CH188665A - Verfahren zur Gewinnung eines reinen Leichtmetalles. - Google Patents

Description

  Verfahren zur Gewinnung eines reinen     Leichtmetalles.       Gegenstand der Erfindung ist ein Ver  fahren zur Gewinnung eines reinen Leicht  metalles durch Elektrolyse     einer    ein Salz des       Leichtmetalles        enthaltenden    Salzschmelze.  



  Bekanntlich enthält das bei der Elektro  lyse schmelzflüssiger Salzgemische     katho-          disch    abgeschiedene Metall nicht nur Anteile  des     Elektrolyten,    sowie     ogydische    Bestand  teile als Verunreinigungen, sondern bei An  wendung von Gemischen eines Salzes oder  von Salzen des betreffenden     Leichtmetalles     in Verbindung mit einem Salz oder Salzen  eines andern     Metalles    oder anderer Metalle  als Elektrolyt auch noch eine     gewisse    Menge  dieses     Fremdmetalles    oder dieser Fremd  metalle.

   So ist zum Beispiel das durch Elek  trolyse eines schmelzflüssigen Gemisches von       Natriumchlorid    mit in üblicher Weise zur       Erniedrigung    der Schmelztemperatur des  Bades zugesetztem     Calciumchlorid    erzeugte  Natrium stets durch eine gewisse Menge von  gleichzeitig mit dem Natrium     an    der ga-         thode    abgeschiedenem     und        darin    gelöstem       Calcium        verunreinigt.    Ausser dieser Verun  reinigung des erzeugten     Leichtmetalles,    wie  Natrium,

   hat die gleichzeitige     kathodische          Abscheidung    von     Fremdmetall    oder Fremd  metallen,     wie        Calcium,    aus den dem Elektro  lyten zugesetzten Salzen dieser Metalle noch  den weiteren Nachteil, dass dadurch die  Menge der im Elektrolyten enthaltenen Salze  des     Fremdmetalles    oder der Fremdmetalle in       entsprechendem    Masse vermindert     wird,    so  dass man     genötigt    ist,

   um den in Rücksicht  auf die     gewünschte        Schmelztemperatur    des  Bades erforderlichen Gehalt desselben an  dem     Fremdmetallsalz    oder den     Fremdmetall-          salzen    aufrecht zu erhalten, den Verlust  durch Zugabe von frischem Salz,     wie    z. B.  von     Calciumchlorid    bei der Elektrolyse von       Natriumehlorid,    von Zeit zu Zeit auszuglei  chen. Da aber die zugesetzten Salze in mög  lichst wasserfreiem Zustand     in    den schmelz  flüssigen     Elektrolyten        eingeführt    werden      müssen, ist es nötig, sie, wie z. B.

   Chlor  calcium, zuvor unter Aufwand verhältnis  mässig erheblicher Kosten zu entwässern.  



  Zwecks Entfernung der erwähnten Ver  unreinigungen, insbesondere von aufgenom  menem Fremdmetall, aus dem elektrolytisch  erzeugten Rohmetall pflegt man dieses nach  der Entfernung aus der Zelle und nach Ab  kühlung auf eine Temperatur, bei der eine       Ausscheidung    von aufgenommenem Fremd  metall oder aufgenommenen Fremdmetallen  erfolgt, zu filtrieren.

   So ist es zum Beispiel  möglich, einem aus einem schmelzflüssigen  Gemisch von Chlornatrium und     Chlorcalcium     in üblicher Weise durch Elektrolyse abge  schiedenen, bei     Elektrolysentemperatur    durch  gelöstes     Calcium    verunreinigten Natrium fast  das gesamte aufgenommene     Calcium    durch  Abkühlung auf eine wenig oberhalb des  Schmelzpunktes des Natriums gelegene Tem  peratur zu entziehen, weil das     Calcium    bei  einer solchen Temperatur in Natrium nur  noch sehr wenig löslich ist.

   Bei der Filtra  tion des auf eine solche Temperatur abge  kühlten Rohnatriums erhält man einen halb  festen Filterrückstand, der zum Beispiel etwa  65     bis    72/o metallisches Na, 18 bis     27%    me  tallisches Ca, 2 bis 107o     Ca0    und/oder     Naf!0     und bis zu etwa     39o'    von dem     Elektrolytsa,lz     enthält.

