BE1005251A3 - Werkwijze voor het langs elektrochemische weg wijzigen van de concentratie van een chemisch element in vloeibaar metaal. - Google Patents

Abstract

Werkwijze voor het langs elektrochemische weg wijzigen van de koncentratie van teminste één chemisch element van de groep Ia van het periodiek stelsel van de elementen in een vloeibaar metaal uit de groep gevormd door aluminium, koper, zink, tin en lood, volgens dewelke men een elektrochemische cel vormt met een vaste stof elektroliet (3), aan één zijde daarvan het gesmolten metaal (1) en aan de andere zijde daarvan een elektrisch geleidend materiaal waarin het chemisch element kan worden opgenomen, hierna de geleider genoemd, en men een gelijkspanning aanlegt tussen deze geleider (4) en het vloeibare metaal (1), daardoor gekenmerkt dat men als vaste stof elektroliet (3) een materiaal gebruikt dat verschillende ionen tegelijk geleidt.

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Werkwijze voor het langs elektrochemische weg wijzigen van de concentratie van een chemisch element in 
 EMI1.1 
 vloeibaar metaal. vioeibaar De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor het langs elektrochemische weg wijzigen van de concentratie van ten minste   een   chemisch element van de groep Ia van het periodiek stelsel van de elementen in een vloeibaar metaal uit de groep gevormd door aluminium, koper, zink, tin en lood, volgens dewelke men een elektrochemische cel vormt met een vaste stof elektroliet, aan   één   zijde daarvan het gesmolten metaal en aan de andere zijde daarvan een elektrisch geleidend materiaal waarin het chemisch element kan worden opgenomen, hierna de geleider genoemd, en men een gelijkspanning aanlegt tussen deze geleider en het vloeibare metaal. 



  Een veel voorkomende onzuiverheid in primair aluminium is natrium, dat tijdens de produktie van aluminium   (Hall-Héroult   cyclus) in het elektrolytisch bad aanwezig is (cryoliet). Ook lithium wordt tijdens dit proces aan 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 het bad toegevoegd zodat het eveneens als onzuiverheid aanwezig is. Lithium is ook een belangrijke onzuiverheid in secundair (recyclage) aluminium aangezien bij de bereiding van aluminium vaak gebruik gemaakt wordt van schroot afkomstig van de vliegtuigindustrie. Dit schroot zal in de toekomst meer en meer lithium-aluminiumlegeringen bevatten. 



  Tot dusver dient men in praktijk om verschillende redenen schroot afkomstig uit de vliegtuigindustrie gescheiden te houden van ander schroot zolang er geen adekwate wijze om het aluminium te zuiveren van lithium voorhanden is. 



  Alkalimetalen zoals lithium en natrium aanwezig in het vloeibare metaal werken de scheurvorming tijdens het walsen van de ingots in de hand. 



  Het zuiveren van het vloeibare metaal kan in een afzonderlijke zuiveringstrap met chemische toevoegstoffen gebeuren. Het is evenwel ook   bekend   dit zuiveren langs elektrochemische weg uit te voeren. Een dergelijke zuivering is beschreven in   US-A-4. 849. 072.   



  Bij deze zuivering wordt lithium uit een gesmolten lithium-aluminiumlegering gehaald door middel van een elektrochemische cel met een lithium-bevattend gesmolten 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 zout als elektroliet, aan een zijde daarvan de gesmolten lithium-aluminium legering en aan de andere zijde daarvan gesmolten lithium. 



  Het wijzigen van de lithium concentratie van een vloeibare legering van lithium en een ander metaal, zoals tin of aluminium, door middel van een elektrochemische cel met een vaste stof elektroliet is beschreven door H. Tuller en P. Moon in "Materials Science and Engineering", (Elsevier Sequoia), volume Bl, (1988) blz. 189. Op deze manier zou dus lithium uit een aluminiumlegering kunnen gehaald worden om deze te zuiveren. Evenwel kan er alleen lithium uitgehaald worden en geen andere elementen zoals bv. natrium en kalium, aangezien het gebruikte vaste stof elektroliet alleen lithiumionen geleidt. Als elektroliet wordt immers een lithiumboraat zoals LiB02 gebruikt. 



