DE82148C

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Publication number: DE82148C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 40: Hüttenwesen.

Wege.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 24. Oktober 1894 ab.

Vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Aluminium durch Reduktion von Verbindungen desselben durch die Elektrolyse einer letztere enthaltenden Schmelze, durch welche ein elektrischer Strom treten gelassen und in welche gebundener Wasserstoff eingeführt wird.

Die zur Anwendung kommende Aluminiumverbindung ist zweckmäfsig eine solche, welche bei einer Temperatur und unter Bedingungen schmilzt, wie sie für den praktischen Betrieb bequem sind. Für die Reduktion nach dem vorliegenden Verfahren sind die Halogenverbindungen des Aluminiums und von diesen wiederum das Chloralüminium und Fluoraluminium besonders geeignet.

Das Verfahren soll mit Bezug auf die Reduktion von Chloraluminium als Beispiel näher beschrieben werden, ohne dafs indessen die Erfindung auf die Behandlung dieser Verbindung beschränkt werden soll. Es empfiehlt sich, Wasserstoff in gebundenem Zustande in geeigneten Salzen anzuwenden, die .-Wasser als !Crystallisations- oder Constitutionswasser oder beides enthalten. Es sind zweckmäfsig nur solche Salze zu wählen, die nach Abgabe ihres Wasserantheiles an das Bad demselben irgend ein schädliches Element nicht hinzufügen. Es giebt eine grofse Anzahl sich hierfür eignender Stoffe; als Beispiel soll wasserhaltiges Chloraluminium gewählt werden. Es hat sich herausgestellt, dafs Chloraluminium von der Formel Al₂- CZ₆ + 12 H₂ O für den Zweck ganz besonders geeignet ist, da es eins der bekanntesten und am leichtesten erhältlichen Salze der wasserhaltigen Chloraluminiumverbindungen ist, ohne besondere Vorsicht benutzt werden kann und einen erheblichen Antheil Wasser besitzt. Die wasserhaltigen Chloride von Aluminium, welche auch noch aus anderen Gründen für die Durchführung des Verfahrens besonders geeignet sind, haben den grofsen Vortheil, dafs das Chloraluminium, welches in dem Salz enthalten ist, das Bad ergänzt, während das gebundene Wasser in dem Salz nach Zersetzung den für das Verfahren nothwendigen Wasserstoff liefert.

Auf beiliegender Zeichnung ist als Beispiel

eine Anlage dargestellt, welche zur Ausführung des Verfahrens geeignet ist; diese Anlage kann

.natürlich vielfach geändert werden, um dem in Frage kommenden Zweck zu entsprechen.

Fig. ι ist eine Schnittdarstellung des Apparates,

Fig. 2 eine Schnittdarstellung einer geänderten Ausführungsform desselben.

F ist eine Feuerung mit Feuerkiste f und Oeffnung/¹ in der Decke, in welche ein konischer Schmelztiegel A eingepafst ist. S S¹ sind die Klemmen für die Leiter NP. B ist das Bad bezw. die Schmelze in dem Tiegel A, durch welche der elektrische Strom treten gelassen wird. In der Praxis wird, so weit es . sich um die Reduktion von Chloraluminium handelt, die Schmelze zweckmäfsig dadurch hergestellt, dafs man in dem Schmelztiegel A in geeigneten Mengenverhältnissen Chloralumi-

nium und das Chlorid eines Alkalimetall, zweckmä'fsig von Natrium, oder eines Alkalierdmetalles mit dem Fluorid von Aluminium und dem Fluorid von Natrium schmilzt. Ein empfehlenswertherWeg, eine geeignete Schmelze zu erhalten, ist der, das Doppelchlorid von Aluminium und Natrium (von der Formel 2 Na Cl, Al₂ CQ mit mineralischem Kryolith zusammenzubringen. Es ist ein Vortheil der genannten Zusammenstellung, Chlornatrium im Ueberschufs zuzusetzen, welcher weitere Zusatz von Chlornatrium mehr beträgt, als zur Bildung des Doppelchlorids nothwendig ist.

Diese Ingredienzien werden zweckmäfsig in folgenden Mischungsverhältnissen gemischt:
Doppelchlorid von Aluminium und Natrium .... 15 Theile,

Kryolith 55

Chlornatrium 30

Diese Mengenverhältnisse sind indessen innerhalb weiter Grenzen änderbar, ohne die Durchführung des Verfahrens wesentlich zu beeinflussen.

