Brevet FR2547599A1 — publié le 19841221

Procédé pour éliminer une couche de gros mercure de la sole des cellules d'électrolse cathode de mercure Cas S 83/12 SOLVAY & Cie (Société Anonyme) La présente invention concerne un procédé pour éliminer une couche de gros mercure de la sole des cellules d'éleetrolyse à cathode formée d'un film de mercure en écoulement sur la sole. Une difficulté importante rencontre dans l'exploitation des cellules d'électrolyse à cathode de mercure, telles que celles généralement utilisées pour l'électrolyse de solutions aqueuses d'halogénure de métal alcalin, par exemple de chlorure de sodium, réside dans la formation intempestive et incontrôlée d'amas visqueux adhérant à la sole des cellules et dénommés habituellement "gros 10 mercure" ou "beurre de mercure". La formation de ces amas de gros mercure adhérant à la sole des cellules d'électrolyse perturbe l'écoulement du film de mercure formant la cathode et impose de ce fait une surveillance permanente de la positon des anodes et un ajustement périodique de leur écartement 15 vis-à-vis du film de mercure, pour éviter la formation de couirtscircuits fortuits L'accumulation progressive de gros mercure sur la sole des cellules nécessite par ailleurs d'en nettoyer périodiquement la sole et on a proposé à cet effet de déplacer périodiquement un racloir sur la sole pour en arracher les agglomérats de gros mercure 20 (brevet BE-A-881995 de Montedison Sp A; Central Patents Index, Abstracts Journal, Londres (Grande-Bretagne), abrégé 04648 W/03 demande de brevet japonais 49098798 de l Mitsubishi Chem; idem, abrégé 91735 X/49: demande de brevet japonais 76041040 de Mitsubishi Chem), Dans ces procédés connus, le déplacement du racloir sur la 25 sole de la cellule est réglé pour en éliminer chaque fois la totalité du gros mercure qui s'y forme. On a trouvé maintenant qu'on pouvait améliorer le fonctionnement des cellules d'électrolyse à cathode de mercure et, notamment, réduire la fréquence de l'ajustement de la position des anodes, par 30 un réglage approprié du déplacement du racloir dans la cellule. L'invention concerne à cet effet un procédé pour éliminer une couche de gros mercure de la sole des cellules d'électrolyse dont la cathode est un film de mercure en écoulement sur la sole, selon lequel on déplace un racloir dans le film de mercure, le déplacement du racloir étant réglé de manière à laisser en permanence une pellicule résiduelle de gros mercure d'épaisseur prédéterminée adhérant à la sole. Dans le procédé selon l'invention, le déplacement du racloir doit être réglé pour détacher seulement la partie supérieure des 10 agglomérats de gros mercure sans altérer la pellicule résiduelle précitée qui doit être entièrement immergée dans le film de mercure. L'épaisseur optimum de la pellicule résiduelle de gros mercure a maintenir sur la sole dépend de divers facteurs liés à la conception de la cellule d'électrolyse et à son mode de fonctionnement, parmi 15 lesquels on peut notamment citer la longueur de la cellule, la pente de la sole, le profil des anodes, l'épaisseur du film de mercure, la distance séparant les anodes de la cathode et la densité du courant d'électrolyse Cette épaisseur optimum peut être aisément déterminée, dans chaque cas particulier, par un travail de recherche 20 de routine En règle générale, dans le cas de cellules à pente modérée (par exemple de l'ordre de 1,5 à 15 mm par mètre courant de longueur, et plus spécialement de 6 à 10 mm par mètre), dans lesquelles le film de mercure a une épaisseur moyenne comprise entre 2 et 5 nmm, des épaisseurs qui conviennent pour la pellicule résiduelle de gros 25 mercure sont celles au moins égales à 0,04 mm, et plus spécialement celles comprises entre 0, 05 et 2,5 mm, les épaisseurs comprises entre 0,15 mm et 1,5 mm étant spécialement avantageuses. Le réglage adéquat du déplacement du racloir dans le film de mercure peut être opéré par tout moyen approprié On peut par 30 exemple, à cet effet, faire glisser le racloir sur des guides solidaires de la sole, qui maintiennent en permanence le racloir écarté de la sole d'une distance égale à l'épaisseur recherchée pour la pellicule résiduelle de gros mercure. Dans une forme d'exécution préférée de l'invention, on met en 35 oeuvre, pour le racloir, l'extrémité antérieure d'une bande flexible -3 de poids spécifique inférieur à celui du mercure et conçue pour être partiellement immergée dans le film de mercure, de manière que sa face inférieure soit écartée de la sole d'une distance égale à l'épaisseur recherchée pour la pellicule résiduelle de gros mercure. Dans cette forme de réalisation de l'invention, la bande flexible est introduite dans la cellule et y est poussée dans le film de mercure parallèlement à la sole Pendant que la bande est ainsi poussée, par l'arrière, dans