CH177315A - Verfahren zur Gewinnung von Leichtmetallen durch Elektrolyse schmelzflüssiger Metallsalze. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Gewinnung von Leichtmetallen durch Elektrolyse  schmelzflüssiger     Netallsalze.       Bei der Herstellung von Leichtmetallen  durch Elektrolyse schmelzflüssiger Salze,  insbesondere Halogensalze, welche im Ver  gleich zu wässerigen Salzlösungen im       Schmelzfluss    verhältnismässig schlechte Lei  ter darstellen, ist es nötig, dass     zwischen    den  Elektroden nur ein verhältnismässig geringer  Zwischenraum vorgesehen ist, um unnötigen  Kraftverbrauch zu vermeiden.  



  Als besonders zweckmässig hat sich zur  Durchführung solcher Elektrolysen eine  Zelle erwiesen, bei welcher eine zentral an  geordnete Elektrode von der zweiten Elek  trode ringförmig umgeben und zwischen den  Elektroden ein ringförmiges     Diaphragma    an  geordnet ist, und     bei    der oberhalb der Elek  troden in die Schmelze eintauchende     Sam-          melhauben    für die     Elektrolysenprodukte    vor  gesehen sind.

   Ausser vielen andern Vorteilen  einer solchen Zelle bietet das Auffangen der  beiden     Elelktrolysenprodukte    durch in die    Schmelze eintauchende     Sammelhauben    den  Vorzug, dass die Produkte sowohl unter Ver  meidung der Berührung mit     frischer     Schmelze, als auch unter Vermeidung der  Berührung mit der Zellenwandung abge  führt werden können, wodurch nicht nur das  Eintreten von aus der Frischschmelze her  rührenden Verunreinigungen, insbesondere  von Gasen, .sondern auch das Eintreten von  von der     Zellwandung    herrührenden Verun  reinigungen in die     Elektrolysierzone    vermie  den wird, während     anderseits,

      die     Zellwan-          dung    .gegen den     Angriff    der Elektrolysen  produkte geschützt ist.  



  Für die Gewinnung eines     11Ietalles,    zum  Beispiel Natrium, durch     .Schmelzflusselektro-          lyse,    zum Beispiel von Chlornatrium, ist es  nun üblich, ein Salzgemisch, zum Beispiel  von Chlornatrium und     Chlorcalcium,    anzu  wenden, um den     Elektrolyten    auf gewünsch  ten, für die Elektrolyse günstigen Schmelz-      Punkt einzustellen.

   Wird nun ein derartiges  Salzgemisch in einer Zelle der erwähnten  Art mit verhältnismässig geringem     Elektro-          denabstan.d    behandelt, so verursacht die be  vorzugte Elektrolyse .des einen Metallee eine  Verarmung des betreffenden Metallsalzes in  der     Elektrolysierzone,    insbesondere dann,  wenn mit grossen     Elektro-denoberflächen    ge  arbeitet wird.

   Es wurde festgestellt, dass in  folge des verhältnismässig geringen Abstan  des zwischen den Elektroden die natürliche  Diffusion     bezw.        Zirkulation    des Elektrolyten  nicht ausreicht, um das durch Elektrolyse  bevorzugt zerlegte Salz in der     Elektroly-          sierzone    genügend rasch zu ersetzen. Es  findet infolgedessen in dem     Raum    zwischen  den Elektroden eine     Änderung    .der Salzzu  sammensetzung statt, welche zu Nachteilen  und     Störungen    Veranlassung geben kann.

    Die     Änderung    der Salzzusammensetzung  kann zum Beispiel zur Folge haben, dass zu  grosse Mengen des unerwünschten     Xetalles     erzeugt werden.  



  Wird zum Beispiel eine Mischung von       Chlornatrium    und     Chlorcalcium        zwecks    Ge  winnung von Natrium der     Schmelzflusselek-          trolyse    unterworfen, so:

   wird als Kathoden  produkt metallisches Natrium, das eine ge  wisse Menge     Calcium    .gelöst enthält, erhal  ten.     Steigt    aber :der Gehalt an     Chlorcalcium     in der     Elektrolysierzone    über etwa     70%,    so  wird mehr     Calaium    erzeugt als durch das  Natrium .gelöst werden     kann.    Das im.     Ü:

  ber-          schuss    gebildete     Galcium,    welches bei üblichen  Arbeitstemperaturen     sich    in     fester    Form ab  scheidet, hat die Neigung, sich an der Ka  thode     festzusetzen    und Brücken zum Dia  phragma     bezw.    zur Anode zu bilden, wo  durch     :Störungen,    wie Kurzschlüsse und Aus  setzen des     Ausbringens    hervorgerufen wer  den.  



