CH428239A - Zelle zur Herstellung von Natrium durch Schmelzflusselektrolyse - Google Patents

Description

  Zelle     zur        Herstellung    von     Natrium    durch     Schmelzflusselektrolyse            Die        Erfindung        betrifft        eine    Zelle zur     Herstellung    von  Natrium durch     Schmelzflusselektrolyse,        enthaltend    ein  senkrechtes Steigrohr mit     drehbarem.    und in     senkrechter     Richtung verschiebbarem     Schaber,

      bestehend .aus einer       konzentrisch    zum     Steigrohr    angeordneten Achswelle mit       mindestens        einem    Schabemesser.  



  Bei bekannten     Verfahren    zur     Erzeugung    von  Natrium durch     SchmeIzelektrolys,e    enthält das Bad ge  wöhnlich grosse Mengen an     Caleiumchlorid,    um den       Schmelzpunkt    des     Natriumehlorides        herabzusetzen,    und  daher bildet sich     zusammen        mit    dem     Natrium    .eine uner  wünscht     ,

  grosse    Menge an     metallischem        Calevum.    Da das       spezifische    Gewicht oder     Elektrolytschmelze    höher ist als       dasjenige    des Natriums, steigt das Metall in dem Bad  nach oben und gelangt durch ein Rohr ;

  aus der     Zelle     hinaus, das als Steigrohr bezeichnet     wird.        Beinur    Aufstei  gen in dem     Steigrohr        kühlt    .sich das flüssige Natrium,  welches gelöstes     Calcium    .enthält, ab, wodurch festes       Calclum    ausfällt, welches nach Möglichkeit zur     Grenz-          fläche    zwischen     Metall    und     Elektrolytschmelze    hinun  tersinken soll,

   wo es mit dem     Natriumchlorid    unter     Bil-          dung    von     Calciumchlorid    reagieren kann. Nun     erstarrt     aber     Idas        Calcium,    wenn es ausfällt,     zu        kleinen        Teilchen,     die sich     langsam        absetzen    und an     der        Innenwandung    des  Steigrohres festhaften. Wird     Druck    ausgeübt, so ballt  sich das abgeschiedene     Calcium    zusammen und haftet  immer fester.

   Man hat     verschiedene    Wege vorgeschla  gen, um dieser Schwierigkeit Herr zu werden, z. B. Steig  rohre von     grösserem        Durchmesser,        verstärkte    Kühlung  oder     Erhitzung        desjenigen        Teiles    des Steigrohres, der  aus dem     Zellenbad    herausragt,     sowie    verschiedene     kon-          tinuierlich    oder diskontinuierlich arbeitende     Abkratzer     oder     Rührer.    Keines dieser Mittel hat sich jedoch als so  wirksam erwiesen,

       wie        @es    für einen fortlaufenden Be  trieb     .erforderlich    ist, und man muss nach wie vor die  Innenseite der     SteIgrohrwandungen    in     mühevoller    und  gefährlicher Weise mit     Hilfe    von Stäben oder     Stangen          ausräumen,    um eine Verstopfung zu vermeiden, oder     es     ist notwendig,

   das     aus    -der     Zelle        abgezogene    heisse       Natrium        ausserhalb    der     Zelle    kostspieligen Trennver-    fahren zu     unterwerfen,

      was     wiederum        zur        schnelleren          Erschöpfung    des als     Flussmittel    dienenden     Calcium-          chlorids    in der Zelle führt und die     Aufrechterhaltung    der       richtigen        Zusammensetzung    des     Elektrolyten    stört.  



  Die     erfindungsgemässe    Zelle .ist dadurch .gekenn  zeichnet, dass jedes der     Schabemesser    längs     derjenigen          Strecke,        auf    der     eine    ,deutliche Temperaturänderung     des     aufsteigenden     Natriums    stattfindet, eine .senkrecht ver  laufende scharfe     Schneidkante        aufweist,    die der Innen  wand des Steigrohres unmittelbar benachbart ist.  



