AT157484B - Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallen. - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallen. 



   Es ist bekannt, metallisches Natrium aus einer Chlornatrium enthaltenden Salzschmelze an einer flüssigen Metallkathode elektrolytisch abzuscheiden und die so gebildete flüssige Natriumlegierung alsdann als Anode in einer geschmolzenen Natriumverbindung, wie z. B. Natriumhydroxyd, zu verwenden, wobei an der Kathode das Natrium in flüssiger Form abgeschieden wird. 



   Dieses Verfahren hatte bisher den Nachteil der Notwendigkeit des Arbeitens bei hoher Temperatur, z. B. bei etwa 3500 C, was z. B. die Anwendung von Quecksilber als Legierungsmetall wegen des hohen 
 EMI1.1 
 erhebliche Energieverluste durch abgestrahlte Hitze. 



   Nach der Erfindung erfolgt die Gewinnung von Alkalimetallen durch Schmelzflusselektrolyse von Alkaliverbindungen derart, dass als Elektrolyt ein geschmolzenes Gemisch von Alkalihydroxyden, wie z. B. Natriumhydroxyd, und von Alkalihalogeniden, z. B. Natriumjodid oder Natriumbromid, verwendet   wird. Mit besonderem Vorteil werden eutektische Gemische von Alkalihydroxyden und Alkali-   halogeniden zur Anwendung gebracht, wie z. B. ein eutektisches Gemisch von etwa 55% NaOH und   45%   NaJ mit dem Schmelzpunkt von etwa 225  C. Ein derartiges Gemisch kann in vorteilhafter Weise unter Anwendung von Alkaliamalgam als Anode bei Elektrolysentemperaturen von etwa 230 bis 250  C, vorzugsweise 240 bis 2500 C Verwendung finden, wobei der Dampfdruck des Quecksilbers etwa   Vio   Atm. nicht übersteigt. 



   Falls an der Kathode mehr als ein Alkalimetall abgeschieden werden soll, kann man als Elektrolyt Gemische von Verbindungen verschiedener Alkalimetalle verwenden, u. zw. vorteilhaft in einem der Zusammensetzung der abzuscheidenden Alkalimetalle entsprechenden oder annähernd entsprechenden Mengenverhältnis. 



   Bezüglich der Auswahl und der Menge der in Verbindung mit den Alkalihydroxyden zu verwendenden Halogenide wird man sich wesentlich auch nach der gewünschten Elektrolysentemperatur zu richten haben. Bei Verwendung einer quecksilberhaltigen Anode empfiehlt es sich im allgemeinen einen Elektrolyten zu verwenden, dessen Schmelzpunkt nicht höher als etwa 3000 C beträgt, wobei man die Elektrolyse schon bei Temperaturen von wenig oberhalb 3000 C, z. B. solchen bis zu   3100 C,   durchführen kann. Bei solchen Temperaturen beträgt der Dampfdruck des Quecksilbers nur etwa ein Drittel des Atmosphärendrucks, so dass der Verlust an Quecksilber beim Arbeiten unter Atmosphärendruck nur sehr gering ist. 



   Bei Verwendung von Elektrolyten mit einem   250 0 C nicht Übersteigenden Schmelzpunkt   kann man die Elektrolyse sogar bei so niedrigen Temperaturen durchführen, dass der Dampfdruck des Quecksilbers   1/10   Atm. nicht übersteigt und ein nennenswerter Verlust durch Verdampfung überhaupt nicht eintritt. 



   Durch geeignete Auswahl der im Gemisch miteinander zu verwendenden Alkalihydroxyde und - halogenide können Gemische von den verschiedensten Schmelztemperaturen erzielt werden. Am vorteilhaftesten werden, wie bereits erwähnt wurde, solche verwendet, welche die Bestandteile im eutektischen oder annähernd eutektischen Mengenverhältnis enthalten. Ausser dem bereits erwähnten eutektischen Gemisch von etwa 55% NaOH und   45% NaJ   haben sich z. B. noch die folgenden eutektischen Gemische als gut geeignet erwiesen. 
 EMI1.2 
 
<tb> 
<tb> 



  Zusammensetzung <SEP> : <SEP> Schmelzpunkt <SEP> in <SEP> Grad <SEP> C
<tb> NaOH <SEP> (79 <SEP> molar%) <SEP> + <SEP> NaBr........................... <SEP> 260
<tb> KOH <SEP> (72 <SEP> molar%) <SEP> + <SEP> KJ <SEP> 250
<tb> KOH <SEP> (65 <SEP> molar%) <SEP> + <SEP> KBr............................ <SEP> 300
<tb> LiOH <SEP> (45-5 <SEP> molar%) <SEP> + <SEP> LiJ............................. <SEP> 180
<tb> LiOH <SEP> (45 <SEP> molar%) <SEP> +LiBr............................ <SEP> 275
<tb> LiOH <SEP> (63 <SEP> molar%) <SEP> + <SEP> LiC1 <SEP> 290
<tb> 
 
Als Anoden werden vorteilhaft Legierungen eines oder mehrerer Alkalimetalle mit einem oder mehreren niedrig schmelzenden Metallen, wie z. B. Quecksilber, verwendet. 