  Störungen können zum     Beispiel    auch da  durch entstehen, dass die Änderung der Salz  zusammensetzung in der     Elektrolysierzone          eine    Erhöhung des     Schmelzpunktes    des Elek  trolyten bewirkt, wodurch die Stromaus  beute     vermindert    wird.    Vorliegende Erfindung     gestattet,    die be  kannte     Schmelzflusselektrolyse    von Salzge  mischen unter Vermeidung     unerwünschter     Änderungen in der Zusammensetzung :des  Elektrolyten in der     Elektrolysierzone    durch  zuführen.

   Weiterhin gestattet die Erfindung  das Arbeiten mit     Elektrodenabständen,    die  geringer sind als die bisher zulässigen, und  die Durchführung :der Elektrolyse bei niedri  geren Temperaturen.  



  Diese Vorteile werden gemäss der Erfin  dung dadurch erreicht, dass man für einen  solchen Ersatzdes sich in dem     Elektrolysier-          raum    verbrauchenden Elektrolyten Sorge  trägt, dass störende     An-derungen    in der Zu  sammensetzung des Elektrolyten innerhalb  der     Elektrolysierzone    vermieden werden.  



  Die Erfindung sei     anhand    beiliegender  Zeichnung     beispielsweise    erläutert.  



  Die Figur zeigt eine für die Gewinnung  von Leichtmetallen aus     sehmelzflüssigen    Me  tallsalzen, insbesondere     Alkalimetallen    aus       Alkalichloriden,    geeignete elektrolytische  Zelle, welche aus einem zylindrischen Stahl  mantel 1     besteht,    der ein     Futter    aus Scha  mottesteinen besitzt. Eine zentral angeord  nete     zylindrisclhe        Graphitanode    2 ist :durch  :den Boden der     Zellenwand:        eingeführt.    Die  Kathode 10 besteht aus einem Stahlzylinder.

    Ein durchlöchertes     Stahldiaphragma    6 ist  ungefähr in der Mitte des ringförmigen Rau  mes zwischen Anode 2 und Kathode 10 ein  gehängt. Der Ringraum 7 dient zur Samm  lung des von der Kathode 10 aufsteigenden  schmelzflüssigen     Metalles    und zur Auf  hängung des     Diaphragmas    6. Der Dom 9 dient  als Sammelraum für die     gasförmigen    Ano  denprodukte.  



  Rings um :die Kathode 10 und in glei  chem     Abstand    voneinander ist eine Mehrzahl  von     Zirkulatioaspumpen    aufgehängt. Jede       Zirkulationspumpe    besteht aus einem     Ga.sein-          lassrohr    12, welches in einen weiteren, etwa       J-förmig    gebogenen Krümmer 11 eintaucht,  dessen kurzer Schenkel am Unterende des       Elektrolysierraumes    ausmündet. Der Krüm  mer 11 ist an beiden Enden offen. In das  Rohr 12, und zwar an seinem aus der Zelle      austretenden Ende wird Stickstoff oder ein  anderes Gas eingeführt.

   Das Aufsteigen des  Gases vom untern Ende des Rohre 12 in dem  langen Schenkel des     Krümmere   <B>11</B> hat ein  Mitreissen des. Elektrolyten im     Krümmer    11.  zur Folge,     wodurch    der Elektrolyt durch  den     Elektrolysierraum    gesaugt wird. Die  Strömungsgeschwindigkeit wird hierbei so  geregelt,     dass    eine unerwünschte Veränderung  der     Zusammensetzung    des Elektrolyten ver  mieden wird.

   Anderseits darf die Strömung  nicht so stark sein,     dass    die     Elektrolysenpro-          dukte    daran     gehindert    werden, in den     Sam-          melraum    7     bezw.    den Gasdom 9 aufzu  steigen.  



  Neben den bereits erwähnten Vorteilen  gestattet die Erfindung das Arbeiten mit       Zwischenräumen    zwischen den Elektroden,  die beträchtlich enger gehalten werden  können, als dies bisher zulässig war. Hier  durch wird die     Ausbeute    an     Elektrolysenpro-          dukten    pro Kilowattstunde und die Gesamt  stromausbeute der Zelle noch weiter erhöht.  Beim     Hinarbeiten    auf Natrium gelingt es,  in ständigem Betrieb ein gleichmässiges Pro  dukt, bestehend aus Natrium mit einem ganz  geringen Gehalt an     Calcium,    herzustellen.  Auch bei Verarbeitung von.