  Eine     Ausführungsform        der        Erfindung    soll     anhand     folgender     Figuren    .erläutert     werden:          Fig.    1 ist in     Längsschnitt    durch eine     Schmelmelek-          trolysezelle,          Fig.    2 ist eine Draufsicht     auf    einen     Abschaber    zur  Verwendung in dem     .Steigrohr        der    Zelle,       Fig.    3 ist ein Querschnitt durch das.

       Steigrohr        und     den     Abschaber    nach :der Linie     A-.A    der     Fg.    1.  



  Die     Zelle    gemäss     Fig.    1 besteht .aus einem     zylinder-          förmigen        Mantel    1 mit einer     feuerfesten        Ziegelausklei-          dung    2. Durch den Boden der Zelle ist ,eine     zylinderför-          nmge        Graphitanode    3     geführt,    die von der     zylinderförmi-          gen    Ringkathode 4 aus Stahl umgeben ist, die     ihrerseits     Anschlüsse 5 nach der Aussenseite der Zelle hin auf  weist.

   Die Anode und     die    Kathode sind durch ein porö  ses,     zylinderförmiges        Metalldiaphragma    6 (gewöhnlich  aus     Dnahtnetz)        voneinander    .getrennt, welches an dem  als      Sammelring     bezeichneten     ringförmigen    Aufbau 7  aufgehängt ist.

   Der     Sammelring    7 ist eine     umgekehrte     Rinne     zum        Sammeln:    des an     der    Kathode erzeugten     flüs-          sigen    Natriums.     Gasförmiges    Chlor :steigt von der Anode  3 auf, sammelt sich in der Chlorhaube 10     und    wird  durch das Rohr 11     aus    der Zelle -abgezogen.

   Die aus  ,dem     Sammelring    7 und -der Haube 10 bestehende     An-          ordnung        wird    in der Zelle auf     nicht        dargestellte    Weise  abgestützt.

   An einer geeigneten Stelle erstreckt sich die  Leitung 8, 9 von dem     Sammelring    7 aus senkrecht nach  oben., um das     flüssige    Natrium infolge     :des        hydrostati-          sehen    Druckunterschiedes zwischen der     Elektrolyt=          schmelze    und     dem        Natrium    senkrecht aus der Zelle ab-           zuführen.    Das Natrium strömt durch     die    Leitung 8, 9  über ein Wehr 12     in    das     Auffanggefäss    13.

   Das obere  Ende der     Leitung    8, 9, die als      Steigrohr     bezeichnet       werden        kann,    kann mit     Kühlrippen    14 versehen     sein.     Eine .als      Abschaben         bezeichnete        Vorrichtung    15     ,ist     von oben her in das Steigrohr 8, 9 .eingesetzt und     lässt     sich     mit        Hilfe        des        Handgri        ffes    16 drehen,

       um        die    Innen  wandung des Steigrohres abzuschaben. In diesem Falle  besteht -der Abschaben 15 aus drei     gekrümmten    Schabe  messern, die bei 18     zu    einerbaulichen     Einheit        zusam-          mengeschweisst    sind, welche in der     Richtung    der       Schneidkanten    19     @drehbar    ist.

   Die     Schneldkanten    19       sind    so ausgebildet, dass sie ,alle     Calciumabscheidungen     von ,der     Innenwand        ,des    Steigrohres 8, 9 abschaben kön  nen.

   Am oberen Ende ist der     A,bschaber    durch     die     Lager 20     zentriert,        und    weitere Lager an anderen     Stellen     es     Abschabers    sind     vorzugsweise        nicht    erforderlich, da       die    drei     Schnei:

  dkanten    der Schabemesser     miteinander     Winkel von .etwa 120      bilden    und nur     ein        geringes    Spiel       in    dem Steigrohr haben, so dass sie selbst     Birne        Zentrie-          rang        bewirken.        trbermässige    Wärmeverluste von     der     Oberfläche 21 der     Salzschmelze    wenden - durch die  Decke 22 verhindert.