  De uitvinding heeft tot doel deze nadelen te verhelpen en een werkwijze voor het langs elektrochemische weg wijzigen van de koncentratie van een chemisch element te verschaffen volgens dewelke een elektrochemische cel met een vaste stof elektroliet gevormd wordt maar waarbij niet alleen lithium maar ook tegelijkertijd andere chemische elementen uit de reeks Ia van de periodieke tabel van de chemische elementen uit een metaal, in het 

 <Desc/Clms Page number 4> 

 bijzonder aluminium, kunnen gehaald worden of in een dergelijk bad kunnen gebracht worden. 



  Tot dit doel gebruikt men als vaste stof elektroliet een materiaal dat verschillende ionen tegelijk geleidt. 



  Bij voorkeur gebruikt men een vaste stof elektroliet uit de familie van de bêta-alumina's of uit de familie van de NASICON'S. 



  Het gebruik van een bêta-alumina als vaste stof elektroliet is eveneens vermeld in de voornoemde publikatie maar uitsluitend voor de elektrolyse van gesmolten natriumzouten. Het gebruik van dit elektroliet is daar voor de hand liggend aangezien bekend is dat dit elektroliet een goede natrium-ionen geleider is. 



  De aanvrager maakt gebruik van een natrium-ionengeleider die een gemengde ionengeleiding vertoont (bv. Natrium-bêta-alumina). Dit materiaal is weliswaar een natriumgeleider doch de beweeglijke natriumionen kunnen door uitwisseling vervangen worden door andere ionen zoals H30 K,    sur,      ,Li zodat   het dus ook kan gebruikt worden om andere dan Na+ ionen door te pompen. In het bijzonder gebruikt men als vaste stof 

 <Desc/Clms Page number 5> 

 elektroliet beta-alumina dat een mengoxide is bestaande uit Al203en Na20. 



  De hiervoor beschreven werkwijze is bijzonder interessant voor het wijzigen van de hoeveelheid lithium in vloeibaar aluminium en vooral voor het zuiveren van aluminium dat door lithium verontreinigd is. 



  In het laatste geval wordt niet alleen lithium uit de aluminium-lithiumlegering gehaald maar tevens andere alkalimetalen of verontreinigingen. 



  Voordelig gebruikt men als geleider bismut of een bismutlegering. 



  Andere bijzonderheden en voordelen van de uitvinding zullen blijken uit de hiervolgende beschrijving van een werkwijze voor het langs elektrochemische weg wijzigen van de koncentratie van een chemisch element in vloeibaar metaal, volgens de uitvinding. Deze beschrijving wordt enkel gegeven als voorbeeld en beperkt de uitvinding niet. De verwijzingscijfers betreffen de hieraantoegevoegde tekening die een dwarse doorsnede weergeeft van een inrichting voor het toepassen van de werkwijze volgens de uitvinding. 

 <Desc/Clms Page number 6> 

 Voor het zuiveren van gesmolten aluminium dat door lithium, alkalimetalen of andere metallurgische verontreinigingen verontreinigd is, vormt men met dit vloeibaar aluminium, een geleider en daartussen een vaste stof elektroliet, een elektrochemische cel en legt men tussen het vloeibare aluminium en de geleider een gelijkspanning aan. 



  Als vaste stof elektroliet maakt men gebruik van een bêta-alumina, of   bêta"-alumina,   een mengoxide bestaande uit   A1203   en   NaO.   Men kan ook een zogenoemde "natrium super ionic conductor" (NASICON), dit is een materiaal op basis van natrium, zirkonium en fosfaat, gebruiken. Als geleider kan men bismut gebruiken. 



  Om lithiumionen uit het bad vloeibaar aluminium in het bismut te brengen, verbindt men het vloeibaar aluminium met de positieve pool van een gelijkstroombron en het bismut met de negatieve pool van deze bron. 



  Door het sturen van een konstante stroom door het vaste stof elektroliet, kan de koncentratie van de positief geladen ionen in het aluminium dalen en in het bismut stijgen. 



  De hoeveelheid materiaal die docrheen het vaste stof elektroliet gepompt wordt, wordt bepaald door de wet van 

 <Desc/Clms Page number 7> 

 Faraday. Voor 26, 8 Ah wordt   een   mole   eenwaardig   equivalent   geioniseerd   metaal door het vaste stof elektroliet gepompt. Hoe de cel in de praktijk kan gekonstrueerd worden blijkt uit de hieraan toegevoegde figuur waarbij drie cellen in parallel met elkaar gevormd zijn. 