la cellule, l'arête frontale de son extrémité antérieure détache une couche superficielle des amas de 10 gros mercure de la sole. Dans cette forme d'exécution de l'invention, le choix de l'épaisseur de la bande est conditionné par la nécessite de lui conférer à la fois une rigidité suffisante pour pouvoir la déplacer dans le film de mercure en la poussant par l'arrière, et une souplesse 15 suffisante pour lui permettre de passer sous les anodes sans les détériorer Le choix de l'épaisseur optimum de la bande dépend de divers paramètres, notamment du matériau constitutif de la bande, de sa largeur et de sa longueur, elle- même liée à la longueur de la cellule, et elle peut être déterminée dans chaque cas particulier 20 par un travail de recherche de routine A titre d'exemple, dans le cas d'une bande d'environ 10 à 20 m de long, en un matériau polymérique organique tel que du polyéthylene, du polypropylene ou, de préférence, un polymère fluoré, on obtient de bons résultats en conférant à la bande une épaisseur sensiblement comprise entre 2 et 25 5 mm L'extrémité antérieure précitée de la bande, servant de racloir, peut éventuellement être renforcée ou rigidifiée, par exemple en lui conférant une épaisseur supérieure à celle de la partie subséquente de la bande, et son arête frontale peut être biseautée Dans une variante d'exécution, l'extrémité antérieure 30 de la bande, qui sert de racloir, est une palette qui présente une arête frontale transversale à l'axe longitudinal de la -bande et deux arêtes latérales disposées obliquement par rapport à cet axe de manière à s'en écarter vers l'arrière Dans cette variante d'exécution de l'invention, l'arête frontale de la palette sert à 35 détacher la couche de gros mercure et les arêtes latérales servent à écarter les agglomérats de gros mercure ainsi détachés, pendant le déplacement de la bande dans la cellule. 2547599. On utilise de préférence une bande dont au moins la périphérie est en un matériau non conducteur de l'électricité, ce qui permet de maintenir la cellule sous tension pendant qu'on y déplace la bande dans le mercure; le matériau utilisé à cet effet peut par exemple être un polymère fluoré tel que du polyfluorure de vinylidène ou du polytétrafluoréthylène Le maintien de l'écartement de la bande flexible par rapport à la sole peut être réalisé par glissement de la bande contre la face inférieure des anodes de la cellule ou contre des guides fixes En variante, le maintient de cet écartement 10 peut être obtenu par un réglage approprié de son poids spécifique en y incorporant par exemple une âme en un matériau dense, ou par attraction électromagnétique réglée vers la sole, en y incorporant une âme en un matériau ferromagnétique, généralement une poudre de fer. Dans la mise en oeuvre de cette forme d'exécution de l'invention, on introduit la bande à une extérmité de la cellule et on l'y pousse dans le film de mercure, vers l'extrémité opposée de la cellule Le déplacement de la bande peut être opéré de l'extrémité d'amont vers l'extrémité d'aval de la cellule par rapport au sens 20 d'écoulement du film de mercure; on préfère toutefois, opérer le déplacement de la bande, de l'extrémité d'aval vers l'extrémité d'amont Pour faciliter le travail et réduire l'encombrement, on peut avantageusement dérouler la bande dans la cellule depuis un tambour disposé près d'une extrémité de la cellule (par exemple son 25 extrémité d'aval précitée) et, dès que l'extrémité antérieure de la bande a parcouru toute la cellule, l'y déplacer en sens inverse en l'enroulant à nouveau sur le tambour -Dans ce mode de réalisation du procédé, on peut automatiser les déplacements alternatifs successifs et périodiques de la bande en couplant le tambour à un 30 moteur dont le fonctionnement est assujetti àun dispositif de régulation Celui-ci peut être programmé de manière à démarrer automatiquement le moteur du tambour à intervalles de temps préimposés; en variante, il peut comprendre un organe de mesure de l'épaisseur de la couche de gros mercure sur la sole et âtre programmé 35 pour démarrer automatiquement le moteur du tambour dis que l'épaisseur 2547599. -5 de cette couche, mesurée par l'organe de mesure, excède une valeur critique prédéterminée. Le procédé selon l'invention trouve une application spécialement intéressante dans le cas de cellules à cathode de mercure approxima5 tivement horizontale, habituellement utilisées pour l'éléctrolyse des solutions aqueuses de chlorure de sodium, et plus spécialement les cellules de ce type équipées d'anodes métalliques. Toutes autres choses restant égales, le procédé selon l'invention diminue la vitesse de formation du gros mercure et, par voie de 10 conséquence, la fréquence des nettoyages de la sole; il améliore par ailleurs la régularité de l'écoulement du film de mercure, ce qui