DE701785C - Vorrichtung zur schmelzelektrolytischen Gewinnung von Leichtmetallen - Google Patents

Description

• Vorrichtung zur schmelzelektrolytischen Gewinnung von Leichtmetallen Die technische Darstellung der Alkali-, Erdalkali- und Erdmetalle mit hohem Schmelzpunkt in der bekannten Art des Schmelzflußelektrolyseverfahrens hat den Nachteil, daß es notwendig ist, um Metall in einem flüssigen Zustand zu gewinnen, den gesamten Elektrolyten auf die Schmelztemperatur des Metalles zu. erhitzen.
• Es ist bekannt, daß bei der Gewinnung der Metalle, deren Schmelzpunkt höher liegt als die Schmelztemperatur des Elektrolyten, diese in schwammiger Form entstehen. Das Metall ist im Elektrolyten feinst verteilt, so daß die Gewinnung desselben große Schwierigkeiten bereitet. Eine weitere unangenehme Tatsache bildet die Löslichkeit der Metalle in ihren Salzen. Die Metallteilchen verbreiten sich während der Elektrolyse von der Kathode aus nebelartig durch -den Elektrolyten,, werden teilweise an seiner Oberfläche oxydiert, gelangen jedoch auch zur Anode und werden vom Anodenprodukt wieder zu Salz zurückverwandelt. Dieser Vorgang wird um so stärker, Je höher die -Temperatur des Elektrolyten ist,- so daß die Ausbeute mit-steigender Temperatur desselben abnimmt. Es ist ferner bekannt, daß die Löslichkeit von Metall; z. B. von Mg-Metall, in der Elektrolytzusammensetzung Mg C12 -E- K Cl -[- Na Cl direkt proportional der Temperatur des Elektrolytbades ist, jedoch umgekehrt proportional der Konzentration von K Cl und Na Cl. Dies konnte auch neuerdings experimentell nachgewiesen werden. Die Konzentration von K Cl und Nä CI. kann jedoch nicht beliebig gesteigert werden, da hiermit auch die Gefahr der Abscheidung von Na- oder K-Metall wächst. Es ist außerdem bekannt, daß die Zersetzungsspannung der Alkalichloride durch Erhöhung der Temperatur des schmelzflüssigen Elektrolyten schnell sinkt, so daß sie für Na Cl und K Cl z. B. bei der Magnesiummetallgewinnung um iooo° C gleich der von Magnesiumchlorid wird, und dementsprechend Mg, K und Na in gleicher Menge abgeschieden werden. Daraus geht also hervor, daß bei steigender Temperatur auch Kalium und Natrium in erhöhtem Maße abgeschieden werden. Diese Tatsache ist äußerst unangenehm, z. B. ist Mg-Metall mit einer Verunreinigung von o,i°/aNa oder K so stark der. Korrosion unterworfen, daß es in der Praxis als Baustoff unbrauchbar wird. Laut Regelsberger (Chem. Technologie der Leichtmetalle) ist ferner bekannt, daß bei höherer Temperatur des Elektrolyten die sekundären Bildungen (Suboxyde, Subchloride u. dgl.) stärker auftreten, die als solche und durch Bildung von Restströmen Verluste an Stromausbeute verursachen.
• Die vorliegende Erfindung ermöglicht die Durchführung der Schinelzflußelektrolyse bei der normalen Schmelztemperatur des Elektrolyten und nicht wie bisher bei der Schmelztemperatur des Kathodenproduktes. Dieser Vorteil wird gemäß der Erfindung durch die Heizung der Sammelhaube des Kathodenproduktes über der Kathode ermöglicht. Dadurch wird nur der kleine Teil des Elektrolyten im Kathodenraum auf die Schmelztemperatur des Kathodenproduktes erhitzt. Damit aber werden schon die sich durch die Überhitzung des Elektrolyten ergebenden Nachteile zum Großteil ausgeschaltet. Es wurde z. B. neuerdings für die Gewinnung von Mg-Metall -aus der Schmelzflußelektroly se experimentell nachgewiesen, daß bei den üblichen Schmelztemperaturen des Elektroly tgemisches die Bildung von Suboxyden bzw. Subhaloiden unterbleibt. Die Untersuchung des erstarrten Elektrolyten ergab außer den Zusatzsalzen ein Gemisch von Mg Cl- und fein verteiltem Mg-Metall. Theorie wie Praxis erhärten die Annahme, daß es sich um molekulare Löslichkeit unter Bildung instabiler Solvate von der Art Mg, MgCl2 handelt, die leicht in ihre Komponenten zerfallen.
• Beispielshalber sei der Aufbau einer Vorrichtung gemäß der Erfindung an Hand beiliegender Zeichnung ausführlich erörtert.