   Der Anteil an     oxydischen    Bestand  teilen hängt hierbei ab von der Menge des im  Elektrolyten ursprünglich vorhandenen Sauer  stoffes und der mehr oder weniger sorgfäl  tigen Behandlung des     Rohmetalles    bei seiner       Entfernung    aus der Zelle und bei dem     Fil-          trationsprozess.     



  Die erhaltenen Filterrückstände waren  bisher ein an und für sich höchst uner  wünschtes Nebenprodukt, insbesondere wegen  ihrer grossen     Hygroskopizität    und ihrer  ausserordentlich leichten, die Gefahr einer  Selbstentzündung mit sich bringenden     Oxy-          dierbarkeit    und der Unmöglichkeit, ihren  Metallinhalt als solchen irgendwie besonders  zu gewinnen.  



  Erfindungsgemäss erfolgt nun das Ver  fahren zur Gewinnung eines reinen     Leicht-          m.etalles    durch Elektrolyse einer ein Salz des         Leichtmetalles    enthaltenden Salzschmelze da  durch, dass man das durch die Elektrolyse  erhaltene rohe Leichtmetall filtriert und den  erhaltenen Filterrückstand in den schmelz  flüssigen Elektrolyten einer zur elektrolyti  schen     Abscheidung    des     Leichtmetalles    die  nenden Zelle ausserhalb des Anodenraumes  derselben einführt.  



       Hierbei    kann sich in den Filterrückstän  den enthaltenes Fremdmetall, wie z. B. Cal  cium bei der Elektrolyse eines Gemisches von  Chlornatrium und     Chlorealcium,    mit dem in  der Salzschmelze vorhandenen Leichtmetall  salz unter Freimachung einer äquivalenten  Menge des     Leichtmetalles    umsetzen, z. B.

    nach der     Gleichung:       Ca     -I-    2     NaCl    = 2 Na     -I-        CaCl@.       Auf diese Weise kann der     Fremdmetallinhalt     des Filterrückstandes zur Erzeugung des ge  wünschten     Leichtmetalles    ohne zusätzlichen  Stromaufwand nutzbar gemacht werden un  ter Rückbildung des im Elektrolyten benötig  ten Salzes des     Fremdmetalles,    während im       Filterrückstand    vorhandene Salzreste und       oxydische        Verbindungen    in der Salzschmelze  in Lösung gehen und auf diese Weise eben  falls wieder nutzbar gemacht werden.  



  Zur Erläuterung ist im folgenden die bei  spielsweise Durchführung des Verfahrens  nach der Erfindung bei der Erzeugung von  metallischem Natrium in einer in der Zeich  nung beispielsweise dargestellten Zelle nach  dem     U.    S.     A.-Patent        Nr.   <B>1501756,</B> wie sie in  der Technik unter dem Namen     Downs-Zelle     bekannt ist, beschrieben. Nach der Zeichnung  besteht die Zelle aus einem mit keramischer  Masse 2 ausgekleideten Eisenmantel 1, durch  dessen Boden in der Mitte eine aus Graphit  oder Kohle bestehende Anode 3 eingeführt  ist. Diese Anode ist umgeben von einer ring  förmigen Kathode 4 aus Stahl mit den durch  die Wände der Zelle hindurchgeführten       Stromzuleitungen,    12.

   Unmittelbar oberhalb  dieser Kathode ist ein Sammelraum für das  an der Kathode abgeschiedene Metall in Form  einer ringförmigen, mit der     Offnung    nach  unten gerichteten Rinne 5 angeordnet, an      deren innerer     gante    ein zylindrisches perfo  riertes     Diaphragma    13 aufgehängt ist, das  die Anode 3 in dem Raum zwischen dieser  und der Kathode 4 ringförmig umgibt. Ober  halb der Anode ist eine Sammelhaube 9 für  das an der Anode abgeschiedene Gas, z. B.  Chlor, mit einer Gasableitung 10 vorgesehen,  die bei der in der Zeichnung dargestellten  Ausführungsform an der obern     Seite    der       Sammelrinne    5 befestigt ist.  



