CH633320A5 - Anode pour electrolyseur sans diaphragme. - Google Patents

Description

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REVENDICATION

Anode pour électrolyseur sans diaphragme utilisable pour la préparation des chlorates de métaux alcalins et alcalino-terreux, constituée par une tige cylindrique électriquement conductrice et résistant à la corrosion de l'électrolyte, supportant, au moyen de deux éléments de jonction, électriquement conducteurs et résistant à la corrosion de l'électrolyte, ayant une forme sensiblement en U dont les âmes sont soudées à ladite tige selon deux génératrices diamétralement opposées, deux plaques anodiques sensiblement parallèles soudées sur les ailes des U et dont les extrémités libres sont reliées entre elles par des moyens de jonction, électriquement conducteurs et résistant à la corrosion de l'électrolyte, appropriés, les maintenant sensiblement parallèles tout en assurant une liaison semi-rigide, une des extrémités de ladite tige étant fermée par un bouchon en matériau résistant à la corrosion de l'électrolyte, l'autre extrémité de ladite tige comportant une partie assurant la fonction électrique constituée par un méplat recevant les jonctions électriques et, séparément, une partie assurant la fonction d'étanchéité constituée par un épaulement muni d'une rainure dans laquelle est logé un joint torique, résistant à la corrosion de l'électrolyte, réalisant l'étanchéité de la traversée de la paroi de la cuve d'électrolyse par ladite tige cylindrique.

La présente invention concerne une anode pour électrolyseur sans diaphragme, utilisable notamment pour la production de chlorates de métaux alcalins, tel le chlorate de sodium, et de chlorates de métaux alcalino-terreux.

Les ensembles anodiques utilisés jusqu'à présent dans les électro-lyseurs sans diaphragme sont décrits de façon générale dans la demande de brevet français N° 75.07008 publiée sous le N° 2303093. Ces ensembles anodiques sont constitués par des anodes en forme de L boulonnées sur un fond conducteur muni d'éléments de jonction électrique pour amener le courant à la partie active de l'anode.

D'autres ensembles anodiques utilisables dans les cellules d'électrolyse sans diaphragme sont décrits dans le brevet français N° 71.41272. Us sont constitués d'un fond muni de saillies en forme de barreaux ayant au moins une face usinée plane sur chacune desquelles est fixée une anode. Dans de tels systèmes également, le fond est muni d'éléments de jonction électrique amenant le courant à la partie active de l'anode.

De tels ensembles anodiques conduisent à une limitation de l'intensité nominale de travail de l'électrolyseur à environ 50 000 A, due au mode de raccordement électrique des anodes aux amenées de courant et à la difficulté de ménager des sections de passage suffisant dans l'encombrement imparti.

En outre, les chutes de tension entre l'amenée de courant et la partie active de l'anode, pouvant atteindre 200 mV pour une intensité nominale de l'électrolyseur de 30 kA, grèvent lourdement la consommation d'énergie.

De plus, ce type de construction nécessite des éléments porte-anodes extrêmement onéreux.

Il existe donc un besoin industriel de disposer d'anodes pour électrolyseur sans diaphragme permettant de travailler à des intensités élevées, pouvant atteindre 200 000 A et même davantage, tout en ne conduisant qu'à des chutes de tension réduites.

La présente invention répond à un tel objet et fournit une anode pour électrolyseur sans diaphragme utilisable pour la préparation de chlorates de métaux alcalins, tel le chlorate de sodium, et alcalino-terreux, constituée par une tige cylindrique électriquement conductrice et résistant à la corrosion de l'électrolyte, supportant, au moyen de deux éléments de jonction électriquement conducteurs et résistant à la corrosion de l'électrolyte, ayant une forme sensiblement en U dont les âmes sont soudées à ladite tige selon deux génératrices diamétralement opposées, deux plaques anodiques sensiblement parallèles soudées sur les ailes des U et dont les extrémités libres sont reliées entre elles par des moyens de jonction, électriquement conducteurs et résistant à la corrosion de l'électrolyte, appropriés, les maintenant sensiblement parallèles tout en assurant une liaison semi-rigide, une des extrémités de ladite tige étant fermée par un bouchon en matériau résistant à la corrosion de l'électrolyte, l'autre extrémité de ladite tige comportant une partie assurant la fonction électrique constituée par un méplat recevant les jonctions électriques et, séparément, une partie assurant la fonction d'étanchéité constituée par un épaulement comportant un joint torique, résistant à la corrosion de l'électrolyte, réalisant l'étanchéité de la traversée de la paroi de la cuve d'électrolyse par ladite tige cylindrique.