• Die Vorrichtung stellt in ihrer grundsätzlichen Anordnung eine Elektrolysezelle in der bekannten Form dar. Das Elektrolvsegefäß i besteht aus einer keramischen Masse, die dem Angriff des Elektrolyten widersteht und in eine Stahlwanne eingebaut ist. Als Decke12 dient eine aus einem widerstandsfähigen keramischen Material bestehende Platte, welche mit einer Einfüllvorrichtung 3 dem Chlorabführungsrohr q. und der Kathodenproduktensammelhaube 5, kurz Kathodenkasten genannt, ein Ganzes bildet. Letzterer wird im folgenden als integrierender. Erfindungsbestandteil gesondert beschrieben. Die zylindrische Graphitanode 6 wird gemäß der Zeichnung von oben in die Zelle eingesetzt. In die in diesem Falle zylindrische Öffnung des Kathodenkastens wird die Eisenkathode 7 eingeführt. Der Kathodenkasten besteht aus einem an dem in den Elektrolyten eintauchenden Ende geschlossenen Doppelzylinder. Auf den Innenzylinder wird eine regelbare Heizung 5" in der beispielsweise gezeigten Art, eine elektrische Widerstandsheizung aus Chromnickeldraht, welche auf einem sehr dichten keramischen Rohr aufgetragen ist, gestülpt. Diese Heizmuffel ist so ausgeführt, daß entsprechend der im zylindrischen Kathodenraum wachsenden Metallsäule Heizwindungen zugeschaltet werden können. Die Wärmeisolation der Heizung wurde wie nachfolgend beschrieben durchgeführt. Die Heiz-. rriuffel wird von einer Isolationsschicht umgeben. Die Isolationsschicht wird durch einen Eisenblechmantel zusammengehalten; darauf folgt ein bis zur Bodenisolation reichender schmaler, ringförmiger Luftspalt 5b, welcher durch den darauffolgenden Eisenblechmantel begrenzt wird. Der Blechmantel ist durch eine Isolationsschicht vom Außenmantel wärmeisoliert. Der Eisenmantel als Abschlußfläche der Wärmeisolation der Kathodenraumheizung einerseits und der Eisenmantel als Abschluß der Wärmeisolation des Außenzylinders des Kathodenkastens gegen den schmelzflüssigen Elektrolyten andererseits, stellen über dem Kühlluftspalt5b einen günstigen Wärmeausgleich dar, so daß eine zusätzliche unerwünschte Erhitzung des Elektrolyten verhindert wird.
• Die Gewinnung von Magnesiummetall mit dieser neuen Vorrichtung ergibt eine bedeutende Ersparnis im Energieverbrauch. Ferner wird die Metallauflösung fast gänzlich behoben, so daß die Stromausbeute wesentlich erhöht wird.
• Einige der zahlreichen nach dem Stande der heutigen Technik bekannten Vorrichtungen zur elektrolytischen Darstellung von Leichtmetallen sind in bezug ihres Aufbaues und der Ausgestaltung ähnlich der vorliegenden Erfindung. Es ist z. B. bekannt, die Kathode mit einer Sammelhaube zu umgeben, ferner ist bekannt, die Kathode hohl auszuführen und zu heizen. Im ryeiteren sind noch die verschiedensten Ausführungen von Elektrolyseuren vorgeschlagen worden, die durch ihre besondere Bauart Vorteile in den verschiedensten Richtungen gegenüber den bereits bekannten Apparaten ergaben.
• Keiner dieser Vorschläge hatte jedoch den Schmelztemperaturunterschied des Kathodenproduktes von der Schmelztemperatur des Elektrolyten und der sich daraus ergebenden' Vorteile gemäß der vorliegenden Erfindung als Grundlage. Dadurch erst wird es möglieh, das geeignetste Verhältnis der Badspannung zu dem Temperaturgefälle zwischen der Schmelztemperatur des Kathoden-Produktes und der Schmelztemperatur des Elektrolyten in bezug auf den Badwiderstand . einzustellen und über die vom elektrolytischen Prozeß unabhängige Beheizung der Sammelhaube des Kathodenproduktes den günstigsten Wirkungsgrad für die Stromausbeute und den Energieverbrauch zu erzielen. Ferner wird die größtmögliche Reinheit des Kathodenproduktes erreicht. Der wesentliche Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht also darin, daß durch die zusätzliche Heizung der Kathodenproduktsammelhaube der elektrolytische Vorgang in jeder Hinsicht günstig beeinflußt wird; dies konnte mit den bisher bekannten Vorrichtungen in diesem Ausmaß nicht erreicht werden.

Claims (1)

1. PATTSNTANSPRUCFI Vorrichtung zur schmelzelektrolytischen Gewinnung von Leichtmetallen aus Salzen, deren Schmelzpunkt niedriger ist als der des zu gewinnenden Metalles mit 2c senkrecht angeordneten stabsförmigen Kathoden, die von einer ringförmigen Sammelhaube umgeben sind. dadurch L-e- kennzeichnet, daß zur stärkeren Er- hitzung des Elektrolyten im Kathoden- raum die Sammelhaube an der aem -r-a,- thodenraum zugewandten Seite mit Heizkörpern versehen ist.