  Eine Besonderheit dieser Zelle besteht  noch darin, dass, wie aus der Zeichnung er  sichtlich ist, ihr Oberteil als Schmelzraum  für das Einschmelzen der zu     elektrolysieren-          den    Salze     bezw.    Salzgemische derart ausge  bildet ist, dass das geschmolzene Salz unter  Vermeidung der     Berührung    mit den     anodi-          schen    und     kathodischen        Elektrolysenproduk-          ten    in die unterhalb des Schmelzraumes vor  handene     Elektrolysierzone    geführt wird, wo  bei dafür Sorge zu tragen ist, dass der  Schmelzvorgang beendet ist,

   bevor das Salz  in den Bereich der Stromlinien gelangt. Nach  der Darstellung in der Zeichnung ist der ge  nannte Schmelzraum innen durch die Wan  dung der zentral angeordneten     Sammelhaube     9 für die Anodenprodukte, z. B. das     anodisch     abgeschiedene Chlor, unten durch die Wan  dung des vorzugsweise tief in die Schmelze  eingetauchten Sammelraumes für die Katho  denprodukte und aussen durch die Zellenwan  dung begrenzt.  



  6 ist ein an einer Stelle der Sammelrinne  5 in diese oben ausmündendes Rohr, das,  z. B. oberhalb der Salzschmelze, seitlich aus  der Zelle herausgeführt ist und dort in den  Sammelbehälter 7 mündet, der am Boden  durch einen Hahn 8 verschlossen werden  kann. An einer andern Stelle, vorteilhaft an  der gegenüberliegenden Seite der     Sammel-          rinne    5, ist weiterhin ein senkrechtes Rohr  11 vorgesehen, das mit seinem     untern,    z. B.

    in der     in    der Zeichnung dargestellten Weise       abgebogenen    Ende, in die untere Öffnung  der     Sammelrinne    5 einmündet und oben zum  Beispiel mit einem     Einfülltrichter    versehen  sein     kann,       Wird in einem Apparat der beschriebenen  Art zum Beispiel ein geschmolzenes Gemisch  von     Natriumchlorid    und     Calciumchlorid        elek-          trolysiert,

      so steigt das an der Kathode ab  geschiedene und nach dem Aufsteigen durch  den Elektrolyten in der Sammelrinne 5 an  gesammelte Metall in dem Rohr 6 nach oben  und gelangt so in den ausserhalb der Zelle  angebrachten     Sammelbehälter    7. Dieses Roh  metall, das     neben    Natrium     eine        gewisse     Menge von bei der     Elektrolysentemperatur     gelöstem     Calcium,        sowie    Bestandteile der  Salzschmelze und     ogydische    Verunreinigun  gen enthält,

   wird nach Entfernung aus dem  Sammelbehälter 7 auf eine zum Beispiel nur  wenig oberhalb des Schmelzpunktes des Na  triums gelegene Temperatur abgekühlt und  sodann filtriert, wobei man     ein    Filtrat von  praktisch reinem Natrium     und-    einen Filter  rückstand, der das ausgeschiedene     Calcium     neben Resten von Natrium und Salzen und       ogydischen        Verbindungen    der     genannten     Metalle enthält, erhält.  



       Erfindungsgemäss    wird nun dieser Filter  rückstand     in    eine elektrolytische Zelle, und  zwar zweckmässig in den Kathodenraum der       beschriebenen    Zelle, z. B. durch das in der  Zeichnung dargestellte Rohr 11, eingeführt.  Seine Einführung in die Zelle kann entweder  in dem Zustand, wie er bei dem     Filtrations-          vorgang    gewonnen wird, erfolgen oder auch  nach     vorgängiger    Kühlung, z. B. unter Über  führung in die Form von festen Stücken von  geeigneter Grösse.

   Die     Einführung    kann an  beliebigen Stellen der Zelle     bezw.    des Elek  trolyten mit Ausnahme des Anodenraumes  und in beliebiger geeigneter Weise erfolgen,  mit besonderem     Vorteil    aber an einer solchen  Stelle, dass das nach der obigen Umsetzungs  gleichung daraus in Freiheit gesetzte Metall       unmittelbar    in den Sammelraum für das an  der Kathode abgeschiedene Metall, bei der in  der Zeichnung beispielsweise dargestellten  Zelle also in die     Sammelrinne    5, gelangt.

