AT218261B - Verfahren zur Herstellung von Natrium durch Elektrolyse geschmolzener Salzbäder - Google Patents

Verfahren zur Herstellung von Natrium durch Elektrolyse geschmolzener Salzbäder

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AT218261B AT439260A AT439260A AT218261B AT 218261 B AT218261 B AT 218261B AT 439260 A AT439260 A AT 439260A AT 439260 A AT439260 A AT 439260A AT 218261 B AT218261 B AT 218261B
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   <Desc/Clms Page number 1> 
 



  Verfahren zur Herstellung von Natrium durch Elektrolyse geschmolzener Salzbäder 
Die vorliegende Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Herstellung von Natrium in sehr reinem Zustand durch Elektrolyse geschmolzener Salzbäder. 



   Bei den klassischen Verfahren zur Herstellung von Natrium durch Schmelzflusselektrolyse wird im allgemeinen   vonBadzusammensetzungen aus Gemischen vonNatriumchlorid und Kalziumchlorid Gebrauch   gemacht, die aber wegen geringer Stromausbeuten einen hohen Energieverbrauch verlangen. 



   Das den Gegenstand der vorliegenden Erfindung bildende Verfahren gestattet es, diese Nachteile zu vermeiden und sehr reines Natrium durch Elektrolyse geschmolzener Salzbäder mit einer sehr hohen Stromausbeute zu erhalten. 



   Es wurde gefunden, dass es möglich ist, Natrium in sehr reinem Zustande zu gewinnen, wenn man bei einer Temperatur unter jener der klassischen Verfahren und bei einer Spannung, die ungefähr   25Ufo   niedriger als bei den genannten Verfahren ist, d. h. bei einer Spannung zwischen etwa 5 und 7 V, ein geschmolzenes Salzbad der Elektrolyse unterwirft, welches aus Natriumchlorid, Lithiumchlorid und wenigstens einem der Salze Kaliumchlorid, Rubidiumchlorid und Cäsiumchlorid besteht. Es wurde die überraschende Tatsache beobachtet, dass sich beim   Elektrolyseren   eines Bades aus den angeführten Salzen das   Lithium   unter den Temperaturbedingungen der Elektrolyse in elektrochemischer Hinsicht wie ein weniger edles Metall als das Natrium verhält.

   Es wurde weiter gefunden, dass bei geeigneter Einstellung des Ver-   hältnisses   der Natriumionen und Lithiumionen im Bad eine ganze Reihe von   Lithium-Natriumlcgierungen   erzielt werden kann. 



   Sämtliche aus den oben   angeführten Salzen   zusammengesetzten Bäder eignen sich für die Herstellung von Natrium und ergeben den Vorteil, dass man je nach der gewählten Badzusammensetzung die Temperatur auswählen kann, bei welcher die Elektrolyse unter Erreichung einer maximalen Stromausbeute durchgeführt werden soll und dass man im vorhinein die Reinheit des Metalles bzw. die genaue Zusammensetzung der zu gewinnenden Legierung bestimmen kann. In diesem Zusammenhang wurde gefunden, dass für die vorgeschlagenen Bäder die optimale Betriebstemperatur der Elektrolyse das   1, 05- bis 1, 15fache   der Erstarrungstemperatur des der Elektrolyse unterworfenen Gemisches beträgt. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren zur Gewinnung von Natrium in reinem Zustand ist daher dadurch gekennzeichnet, dass man bei einer Temperatur unter   7000C   und bei einer Spannung von 5 bis 7 V ein geschmolzenes Salzbad der Elektrolyse unterwirft, welches aus x   Mol-Ufo   Natriumchlorid, y   Mol-Ufo   Lithiumchlorid und   z Mol-o wenigstens   eines der Salze Kaliumchlorid, Rubidiumchlorid und   Cäsiumchlorid   besteht, wobei das Verhältnis x : y zwischen 0, 7 und 4, 0 liegt und das Verhältnis z : y zwischen 0, 1 und 2 liegt. 



   Vorzugsweise arbeitet man mit solchen Salzmengen, dass das Verhältnis x : y zwischen 1 und 3 liegt und das Verhältnis z : y zwischen 1 und 2. 



   Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die angeschlossene Zeichnung näher erläutert.
In dieser ist das ternäre Diagramm NaCl-LiCI-KCl dargestellt, das nach der klassischen Methode ermittelt worden ist. In dem Diagramm sind die vollen, mit 400,450 usw. bis 750 bezeichneten Linien   die Schmelzisothermen. An den   drei Eckpunkten sind die jeweiligen Schmelztemperaturen von NaCl, KCI und Lid mit 800 bzw.   7í3   bzw. 6140C angegeben. 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 
 EMI2.1 
 undgesagt ist, stets in Gew.-% angegeben. So kann beim Punkt D, der dem binären Gemisch aus   90 Mol-%   NaCl und 10 Mol-%   LiCl   entspricht, Natrium von   991o   Reinheit hergestellt werden, jedoch bei einer Temperatur   oberhalb 7500C.

