Celda de electrólisis bipolar de usos múltiples , para altas cargas con corriente eléctrica.

Celda de electrólisis bipolar de usos múltiples para altas cargas con corriente eléctrica,

que se compone de unbastidor tensor, de dos placas de borde de electrodos con unas chapas metálicas de electrodo y una conducción deaportación de la corriente eléctrica así como de unas placas de electrodos bipolares, estando compuestas estasúltimas de:

en cada caso un cuerpo de base (12) de electrodo hecho de un material sintético, con unos espacios traseros (20)de electrodo incorporados por un lado o por ambos lados y/o con unos espacios de refrigeración (18), unasconducciones de aportación y evacuación incorporadas para las soluciones de electrólito (26,28,30,32) y para elmedio de refrigeración (42, 44),

unas chapas metálicas (14,16) de electrodo colocadas sobre el cuerpo de base (12), las cuales son macizas y/oestán interrumpidas en la zona activa electroquímicamente,

sobre las chapas metálicas macizas (14) de electrodo, unos bastidores (22) de hermetización para el electrólito,hechos de un material sintético elástico,

unas membranas intercambiadoras de iones (50) que se apoyan sobre las chapas metálicas interrumpidas (16) deelectrodo y/o el bastidor (22) de hermetización para el electrólito con el fin de separar a los espacios de electrodos,caracterizada porquelas placas de electrodos tienen una relación de la altura a la anchura de 30:1 a 1,5:1, en que las chapas metálicas(14,16) de electrodos, siendo maciza la chapa (14) de electrodo y estando la otra chapa (16) de electrodointerrumpida en la zona activa electroquímicamente. y los bastidores (22) de hermetización para el electrólitosobresalen lateralmente por encima de los cuerpos de base (12) de electrodos y están unidos, tanto con unoscarriles de contacto (52) verticales dispuestos a ambos lados a una distancia de 1 a 50 mm desde los cuerpos debase (12) de electrodos, como también, en la zona de los bastidores (22) de hermetización para el electrólito, con loscuerpos de base (12) de electrodos, para formar unas placas de electrodos bipolares mecánicamente estables, quese pueden montar como unidades autónomas, siendo realizado el aislamiento eléctrico entre sí de dos unidadesbipolares contiguas mediante los bastidores (22) de hermetización para el electrólito con una simultáneahermetización de los espacios para el electrólito al tensar las placas de electrodos mediante el bastidor tensor pormedio de la presión de apriete, siendo puestos en contacto los carriles de contacto (52) con las chapas metálicas(14) y (16) de electrodo prolongadas lateralmente, y estando formadas, entre los respectivos carriles de contacto y elborde del cuerpo de base (12) de electrodo, unas rendijas (54), que limitan lateralmente a las chapas metálicas deelectrodo.

Celda de electrólisis bipolar de usos múltiples, para altas cargas con corriente eléctrica El invento se refiere a una celda de electrólisis de usos múltiples, conectada bipolarmente en una forma constructiva alta para unas cargas con corriente eléctrica preferiblemente altas, comprendidas entre 1 y 10 kA/m2, en cada celda bipolar individual. Ella se puede emplear, en el caso de una correspondiente adaptación de los materiales para los electrodos y los demás grupos constructivos de la celda al pertinente sistema de materiales, tanto en la tecnología del medio ambiente para la descomposición electroquímica de materiales contaminantes inorgánicos y orgánicos como también en las industrias químicas y farmacéuticas para la preparación de productos inorgánicos y orgánicos. Un uso especial se establece con la preparación de peroxodisulfatos y percloratos.