Der Grund der Anwendung von Kryolith oder den Fluoriden von Aluminium und Natrium in dem Bade liegt in der bekannten Thatsache, dafs bei ihrem Vorhandensein und dem Eintritt der Elektrolyse das Aluminium schmilzt und in Kügelchen ausfliefst, während, wenn das Bad nur die genannten Chloride enthält, das Aluminium in Form eines Pulvers erhalten wird, das eine weitere Behandlung erheischt, bevor es als Handelsproduct nutzbar gemacht werden kann.

Der Zweck des Zusatzes von Chlornatrium im Ueberschufs zu dem Bade ist, das Bad flüssiger zu machen. Es ist auch von Vortheil zum Verdünnen des Kryolith. An Stelle des Ueberschusses von Chlornatrium oder eines Theiles desselben kann man einen gewissen Theil von Chlorkalium oder einem anderen der Alkalimetalle oder Alkalierdmetalle, wie von Magnesium, anwenden. Im Falle dieses Ersatzes der Ingredienzien des Bades werden die Mengenverhältnisse aller angewendeten Substanzen erforderlichen Falles entsprechend geändert. So werden z. B. bei Anwendung von Chlorkalium die Ingredienzien zweckmäfsig in folgenden Verhältnissen gemischt:

Kryolith 55 Theile,

Chloraluminium 11

Chlornatrium 19

Chlorkalium 14

Diese Mengenverhältnisse können indessen innerhalb weiter Grenzen geändert werden, ohne die Function des Bades wesentlich zu beeinflussen.

Der zu benutzende Schmelztiegel A besteht zweckmäfsig aus einem Eisenkessel, der mit verdichteter Kohle ausgekleidet ist. Diese Kohlenauskleidung L dient als Kathode, indem das Eisen des Behälters durch den Leiter N mit dem negativen Pol der Elektricitätsquelle verbunden wird. Die Anode C ist eine besondere Kohlenelektrode, welche zum Theil in die Schmelze B eintaucht und in folgender Weise mit der Elektricitätsquelle verbunden wird. Es empfiehlt sich, die Anode C an einer Eisenstange D aufzuhängen, die über dem Schmelztiegel durch Holzstützen E getragen wird. Die Stange D ist durch die Leitung P mit dem positiven Pol der Elektricitätsquelle verbunden. Es kann erforderlichen Falles auch die Kathode als besondere Kohle ausgebildet werden, welche in ähnlicher Weise wie die Anode oder anderswie geeignet aufgehängt wird und zum Theil in die Schmelze eintaucht. Es kann auch eine Anzahl solcher getrennter Kohlen angewendet werden, um die Elektroden zu bilden, wie aus Fig. 2 ersichtlich, wonach C C¹ C² C³ und C⁴ an der Stange D aufgehängt sind und gemeinsam die Anode bilden. Dabei ist die Oberfläche der Elektroden in jedem besonderen Falle so zu bemessen, dafs für die Arbeit die gröfstmögliche Oekonomie gesichert ist.

An Stelle einer Kohlenanode kann auch eine Anode aus einem anderen geeigneten Stoff, wie z. B. Platin, angewendet werden.

Das Bad kann geschmolzen und die Schmelze aufrecht erhalten werden, indem man durch eine Feuerung F den Tiegel von aufsen erhitzt. Die zum Schmelzen des vorgenannten Bades erforderliche Temperatur entspricht der matten Rothglut.

Es kann das Schmelzen der Bestandtheile des Bades auch in einem besonderen Apparat erfolgen und beim Beginn des Processes die Schmelze in den Tiegel gebracht werden, in dem sie in geeigneter Weise flüssig erhalten wird.

Wenn der elektrische Strom durch das Bad geleitet wird und Elektrolyse eintritt, wird Aluminium an der Kathode niedergeschlagen und die Halogene, besonders Chlor, werden an der. Anode frei. Es ist bekannt, dafs diese Gase in freiem Zustande der Gesundheit aufserordentlich schädlich sind. Aus diesem Grunde und auch weil diese die positive Elektrode angreifen und schnell zerstören, würde ihr Entweichen in freiem Zustande das Verfahren praktisch werthlos machen. Um nun diese Schwierigkeiten zu vermeiden und gleichzeitig andere erwünschte Erfolge zu erzielen, werden dem Bade von Zeit zu Zeit geeignete Mengen von wasserhaltigem, krystallinischem Chloraluminium Al₂ Cl₆ -\- 11 H₂O oder andere geeignete Stoffe zugesetzt.

