DE1044420B - Process for the liberation of chloride-fluoride baths for the melt-flow electrolysis of undesired oxides - Google Patents
Process for the liberation of chloride-fluoride baths for the melt-flow electrolysis of undesired oxidesInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
Für die Schmelzfluß-Elektrolyse werden laufend Chlorid-Fluorid-Bäder benutzt, da sie eine genügend hohe elektrische Leitfähigkeit aufweisen, jedoch besitzen diese Bäder oft den Nachteil, daß sie Oxyde nicht auflösen, die sich dann lokal ansammeln und die Elektrolyse stören.Chloride-fluoride baths are continuously used for melt flow electrolysis, as they are sufficient have high electrical conductivity, but these baths often have the disadvantage that they contain oxides do not dissolve, which then accumulate locally and interfere with electrolysis.
Die elektrolytische Raffination gewisser Metalle wird mittels des Dreischichtenverfahrens durchgeführt: Eine Schicht aus einer schweren Legierung, die das zu raffinierende unreine Metall enthält, dient als Anode und liegt in flüssigem Zustand am Boden des Tiegels der Elektrolysezelle. Sie wird bedeckt durch eine Schicht aus geschmolzenem Elektrolyt, auf welcher das raffinierte Metall schwimmt, das die Kathode darstellt.The electrolytic refining of certain metals is carried out using the three-layer process: A layer of a heavy alloy containing the impure metal to be refined serves as the Anode and lies in the liquid state at the bottom of the crucible of the electrolysis cell. She is covered by a layer of molten electrolyte on which floats the refined metal that makes up the cathode represents.
Der Elektrolyt besteht gewöhnlich aus einer Mischung aus Chloriden und Fluoriden, in welcher ein bemerkenswerter Anteil einer Halogenverbindung des zu raffinierenden Metalls enthalten ist, um eine Abscheidung von Alkali- oder Erdalkalimetallen an der Kathode zu verhindern, deren Salze im allgemeinen den größten Teil des Elektrolyten darstellen.The electrolyte usually consists of a mixture of chlorides and fluorides, in which a notable proportion of a halogen compound of the metal to be refined is contained to a deposit to prevent alkali or alkaline earth metals at the cathode, their salts in general represent most of the electrolyte.
So wird beispielsweise bei der Raffination von Aluminium ein Bad benutzt, das 60% BaCl2 und 40% Chiolith (2AlF3 -3NaF) enthält, wobei dem Gemisch etwas Natriumchlorid zugefügt wird.For example, when refining aluminum, a bath is used that contains 60% BaCl 2 and 40% chiolite (2AlF 3 -3NaF), with some sodium chloride being added to the mixture.
Es ist auch vorgeschlagen worden, ein natriumfreies, Bariumchlorid, Calciumfluorid und Aluminiumfluorid enthaltendes Bad zu verwenden, wobei der Anteil an der letzteren Verbindung zwischen 25 und 35 % schwanken kann.It has also been suggested a sodium-free, barium chloride, calcium fluoride and aluminum fluoride containing bath, with the proportion of the latter compound between 25 and 35% can fluctuate.
Im Verlauf der Elektrolyse müssen periodisch Salze zugefügt werden, um die Zusammensetzung des Bades innerhalb der Grenzen zu halten, in welchen man an der Kathode raffiniertes Metall erhalten kann. Die Zusätze umfassen Aluminiumfluorid mit einem auf Grund der Herstellungsweise des Fluorides stets vorhandenen gewissen Gehalt an freier Tonerde. Die Restfeuchtigkeit dieses Salzes führt zu Hydrolysereaktionen der folgenden allgemeinen Art:In the course of the electrolysis, salts must be added periodically to improve the composition of the bath to be kept within the limits in which refined metal can be obtained at the cathode. the Additives include aluminum fluoride with one that is always present due to the way the fluoride is made certain free clay content. The residual moisture in this salt leads to hydrolysis reactions of the following general type:
Verfahren zur BefreiungProcedure for exemption
von Chlorid-Fluorid-Bädernof chloride-fluoride baths
für die Schmelzfluß-Elektrolysefor melt flow electrolysis
von unerwünschten Oxydenof unwanted oxides
Anmelder:Applicant:
Pechiney, Compagnie de ProduitsPechiney, Company de Produits
Chimiques et Electrometallurgiques,Chimiques et Electrometallurgiques,
ParisParis
Vertreter: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. PulsRepresentative: Dr.-Ing. F. Wuesthoff, Dipl.-Ing. G. Pulse
und Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Pechmann,and Dipl.-Chem. Dr. rer. nat. E. Frhr. v. Bad luck man,
Patentanwälte, München 9, Schweigerstr. 2Patent Attorneys, Munich 9, Schweigerstr. 2
Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 30. März und 6. Juli 1955Claimed priority:
