DE1118474B - Geschlossene elektrolytische Zelle zur Herstellung hochschmelzender Metalle, insbesondere von Titan - Google Patents

Description

Gegenstand der Erfindung ist eine geschlossene elektrolytische Zelle, in der hochschmelzende Metalle der IV., V. und VI. Gruppe des Periodischen Systems, insbesondere von Titan, aus ihren Karbiden in einem kontinuierlichen Vorgang gewonnen werden können, der weder zur Herausnahme des Metalls noch zum Einbringen von Karbid oder von als Elektrolyt verwendetem Salz unterbrochen zu werden braucht.

Wichtige bereits bekannte Merkmale für die Erfüllung dieser Aufgabe sind eine großflächige umlaufende, z. B. walzenförmige Kathode, ein mit ihr zusammenwirkender Abnehmer für das sich auf ihr niederschlagende Metall und ein Aufnehmer für das abgenommene Metall.

Die Anode besteht erfindungsgemäß aus mindestens zwei V-förmig angeordneten plattenförmigen Teilen, die durch gesonderte Schleusen, deren schräge Bodenflächen mit den die Anodenplatten tragenden Bodenflächen des Elektrolytbehälters fluchten, ohne Schutzgasverlust auswechselbar sind.

Die neue ZeHe ist von besonderer Bedeutung für die Gewinnung von Titan und Zirkonium.

Die Zeichnungen veranschaulichen die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel.

Fig. 1 zeigt die Zelle in einem senkrechten Querschnitt;

Fig. 2 ist eine Teilansicht auf eine Kante einer Anodenplatte mit Bajonetteinsatzbüchse in größerem Maßstab,

Fig. 3 eine Ansicht eines entsprechenden Bajonettstabes im gleichen Maßstab,

Fig. 4 ein senkrechter Schnitt nach der Linie 4-4 der Fig. 1,

Fig. 5 eine Draufsicht der Zelle bei abgenommener Haube,

Fig. 6 ein vergrößerter Schnitt nach der Linie 6-6 der Fig. 1,

Fig. 7 ein vergrößerter Schnitt nach der Linie 7-7 der Fig. 4.

Gemäß Fig. 1 bis 3 besteht das Gehäuse der Zelle aus einem oben offenen unteren Stahlblechkasten 10 mit Flanschen 11 und einer Stahlblechhaube 14 mit Flanschen 13. Die beiden Gehäuseteile sind an den Flanschen unter Zwischenlegen von Dichtungsmaterial, ζ. Β. eines Asbeststreifens 15, durch Schrauben 12 lösbar miteinander verbunden. Der Kasten 10 hat die Form eines Parallelepipeds und die Haube 14 die Form eines Satteldaches mit einem die Flansche 13 tragenden senkrechten Anschlußwandteil.

Der Kasten 10 und die Haube 14 sind unter Freilassung der für die Aufnahme der Arbeitssteile und des Elektrolyten nötigen Hohlräume mit feuerfester

Geschlossene elektrolytische Zelle

zur Herstellung hochschmelzender Metalle,

insbesondere von Titan

Anmelder:

Deutsche Norton-Gesellschaft m.b.H.,
Wesseling (Bez. Köln)

Beanspruchte Priorität:
V. St. v. Amerika vom 17. Dezember 1954 (Nr. 475 952)

Guy Erwin jun., Shrewsbury, Mass.,
und Herbert F. G. Ueltz, Worcester, Mass.

(V. St. A.),
sind als Erfinder genannt worden

und elektrisch isolierender Auskleidung 20 bzw. 25 versehen.

Die Auskleidung 20 des Kastens 10 nimmt eine Graphitwanne 30 auf, deren stumpf V-förmiger Boden zusammen mit senkrechten Endwänden 30 a (Fig. 4) aus einem Stück besteht. Unterhalb der Auskleidung 25 befindet sich in der Haube 14 eine ihrer Form angepaßte einstückige Graphithaube 31.

Wie aus Fig. 4 und 5 ersichtlich, ist die Welle 40 der Kathodenwalze 50 auf der Außenseite des Gehäuses 10 und der Haube 14 in Kugellagern 38 gelagert.