   Mit     Hilfe    des     Handgriffes    16 kann       ,der        Abschabet        innerhalb    der     durch    die Lager 20 gege  benen Grenzen     einige        Zentimeter        ,angehoben    werden,  und wenn der     Handgriff    losgelassen     wird,        fällt    der Ab  schober     mit    solcher     Kraft    nach unten,

   dass das an den       Schabmessern        etwa    anhaftende     Material    sich lockert.  



  Da das ausgefallene     Calcum    die Neigung zeigt,  schon bei     Einwirkung    :eines schwachen Druckes, der  mechanisch oder durch     Schwerkraft    ,ausgeübt     werden          kann.,    ,an festen     Oberflächen        anzuhaften,        sollten    sich  vorzugsweise in dem Steigrohr keine waagerechten Flä  chen oder     Vorsprünge    befinden, .auf denen das     Calcium     sich     absetzen    kann.  



       Beim        Betrieb    der     Zelle        bildet    sich das     Calcium    an  oder in der     Nähe    der     Wandung    des Steigrohres, und  wenn man es sich     ansammeln    lässt oder es gegen     die     Wandung     drückt,    haftet     .es    ,an     derselben    an und bildet       widerstandsfähige    verdichtete Massen, die sich     immer     schwerer ablösen lassen.

       Infolge    der Umdrehung des       Abschabers    mit     seinen        scharfen    Kanten ist     es    jedoch im  Sinne der     Erfindung        möglich,    das     angesammelte    Cal  cium von der     Steigrohrwandung,abzuschaben.        Vorzugs-          weise        sollen        -die        Schabemesser    möglichst .spitze Winkel       mit    der     ,

  abzuschabenden        Oberfläche        bilden,    und der Ab  schaben sollte     nur        in    der     Richtung    der     Schneldekanten     gedreht werden,     woben    alle     Schneidekanten    die gleiche  Richtung     aufweisen.        Wenn    der     Abschab.er    in der     zu    der  Richtung der     Schneldekanten        ,entgegengesetzten    Rich  tung gedreht     wird,

          kann    das     Calcium    auf der     Steigrohr-          wandung        verschmiert    oder     dicht        :gepackt    werden, und  dann     wird    es     rasch    so hart,     dass    ,es sich     praktisch        nicht          mehr    abschaben     lässt    und das     Steigrohr    durch Ausräu  men mittels     einer        mit    :

  einer     scharfen        Meissclspitze    ver  sehenen Stange von oben her     mit        Gewalt        gereinigt        wer-          denmuss,        wob:    i ,der     Inhalt        des    Steigrohres mit :

  der Luft  in Berührung kommt.     Alles    dies ist .kostspielig, gefähr  lich und zeitraubend und lässt     isich    weitgehend durch  den richtigen     Betrieb    des     erfindungsgemässen        Abscha-          bers    vermeiden.  



  Wenn der Abschaben     weniger        .als        ,drei        Schabemesser          besitzt,    :kann     eierforderlich    sein, an     einer    tiefer gelege  nen Stelle des     Steigrohres    ein weiteres Lager vorzuse  hen, um die     Schneidkante    in der richtigen Stellung zu       halten,        ;damit    sie die     Innenfläche    des     Steigrohres    ab  schabt.

