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Metallkathode für die Schmelzfusselektrolyse von Metallhaliden
Die Erfindung bezieht sich auf eine ver- besserte Kathode für die Schmelzflusselektrolyse von Metallhaliden, insbesondere solchen von
Metallen der Gruppen IVa, Va und Vla des ! Periodensystems. Im besonderen betrifft sie eine Metallkathode, die eine verbesserte Form aufweist, wobei die Form der Kathode die
Wechselwirkung zwischen dem Metall der
Kathode und dem während der Elektrolyse ent- wickelten Halogengas verringert.
Elektrolytische Zellen zur Zerlegung ge- schmolzener Metallhalide sind schon vordem verwendet worden. In vielen Fällen benützen die Zellen die Wand des Gefässes als Anode und eine zentral gelagerte Metallelektrode, die gewöhnlich aus einem Eisenmetall, insbesondere
Stahl, besteht, als Kathode. Es wurde beob- achtet, dass sich während der Elektrolyse Gas- blasen um die vertikale Fläche der Kathode her- um bilden und dass solche Blasen oft die Me- tallabscheidung hemmen oder eine Gasbarriere bilden, die die Zellenspannung vergrössert.
Ka- thoden mit flacher Unterseite neigen dazu,
Gasblasen zu bilden, die diesen Teil der Elektrode vom elektrolytischen Vorgang wirksam abschliesst. überdies bildet das auf der vertikalen Fläche oder auf den an den Boden der Kathode anschliessenden Flächen abgelagerte Metall oft einen hervortretenden Rand, der dazu neigt, mehr Gas anzusammeln und die Metallablagerung in dessen Nachbarschaft ist höchst unregelmässig.
Wegen der hohen verwendeten Temperaturen greift das Halogengas die Fläche der Eisenmetallkathode an und verunreinigt so das sich ergebende abgelagerte Metall. Die vorliegende Erfindung behebt diese und andere Schwierigkeiten und ermöglicht somit ein verbessertes elektrolytisches Verfahren zur Gewinnung von Metall aus einem Metallhalid-Schmelzbad.
Die erfindungsgemässe Metallkathode ist dadurch gekennzeichnet, dass sie nach unten in einem sich verjüngenden Teil ausläuft. Durch die besondere Form der Kathode werden die während der Elektrolyse gebildeten Gasblasen vom Rest der Kathode während der Aufwärtsbewegung dieser Blasen zur Oberfläche des Bades weggeführt.
Die Erfindung ist in den beiliegenden Zeich- nungen ausführlicher beschrieben.
Fig. 1 zeigt eine elektrolytische Zelle in Be- trieb, die die erfindungsgemässe verbesserte Ka- thode verwendet.
Fig. 2 zeigt Metallkathoden von kreisförmi- gem Querschnitt, deren unterer Teil erfindung- gemäss geformt ist
Die Elektrode A der Fig. 2 gibt ein Detail der Kathode von Fig. 1 wieder.
Fig. 3 zeigt Metallkathoden von quadrati- schem Querschnitt, deren unterer Teil gemäss der Erfindung geformt ist.
Die Vorteile der erfindungsgemässen Kathode ergeben sich z. B. aus dem folgenden Anwen- dungsbeispiel :
Die elektrolytische Zelle 1 der Fig. 1 wird mit geschmolzenem Metallhalid 2 gefüllt. Die
Elektrode 3 ist unter die Oberfläche des ge- schmolzenen Elektrolyts eingetaucht und so- dann wird elektrischer Strom derart durch den
Elektrolyt geleitet, dass die Elektrode als Ka- thode wirkt. Blasen aus dem durch die erfol- gende Elektrolyse entstandenen Halogengas 4, die durch den Elektrolyten 2 unterhalb der
Elektrode aufsteigen, berühren die abgeschräg- ten Flächen 5 der Kathode 3 und werden von der vertikalen Oberfläche der Elektrode auf ihrem Weg zur Oberfläche des Elektrolyten geführt. Eine Graphitauskleidung 6 kannn zum
Schutze der Zellwände verwendet werden. In ähnlicher Weise kann der Kathodenschaft 7 durch eine Graphitmuffe 8 geschützt werden.
Ein Gebiet der Metallurgie, in welchem die erfindungsgemässe Kathode besonders vorteilhaft anwendbar ist, ist die elektrolytische Zersetzung von Haliden reaktiver Metalle mit hohem Schmelzpunkt der Gruppen IV a, V a und VI a des Periodensystems und insbesondere bei der Herstellung von Titan und Tantal.
Bei Versuchen, die bei der Herstellung reinen Tantalmetalls durch Schmelzelektrolyse gemacht wurden, wobei der Elektrolyt Kalium - Fluortantalat als Metallursprungsmateriial plus einer Chlornatrium - Fluornatrium - Basis enthielt und wobei eine zylindrische Kathode verwendet wurde, wurden folgende Ergebnisse beobachtet : !
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Art der Kathodenunterseite :
Zustand der Unterseite nach dem Versuch
Länge der Versuchsdauer
Anfangstype der Tantalniederschläge
Endtype der Tantalniederschläge
Eisenanalyse im Niederschlag
Härtewert
Es ist ersichtlich, dass die Elektrode mit konischem Endteil nicht nur eine verbesserte Type der Metallabscheidung hatte, sondern dass das Metall selbst einen sehr verringerten Eisengehalt aufwies.
Es ist wünschenswert, dass die Oberfläche der Kathode möglichst gleichen Abstand von der Innenfläche der Zellwand (Anode) hat, da äquipotentiale Flächen zu einem gleichmässigen Anteil der Metallablagerung beitragen. Kathoden, die Formen umgekehrter Kegel, Pyramiden, Keile, Becher oder andere Formen mit vertikaler Symmetrieachse aufweisen und in einem einzigen Punkt oder einer einzigen Kante endigen, werden erfindungsgemäss vorgezogen.
EMI2.1
höhlungen schläge v. Tantal, keine kein Tantal Korrosion bemerkbar
2 Stunden 15 Stunden knötchenförmig dendritisch knötchenförmig dendritisch 0, 23% 0, 03%
183-211 93
PATENTANSPRÜCHE :
1.
Metallkathode für die Schmelzflusselektrolyse von Metallhaliden, insbesondere solchen von Metallen der Gruppen IV a, V a und VI a des Periodensystems, dadurch gekennzeichnet, dass sie nach unten in einem sich verjügenden Teil ausläuft.