Full resolution (JPEG) - On this page / på denna sida - H. 19. 13 maj 1950 - Cell för framställning av elementärt fluor, av Olle Lindström
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
Below is the raw OCR text
from the above scanned image.
Do you see an error? Proofread the page now!
Här nedan syns maskintolkade texten från faksimilbilden ovan.
Ser du något fel? Korrekturläs sidan nu!
This page has never been proofread. / Denna sida har aldrig korrekturlästs.
13 maj 1950
t 453
ständigt befria cellgasen från HF får den efter utfrysning
med torris passera ett tvättorn med NaF-pärlor, där
praktiskt taget kvantitativ absorption av HF äger rum.
Av stor betydelse för cellens driftsegenskaper är
anod-materialet. Nickelanoder visar ringa benägenhet att
polariseras och kan utsättas för en högre strömtäthet än
kolanoder. Nackdelar med nickel som anodmaterial är, att
den ger lägre strömverkningsgrad och att den efter hand
upplöses. Numera användes därför vid lågtemperaturellys
av KF ’ 2—3 HF vanligen anoder av specialkol. De
fordringar man har på dessa kol är, att de skall äga ett
hårdhetsvärde, närmande sig det för karborundum, en hög
täthet, en hög brotthållfasthet samt vara fullkomligt fria
från grafit. I den här beskrivna cellen användes hårda
petroleumkokskol, som förhållit sig tillfredsställande.
Den speciella anordningen av elektroderna gjordes av
följande skäl: Lagret av stelnad smälta kring anodfästet
förhindrar strömgång från anoden till cellbottnen och skyddar
anodfästet mot korrosion. Vid cellkonstruktioner, där
anoden är fäst i cellocket, händer det, att korrosionsprodukter
vid anodfästet spränger anodkolet. Elektrolyt inkommer ej
i förbindningen mellan kol och anodfäste, varigenom man
undviker uppkomst av dålig elektrisk kontakt, ett annars
rätt vanligt fel. Några fordringar på
korrosionsbeständigheten hos isoleringsmaterialet vid genomföringen behöver
ej ställas.
Anod, gasklocka och katod är så placerade i förhållande
till varandra, att inga fasta metalldelar exponeras för
elströmmen mellan anod och katod. Härigenom omöjliggöres
bipolaritet med åtföljande korrosionsreaktioner och lägre
strömutbyte. Ett ofta förekommande missöde vid
apparater, där kolanoden är fäst vid cellocket, är, att den
brytes av, om ellytsmältan av någon anledning får stelna. Vid
denna konstruktion med anodkroppen i sin helhet
nedsänkt i smältan, kommer volymsändringarna i ellyten vid
stelnandet eller smältningen ej att ge upphov till samma
mekaniska påfrestningar på anoden, som när denna i sin
ena ända är styvt förbunden med cellocket. Anodrummet
utföres helsvetsat utan känsliga genomföringar för
anoden. Detta ansågs som en stor fördel vid den tidpunkt,
då denna fluorcell konstruerades. De enda
isoleringsmaterial, som då var disponibla för en anodgenomföring vid
cellocket, utgjordes nämligen av de för detta ändamål
klassiska flusspat- och portlandcementmaterialen, som
tyvärr ej är särskilt lämpliga. Numera finns även i Sverige
Teflon, polytetrafluoretylen, ett utomordentligt material,
som löser alla svårigheter med tätning och elisolering i
F2-atmosfär. Tyskarna använde i sina celler för
anod-genomföringar Degussit, ett sintrat aloxidmaterial.
Vad man främst kunde invända mot denna celltyp "anod
från botten — katod från locket" är, att byte av anod är
svårare att utföra, än när anoden är fäst vid locket. Den
viktigaste orsaken till ett byte torde vara brott på
anodkroppen. Risken för en sådan malör är emellertid mycket
ringa vid denna konstruktion och har ej heller inträffat
vid driften av cellen. Det är troligt, att anoden förblir
funktionsduglig, till dess elektrolyten måste bytas för
rening, en tidrymd av åtminstone två år vid
laboratoriedrift. För tekniska enheter med ett större antal anodkol
än i denna laboratoriecell torde man dock inte kunna
rekommendera den här beskrivna konstruktionen. Vid en
300 A fluorcell, som är under byggnad vid Institutionen
för teoretisk kemi, KTH, har emellertid en konstruktion
genomförts, där de uppenbara fördelarna med den här
beskrivna celltypen har bibehållits, under det att nackdelen,
svårigheter vid anodbyte, helt eliminerats.
