CH293187A - Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von flüssigem Aluminium aus Aluminiumchlorid. - Google Patents

Description

  Verfahren zur     elektrolytischen        Gewinnung    von flüssigem     Aluminium    aus     Aluminiumchlorid.       Es ist bekannt, Aluminium aus     Alumi-          niuinchlorid    durch     Schmelzfluss-Elektrolyse     zu erzeugen. Einesteils wurde dies bisher für  Temperaturbereiche vorgeschlagen, die weit  unter dem Schmelzpunkte von Aluminium  liegen.

   Dabei kommen     Chloridschmelzen    zur  Anwendung, in denen auf ein     Mol        Alkali-          chlorid    mehr als ein     Mol        Ahiminiumchlorid     enthalten ist. Das Metall wird bei diesem  Verfahren schwammförmig oder in     dendriti-          schenKristallen    abgeschieden. Im besten Falle  wurden unter besonderen Bedingungen einige  Millimeter dicke Niederschläge erzielt.  



  Anderseits ist auch der Vorschlag gemacht  worden,     Aluminiumehlorid    flüssig unter dem  Druck von etwa 21/2 atü und bei einer Tem  peratur von etwa 200  C in geschmolzenes       Natriumchlorid    als Elektrolot einer Zerset  zungszelle einzuführen. Die Elektrolyse einer       Chloridschmelze    unter dem Druck von     2@@          atii,    zumal oberhalb der Schmelztemperatur  des     NaCl    von 800  C,     lä.sst    sich technisch nicht  durchführen.

   Sie hat auch praktisch wenig  Sinn, weil das geschmolzene     NaCl    bei der  hohen Temperatur nur verschwindend geringe       Mengen        A1C13    aufzunehmen vermag.  



  Es wurde nun gefunden, dass man ober  halb des Schmelzpunktes von Aluminium   vorzugsweise zwischen 670 und     730     C     -          A1C13    als Ausgangsstoff für die elektroly  tische Gewinnung des Metaller verwenden  kann, wenn man als Elektrolyt solche Schmel-         zen    verwendet, die mindestens 1     Mol    Alkali  chlorid auf 1     Mol        A1C13    - z.

   B. als KA1C14   und im übrigen noch mindestens zwei andere  Chloride enthalten.     Als    besonders geeignet  haben sich Mischungen erwiesen, in denen  neben     A1C13    und     KCl    (im     Molverhältnis    1 :1  bis 1 :12) noch     MgCl2    und     LiC.l    im     Molver-          hältnis    1 :4 bis 1 :1,5 enthalten sind. Zur  Erhöhung der Leitfähigkeit. kann man gege  benenfalls noch geringe Mengen     NaCl,    besser  jedoch     LiF    oder     LiF    und     NaCl    zufügen.

   An  Stelle des     M9C12    lässt sich auch     CaCl2,        SrC12     oder     BaC12    anwenden.  



  Es     wurde    festgestellt, dass bei Verwendung  einer Schmelze mit 46,3 (Gewichts-)  /o     A1C13,          33,3        %        KCl,        13        o/m        LiCl        und        7,

  4        %        MgClp        die          Grenzstromdichte    höher als 2     A/cm2    ist und  die Polarisationsspannung bei 700  C und  einer     kathodischen    Stromdichte     Dk    =1     A/cm2     etwa 2,3 Volt beträgt.  



  Bei Verwendung einer derartigen, sehr  dünnflüssigen Schmelze als Elektrolyt ist der       A1C13-Dampfdruck    überraschend niedrig, und  man kann die Elektrolyse bei 670 bis 730  C  in der an sich bekannten Weise durchführen,  indem man in     einen    geschlossenen Behälter  mit.     Graphitanoden    und flüssigem     Aluminium     als Kathode am Boden des Gefässes konti  nuierlich oder     portionsweise    das     Aluminium-          chorid    in festem Zustand oder in Dampfform  zum Ersatz der zersetzten Menge einführt  und das     anodisch    entwickelte Chlor ableitet.

        Bei der vorliegenden Erfindung wird     vor-          zugsweise    das in der Elektrolyse wässeriger       Metallsalzlösungen    mit unlöslichen Anoden  und festen Kathodenniederschlägen bewährte  Verfahren auf die     Sehmelzflusselektrolyse     übertragen, indem verarmter Elektrolyt stän  dig aus der Zersetzungszelle abgezogen und  mit     AICl.#    angereicherte Schmelze zugeführt  wird.