Las celdas de electrólisis bipolares en el modo constructivo de un filtro prensa, que se componen de un bastidor tensor, de las dos placas de borde de electrodos con unas conducciones de aportación de corriente eléctrica y de un número arbitrario de placas de electrodos bipolares junto a unos equipos periféricos para la aportación y evacuación de las soluciones de electrólito así como del medio de refrigeración o respectivamente de atemperamiento, se conocen en numerosas formas de realización y para los más diferentes usos. Ellas pueden ser estructuradas de un modo no dividido o dividido mediante unos diafragmas de membranas intercambiadoras de iones o respectivamente unos diafragmas microporosos, en celdas de dos cámaras o de múltiples cámaras. Los necesarios espacios para los electrodos y respectivamente para el electrólito se pueden estructurar como grupos constructivos separados o se pueden integrar en las placas de bordes de electrodos o respectivamente en las placas de electrodos bipolares.

Frente a las celdas de electrólisis monopolares, constituidas de una manera análoga, en el modo constructivo de un filtro prensa, la gran ventaja de las celdas de electrólisis bipolares consiste en que la conducción de aportación de corriente eléctrica solamente necesita ser acercada desde el exterior hasta las dos placas de borde, mientras que el transporte de corriente eléctrica en las celdas individuales bipolares solo se efectúa desde uno de los lados de la placa de electrodo hasta el otro lado, la mayor parte de las veces internamente. En la mayor parte de los casos, los usuarios no se contentan con una sencilla placa de electrodo bipolar, en la que los lados de ánodo y de cátodo se componen del mismo material de electrodo. En muchos casos y en particular en el caso de celdas de electrólisis de usos múltiples, es necesario poner a disposición unos ánodos y unos cátodos constituidos a base de diferentes materiales, que se componen preferiblemente de chapas metálicas. Éstos pueden luego ser unidos entre sí conduciendo la electricidad, directa o indirectamente a través de unos cuerpos de contacto.

Una posible forma de realización para una tal celda de electrólisis bipolar de usos múltiples con una relación grande entre la altura y la anchura, que aquí es necesaria, con el fin de conseguir el “efecto de elevación con gas” para la recirculación del electrólito, como parte componente de un sistema de electrólisis y de reacción con elevación con gas, constituido y utilizable de manera múltiple, se describe en el documento de patente alemana DE 44 38 124. En este caso se trata de una construcción de celda de electrólisis optimizada en lo que se refiere al uso del empuje ascendente mediante los gases desprendidos, con una altura total de 1, 5 a 2, 5 m. Las placas de electrodos bipolares se componen de unos cuerpos de base de electrodos hechos de grafito impregnado o de materiales sintéticos con unas conducciones de aportación y evacuación incorporadas para las soluciones de electrólito y para el medio de refrigeración, así como unos electrodos y unos espacios para el electrólito aplicados por ambos lados o respectivamente, en el caso de los cuerpos de base de grafito, también integrados.

En este contexto, los dos electrodos, en el caso de los cuerpos de base de grafito, están unidos entre sí a través de ést, conduciendo la electricidad, y en el caso de los cuerpos de base de material sintético mediante unos elementos de contacto incorporados. Tales elementos de contacto están dispuestos dentro de las superficies de hermetización cubiertas por unos bastidores para el electrólito hechos de un material elástico. El establecimiento del contacto se efectúa a través de la presión de apriete al efectuar el montaje conjunto.

En el caso de tales elementos de contacto colocados en la zona del bastidor de hermetización dentro del cuerpo de base de material sintético, se llega a desventajas y riesgos, especialmente en el caso de que se hayan de transmitir unas altas intensidades de corriente eléctrica. Así, existe el peligro de un sobrecalentamiento de elementos individuales de contacto y, condicionado por ello, de un fallo de toda la unidad bipolar. El cuerpo de base de electrodo, producido preferiblemente a partir de materiales sintéticos termoplásticos, comienza a reblandecerse en los sitios sobrecalentados, disminuye la presión de apriete sobre los contactos y se llega forzosamente a una sobrecarga de los otros elementos de contacto. Una consecuencia adicional puede consistir en una fusión de las placas de base, en descargas eléctricas, en unas salidas incontroladas del electrólito y también en unas posibles explosiones de los gases de electrólisis que entonces se mezclan. En cualquier caso, el fallo de una unidad bipolar mediante deterioros de los contactos trae consigo forzosamente la puesta fuera de servicio de toda la celda de filtro prensa. El riesgo de una de tales fallos es tanto mayor cuanto más alta es la carga con corriente eléctrica de los elementos individuales de contacto, cuanto más bajo es el punto de reblandecimiento de los cuerpos de base de material sintético que se utilizan y cuanto más alta es la temperatura necesaria del electrólito.