Drift
Vad som särskilt kan inverka störande vid fluorellys,
är den anodiska polarisationen, anodeffekten. Vid ellys av
alkalihydrofluorider är den främsta orsaken till denna
anodeffekt närvaro av vatten i smältan. Anodeffekten
yttrar sig så, att anoden ej vätes av smältan.
Strömgenomgången från anoden till smältan hindras därvid av ett
Fig. 4. Tid för gränsskiktets upplösning genom diffusion
(anodeffekt).
isolerande gasskikt, som utbildas vid fasgränsen.
Polarisation av anoden inträder förutom vid närvaro av vatten
även vid en för låg HF-koncentration i gränsskiktet, vilket
kan bero på utarmning genom en för hög strömtäthet
eller också ha sin orsak i att HF-koncentrationen i
smältan som helhet är för låg. Vid närvaro av vatten i smältan
bortellyseras vatten i första hand, eftersom detta har en
lägre sönderdelningsspänning än HF. Efterhand, då
H20-koncentrationen minskats till ett ringa värde, inträder ett
kritiskt stadium med starka polarisationstendenser. När
väl vattnet praktiskt taget försvunnit, blir förhållandena
åter stabila utan tendenser till anodeffekt, förutsatt att
man ej använder för hög strömtäthet.
Ett av sätten att avveckla utbildad anodeffekt är att helt
enkelt bryta strömmen för en tid av några minuter,
varvid genom diffusion gränsskikten vid anoden upplöses.
Detta framgår tydligt av ett försök, vars resultat är
återgivet i fig. 4. Vid ett tillfälle, då ellyten var fuktig och
cellen visade tydliga polarisationstendenser, anbringades
en hög strömstyrka, i detta fall 00 A, till dess anodeffekten
var fullt utbildad. Strömmen bröts då, och efter en viss
väntetid, x s, slöts strömmen åter med samma strömstyrka,
60 A. Den tid, y s, som förflöt, innan anodeffekten åter
var fullt utbildad, noterades. Av diagrammet, där log y är
uppfört som en funktion av x, framgår att y blir konstant
för :r-värden överstigande ett gränsvärde xg, i detta fall
ca 35 s. Det är tydligt, att x<j är den tid, som erfordras,
för att gränsskiktet skall upplösas genom diffusion etc.
Detta gränsvärde är självfallet beroende av sådana faktorer
som HF-halten, närvaro av H-,0 och eventuella
föroreningar i smältan, kolanodens ytstruktur, omrörings- och
temperaturförhållanden.
Cellspänningens tidsberoende under utbildande av
anodeffekt vid konstant strömstyrka framgår av fig. 5. Till en
en början stiger spänningen länge nästan rätlinigt för att
vid ett gränsvärde raskt bryta av uppåt. Den rätliniga
delen av kurvan torde motsvara uppbyggandet av ett
spärrskikt. Bildandet av detta skikt sker sålunda rätlinjigt
med tiden, och eftersom strömstyrkan är konstant,
proportionellt mot den transporterade elektricitetsmängden.
Om detta försök upprepas vid olika strömstyrkor erhålles
olika värden på lutningen av den rätliniga delen av
spänningskurvan i fig. 5. I fig. 6 är några olika sådana värden
uppförda som en funktion av strömstyrkan. Kurvans
utseende tyder på att tendensen till polarisation är mindre
framträdande under en viss gränsströmstyrka. överskrides
denna, inträder däremot anodeffekt förhållandevis snabbt.
Man kan anta. att hastigheterna vid uppbyggandet, resp.
nedbrytandet av spärrskiktet är lika stora vid denna
<< prev. page << föreg. sida << >> nästa sida >> next page >>