   In  dessen kann man die     Einführung    des Filter  rückstandes auch an irgend einer sonstigen  geeigneten Stelle des Salzbades mit Aus  nahme des     Anodenraumes        vornehmen    und      zum Beispiel auch einen besonderen Sammel  raum für das aus dem eingeführten Filter  rückstand in der Salzschmelze in Freiheit  gesetzte Metall vorsehen. Nach einer andern  Ausführungsform der Erfindung kann man  auch den Filterrückstand in das in dem Sam  melraum, z. B. der Sammelrinne 5 der in der  Zeichnung dargestellten Zelle, vorhandene  Leichtmetall, z. B. am höchsten Punkt dieses  Sammelraumes, einführen.

   In diesem Falle  erfolgt bei der Mischung mit dem im     Sam-          melraum        enthaltenen    geschmolzenen Metall  eine Trennung des eingeführten Filterrück  standes in die salzartigen und     oxydischen     Bestandteile, die alsdann in dem Elektroly  ten niedersinken und in die metallischen Be  standteile, die in dem in der     Sammelrinne     bereits vorhandenen Metall in Lösung gehen,  das sich dabei mit dem neben dem gewünsch  ten Leichtmetall vorhandenen Fremdmetall.  z.

   B.     Calcium,    anreichert, so lange, bis es  damit gesättigt ist, worauf bei weiterer     Zii-          führung    von Fremdmetall dieses aus dem im  Sammelraum vorhandenen Metall ausgeschie  den wird und mit dem Leichtmetallsalz des  Elektrolyten unter     Abscheidung    der äquiva  lenten Menge des     Leichtmetalles,    z. B. nach  der oben angeführten Gleichung, in Umset  zung tritt.  



  Die aus dem Filterrückstand in die Salz  schmelze gelangten     oxydischen    Bestandteile  werden im Bad verteilt und gegebenenfalls  durch von der Anode stammendes Chlor in  die entsprechenden Chloride übergeführt.  



  Man kann beim Arbeiten nach der Erfin  dung bei Vorhandensein mehrerer Zellen so  wohl die aus jeder einzelnen Zelle erhaltenen  Filterrückstände laufend wieder in dieselbe  Zelle zurückführen oder aber die Filterrück  stände aus sämtlichen Zellen nur in eine der  selben einführen und, wenn dadurch der Ge  halt dieser Zelle an     Chlorcalcium    oder dem  sonstigen     Fremdmetallsalz    zu sehr angestie  gen ist,

   Teile dieser Salzschmelze in die an  dern Zellen zur Ergänzung des     Calcium-          chloridgehaltes    oder sonstigen Fremdmetall  salzgehaltes dieser Zellen eingeben und die       entnommene    Salzmenge in der ersterwähn-         ten    Zelle durch     Natriumchlorid    oder das  sonstige zu     elektroly        sierende    Leichtmetall  salz oder Salzgemisch ersetzen.  



  In allen Fällen wird das zunächst mit  dem erzeugten Leichtmetall aus der Zelle  entfernte Fremdmetall, wie     Calcium,    in Form  seines für die Elektrolyse benötigten Salzes  den Zellen wieder zugeführt, so dass man nur  noch die geringen Verluste an Fremdmetall  salz zu ersetzen braucht, die auf andern  Wegen eintreten oder durch den geringen  Restgehalt des filtrierten     Leichtmetalles    an  dem     :Fremdmetall    bedingt werden.  



  Statt fair die Gewinnung von Natrium in  Verbindung mit der oben nur     beispielsweise,     erwähnten     Downs-Zelle    kann die Erfindung       a        ,ue        'h        zur        Herstellung        beliebiger        beliebiger        anderer     Leichtmetalle und mit beliebigen andern     Zel-          lenkonstruktionen    ausgeübt werden.

       Statt     nur eines in das rohe Leichtmetall über  gegangenen     Fremdmetalles    können auch ge  gebenenfalls bei gleichzeitiger Anwendung  von Salzen mehrerer Fremdmetalle in dem       schmelzf    Rissigen Elektrolyten mehrere Fremd  metalle aus dem abgeschiedenen rohen Leicht  metall in der     beschriebenen    Weise durch Fil  tration ganz oder teilweise oder auch in Stu  fen entfernt und in Form der Filterrück  stände in die Zelle wieder eingeführt werden.  



