ANODE FOR ELECTROLYTIC PROCESS WITHOUT DIAPHRAGM

ANODE POUR ELECTROLYSEUR SANS DIAPHRAGME

Abrégé français

PRECIS DE LA DIVULGATION:
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, appropriées,
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.
La présente invention permet de travailler à des intensités
nominales de l'électrolyseur aussi élevées que 200 KA tout
en ayant des chutes de tension très réduites, c'est-à-dire en
réalisant de substantielles économies d'énergie.

Revendications

Les réalisations de l'invention, au sujet desquelles
un droit exclusif de propriété ou de privilège est revendiqué,
sont définies comme il suit:
1. Anode pour électrolyseur sans diaphragme utili-
sable pour la préparation des chlorates de métaux alcalins et
alcalino-terreux constituée par une tige cylindrique électrique-
ment conductrice et résistant à la corrosion de l'électrolyte,
supportant au moyen de deux éléments de jonction, électrique-
ment 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'électro-
lyte, 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'étanchéi-
té de la traversée de la paroi de la cuve d'électrolyse par
ladite tige cylindrique.
2. Anode selon la revendication 1, dans laquelle
ladite tige cylindrique est constituée par du cuivre gainé
titane, une telle anode servant à la préparation du chlorate
de sodium.

3. Anode selon la revendication 1, dans laquelle
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.
4. Anode selon la revendication 1, dans laquelle
la section de la tige cylindrique ST est donnée par la formule :
<IMG>
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.
5. Anode selon la revendication 1, dans laquelle
la tige cylindrique est en cuivre gainé titane, le diamètre de
la tige étant compris entre environ 20 et 40 mm.
6. Anode selon la revendication 1, dans laquelle
cette anode a une épaisseur c'est-à-dire une distance entre
les plaques anodiques d'une même anode qui est comprise entre
40 et 60 mm.
7. Anode selon la revendication 1, dans laquelle
la surface d'une plaque anodique est comprise entre 0,1 et 0,4 m2.

Description

~3~
La présente invention concerne une anode pour ~-
électrolyseur sans diaphragme utilisable notamment pour la
production de chlorates de métaux alcalins, tels le chlorate
de sodium et le chlorates de metaux alcalino-terreux.
Les ensembles anodiques utilises jusqu'~ present
dans les électrolyseurs sans diaphragme sont decrits de façon
générale dans la demande de brevet français 75.07008 publiée
sous le No 2.303.093. Ces ensembles anodiques sont constitués
par des anodes en forme de L boulonnées sur un fond conducteur
muni d'élements 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 francais 7.41272 publié sous le numero 2,160,289. Ils
sont constitués d'un fond muni de saillies en forme de barreaux
ayant au moins une face usinée plane sur chacune desquelles
èst fixée une anode. Dans de tels systèmes également, le fond
est muni d'élements de jonction electrique amenant le courant
à la partie active de l'anode.
De tels ensembles anodiques conduisent à une limita-
tion de l'lntensite nominale de travail de l'electrolyseur à
environ 50000 A due au mode de raccordement electrique des
anodes,aux amenées de courant et à la difficulté de ménager '
des sections de passage suffisante 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 intensite nominale de l'electrolyseur de 30 KA, grèvent
lourdement la consommation d'énergie.
De plus, ce type de construction necessite des ele- -~
ments porte-anodes extremement onereux.
Il existe donc un besoins industriel de disposer
d'anodes pour electrolyseur sans diaphragme permettant de tra-
vailler ~ des intensités elevees, pouvant atteindre 200.000 A
,1. , ~ j;

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 utilisa-
ble pour la préparation de chlorates de :métaux alcalins, tels
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
10 la corrosion de l'électrolyte, ayantlune forme sensiblement en U :;~
- dont les âmes sont soudées à ladite tige selon deux génératrices
diam~tralement 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 paralèles
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 assu~ant 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 a 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 prépara-
tion du chlorate de sodium, ladite tige cylindrique est consti-
tuée 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
- 2 - :~
~'

~ D ~
en métal déployé ou perforé pour permettre un passage aisé du
gaz d'électrolyse.
La présente invention réalise sur l'anode une sépara- ;
tion 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 :
ST = SA DA
,'~ .
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, clest-à-dire la distance ~ ;
entre les plaques anodiques d'une meme 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 décrit à présent en se référant
aux figures 1 et 2 annexées représentant respectivement une vue
en perspective et une vue détaillée en coupe transversale d'un
mode de réalisation d'une anode selon la présente invention.
Dans la figure 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 figure 1, qu'elles sont en métal déployé, sont reliées
à la tige (1) par des élé;ments de jonction en forme de U (4)
;.

L3
et (4') dont les ailes sont soudées sur les plaques anodiques
et dont les âmes sont soudées à la tige (1) selon deux généra- ;
trices diamètralement 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 électri-
que (7) et un épaulement (8) comportant une rainure destinée
à recevoir le joint torique assurant l'étanchéité.
Dans la figure 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 torrique (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 consomma-
tio~ d'énergie électrique. ~
A titre d'exemple de préparation de chlorate de sodium ~`
avec un électrolyseur comportant 35 anodes dont chaque anodique
a pour dimension 750 mm x 400 mm et dont l'épaisseur est de
46 mm, on obtient à 60 KA d'intensité nominale, avec une densité
de courant de 40 A/dm2, une intensité maximale de 2400 A, une
tension aux barres de l'électrolyeeur de 2,8 à 3 V, un rendement `
Faraday de 95 % et une consommation d'énergie électrique en
courant continu égale à 4500-4800 K wh/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 utilisan-t
- 4 -

des ensembles anodiques tels ceux décrits dans le brevet :
fran,cais 75.07008 précité, permettait d'obtenir à 30-40 KA : :
d'intensité nominale, une tension aux bornes de llélectrolyseur ,.
de 3,2 à 3,4 v, un rendement 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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