   Punkt   E entspricht ebeno   einem binären Gemisch, u. zw.   aus 86   Mol-%   NaCl und 14   Mol-%     KCI,   was gleichfalls die Gewinnung von Natrium mit   99%   Reinheit erlaubt, aber immer noch bei einer Temperatur über 750 C. Will man jedoch mit binären Gemischen bei einer viel niedrigeren Temperatur arbeiten, so erhält man ein Metall, dessen Reinheit in Abhängigkeit von der Temperatur abnimmt, denn man muss dern Natriumchlorid wachsende Mengen Lithiumchlorid oder Kaliumchlorid zusetzen, um die Schmelztemperatur der binären Gemische beträchtlich vermindern zu können. 



   Normalerweise konnte erwartet werden, dass es beim   Hinzufügen   eines dritten Salzes zu den binären Gemischen noch möglich sein würde, Natrium, beispielsweise von   99%   Reinheit, bei einer etwas niedrigeren Temperatur als bei jener herzustellen, die im Falle der binären Gemische beobachtet wurde. Diese Annahme ist im Diagramm durch die strichlierten Linien veranschaulicht, die die Punkte D und E, die Punkte G und H   (9 !) % Reinheit),   J und K   (H0%   Reinheit) und L und M   (50%   Reinheit) miteinander verbinden.

   Es wurde nun die überraschende und ganz unerwartete Tatsache festgestellt, dass die Kurven, die die Punkte für die binären Gemische   NaCl-LiCl   und   NaCl-KCl   miteinander verbinden, von wo an Natrium mit einem höheren oder gleich hohen Reinheitsgrad als 96% hergestellt werden kann, sich sehr stark nach Temperaturzonen ausbiegen, die bedeutend unter 7000C liegen. Diese Kurven sind in dem Diagramm mit P, R und S bezeichnet. Bei Auswahl entsprechender ternärer Zusammensetzungen kann man daher sehr reines Natrium bei sehr niedrigen Temperaturen gewinnen. So stellen die schraffierten Zonen A, B und C Zusammensetzungsgebiete dar, die eine hohe Reinheit des an der Kathode mit einer niedrigen Badtemperatur abgeschiedenen Metalles vereinen. Die nachfolgende Tabelle veranschaulicht klar die Vorteile derartiger Bäder. 
 EMI2.2 
 
<tb> 
<tb> 



  NaCl <SEP> KCI <SEP> LiCl <SEP> Schmelztem- <SEP> Arbeitstem- <SEP> Zusammensetzung <SEP> des
<tb> Mol-o <SEP> Mol-% <SEP> Mol-% <SEP> peratur <SEP> oC <SEP> peratur <SEP> oc <SEP> abgeschiedenen <SEP> Metalles
<tb> Na <SEP> K <SEP> Li
<tb> Mol-% <SEP> Mol-% <SEP> Mol-%
<tb> 50 <SEP> 25-30 <SEP> 20-25 <SEP> 590 <SEP> 650 <SEP> 99 <SEP> - <SEP> 1
<tb> 40 <SEP> 30-40 <SEP> 20-30 <SEP> 560 <SEP> 615 <SEP> 98 <SEP> 0, <SEP> 5 <SEP> 1, <SEP> 5 <SEP> 
<tb> 30-35 <SEP> 30-40 <SEP> 25-35 <SEP> 525 <SEP> 580 <SEP> 96 <SEP> 1 <SEP> 3
<tb> 
 
In diesen Bädern kann man das Kaliumchlorid zur Gänze oder teilweise durch Rubidiumchlorid und/oder Cäsiumchlorid ersetzen. Auf diese Weise lässt sich eine Herabsetzung der Arbeitstemperatur in der Grössenordnung von 50 bis 1000C erreichen. 



   Das erfindungsgemässe Verfahren kann in jeder bekannten Vorrichtung zur Schmelzflusselektrolyse ausgeführt werden ; vorzugsweise benützt man jedoch eine derartige Vorrichtung. wie sie in der belgischen Patentschrift Nr. 578 670 beschrieben ist, gemäss welcher die Anode Ringform hat und ein Schirm aus einem isolierenden und undurchlässigen Material den Stromlinien zwischen den Elektroden einen ungeradlinigen Verlauf erteilt. 



     In den folgenden Ausführungsbeispielen   ist der Erfindungsgegenstand zum leichteren Verständnis näher erläutert, doch soll hiedurch die Tragweite der Erfindung in keiner Weise eingeschränkt werden. 



     Beispiel l :   Eine Elektrolysenzelle wird mit einem Bad folgender Zusammensetzung beschickt : 
 EMI2.3 
 
<tb> 
<tb> NaCl <SEP> 48 <SEP> Mol-%
<tb> KCI <SEP> 28 <SEP> Mol-% <SEP> 
<tb> Lid <SEP> 24 <SEP> Mo <SEP> 
<tb> 
 
Die Arbeitstemperatur für ein derartiges Bad wird auf 6500C gehalten. Vor dem Beginn der Elektrolyse wird das Bad durch Hindurchleiten von Chlor oder trockenem Chlorwasserstoff gereinigt. Man kann 

 <Desc/Clms Page number 3> 

 gegebenenfalls eine Vorelektrolyse unter 2 - 3 V Spannung mit dieser Reiuigungsbehandlung verbinden. 