France of March 30 and July 6, 1955
Emile Pruvot, Hermillon, Savoyen (Frankreich),
ist als Erfinder genannt wordenEmile Pruvot, Hermillon, Savoy (France),
has been named as the inventor
2 AlF3 + 3 H2O = Al2O3 + 6 HF.2 AlF 3 + 3 H 2 O = Al 2 O 3 + 6 HF.
Im Verlauf der Reaktion schlägt sich diese Tonerde an der Anode nieder, was den Ohmschen Widerstand an. den Berührungsstellen der beiden Schichten vergrößert; die Tonerde setzt sich auch ringsum an der Elektrolysezelle an und bildet dort stark tonerdereiche Krusten, in denen bis 50% Al2O3 gefunden wurden; cffes führt zur Einengung des Zellenquerschnittes und dadurch zum Anwachsen der Stromdichte, was eine weitere Ursache zum Anstieg der Spannung zwischen den Polen der Zelle ist.In the course of the reaction, this alumina precipitates on the anode, giving rise to the ohmic resistance. the contact points of the two layers enlarged; the alumina also attaches itself to the electrolysis cell all around and forms very alumina-rich crusts in which up to 50% Al 2 O 3 was found; cffes leads to a narrowing of the cell cross-section and thus to an increase in the current density, which is another cause of the increase in the voltage between the poles of the cell.
Aus all diesen Gründen ist freie Tonerde, sei sie von vornherein anwesend oder sekundär gebildet, höchst unerwünscht.For all these reasons, free clay, whether it is present from the outset or formed secondary, is highly undesirable.
Das Verfahren nach der Erfindung hilft diese Nachteile vermeiden, indem es das Elektrolyse- oder Korrektionsband frei von Sauerstoffverbindungen macht. Das Verfahren besteht darin, daß man das Bad mit einer Substanz behandelt, die auf die oxydischen Verbindungen eine stark fluorierende Wirkung ausübt und sie in Fluoride überführt. Hierzu kann gasförmige Fluorwasserstoffsäure benutzt werden, jedoch lassen sich besonders gute Ergebnisse mit den sauren Fluoriden der Alkali- und Erdalkalimetalle erreichen.The method according to the invention helps avoid these disadvantages by using the electrolysis or correction tape free of oxygen compounds. The procedure is that you can take the bath with you treated with a substance that has a strong fluorinating effect on the oxidic compounds and convert them to fluoride. Gaseous hydrofluoric acid can be used for this purpose, however particularly good results can be achieved with the acidic fluorides of the alkali and alkaline earth metals.
Gemäß einer bevorzugten Durchführungsform der Erfindung fügt man den Badbestandteilen saures Ammoniumfluorid (Ammoniumbifluorid) bei, das im Verlauf der Behandlung wieder vollständig verschwindet.According to a preferred embodiment of the invention, acidic ammonium fluoride is added to the bath components (Ammonium bifluoride), which disappears completely during the course of treatment.
Die fluorierende Wirkung des Ammoniumfluorids beginnt bei 200° C, einer Temperatur, die weitaus genügt, um den Hauptanteil der das Bad darstellenden Halogenide zu dehydratisieren. Die Wirkung des sauren Fluorides kann mit Vorteil bis auf 600° C ausgedehnt werden.The fluorinating effect of ammonium fluoride begins at 200 ° C, a temperature that is by far sufficient to dehydrate most of the halides that make up the bath. The effect of the sour Fluorides can be extended up to 600 ° C with advantage.
Es wurde festgestellt, daß während der Durchführung des Verfahrens gewisse Chloride teilweise zu Fluoriden umgesetzt werden können, was manchmal nachteilig ist.It was found that certain chlorides partially increased during the implementation of the process Fluorides can be converted, which is sometimes disadvantageous.
809 679/321809 679/321
In diesem Falle schließt man vorzugsweise diejenigen Chloride, die dazu neigen, in für die Elektrolyse unerwünschte Fluoride überzugehen, von der Behandlung mit einem Fluorierungsmittel aus. Derartige Chloride können — gegebenenfalls in Vakuum —- getrennt getrocknet werden, ehe man sie mit den Verbindungen, die dem Fluorieren unterworfen worden waren, vermischt.In this case one preferably excludes those chlorides which tend to be included in the electrolysis transferring unwanted fluorides from treatment with a fluorinating agent. Such Chlorides can be separated - if necessary in vacuo be dried before treating them with the compounds that have been subjected to fluorination were mixed.
Das folgende Bespiel dient zur Erläuterung der Erfindung, ohne diese einzuschränken.The following example serves to explain the invention, without restricting them.