Die zylindrische Kathodenwalze besteht aus einem Metall, das nicht das sich auf ihr elektrolytisch niederschlagende Metall verunreinigt, im Falle der Gewinnung von Titan am besten ebenfalls aus diesem. Die an den negativen Pol der Stromquelle angeschlossene Kathodenwalze 50 läuft in einer Salzschmelze 55 um, in der sich aus dem Karbid des zu gewinnenden Metalls, z. B. aus Titankarbid, bestehende Anodenplatten 60 befinden, die auf dem Boden der Graphitwanne aufliegen. Auf der Kathodenwalze 50 wird im Salzbad 55 das zu gewinnende Metall in Schwammform niedergeschlagen. Durch den Umlauf der Walze gelangt der Metallniederschlag aus dem Salzbad heraus und wird von ihr durch ein Abstreichblech 65 abgenommen, das mit der Aufnahmekante an dem niedergehenden Oberflächenteil der Walze anliegt,

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von hier schräg nach unten läuft und mit der Abfallkante über einem Schacht 70, 75 endet, der in seinem oberen TeE 70 mit chemisch inertem, hitzebeständigem Werkstoff, z. B. gesinterten Aluminiumoxydplatten 71, 72, 73, ausgekleidet ist und am unteren Ende des Teiles 75 eine abnehmbare Aufnahmebüchse 78 trägt.

Der Antrieb der Kathodenwalze 50 erfolgt von einem Elektromotor 95 aus über ein Untersetzungsgetriebe 91 und ein Kettengetriebe 89, 88, 87 mit sehr kleiner Geschwindigkeit, z. B. 4 U/Stunde,

Als schmelzflüssiger Elektrolyt kann jedes geeignete Salz, z. B. ein Alkali- oder Erdalkalihalogenid, verwendet werden. Für die Gewinnung in der erfindungsgemäßen Zelle kommen besonders die Metalle in Betracht, die in der folgenden Tafel unter Angabe der Atomzahlen nach Gruppen geordnet sind.

IVB	Gruppe VB	VIB
Titan 22	Vanadium 23	Chrom 24
Zirkonium 40	Niob 41	Molybdän 42
Hafnium 72	Tantal 73	Wolfram 74

Gemäß Fig. 1 und 4 sind elektrische Heizstäbe 130 und 131 vorgesehen, die durch entsprechende Kanäle in der Wanne 30 und in der Haube 31 gehen.

Gemäß Fig. 4 ist, um die Kathodenwalze 50 elektronegativ zu halten, ein Kommutatorring 150 vorgesehen, an den zum negativen Pol einer Gleichstromquelle führende Kabel 151 angeschlossen sind. Der Kommutatorring ist auf einer Kommutatorbüchse 152 angeordnet, die an der Welle 40 befestigt ist. Zum Isolieren der Welle 40 dienen Isolierplatten 155 zwischen dem Kasten 10 und der Haube 14 einerseits und den Kugellagergehäusen 38 andererseits.

Gemäß Fig. 7 besteht der Kommutatorring aus zwei Hälften, die auf einer Seite durch eine Klemme 154 miteinander verbunden sind. Diese ist am Ende eines feststehenden Armes 155 angebracht, an dem zwei Kabel 151 befestigt sind, und der durch Kabel 156 mit der negativen Seite der Stromquelle verbunden ist. Die beiden Hälften des Ringes 150 sind auf der anderen Seite durch eine Feder 157 verbunden, die an in die Ringhälften eingesetzten Stiften 158 angreift. Da der Ring 150 durch die Feder 157 in Druckanlage an die Büchse 152 gehalten wird, ergibt sich hier nur ein unbeachtlicher Widerstand.

Zum Anschluß der Anodenplatten 60 an den positiven Pol einer Gleichstromquelle (Fig. 1 und 4) dient ein Kabel 160, das an eine mit einem Stab 165 verbundene Klemme 161 angeschlossen ist. Der Stab 165 geht durch eine senkrechte Bohrung in der Auskleidung 20, ist in die Graphitwanne 30 eingeschraubt, auf der die Anodenplatten 60 liegen, und wird durch Wasserumlauf gekühlt.