Una desventaja adicional de tales contactos situados internamente consiste en que, cuando hay sitios de fuga en el sistema de hermetización, el electrólito penetra en el contacto por prensado y allí conduce a fenómenos incontrolables de corrosión. Esta corrosión conduce asimismo al fallo o a la destrucción de la celda de electrólisis.

Por lo tanto, tales celdas de electrólisis bipolares con unos cuerpos de base hechos de materiales sintéticos han podido imponerse hasta ahora solamente para unas cargas con corriente eléctrica desde bajas hasta medianas de 100 hasta 1.000 A y para unas bajas temperaturas de trabajo.

Estas dificultades pudieron ser suprimidas también mediante el recurso de que se prescinde de la utilización de tales cuerpos de base de materiales sintéticos. La transición a una de las conocidas construcciones enteramente metálicas para celdas de electrólisis bipolares, p.ej. con ambas chapas metálicas de electrodos unidas conduciendo la electricidad a través de uniones por atornillamiento o respectivamente con unas semiceldas catódicas y anódicas para las respectivas unidades bipolares, trae consigo sin embargo también una serie de desventajas frente a la forma de realización con cuerpos de base hechos de materiales sintéticos. Así, la minimización de las corrientes eléctricas de pérdida entre las celdas individuales situadas a diferentes niveles de tensión eléctrica, que están unidas entre sí mediante unas conducciones para el electrólito, exige unas medidas técnicas especiales, puesto que la resistencia eléctrica en las conducciones de unión para las soluciones de electrólito es esencialmente más pequeña que en el caso de utilización de los cuerpos de base de materiales sintéticos, que actúan aislando la electricidad, con las conducciones de aportación y evacuación para las soluciones de electrólito, incorporadas en ellos.

En el gran número de las celdas de electrólisis hasta ahora descritas, los electrodos utilizados no se pueden emplear normalmente como unas chapas metálicas de electrodos que sean sencillas de fabricar y por consiguiente también sean fácilmente recambiables en el sentido de una celda de usos múltiples. Tan pronto como se hacen necesarios unos canales de refrigeración o, en el caso de la utilización de electrodos interrumpidos, unos espacios traseros para los electrólitos, son indispensables en la mayor parte de los casos unas construcciones soldadas para las dos semiceldas de una unidad bipolar, que se componen de diferentes materiales o asociaciones de materiales de los electrodos. En particular en el caso de materiales de electrodos de alto valor y/o difícilmente... [Seguir leyendo]

1. Celda de electrólisis bipolar de usos múltiples para altas cargas con corriente eléctrica, que se compone de un bastidor tensor, de dos placas de borde de electrodos con unas chapas metálicas de electrodo y una conducción de aportación de la corriente eléctrica así como de unas placas de electrodos bipolares, estando compuestas estas últimas de:

en cada caso un cuerpo de base (12) de electrodo hecho de un material sintético, con unos espacios traseros (20) de electrodo incorporados por un lado o por ambos lados y/o con unos espacios de refrigeración (18) , unas conducciones de aportación y evacuación incorporadas para las soluciones de electrólito (26, 28, 30, 32) y para el medio de refrigeración (42, 44) ,

unas chapas metálicas (14, 16) de electrodo colocadas sobre el cuerpo de base (12) , las cuales son macizas y/o están interrumpidas en la zona activa electroquímicamente,

sobre las chapas metálicas macizas (14) de electrodo, unos bastidores (22) de hermetización para el electrólito, hechos de un material sintético elástico,