   Dadurch werden die Übelstände ver  mieden, welche mit. dem unmittelbaren Ein  trag des Salzes in die heisse Zersetzungszelle  verbunden sind und bei der voluminösen Be  schaffenheit des festen Salzes und seinem  niedrigen     Sublimationspunkt    in     Verbindung'     mit der leichten     Zersetzlichkeit    durch Feuch  tigkeit und Luftsauerstoff umständliche  Schutzmassnahmen erfordern. Die durch den       Elektrolytdurchfluss    erzielte lebhafte Bewe  gung fördert. den     Konzentrationsausgleich    in  der Nähe der Kathode und erlaubt daher  höchstmögliche Stromdichten. Eine notwen  dig werdende Reinigung des Elektrolyten  kann ohne Störung des Produktionsprozesses  durchgeführt werden.

   Die laufende Überwa  chung der     Elekt.rolytzusammensetzung    ist. we  sentlich vereinfacht. und in mancher Hinsicht  überhaupt erst möglich.  



  Eine weitere Ausführungsform des     Ver-          fahrens    ist die Vereinigung mehrerer Zer  setzungszelten zu einer Arbeitseinheit, wobei  der Elektrolyt sowohl durch jede dieser Zel  len getrennt. als auch von einer zur andern  durchfliessend geführt werden kann. Auch  dieses Prinzip ist an sich aus der wässerigen  Elektrolyse bekannt, aber bisher für die  Elektrolyse bei Temperaturen oberhalb des  Schmelzpunktes von Aluminium noch nicht in  Vorschlag gebracht. worden.  



  Schliesslich kann man die Durchführung  des Verfahrens noch wesentlich     verbessern,     wenn man nicht, wie sonst beider Aluminium  elektrolyse üblich, das am Boden der Zerset  zungszelle sich sammelnde flüssige Aluminium       als    Kathode und in -das Salzbad tauchende  Kohle- oder     Graphitanoden    benützt, sondern  senkrecht angeordnete, zugleich als Trenn  wände zwischen den einzelnen Zellen dienende       Graphitplatten    auf der einen Seite als Anode,    auf der andern als Kathode     wirken    lässt, also  nach dem sogenannten Seriensystem die     aus     mehreren Einzelzellen bestehende     Arbeitseizi-          heit    aufbaut.

   In diesem Falle rieselt das     katho-          disch    abgeschiedene Aluminium von der     Gra-          phitplatte    herab und sammelt sieh am Boden  oder besser in besonderen     Auffangv        orricht.un-          gen,    während das     anodiseh        entwickelte    Chlor  hochsteigt, und unter der alle Einzelzellen  überdeckenden Haube gesammelt und abge  leitet wird.

   Die     Ta.uehanoden    einschliesslich  der Stromzuleitungen kommen in Fortfall,    Eine Ausführungsform des Verfahrens,  bei der durch     Ausbildung    der Zwischenwände  als Elektroden die     stroni-    und     raumsparende     Serienschaltung Anwendung findet, ist nach  folgend beschrieben und in der Zeichnung  dargestellt.  



  Auf     Fig.    1 ist ein     Minggsschnitt    des Appa  rates nach der Linie     e-f    der     Fig.3    darge  stellt. Die     Fig.    'ist ein Querschnitt. nach der  Linie     c-d    der     Fig.1.    Die     Fig.3    zeigt den       Grundriss    nach Linie     a-b    der     Fig.    1.  



  Der elektrolytische Zersetzungsapparat be  steht aus einem     Behälter    1 aus     \keramischem     Material, das     gegenüber        Chloridsehmelzen        un(l     Aluminium bei 700  C beständig sein muss.  Der Behälter ist. mit einer Haube ? aus glei  chem Material gasdicht abgedeckt, zu welchem  Zweck die Haubenränder in entsprechende  Rinnen 3 am Behälter 1 tauchen, die mit einer  geeigneten Sperrflüssigkeit gefüllt. sind.

   Der  Behälter hat.     Einführungsstutzen    4 für die       Stromzu-    und     -ableitungen    5, 6 für den     Zu-          und    Ablauf des Elektrolyten und 7 für den  Abzug des erzeugten     füssigen    Aluminiums  durch das Saugrohr     B.    Inder Haube sind  Stutzen 9 für     Thermoelemente,    10 für den  Chlorabzug sowie Transportösen 11.  