Durch die Zersetzung dieser Stoffe und der Schmelze wird Wasserstoff, der durch das gebundene Wasser der Stoffe geliefert wird, dem Bade unausgesetzt zugesetzt, und es verbindet

sich dieser Wasserstoff mit den durch die Elektrolyse freigewordenen Halogenelementen, die dann an der Anode in Form von Chloroder Fluorwasserstoff entweichen. Diese Gase können leicht bewältigt werden, ohne dafs sie dem Apparat oder den Arbeitern schaden können; so kann man einen Kanal K mit starkem Zuge anordnen, der mit einem über den Schmelztiegel A reichenden Fange / versehen ist; oder es können mit Wasser getränkte Tücher über dem Schmelztiegel derart aufgehängt werden, dafs die entweichenden Gase von dem Wasser aufgenommen werden, dessen aufserordentliche Aufnahmefähigkeit für Chlor- und Fluorwasserstoffsäure bekannt ist.

Bei der praktischen Durchführung des Verfahrens mit den vorgenannten Schmelzen zeigt sich, dafs man an der Anode fast ausschliefslich Chlorwasserstoffsäure mit nur geringen Spuren von Fluor erhält. Dies ist ein Zeichen dafür, dafs das an der Anöde niedergeschlagene Aluminium hauptsächlich von dem Chloraluminium in der Schmelze herrührt. Durch zeitweisen Zusatz von Chloraluminium, welches in dem angewendeten wasserhaltigen Chloraluminium enthalten ist, wird die Schmelze wieder ergänzt und es läfst sich das Verfahren eine beträchtliche Zeit ununterbrochen durchführen. Es empfiehlt sich, das wasserhaltige Chloraluminium der Schmelze in ausreichenden Mengen zuzusetzen, um das Entweichen dieser freien Halogene zu verhindern; ein mäfsiger Ueberschufs dieses Zusatzes schadet nichts. Es ist erwähnt worden, dafs Fluor freigesetzt wird; man weifs indessen, dafs dieses Element sehr schwer zu isoliren ist. Es wird mit der Bezeichnung Fluor nicht nur freies Fluor, wenn solches überhaupt auftritt, sondern auch jede Verbindung desselben gemeint, die an der Anode freigesetzt \vird, wenn der Schmelze während des Verfahrens Wasserstoff nicht zugeführt würde.

Wie vorher angegeben, wird das Aluminium an der Kathode niedergeschlagen, wo es schmilzt und Kügelchen bildet, die bei Behandlung der vorgenannten Bäder sich am Boden der Schmelze sammeln, da das Aluminium schwerer als jene ist. Das Aluminium kann indessen in geeigneter Weise, wie z. B. durch einen Löffel, entfernt werden, der mit Kohle ausgekleidet und überzogen ist, oder indem man dasselbe durch eine geeignete Bodenöffnung abzieht. In dem Falle, wo eine Schmelze von gröfserem specifischen Gewicht als das des Aluminiums verwendet werden sollte, steigt letzteres natürlich nach oben und kann von hier leicht abgenommen werden.

Bei dem vorbeschriebenen Verfahren wird ein elektrischer Strom von geeigneter niedriger elektromagnetischer Kraft, gewöhnlich von 4 bis 10 Volts, angewendet.

Der elektrische Strom, welcher bei dem vorbeschriebenen Verfahren angewendet und durch die Schmelze treten gelassen wird, dient dem ausschliefslichen Zwecke der Elektrolyse. Das Salz oder die andere Verbindung, durch deren Zersetzung der Wasserstoff erhalten wird, kann in die Schmelze vor oder nach dem Durchleiten des elektrischen Stromes durch dieselbe oder gleichzeitig damit eingeführt werden; die Reihenfolge der Operationen ist unerheblich.

Man kann eine grofse Anzahl verschiedener Bäder herstellen, für welche die Erfindung anwendbar ist; dieselbe soll auf die Wahl einer besonderen Schmelze nicht beschränkt werden. . In dem Falle, wo der Stoff, aus welchem der Wasserstoff erhalten wird, gebundenes Wasser enthält, wird jedenfalls eine Oxydation der Anode eintreten, wenn der Stoff derselben oxydirbar ist. Wenn indessen dieser Stoff nicht gerade sehr leicht oxydirbar ist, so wird die Abnutzung der Anode gewöhnlich viel geringer sein, als dies der Fall wäre, wenn die Anode der Einwirkung der freien Halogene ausgesetzt wäre.

Claims

Patent-Anspruch:.

Verfahren zur Reduktion von Aluminiumverbindungen durch Elektrolyse auf schmelzflüssigem Wege, darin bestehend, dafs dem, eine Halogenverbindung des Aluminiums allein oder eine Mischung derselben mit derartigen Verbindungen eines Alkali- oder Erdalkalimetalles enthaltenden Elektrolyten ein Wasser enthaltender Körper zugeführt wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.