' ind:*: -cfû-s;i. 'lés eia.es a sz pio. mration, qui dilue : --':es.]?-, e:t.;:^a^^.^s 7 -? aanbc.ge tcout en nécessitant une V -se "ta!i {lr'i r - ouIe que soit le système ,'v P-: ou d:inuerz ei--traits, l.e systèmre d-aspiration..DTD: F.s. _flnis L de.-..hre:. ?ession supplémentaires. n,.l>._LiOe.:.ce et lies avantages de la présente î!''7r,.?e:iu' c.mpri. le tableau donne ci- :,C;.le i ui. a'ue -, = " S - '.....a.s de travail obtenus dans une Conditions Ccnposition de 1'atmosphère dans la cellule d'essai Augmentation Teneur Teneur en 02 en H2 en 42SO4 % en volume mg/m3 normal mg/m3 normal normales + 1,0 300 1,0 normales + 2,0 250 0,8 irrégulières + 2,0 550 3,0 irrégulières + 1,2 700 7,0 irrégulières + 2,0t 1t000 15,0 irrégulières + 3,0 400 5,0 En maintenant une aspiration de 150 m3 normaux à l'heure, dans le dispositif placé dans le bord intérieur de la cuve, aucune altération décelable de la composition de l'air dans la chambre des cellules n'a été constatée. Les cellules selon la présente invention peuvent être construites avec les matériaux classiques tels que le ciment revêtu ou protége, les matières plastiques résistantes telles que du chlorure de polyvinyle PVC renforcé, ou en verre et résine. Les orifices pour l'air, les rampes et les équipements d'aspiration peuvent être incorporés dans le corps de la cel- lule pendant sa construction ou bien ils peuvent être préparés séparément et appliqués ensuite sur la cellule. Dans le premier cas, cependant, les nervures prove- nant de l'insertion de ces parties dans la structure desdits éléments coopérent pour augmenter la solidité et la rigidité de la structure elle-même. Les rampes d'aspiration peuvent également former la structure du support pour les électrodes. Une vue explosée globale de l'assemblage est montré sur la figure 3. Une autre possibilité pour le système d'aspiration avec des pressions négatives est celle de la pressurisaticn de toute la chambre des cellules jusqu' une valeur légqreraent supérieure à la pression atmosphériqu-e afin d'empêcher l'ècou- lement du gaz depuis l'espace se trouvant au-dessus du niveau de l'électrolyse jusqu'à l'environnement, mais de façon telle, qu'un flux inverse depuis l'environnement de la chambre de la cellule jusqu'à l'espace au-dessus de l'électrolyte soit empêché et par conséquent l'écoulement vers les rampes est également empêché. Une voie de ce genre, qui est sans doute compliquée, pourrait être plus prudente et ainsi pourrait être préférée pour des procédés électrochimiques particuliers dans l'indus- trie de l'électro-placage. REVENDICATIONS 1. Cellule électrochimique comprenant une cuve contenant un électrolyte et une série d'anodes et de cathodes disposées en séquences alternées et reliées en série, carac- térisée par le fait que ladite cuve est équipée de rampes d'aspiration comportant des orifices d'aspiration pour extraire les gaz qui se trouvent dans l'espace immédiatement au-dessus du niveau de l'électrolyte; des écrans protecteurs étant prévus sur les anodes afin de ménager un espace transversal en corres- pondance avec la position des cathodes à l'intérieur duquel les cathodes elles-mêmes sont positionnées, lesdits écrans prenant toute la largeur des anodes et la largeur de la cellule, d'un système d'aspiration donnant une pression négative dans les rampes pour extraire les gaz dégagés dans la réaction électrochimique en même temps que les brouillards éventuels engendrés ainsi tout en empêchant leur diffusion dans la chambre des cellules. 2. Cellule électrochimique selon la revendication 1, et particulièrement appropriée pour la fabrication élec- trochimique du zinc, caractérisée par le fait que les écrans sont constitués par une matière résiliente. 3. Cellule électrochimique selon les revendications 1 et 2, caractérisée par le fait que les écrans sont fixés sur les anodes de sorte que les cathodes peuvent être enlevées sans avoir à enlever lesdits écrans. 4. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que les rampes d'aspiration et la rangée des orifices d'aspiration qu'elles comportent sont disposées le long d'un axe longitu- dinal. 5. Cellule électrochimique selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisée par le fait que l'aspiration des gaz se trouvant dans l'espace au-dessus de l'électrolyte est effectuée en pressurisant l'environnement de la chambre des cellules sous une pression légèrement supérieure à la pression atmosphérique.