   An Stelle von Alkalimetallamalgamen können erfindungsgemäss auch andere bei den Arbeitstemperaturen schmelzflüssige   Alkanlegierungen,   wie z. B. solche auf der Grundlage von sogenanntem   "Wood-Metall" oder ähnlichen   Legierungen von Wismut, Blei, Zinn und/oder Cadmium, Verwendung finden, 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 
Mit Vorteil können Legierungen mit einem Schmelzpunkt von nicht über 1000 C verwendet werden. 



   Mit Vorteil werden die flüssigen Alkalimetallegierungen in Form einer auf einer festen bewegten
Metalloberfläche befindlichen dünnen Schicht als Anoden zur Anwendung gebracht. 



   Nach einer bevorzugten Ausführungsform dieses Verfahrens lässt man die flüssige Alkalimetalllegierung, wie z. B. ein   Alkalimetallamalgam,   durch einen Sumpf im unteren Teil einer elektrolytischen
Zelle hindurchfliessen, während der schmelzflüssige Elektrolyt sich oberhalb dieser Legierung befindet. 



  Als Anode dient hiebei eine um ihre horizontal gelagerte Achse umlaufende   Metallseheibe,   z. B. aus Eisen oder Stahl, die derart angeordnet ist, dass sie mit ihrem unteren Teil in den von der flüssigen
Legierung ausgefüllten Sumpf eintaucht und mit ihrem oberen Teil in den schmelzflüssigen Elektrolyten hineinragt. Hiebei bedeckt sich diese Scheibe mit einer dünnen Schicht der in dem Metallsumpf befindlichen Legierung, die alsdann in Berührung mit dem Elektrolyten ihren Gehalt an Alkalimetall unter der Einwirkung des elektrischen Stroms abgibt, der bei der darauffolgenden erneuten Berührung mit der in dem Metallsumpf enthaltenden Legierung immer wieder erneuert wird. 



   Mit Vorteil kann man derart arbeiten, dass Quecksilber im Kreislauf nacheinander durch eine mit einer Alkaliverbindung enthaltenden wässrigen Lösung beschickte Zelle, in der es als Kathode mit Alkalimetall beladen wird und dann durch eine einen schmelzflüssigen Elektrolyten gemäss Erfindung enthaltende Zelle geführt wird, in der es als Anode geschaltet ist und in der ihm das aufgenommene Alkalimetall wieder entzogen wird, hindurchgeführt wird. Der Gehalt des Amalgams an Alkalimetall beim Austritt aus der wässrigen Zelle kann dabei innerhalb beträchtlicher Grenzen schwanken. Als geeignet wurde beispielsweise ein Gehalt von   0'1   bis   0'2   Gewichtsprozent befunden. 



   Es wurde gefunden, dass auch bei lang ausgedehnter Anwendung der flüssigen Legierungen gemäss Erfindung praktisch Verluste durch Zersetzung der schmelzflüssigen aus Gemischen von Alkalihydroxyden mit-halogeniden bestehenden Elektrolyten nicht eintreten. Es konnte z. B. bei Verwendung von Jodiden weder die Bildung von Jodat, noch das Auftreten von freiem Jod festgestellt werden. 



  Dies ermöglicht also die praktisch zeitlich unbegrenzte Verwendung der erfindungsgemäss betriebenen Zellen ohne Ergänzung oder Erneuerung des schmelzflüssigen Elektrolyten oder Regulierung seiner Zusammensetzung. Derartige Erfolge waren nicht voraussehbar. Bei Verwendung von Gemischen, die sowohl Hydroxyde als auch Halogenide enthalten, war mit dem Eintreten störender Nebenreaktionen an der Anode zu rechnen. Man musste z. B. befürchten, dass bei Anwendung eines Gemisches von Natriumhydroxyd mit Natriumjodid an der Anode Natriumjodat gebildet würde, und durch die allmähliche Anreicherung des Elektrolyten mit Jodat dieser unbrauchbar werden würde. Ebenso war mit der Möglichkeit des Entweichens von freiem Jod, insbesondere auf dem Wege der   zwischengängigen   Bildung von Jodat zu rechnen. 



   PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallen durch Schmelzflusselektrolyse von Alkalimetallverbindungen, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrolyt ein geschmolzenes Gemisch von Alkalihydroxyden und Alkalihalogeniden, z. B. mit einem 3000 C nicht übersteigenden Schmelzpunkt, vorteilhaft in eutektischer Zusammensetzung, verwendet wird.

Claims (1)

1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass z. B. bei einer 3100 C nicht übersteigenden Elektrolysentemperatur eine geschmolzene Legierung eines oder mehrerer Alkalimetalle mit einem oder mehreren niedrig schmelzenden Metallen in an sich bekannter Weise als Anode verwendet wird.

   3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Legierung mit einem Schmelzpunkt von nicht über 1000 C verwendet wird.

   4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass als Elektrolyt, insbesondere bei Verwendung von Quecksilber enthaltenden Anoden, ein flüssiges Gemisch von Natriumhydroxyd mit Natriumjodid, z. B. mit etwa 55% NaOH und 45% NaJ, vorteilhaft bei einer Temperatur von etwa 230 bis 250 C verwendet wird.