   Wenn drei oder     mehr        Schneidkanten    vorgesehen    sind, ist kein     weiteres    Lager     als.,dasjemge    im oberen Teil  des     Steigrohres        ,erforderlich.    Der Abschaben kann mehr  als drei     Schabemesser    besitzen;

   die     Ausbildung    mit drei       Schabemessern    wird jedoch     bevorzugt.        Vorzugsweise     sind     die    Schabemesser     gekrümmt,    wie in     Fig.    3     dange-          stellt,    sie können aber auch gerade     ausgebildet        sein.    In       ,diesem    Falle ist bei der     Konstruktion    :

  grössere     Sorgfalt          erforderlich.    Vorzugsweise sind die Schneidekanten in  ,der     Richtung    der     Um@dr        ehung.    des     Abschabers    in     einem     solchen     Winkel    angeordnet, dass sie jede Ablagerung  von der     Steigrohr:

  wandung    .abschneiden oder abschaben       können.,    ohne ,die     Ablagerung    gegen     die        Wand        zu          schmieren    und ,dadurch die     Erhärtung    der Ablagerung       herbeizuführen.    In Anbetracht der     Temperaturwirkung     ist es     im    allgemeinen     notwendig,    einen     ,geringen;    Abstand  zwischen der scharfen     Schneidkante    und der Innenwand       des        Steigrohres    vorzusehen;

       dieser    Abstand soll     aber     vorzugsweise nicht     ,grösser    als etwa 4,76 mm sein und  braucht sogar nur etwa 1,59 mm zu betragen.  



  Das Steigrohr     soll    sich vorzugsweise so weit wie       möglich        einer        vollkommenen    Zylinderform     .annähern.     Das     Steigrohr    kann einen unteren     Albschnitt        besitzen,     der einen geringeren Durchmesser     aufweist    als der obere       Abschnitt.    Wenn z.RTI ID="0002.0234" WI="4" HE="4" LX="1456" LY="1058">  B.    der obere Teil ,des Steigrohres  20 cm weit ist,     kan    der untere     Teil    15 cm weit sein, und  ,

  der Abschaben kann entsprechend     ausgebildet    sein, so  dass er     imstande    ist, alle mit Natrium in     Berührung    ste  henden     Innenflächen    :des Steigrohres abzuschaben. Die  Grösse des     Stelgrohrdurchmessers        hängt        teilweise    von  ,der Grösse ,der     Zelle    ab. Für     eine        Zelle,        die    etwa 454 kg  Natrium je Tag     erzeugt,    ist ein     Steigrohrdurchmesser     von 15 bis 25 cm     geeignet.     



  Der     Abschab:er    ist     vorzugsweise    ,an einem oder meh  reren, jedoch     nicht    an allen     Schabemesisern        mit    einer  oder     mehreren    Öffnungen oder Löchern versehen, wie  sie in     Fig.    2     bei    17 dargestellt sind.

   Diese     öffnunge,    die  eine Fläche von, mindestens etwa 3,225 cm' haben sol  len,     ,gestatten    eine ;schwache     Pumpwirkung        in    den senk  rechten Kammern, die von den Schabemessern gebildet  werden, und dies     unterstützt    den Zerfall von Einschlüs  sen oder     gelartigen,        schlecht        definierten        Massen,    die  sich ,

  aus     in        dem        Natrium        .ausgefallenem        Calcium    bei ge  wissen     Temperaturbereichen    bilden, ,die .das     Natrium     auf :seinem Weg d     urch        Idas    Steigrohr     :durchläuft.     



  Es hat sich     als    vorteilhaft erwiesen,     den    Abschaben  in     periodischen    Abständen, z. B. alle 30 Minuten,     zu     betätigen. Diese Betätigung besteht     im        allgemeinen    aus 1  bis 10 Umdrehungen des     Abschabers,    an     die    sich,     jeweils     ein oder     mehrere        Fälle    .oder Stösse     ;

  anschliessen,    die       durch    Anhebendes     Abschabers    um etwa 7,5 bis 10 cm       und        Zurückfallen-lassen    unter     seinem    eigenen Gewicht  ausgeübt     werden,    um     Feststoffe    zu lockern, die sich auf  ,den     Schabemessern        möglicherweise        angesammelt    haben.       Derartige    Stösse können auf jede beliebige Weise durch       rasche    :senkrechte     Bewegung        .erzielt    werden.