  Het vloeibare aluminium 1 bevindt zich in de goot 2. Het aluminium   1   is gemeenschappelijk aan de drie cellen. Elke cel bevat een onderaan gesloten buisje 3 van natrium-bêta-alumina dat met vloeibaar bismut 4 is gevuld. 



  Het bismut 4 in de drie buisjes staat via geleiders 5 in verbinding met de negatieve pool van een gemeenschappelijke gelijkstroombron 6. De drie hoeveelheden bismut zijn in parallel geschakeld waarbij in het gedeelte van de geleiders 5 dat op het bismut in   één   buisje 3 aansluit een stroommeting wordt uitgevoerd, bijvoorbeeld door met een voltmeter 7 de spanning te meten over een weerstand 8 van   een   Ohm, die in serie met de cel is geschakeld. 



  De positieve pool van de gemeenschappelijke stroombron 6 staat via de geleider 9 die in het aluminium 1 

 <Desc/Clms Page number 8> 

 ondergedompeld is, elektrisch met dit aluminium in kontakt. In het aluminium 1   vindt de reaktie plaats :  
M -+ M+ + e terwijl in het bismut 4 de reaktie plaats vindt    M + e- M   waarbij M waterstof is, natrium, lithium enz. is. 



  Aan de overgang   aluminium/bêta-alumina   vindt dus een elektrochemische oxidatie van lithium, natrium, waterstof enz. plaats. De gevormde ionen migreren doorheen het vaste stof elektroliet, dit is het buisje 3 van natrium-bêta-alumina en worden aan de overgang   bêta-alumina/bismut   gereduceerd. Hoe meer cellen gevormd worden met het vloeibaar aluminium, hoe groter de totale stroom en dus hoe groter de zuiveringskapaciteit. In praktijk zal dus steeds een batterij cellen gebruikt worden. 



  Met een inrichting zoals voorgesteld in de hieraantoegevoegde figuur en met zuiver bismut in de   natrium-bêta-aluminiumbuisj es   3 kcn met een totale verplaatste lading van 0, 1612 Ah een totale massa aan lithium, natrium en dergelijke van 0, 0384 gr. uit het vloeibare aluminium in het bismut verplaatst worden. 



  De uitvinding is geenszins beperkt tot de hiervoor beschreven   uitvoeringsvormen,   en binnen het raam van de 

 <Desc/Clms Page number 9> 

 oktrooiaanvragen kunnen binnen de beschreven uitvoeringsvormen vele veranderingen worden aangebracht.

Claims (1)

1. Konklusies. EMI10.1 ----------- 1. - Werkwijze voor het langs elektrochemische weg wijzigen van de koncentratie van tenminste één chemisch element van de groep Ia van het periodiek stelsel van de elementen in een vloeibaar metaal uit de groep gevormd door aluminium, koper, zink, tin en lood, volgens dewelke men een elektrochemische cel vormt met een vaste stof elektroliet (3), aan één zijde daarvan het gesmolten metaal (1) en aan de andere zijde daarvan een elektrisch geleidend materiaal waarin het chemisch element kan worden opgenomen, hierna de geleider genoemd, en men een gelijkspanning aanlegt tussen deze geleider (4) en het vloeibare metaal (1), daardoor gekenmerkt dat men als vaste stof elektroliet (3)

   een materiaal gebruikt dat verschillende ionen tegelijk geleidt.

   2.-Werkwijze volgens vorige konklusie, daardoor gekenmerkt dat men een vaste stof elektroliet uit de familie van bêta-alumina's gebruikt. <Desc/Clms Page number 11> 3.-Werkwijze volgens één van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat men een vaste stof elektroliet uit de familie van de NASICON's gebruikt.

   4.-Werkwijze volgens één van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat men als vloeibaar metaal aluminium gebruikt waarin lithium aanwezig is.

   5.-Werkwijze volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat men als vloeibaar metaal aluminium gebruikt waarin natrium aanwezig is.

   6.- Werkwijze volgens een van de vorige konklusies, daardoor gekenmerkt dat men als geleider bismut of een bismutlegering gebruikt.