     Mach der   Reinigung wird das geschmolzene Salzbad bei einer Spannung von   5,   5 V und einer Kathodenstromdichte von 2 A/cm2 der Elektrolyse unterworfen. Man erhält Natrium von   99   Reinheit, das we- 
 EMI3.1 
 !) % KaliumLnergieverbrauch weniger als 10 kWh/kg des erzeugten Natriums ist. 



   Beispiel 2 : Man reinigt das Bad wie in Beispiel 1. Das Bad besteht aus 
 EMI3.2 
 
<tb> 
<tb> NaCl <SEP> 35 <SEP> hiol-lo <SEP> 
<tb> KCl <SEP> 35 <SEP> Mol-%
<tb> Lid <SEP> 30 <SEP> Mol-%
<tb> 
 
 EMI3.3 
 (.. itsté1IlperawrElektrolyse unterworfen, wobei die Kathodenstromdichte 2   A/cm   beträgt. Man erhält das Natrium mit   9110 Reinheit und   einem Gehalt von weniger als   0,5(70 kalium   und weniger als   3%   Lithium, mit einer Stromausbeute von 83%; der Energieverbrauch ist deutlich unter 10 kWh/kg des erzeugten Natriums. 



   Beispiel 3 : Das B ad ist wie folgt zusammengestellt : 
 EMI3.4 
 
<tb> 
<tb> NaCl <SEP> 30 <SEP> Mol-%
<tb> LiCl <SEP> 30 <SEP> Mol-%
<tb> CsCl <SEP> 40 <SEP> Mol-go <SEP> 
<tb> 
 
 EMI3.5 
 
Spannunggewinnt das Natrium mit 97% Reinheit, wobei es weniger als   0, 50/0 Cäsium   und weniger als   3% Lithium   enthält, u. zw. mit einer Stromausbeute von   8310   und einem Energieverbrauch in der Grössenordnung von 10 kWh/kg des erzeugten Natriums. 



   Man kann auch, von den weiter oben angegebenen ternären Bädern ausgehend,   Natrium-Lithiumle-   gierungen herstellen. Zur Ausführung dieser Methode ist es zweckmässig, die Verhältnisse zwischen Natrium- und Lithiumionen im geschmolzenen Salzbad sorgfältig einzustellen. So kann aus einem Bad, bestehend aus 
 EMI3.6 
 
<tb> 
<tb> NaCl <SEP> 2 <SEP> Mol-% <SEP> 
<tb> KC1 <SEP> 54 <SEP> Mol-% <SEP> 
<tb> LiCl <SEP> 44 <SEP> Mol-%
<tb> 
 bei einer Temperatur von 4000C eine Legierung, bestehend aus 54% Natrium und 46% Lithium, gewonnen werden. 



   Ebenso lässt sich aus einem Bad, bestehend aus 
 EMI3.7 
 
<tb> 
<tb> NaCl <SEP> 3 <SEP> Mol-% <SEP> 
<tb> Lid <SEP> 56 <SEP> Mol-%
<tb> RbCl <SEP> 41-Mol-%
<tb> 
 
 EMI3.8 
 



    PATENTANSPRÜCHE :    
1. Verfahren zur Herstellung von Natrium in sehr reinem Zustande durch Elektrolyse geschmolzener Salzbäder, dadurch gekennzeichnet, dass man bei einer Temperatur unter 700 C und einer Spannung von 5 bis 7 V ein geschmolzenes Salzbad der Elektrolyse unterwirft, welches aus x   Mol-"%) Natriumchlorid,   y Mol-o Lithiumchlorid und z Mol-% wenigstens eines der Salze Kaliumchlorid, Rubidiumchlorid und Cäsiumchlorid besteht, wobei das Verhältnis x : y zwischen 0, 7 und 4, 0 und das Verhältnis z : y zwischen 0, 1 und 2 liegt.

Claims (1)

  1. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man die Salze Natriumchlorid, Lithiumchlorid und Kaliumchlorid und/oder Cäsiumchlorid und/oder Rubidiumchlorid in den geschmolzenen Sälzbädern in derartigen Mengen verwendet, dass das Verhältnis x : y zwischen 1 und 3 und das Verhältnis z : y zwischen 1 und 2 liegt. <Desc/Clms Page number 4>
    3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Arbeitstemperatur auf einen Wert eingestellt wird, der das 1, 05- bis 1, 15fache der Erstarrungstemperatur des der Elektrolyse unterworfenen Salzgemisches beträgt.
AT439260A 1959-06-17 1960-06-09 Verfahren zur Herstellung von Natrium durch Elektrolyse geschmolzener Salzbäder AT218261B (de)

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