   Das     Aus-          mass    der senkrechten Bewegung     ist        im.        -allgemeinen    nicht       grösser    als der     Durchmesser    des Steigrohres; :es     kann     sogar viel     kleiner    sein, sofern der Stoss nur scharf genug  ist, um     alles        Calcium,    welches an, den     Oberflächen    der       Schabemesser    haften geblieben     ist,        abzulösen.     



  Der     Abschaber        kann    von Hand oder automatisch  derart     betätigt    werden.,     ,dass    :die Umdrehung und     die     durch ein     Herabfallen    um     ,mehrere        Zentimeter    verur  sachten     Stösse    in     ,bestimmten    Zeitabständen erfolgen.

Claims (1)

1. PATENTANSPRüCHE I. Zelle zur Herstellung von Natrium ,durch Schmelzflusselektrosyse, enthaltend ein senkrechtes Steigrohr (8, 9) mit drehbarem und in senkrechter Rich- tung verschiebbarem Schaber, bestehend aus einer kon zentrisch zum Steigrohr angeordneten Achswelle mit mindestens einem Schabemesser, dadurch gekennzeich net,

   dass jedes der Schabemesser (15) längs derjenigen Strecke, auf ;der eine ,deutliche Temperaturänderung des aufsteigenden Natriums stattfindet, eine senkrecht ver laufende scharfe Schneidekante (19) aufweist, die der Innenwand des Steigrohres (8, 9) .unmittelbar benachbart ist.

   1I. Verfahren zum Betrieb einer Zelle gemäss Patent anspruch I, dadurch gekennzeichnet, dass in .der Steig leitung paus dem Natrium Calcium .ausgefällt, das abge schiedene Calcium von der Innenwand der Steigleitung abgekratzt und das Calcium in die Schmelze zurückge- führt wird. UNTERANSPRÜCHE 1.

   Zelle nach Patentanspruch I, dadurch Bekenn zeichnet, dass jede Schneidekante in der Drehungsrich tung ausgerichtet äst. 2. Zelle nach Patentanspruch I, dadurch gekenn- zeichnet, dass der Ab.schaber mindestens drei Schabe messer (15) :aufweist, die so gebaut und angeordnet sind, dass sie miteinander indem Steigrohr (8, 9) im wesentli- chen voneinander .getrennte senkrechte Kammern bil den, wobei mindestens ein Schabemesser (15) durchlocht ist. 3.

   Zelle nach Unteranspruch 2, dadurch Bekenn- zeichnet, dass der Schaber drei Schabemesser (15) auf weist, die miteinander Winkel von 120 bilden. 4.

   Zelle nach Patentanspruch I, dadurch gekenn@ zeichnet, dass jedes Schabemesser (15) so gebogen ist, dass es eine in der Drehungsrichtung gekrümmte Ober fläche aufweist und mit,der Innenwand des Steigrohres (8, 9) einen spitzen Winkel bildet. 5.

   Zelle nach Patentanspruch I, dadurch gekenn zeichnet, dass, der Abstand zwischen ider Schneidkantc (19) und der Innenwand des Steigrohres (8, 9) weniger als 4,76 ,mm beträgt. 6. Zelle nach Patentanspruch I, dadurch gekenn zeichnet, idass der Abschabrer in senkrechter Richtung verschiebbar ist, so dass er senkrecht angehoben und fallen .gelassen werden kann. 7.

   Zelle nach Patentanspruch .I, dadurch gekenn zeichnet, dass sich in mindestens einem Schabemesser (15), jedoch nicht in ;allen Schabemessern, eine oder mehrere öffnungen (17) befinden, die .eine Pumpwir- kung herbeiführen. B. Zelle nach Patentanspruch <B>1,</B> dadurch gekenn zeichnet, dass .das Steigrohr (8, 9) im Bereich der Dre heng,der Schabemesser (15) gerade Wandungen aufweist und .zylinderförmig ,ausgebildet ist.