   Mischungen,  welche beträchtliche Mengen von     CaIoium-          ohlorid    enthalten, wird das, gesamte gebildete       Caloium    in dem Natrium gelöst, ein Ab  scheiden von festem     Galcium    au der Kathode  und die     dadurch    bedingten Schwierigkeiten  werden also vermieden.

   Ein     weiterer    Vor  zug der Erfindung     besteht    darin,     dass    man  die Elektrolyse bei geringeren Temperaturen  vornehmen kann, als dies bisher möglich  war, da man Salzgemische     verarbeiten    kann,  deren Schmelzpunkt näher an dem     eutekti-          schen    Punkt liegt, ohne     dass    störende Mengen  unerwünschten     Metalles,    zum Beispiel von       Calcium,    erzeugt werden.  



  Die Erfindung ist nicht beschränkt auf  die     Anwendung    von Zellen, wie sie auf der  Zeichnung veranschaulicht sind. Die Erfin  dung ist auch     nicht    beschränkt auf die vor  stehend. näher erläuterten Mittel zur Vermei  dung unerwünschter Veränderung der Zu-         sa-mmensetzung    des     Elektolyten    in der     Elek-          trolysierzone.    Es können auch andere Mittel,  die .geeignet     sind,    den Elektrolyten in die       Elektrolysierzone    einzuführen, oder durch  die     Elektrolysierzone    zu führen, und. hier  durch die unerwünschten Veränderungen zu  verhindern, verwendet werden.

   Die Mittel  können     jeweils,    der Konstruktion der Zelle,  der     Art    der verwendeten Elektroden usw.  angepasst werden.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH I Verfahren zur Gewinnung von Leicht metallen durch Elektrolyse s.ehmelzflüssiger Meta11salze unter Anwendung eines Gemi sches von mindestens zwei verschiedenen Sal zen in einer Zelle, bei welcher eine zentral angeordnete Elektrode von der zweiten Elek- trod-e ringförmig umgeben und zwischen den Elektroden ein ringförmiges Diaphragma an geordnet ist;

   und bei der oberhalb der Elek troden in die Schmelze eintauchende Sam- melhauben vorgesehen sind, dadurch gekenn zeichnet, dass man für einen solchen Ersatz des sich in .dem Elektrolysierraum verbrau chenden Elektrolyten Sorge trägt, dass stö rende Änderungen in der Zusammensetzung des Elektrolyten innerhalb der Elektrolysier- zone vermieden werden. UNTERANSPRüCHE: 1.

   Verfahren nach Patentanspruch I, da .durch gekennzeichnet, -dass der Elektrolyt sich infolge künstlich erzeugter Zirkula tion durch die Elektrolysierzone bewegt. 2. Verfahren nach Patentanspruch I, da durch gekennzeichnet, dass .die Zuführung des .Elektrolyten in die Elektrolysierzone so geregelt wird, dass das Salzgemisch innerhalb der Elektrolysierzone an nähernd die gleiche Zusammensetzung besitzt wie das übrige, in der Zelle hefind- liche Salzgemisch.

   PATENTANSPRUCH II: Vorrichtung zur Ausführung des Ver fahrens gemäss Patentanspruch I, bei welcher in einer Zelle eine zentral angeordnete El--k- trode von der zweiten Elektrode ringförmig umgeben und zwischen den Elektroden ein ringförmiges Diaphragma angeordnet ist, und bei der oberhalb der Elektroden in die Schmelze eintauchende Sammelhauben vor gesehen sind, gekennzeichnet durch Einrich tungen, welche einen solchen Ersatz des Elektrolyten in dem Raum zwischen den Elektroden bewirken,

   dass störende Änderun gen in der Zusammensetzung des Elektroly ten innerhalb der Elektrolysierzone vermie den werden. UNTERANSPRüCHE: 3. Vorrichtung nach Patentanspruch II, ge- kennzeiehnet durch Einrichtungen zum Durchsaugen des Elektrolyten durch die Elektrolysierzone. 4.

   Vorrichtung nach Patentanspruch 1I und Unteranspruch 3, dadurch gekenn zeichnet, .dass in dem von dem Elektroly ten erfüllten Raum der Zelle gekrümmte und an beiden Enden offene Rohre vorge sehen sind, deren kürzere Schenkel sich unterhalb der Elektrolysierzone befinden, während in den längeren Schenkeln zu sätzliche Rohre zum Einblasen von Gas in den untern Teil des längeren Rohr schenkels vorgesehen sind, so dass beim Aufsteigen des Gases durch den längeren Schenkel der Elektrolyt mitgerissen und von oben nach unten durch die Elektro- lysierzone bewegt wird.