facilite le contr 8 le des distances séparant les anodes de la cathoderéduit la fréquence et l'importance des ajustements de la position des anodes vis-à=vis de la cathode et permet de travailler 15 avec des distances anodes-cathode plus faibles. L'intérêt de l'invention va apparaître au cours de la description suivante d'essais comparatifso Dans les essais qui vont suivre, on a procédé à l'électrolyse d'une solution aqueuse de chlorure de sodium dans une cellule à 20 cathode mobile de mercure, du type V= 200 (Solvay & Cie) décrite dans le traité de J S Sconce "Chlorine, its manufacture, properties ans uses'", 1962, Reinhold Publishing Corp, New York, pages 187 à 189 La cellule était équipée de 180 anodes formées de lamelles horizontales en titane portant un revament actif formé d'un mélange 25 d'oxyde de ruthénium et d'oxyde de titane, La distance entre les anodes et la cathode a été fixée à environ 2 mm, le film de mercure en écoulement, formant la cathode, ayant une épaisseur moyenne d'environ 3 mm. Essai NI (conforme àa l'invention) Pour nettoyer la sole de la cellule, on a d'abord relevé les anodes puis on a introduit, à partir de l'extrémité d'aval de la cellule, une bande flexible en polytétrafluoréthylène contenant une âme en acier et ayant une longueur approximative de 16 m et une épaisseur d'environ 4 mm, et on l'a déplacée dans le film de mercure, 35 vers l'extrémité d'amont de la cellule Du fait de son poids sp 5 cifique et de son âme métallique, la bande est restée immergée d'environ 2 mm dans le film de mercure pendant son déplacement dans la cellule; elle a de ce fait arraché une couche superficielle des agglomarats de gros mercure présents sur la sole, en y laissant 5 adhérer une pellicule résiduelle de gros mercure d'environ 1 mm d'épaisseur Après avoir extrait la bande de la cellule, on a descendu les anodes jusqu'à amener leur écartement vis-à-vis du film de mercure à environ 2 mam. Le fonctionnement de la cellule n'a plus nécessité d'ajustement 10 ultérieur des anodes, durant les 3 jours qui ont suivi. Essai N 2 (essai de référence) On a procédé comme à l'essai n 1, mais en remplaçant la bande en polyt 9 trafluoréthylène par un racleur mxtallique que l'on a utilisé pour éliminer la totalité du gros mercure présent sur la 15 sole de la cellule Après le raclage, on a descendu les anodes pour amener leur écartement par rapport à la cathode à environ 2 mm, comme à l'essai n te A cours du fonctionnemeut ultérieur de la cellule, de nouveaux agglomérats de gros mercure se sont rapidement reformes sur la sole, ce qui a nécessité deurz ajustements 20 successifs supplémentaires de la position des anodes, respectivement après 6 heures et après 24 heures de fonctionnement. -7 R E V E N D I C A T I O N S 1 Procédé pour éliminer une couche de gros mercure de la sole des cellules d'électrolyse à cathode formée d'un film de mercure en écoulement sur la sole, selon lequel on déplace un racloir dans le film de mercure, caractérisé en ce qu'on règle la déplacement du racloir de manière à laisser en permanence une pellicule résiduelle de gros mercure d'épaisseur prédéterminée adhérant à la sole. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'on règle le déplacement du racloir de manière que l'épaisseur de la 10 pellicule résiduelle de gros mercure soit comprise entre 0,15 et 1,5 mm. 3 Procédé selon ia revendication 1 ou 2, caractérisé en, ce qu'on utilise, pour le racloir, l'extrémité antérieure d'une bande flexible de poids spécifique inférieur à celui du mercure, que l'on 15 pousse dans le film de mercure parallèlement à la sole. 4 Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'on utilise une bande flexible dont au moins la périphérie est en un matériau non conducteur de l'électricité. Procédé selon la revendications 3 ou 4, caractérisé en ce 20 qu'on fait glisser la bande sur la face inférieure des anodes de la cellule. 6 Procédé selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce que la bande flexible comprend une âme en un matériau dense. 7 Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 à 6, 25 caractérisé en ce que la bande flexible comprend une âme en un matériau ferromagnétique. 8 Procédé selon l'une quelconque des revendications 3 à 7, caractérisé en ce qu'on déplace la bande flexible de l'extrémité d'aval vers l'extrémité d'amont de la cellule par rapport au sens 30 d'écoulement du film de mercure. 2547599. -8 9 Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il est appliqué à une cellule dans laquelle la sole présente une pente comprise entre 1,5 et 15 mm par mètre courant de longueur et le film de mercure présente une épaisseur moyenne comprise entre 2 et 5 mm. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'il est appliqué à une cellule pour l'électrolyse de solutions aqueuses de chlorure de sodium.