Selon un mode de réalisation préféré pour la préparation du chlorate de sodium, ladite tige cylindrique est constituée par du cuivre gainé titane.

Dans un mode de réalisation particulièrement avantageux de la présente invention, les plaques anodiques et les éléments de jonction des plaques anodiques à la tige et entre elles sont en métal déployé ou perforé pour permettre un passage aisé du gaz d'électrolyse.

La présente invention réalise sur l'anode une séparation particulièrement avantageuse de la fonction d'étanchéité et de la fonction de connexion électrique.

La section de la tige cylindrique ST est donnée par la formule:

SA^DA i>T~ DC

SA = surface anodique apparente (surface anodique totale comprenant la surface des éventuelles perforations) ;

DA = densité de courant anodique;

DC = densité de courant dans le matériau constituant la tige.

En pratique, pour des tiges de cuivre gainé titane, le diamètre de la tige est compris entre environ 20 et 40 mm.

L'épaisseur d'une anode, c'est-à-dire la distance entre les plaques anodiques d'une même anode, est généralement comprise entre 40 et 60 mm. La surface d'une plaque anodique est généralement comprise entre 0,1 et 0,4 m2.

L'invention sera décrite à présent en se référant aux fig. 1 et 2 annexées représentant respectivement une vue en perspective et une vue détaillée en coupe transversale d'une anode selon la présente invention.

Dans la fig. 1, la tige (1) supporte une paire de plaques anodiques parallèles (2) et (2') reliées entre elles à leur extrémité libre par des éléments de jonction (3) et (3') représentés ici avec une forme de U. Les plaques anodiques portant une partie hachurée indiquant, dans l'exemple illustré par la fig. 1, qu'elles sont en métal déployé, sont reliées à la tige (1) par des éléments de jonction en forme de U (4) et (4') dont les ailes sont soudées sur les plaques anodiques et dont les âmes sont soudées à la tige (1) selon deux génératrices diamétralement opposées. L'une des extrémités de la tige (1) est fermée par un bouchon (5), l'autre extrémité de la tige (1) comporte un méplat (6) recevant une liaison électrique (7) et un épaulement (8) comportant une rainure destinée à recevoir le joint torique assurant l'étanchéité.

Dans la fig. 2, montrant un détail de l'extrémité de la tige assurant la liaison électrique et l'étanchéité, à titre d'exemple, la tige (1) est en cuivre gainé titane. Elle comporte un épaulement (8) muni d'une rainure (9) dans laquelle est logé un joint torique (10), et un méplat (6) dans lequel sont ménagés des trous (11) destinés à recevoir les boulons de serrage des amenées de courant.

L'utilisation, dans des électrolyseurs sans diaphragme, pour la préparation des chlorates, d'anodes selon l'invention permet de travailler à des intensités nominales pouvant être aussi élevées que 200 kA tout en ayant des chutes de tension extrêmement réduites. En d'autres termes, la présente invention permet de réaliser des économies substantielles sur la consommation d'énergie électrique.

A titre d'exemple de préparation de chlorate de sodium avec un électrolyseur comportant 35 anodes dont chaque anode a pour

2

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

3

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dimension 750 x 400 mm et dont l'épaisseur est de 46 mm, on obtient, à 60 k A d'intensité nominale, avec une densité de courant de 40 A/dm2, une intensité maximale de 2400 A, une tension aux barres de l'électrolyseur de 2,8 à 3 V, un rendement Faraday de 95% et une consommation d'énergie électrique en courant continu égale à 4500-4800 kWh/t. La chute de tension entre l'amenée de courant et la partie active de l'anode n'est que de quelques millivolts.

A titre de comparaison, un électrolyseur utilisant des ensembles anodiques tels ceux décrits dans le brevet français N° 75.07008 précité permettait d'obtenir, à 30-40 kA d'intensité nominale, une tension aux bornes de l'électrolyseur de 3,2 à 3,4 V, un rendement 5 Faraday de 95% et une consommation d'énergie électrique en courant continu égale à 5100-5400 kWh/t. La chute de tension entre l'amenée de courant et la partie active de l'anode étant de 200 mV.

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