unas membranas intercambiadoras de iones (50) que se apoyan sobre las chapas metálicas interrumpidas (16) de electrodo y/o el bastidor (22) de hermetización para el electrólito con el fin de separar a los espacios de electrodos,

caracterizada porque las placas de electrodos tienen una relación de la altura a la anchura de 30:1 a 1, 5:1, en que las chapas metálicas (14, 16) de electrodos, siendo maciza la chapa (14) de electrodo y estando la otra chapa (16) de electrodo interrumpida en la zona activa electroquímicamente. y los bastidores (22) de hermetización para el electrólito sobresalen lateralmente por encima de los cuerpos de base (12) de electrodos y están unidos, tanto con unos carriles de contacto (52) verticales dispuestos a ambos lados a una distancia de 1 a 50 mm desde los cuerpos de base (12) de electrodos, como también, en la zona de los bastidores (22) de hermetización para el electrólito, con los cuerpos de base (12) de electrodos, para formar unas placas de electrodos bipolares mecánicamente estables, que se pueden montar como unidades autónomas, siendo realizado el aislamiento eléctrico entre sí de dos unidades bipolares contiguas mediante los bastidores (22) de hermetización para el electrólito con una simultánea hermetización de los espacios para el electrólito al tensar las placas de electrodos mediante el bastidor tensor por medio de la presión de apriete, siendo puestos en contacto los carriles de contacto (52) con las chapas metálicas (14) y (16) de electrodo prolongadas lateralmente, y estando formadas, entre los respectivos carriles de contacto y el borde del cuerpo de base (12) de electrodo, unas rendijas (54) , que limitan lateralmente a las chapas metálicas de electrodo.

2. Celda de electrólisis bipolar de usos múltiples de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizada porque las chapas de ánodo se componen de unos metales de válvulas, preferiblemente titanio, con unas capas activas a base de metales nobles.

3. Celda de electrólisis bipolar de usos múltiples de acuerdo con las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizada porque las chapas de ánodo tienen una capa superior de metal noble a base de platino macizo, obtenible mediante prensado isostático en caliente de una lámina de platino y de una chapa de titanio.

4. Celda de electrólisis bipolar de usos múltiples de acuerdo con las reivindicaciones 1, 2 ó 3, caracterizada porque el material de las chapas de cátodo es níquel, titanio, un acero, un acero inoxidable o plomo.

5. Celda de electrólisis bipolar de usos múltiples de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizada porque las chapas de cátodo se componen de unos aceros inoxidables altamente aleados, p.ej. los que tienen el número de material 1.4539, cuyas superficies activas de electrodo están estructuradas como un metal desplegado, y que por el lado trasero se apoyan directamente sobre la parte interrumpida del bastidor de cátodo que sirve como apoyo.

6. Celda de electrólisis bipolar de usos múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque las superficies de contacto de los electrodos con la corriente eléctrica están provistas de unos revestimientos bien conductores a base de capas de platino, oro, plata o cobre.

7. Celda de electrólisis bipolar de usos múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes, caracterizada porque los carriles de contacto se componen de cobre, que está estañado, plateado o revestido con un metal noble.

8. Celda de electrólisis bipolar de usos múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizada porque los carriles de contacto y los contactos de electrodos están dorados o respectivamente platinados y la transmisión de la corriente eléctrica se efectúa a través del contacto por prensado que resulta mediante un tensado del paquete de electrodos.

9. Celda de electrólisis bipolar de usos múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizada porque entre los cuerpos de base de electrodos y los carriles de contacto colocados verticalmente existe un espacio de aire de varios milímetros, que en el caso de ligeras fugas de electrólito permite un drenaje e impide una infiltración en los contactos de corriente eléctrica.

10. Celda de electrólisis bipolar de usos múltiples de acuerdo con una de las reivindicaciones precedentes,

caracterizada porque las placas de electrodos tienen una altura de 1, 5 a 3 m y una relación de la altura a la anchura de 10:1 a 1, 5:1.