Beim kontinuierlichen Raffinieren von Aluminium mittels eines Bades aus 60% BaCl2 und 4O°/o Chiolith (2 Al F3 · 3 NaF) müssen periodisch Ausgleichszusätze mit einem Gehalt an AlF3, BaCl2 und NaCl zugefügt werden. Beim Fluorieren mit NH4F-HF wird ein Teil des Bariumchlorides in Bariumfluorid übergeführt, dessen Anwesenheit die Dichte, den Schmelzpunkt und die Selektivität des Bades verändert und dasselbe zur Aluminiumraffination ungeeignet machen kann. Man geht daher wie folgt vor:When aluminum is continuously refined using a bath of 60% BaCl 2 and 40% chiolite (2 Al F 3 · 3 NaF), compensating additives containing AlF 3 , BaCl 2 and NaCl must be added periodically. When fluorinating with NH 4 F-HF, part of the barium chloride is converted into barium fluoride, the presence of which changes the density, melting point and selectivity of the bath and can make it unsuitable for aluminum refining. You therefore proceed as follows:
10 Teile Aluminiumfluorid werden gemischt mit 3 Teilen Ammoniumbifluorid NH4F-HF. Das Gemisch wird unter Rühren auf 400 bis 500° C erhitzt, wobei man anfangs sehr vorsichtig vorgeht, um ein Abtreiben zu vermeiden. Das Ende der Reaktion zeigt sich an durch ein Nachlassen des Schäumens. Das Aufheizen erfolgt vorzugsweise in einem Graphittiegel, wobei das zu erhitzende Gemisch in aufeinanderfolgenden Teilmengen aufgegeben wird, um ein zu heftiges Abtreiben zu vermeiden. Es kann ein Aluminiumrührer benutzt werden.10 parts of aluminum fluoride are mixed with 3 parts of ammonium bifluoride NH 4 F-HF. The mixture is heated to 400 to 500 ° C. with stirring, being careful initially to avoid drifting off. The end of the reaction is indicated by a decrease in foaming. The heating is preferably carried out in a graphite crucible, the mixture to be heated being added in successive partial quantities in order to avoid excessive forceful stripping. An aluminum stirrer can be used.
Wenn die Masse keine Blasen mehr wirft, gießt man das heiße Aluminiumfluorid in ein Aluminiumgefäß, worin es sich abkühlen kann. Sobald es kalt ist, wird es sofort mit den anderen korrektiven Salzen, BaCIg und NaCl, gemischt, die vorher bei 120° C sorgfältig getrocknet worden waren.When the mass stops bubbling, the hot aluminum fluoride is poured into an aluminum container, in which it can cool down. As soon as it is cold, it is immediately mixed with the other corrective salts, BaCIg and NaCl, mixed previously at 120 ° C had been carefully dried.
Auf diese Weise erhält man ein oxydfreies Zusatzbad, das bei der Aluminiumraffination zu ausgezeichneten Ergebnissen führt.In this way an additional, oxide-free bath is obtained, which leads to excellent results in aluminum refining.
Das Verfahren nach der Erfindung ist nicht auf die Aluminiumraffination beschränkt; es kann in jedem Fall angewandt werden, in welchem die Anwesenheit einer Oxydverbindung unerwünscht ist, und zwar ebenso bei der Metallgewinnung durch Elektrolyse wie bei der Raffination von Metallen.The method according to the invention is not limited to aluminum refining; it can be in everyone Case in which the presence of an oxide compound is undesirable, namely just as in metal extraction by electrolysis as in the refining of metals.
Das Verfahren ist beispielsweise besonders brauchbar zur Desoxydierung von Bädern, wie sie bei der elektrolytischen Darstellung oder Raffination von Titan und Zirkonium benutzt werden.The process is particularly useful, for example, for deoxidizing baths, such as those in the electrolytic preparation or refining of titanium and zirconium.
Das Raffinationsbad besteht im allgemeinen aus Natriumchlorid oder einem Gemisch aus NaCl mit anderen Alkali- oder Erdalkalichloriden, z. B. KCl.The refining bath generally consists of sodium chloride or a mixture of NaCl with other alkali or alkaline earth chlorides, e.g. B. KCl.
Gemäß der Erfindung werden Na Cl oder Na Cl und KCl trocken vermischt mit etwa 10'Λ NH4F-HF; das Gemisch wird auf 300 bis 500° C erhitzt, und die Behandlung wird in gleicher Weise weitergeführt wie bei der Raffination von Aluminium. Eine geringe Menge der Chloride wird in die Fluoride übergeführt, was das Raffinieren in keiner Weise stört.According to the invention, Na Cl or Na Cl and KCl are dry mixed with about 10'Λ NH 4 F-HF; the mixture is heated to 300 to 500 ° C and the treatment is continued in the same way as for the refining of aluminum. A small amount of the chlorides are converted into the fluorides, which does not interfere with the refining in any way.
Auf diese Weise werden Titan oder Zirkonium in Form von Kristallen erhalten, die größere Durchmesser und eine geringere Härte aufweisen als diejenigen, die aus Bädern stammen, welche nicht der Behandlung mit Ammoniumbifluorid unterworfen worden waren.In this way titanium or zirconium are obtained in the form of crystals with a larger diameter and have a lower hardness than those obtained from baths which do not undergo treatment with ammonium bifluoride.
Claims (3)
K. A. Hof mann : Lehrbuch der anorganischen Chemie, 1924, S. 227.Considered publications:
KA Hofmann: Textbook of Inorganic Chemistry, 1924, p. 227.
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