  Abgesehen davon, dass nach der Erfin  dung auch eine Nutzbarmachung des gesam  ten metallischen Inhaltes der Filterrück  stände oder sonstigen metallhaltigen Stoff  gemische in Verbindung mit der elektrolyti  schen Erzeugung des betreffenden Leicht  metalles auf die einfachste und billigste  Weise ermöglicht ist, und dass hierbei auch  das in den Filterrückstand übergegangene  Fremdmetall unter     Ersparung    einer entspre  chenden Strommenge zur Erzeugung einer  äquivalenten Menge des     Leichtmetalles    nutz  bar gemacht werden kann, besteht ein wei  terer - Vorteil dieser Arbeitsweise in der Er  sparung der erheblichen Mengen von Fremd  metallsalzen,

   die man bei der bisherigen Ar  beitsweise zum Ersatz des mit dem rohen  Leichtmetall aus der Zelle entfernten Fremd-           metalles    der Zelle laufend in entwässertem  Zustand zuführen musste.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur Gewinnung eines reinen Leichtmetalles durch Elektrolyse einer ein Salz des Leichtmetalles enthaltenden Salz schmelze, dadurch gekennzeichnet, dass man das durch die Elektrolyse erhaltene rohe Leichtmetall filtriert und den erhaltenen Filterrückstand in den schmelzflüssigen Elektrolyten einer zur elektrolytischen Ab scheidung des Leichtmetalles dienenden Zelle ausserhalb des Anodenraumes derselben ein führt. UNTERANSPRttCHE: 1.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man den Filterrück stand in den Kathodenraum der elektro lytischen Zelle einführt. 2. Verfahren nach Patentanspruch und Un teranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man den Filterrückstand in einer mit einem Sammelraum für das kathodisch abgeschiedene Metall versehenen Zelle in den Kathodenraum unterhalb dieses Sam- melraumes einführt. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch und Un teransprüchen 1 und 2, dadurch gekenn zeichnet, dass man den Filterrückstand unterhalb des ringförmigen Sammelraumes für das kathodisch abgeschiedene Metall einer unter dem Namen Downs-Zelle be kannten Zelle einführt. 4. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man das rohe Leicht metall zunächst auf eine zur Ausschei dung von darin gelöstem Fremdmetall von höherem Schmelzpunkt als der des Leicht metalles geeignete Temperatur abkühlt und den flüssig verbliebenen Anteil von dem ausgeschiedenen Fremdmetall durch Filtration trennt.

   5. Verfahren nach Patentanspruch und Ün- teranspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass man das rohe Leichtmetall zunächst auf eine wenig oberhalb des Schmelz punktes des Leichtmetalles gelegene Tem peratur abkühlt. G. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man den Filterrück stand vor dem Eintragen in die elektroly tische Zelle in Stückform überführt. 7.

   Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man den Filterrück stand des aus mehreren Zellen einer zur Herstellung des Leiehtmetalles dienenden Anlage stammenden Rohmetalles nur einer einzigen Zelle zuführt und von Zeit zu Zeit Teile der Salzschmelze dieser Zelle in andere Zellen zum Ersatz des Verlustes derselben an dem Salz des mit dem Leichtmetall abgeschiedenen Fremdmetal- les überführt.

   B. Verfahren nach Patentanspruch, dadurch gekennzeichnet, dass man den Filterrück stand in eine elektrolytische Zelle mit als Einschmelzraum für die Elektrolytsalze ausgebildetem Oberteil einführt, bei der, bei zentraler Anordnung der Anode, ober halb der von dieser durch ein Diaphragma getrennten, die Anode ringförmig um gebenden Kathode ein. in Form einer ring förmigen,

   mit der (Öffnung nach unten gekehrten Rinne ausgebildeter Sammel raum für das kathodisch abgeschiedene Metall vorgesehen ist und der Einschmelz raum derart ringförmig gestaltet ist, dass dieser innen durch die Wandung des zentral angeordneten Sammelraumes für die Anodenprodukte, unten durch die Wandung des tief in die Schmelze ein getauchten Sammelraumes für die Katho denprodukte und aussen durch die Zellen wandung begrenzt ist.