  Der Behälter wird durch eine Reihe von  auswechselbaren Zwischenwänden 12 in meh  rere Einzelzellen unterteilt. Die Wände be  stehen aus einem Rahmen aus     keramisehein     Material mit Nuten 14 und tragen in der  Mitte eine Platte 1.5 aus Graphit. Unterhalb  der Platten 15 sind am keramischen     Rahmen         Rinnen 16 vorgesehen, die das abgeschiedene       Altuminium    an der Kathodenseite auffangen       arid    in um Zapfen 18 schwenkbare     Sammel-          bceken    17 leiten, aus denen es.nach Betäti  gung der Haltevorrichtung 19,

   20 mit Hilfe  der von aussen     bedienbaren    Welle 21 in die  Ablaufrinne 22 und von dort durch die im  Boden befindlichen Öffnungen 23 zum Sumpf  24 fliesst, von wo es mittels des Saugrohres 8       abgezogen    werden kann. Auch die Teile 16 bis       '?3    sowie 8 bestehen aus keramischem Mate  rial, so dass ein Kurzschliessen der Einzelzel  len durch diese Teile ausgeschlossen ist.  



  Der Elektrolyt wird in den Behälter durch  einen Stutzen 6     eingeführt,    läuft abwechs  lungsweise von oben nach unten und von  unten nach oben im     Zickzackweg    durch die       I',inzelzellen    - zu welchem Zweck in den  Führungsrippen 13 abwechselnd unten und  oben     Offnungen    25 vorgesehen sind - und  fliesst endlich durch einen zweiten Stutzen 6  aus dem Behälter.  



  Am tiefsten Punkt des Behälters ist ein       Ahlass   <B>'</B>6 vorgesehen. Die Stromschienen 5  aus Eisen oder Kupfer führen bis dicht an  die Stirnelektroden und sind mit diesen durch  Klemmkontakte verbunden. Der Raum     zwi-          sehen    den Stirnelektroden und der Behälter  wand sowie der     Einführungsstutzen    sind mit       Kohlestampfmasse    27 ausgefüllt.  



  Die elektrische Leitfähigkeit des Elektro  lyts, die Potentialverhältnisse an den bipola  ren Elektroden 15 und die innere Ausgestal  tung des     Elektrolysierbehälters    1 sind derart,       dass    ein nennenswerter N     ebenschluss    durch den  Elektrolyten hindurch nicht stattfindet.

Claims (1)

1. PATENTANSPRUCH: Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium aus aluminiumchloridhaltigeti Schmelzen, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrolyse oberhalb der Schmelztemperatur des Aluminiums unter Verwendung einer Schmelze durchgeführt wird, die mindestens 1. -,Hol Alkaliehlorid auf ein Mol Aluminium ehlorid und ausserdem noch mindestens zwei weitere Chloride enthält, UNTERANSPRÜCHE 1.

   Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass als Alkalichlorid Kaliumchlorid verwendet wird und das Mol- verhältnis Aluminiumchlorid zu Kaliumchlo- rid zwischen 1 :1 und 1 :12 liegt. 2. Verfahren; nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass von den weiteren Chloriden mindestens das eine ein Erdalkali- ehlorid ist. 3.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 2., dadurch gekennzeichnet, dass als Erdalkalichlorid Magnesiumchlorid verwendet wird. 4. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass neben Aluminiumchlorid und Kalium chlorid noch Magnesiumchlorid und Lithium- chlorid im Molverhältnis 1 :1,5 bis 1 :4 ver wendet werden. 5. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze zur Verbesserung der Leit fähigkeit Natriumchlorid zugefügt wird. 6.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze zur Verbesserung der Leit fähigkeit Lithiumfluorid zugefügt wird, 7. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schmelze zur Verbesserung der Leit fähigkeit Natriumchlorid und Lithiiumfhuorid zugefügt werden. B. Verfahren nach Patentanspruch, da durch gekennzeichnet, dass die aluminium- ehloridhaltige Schmelze der elektrolytischen Zelle ständig zugeführt. und nach Verarmung an.

   Aluminiumchlorid ständig abgezogen wird. 9. Verfahren nach Patentanspruch und Unteranspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass in einem gasdichten Behälter eine Reihe von mehreren Einzelzellen vorgesehen ist, die durch Scheidewände mit stromleitenden, die Elektroden bildenden und in Serie geschalte ten Einsätzen gebildet sind, der Elektrolyt durch Öffnungen abwechselnd oben und unten von einer Einzelzelle zur andern fliesst und so den Behälter in einem Zickzackweg durch fliesst. 10.

   Verfahren nach Patentanspruch und Unteransprüchen 8 und 9, dadurch gekenn zeichnet-, dass das abgeschiedene Aluminium in jeder Einzelzelle in einem von aussen be- dienba.ren und kippbaren Sammelbehälter aufgefangen wird.