Procédé pour éliminer une couche de gros mercure de la sole des cellules d'électrolyse à cathode de mercure et procédé d'électrolyse d'une solution aqueuse d'halogénure de métal alcalin dans une cellule à cathode de mercure

Description

[0001] La présente invention concerne un 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.

[0002] Une difficulté importante rencontrée 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 mercure" ou "beurre de mercure".

[0003] 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 position des anodes et un ajustement périodique de leur écartement vis-à-vis du film de mercure, pour éviter la formation de courts-circuits 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 (brevet BE-A-881955 de Montedison SpA ; Central Patents Index, Abstracts Journal, Londres (Grande-Bretagne), abrégé 04648 W/03 : demande de brevet japonais 49098798 de 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 sole de la cellule est réglé pour en éliminer chaque fois la totalité du gros mercure qui s'y forme.

[0004] 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 un réglage approprié du déplacement du racloir dans la cellule.

[0005] 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.

[0006] Dans le procédé selon l'invention, le déplacement du racloir doit être réglé pour détacher seulement la partie supérieure des 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 à maintenir sur la sole dépend de divers facteurs liés à la conception de la cellule d'électrolyse et à son mode de fonctionnement, parmi 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 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 mm, des épaisseurs qui conviennent pour la pellicule résiduelle de gros 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.

[0007] Le réglage adéquat du déplacement du racloir dans le film de mercure peut être opéré par tout moyen approprié. On peut par 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.

[0008] Dans une forme d'exécution préférée de l'invention, on met en oeuvre, pour le racloir, l'extrémité antérieure d'une bande flexible 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 gros mercure de la sole.

[0009] Dans cette forme d'exécution de l'invention, le choix de l'épaisseur de la bande est conditionné par la nécessité 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 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 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 polymé- rique organique tel que du polyéthylène, du polypropylène ou, de préférence, un polymère fluoré, on obtient de bons résultats en conférant à la bande une épaisseur sensiblement comprise entre 2 et 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 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 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.

[0010] 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 vinylidêne ou du polytêtrafluoréthylène. 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 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.

[0011] 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 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 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 moteur dont le fonctionnement est assujetti à un dispositif de régulation. Celui-ci peut être programmé de manière à démarrer automatiquement le moteur du tambour à intervalles de temps prêinpusës ; en variante, il peut comprendre un organe de mesure de l'épaisseur de la couche de gros mercure sur la sole et être programmé pour démarrer automatiquement le moteur du tambour dès que l'épaisseur de cette couche, mesurée par l'organe de mesure, excède une valeur critique prédéterminée.

[0012] Le procédé selon l'invention trouve une application spécialement intéressante dans le cas de cellules à cathode de mercure approximativement horizontale, habituellement utilisées pour l'électrolyse des solutions aqueuses de chlorure de sodium, et plus spécialement les cellules de ce type équipées d'anodes métalliques.

[0013] Toutes autres choses restant égales, le procédé selon l'invention diminue la vitesse de formation du gros mercure et, par voie de 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 contrôle des distances séparant les anodes de la cathode, réduit la fréquence et l'importance des ajustements de la position des anodes vis-à-vis de la cathode et permet de travailler avec des distances anodes-cathode plus faibles.

[0014] L'invention concerne dès lors aussi un procédé pour l'électrolyse d'une solution aqueuse d'halogénure de métal alcalin, par exemple de chlorure de sodium, dans une cellule d'électrolyse dont la cathode comprend un film de mercure en écoulement sur une sole métallique, selon lequel on maintient en permanence sur la sole, une pellicule adhérente de gros mercure, d'épaisseur comprise entre 0,04 et 2,5 mm.

[0015] Dans le procédé d'électrolyse selon l'invention, il convient généralement que la pellicule de gros mercure recouvre la totalité de la sole. Son épaisseur optimum dépend notamment de l'épaisseur du film de mercure en écoulement. Celui-ci a de préférence une épaisseur comprise entre 2 et 5 mm.

[0016] L'intérêt de l'invention va apparaître au cours de la description suivante d'essais comparatifs.

[0017] Dans les essais qui vont suivre, on a procédé à l'électrolyse d'une solution aqueuse de chlorure de sodium dans une cellule à 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 revêment actif formé d'un mélange 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 N°1 (conforme à l'invention)

[0018] 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, vers l'extrémité d'amont de la cellule. Du fait de son poids spécifique 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 agglomérats de gros mercure présents sur la sole, en y laissant 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 mm.

[0019] Le fonctionnement de la cellule n'a plus nécessité d'ajustement ultérieur des anodes, durant les 3 jours qui ont suivi.

Essai N°2 (essai de référence)

[0020] On a procédé comme à l'essai n°1, mais en remplaçant la bande en polytétrafluoréthylëne par un racleur métallique que l'on a utilisé pour éliminer la totalité du gros mercure présent sur la 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° 1. Au cours du fonctionnement ultérieur de la cellule, de nouveaux agglomérats de gros mercure se sont rapidement reformés sur la sole, ce qui a nécessité deux ajustements successifs supplémentaires de la position des anodes, respectivement après 6 heures et après 24 heures de fonctionnement.

Revendications

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 pellicule résiduelle de gros mercure soit comprise entre 0,15 et 1,5 mm.

3 - Procédé selon la 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 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.

5 - Procédé selon la revendications 3 ou 4, caractérisé en ce 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, 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 d'écoulement du film de mercure.

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.

10 - Procédé pour l'électrolyse d'une solution aqueuse d'halogénure de métal alcalin dans une cellule d'électrolyse dont la cathode comprend un film de mercure en écoulement sur une sole métallique, caractérisé en ce qu'on maintient en permanence sur la sole, une pellicule adhérente de gros mercure, d'épaisseur comprise entre 0,04 et 2,5 mm.