Gemäß Fig. 1 und 5 ist die Abstreichplatte 65 an einer Welle 196 befestigt. Diese geht durch Isolierbüchsen 197, die durch halbkreisförmige Ausschnitte in dem Kasten 10 und der Haube 14 gehalten werden. Auf einem Ende der Welle 196 ist ein Arm 200 befestigt, der ein Schiebegewicht 203 trägt, das ein regelbares Drehmoment auf die Abstreichplatte 65 ausübt, die daher mit regelbarem Druck an der Kathodenwalze 50 anliegt, von der sie das auf ihr sich niederschlagende Metall abschabt.
Für das Einführen bzw. Auswechseln der Karbidanoden 60 sind Schleusen 250 vorgesehen. Auf der Auskleidung 20 ruhen undurchlässige Aluminiumoxydplatten 251, die bündig mit den Oberflächen der schrägen Bodenteile der Graphitwanne 30 liegen. Auf ίο der rechten Seite der Fig. 1 steht die Platte 251 in Berührung mit der Wanne 30 und verläuft zwischen dieser und der Haube 14. Auf der linken Seite steht die Platte 251 in Berührung mit der Schachtplatte 71 und in gleicher Höhe mit deren Oberkante und reicht ebenfalls bis zur Haube 14.

Aus Fig. 1 und 6 ist ersichtlich, daß die Schleusen 250 die Form von rechtwinkligen hohlen Parallelepipeden haben, die an die Außenseite der Haube 14 angeschweißt sind, die entsprechende rechteckige Durchlässe aufweist, an die sich Kanäle in der Auskleidung 25 anschließen. Die Schleusen 250 weisen Gleitschienen 255 aus feuer- und abnutzungsfestem Werkstoff, beispielsweise geschmolzenem Aluminiumoxyd, auf, aus dem auch verschiedene andere Teile der Zelle bestehen können. Diese Schienen haben die Form dreiseitiger Prismen, die mit einer aufwärts gerichteten Kante in der Höhe der oberen Flächen der Platten 251 liegen. An die Decken der Schleusen 250 sind Schieberführungen 258 und 259 angeschweißt, in denen die aus einfachen Metallplatten bestehenden Schleusenschieber 260 und 261 gleiten. Die äußeren Schieber 260 sind mit Ausschnitten 262 versehen.

In Fig. 3 ist ein Stahlstab 270 dargestellt, der an einem Ende einen Handgriff aus Isoliermaterial und am anderen Ende einen Greifer 272 mit radialen Klauen trägt. Dieser Stab kann durch den Ausschnitt 262 eines jeden der Schleusenschieber 260 eingeführt und nach Öffnen des Schiebers 261 bis zu der betreffenden Anodenplatte 60 vorgeschoben werden. Dabei füllt der Stab 270 den Ausschnitt 262 im wesentlichen aus, so daß so gut wie kein Gas aus dem Arbeitsraum entweichen kann. Die Anodenplatten 60 weisen in einer Seitenkante je eine Öffnung 275 mit radialen Schlitzen 276 auf, durch die der Greifer 272 des Stabes 270 eingeführt werden kann. Dreht man darauf den Stab, so gelangen die Klauen des Greifers 272 in Eingriff mit ringförmigen Nuten in der Anodenplatte 60, so daß eine Kupplung entsteht und die Anodenplatte durch Zurückziehen des Stabes 270 herausgeholt werden kann. Befindet sich die Anodenplatte außerhalb des Schleusenschiebers 261, so wird dieser geschlossen und darauf der Schieber 260 geöffnet, so daß die Platte 60 vollständig herausgezogen werden kann, ohne daß Gas verlorengeht. Auf dem umgekehrten Wege kann sodann eine neue Anodenplatte eingeführt werden. Die Schieber 261 weisen Ausschnitte zur Aufnahme der Gleitschienen 255 auf, so daß bei geschlossenen Schiebern 261 praktisch kein Gas entweichen kann.

Die Schleusen ermöglichen also das Einführen und den Ersatz der Anodenplatten 60 ohne Unterbrechung des Arbeitsganges und ohne Schutzgasverlust.

Claims (3)

PATENTANSPRÜCHE:

1. Geschlossene elektrolytische Zelle zur Herstellung von hochschmelzenden Metallen der IV., V. und VI. Gruppe des Periodischen Systems, insbesondere von Titan, aus ihren Karbiden in

einem unter inerter Atmosphäre stehenden Salzschmelzbad unter Verwendung einer großflächigen, umlaufenden Kathode und einer aus dem Metallkarbid bestehenden Anode, dadurch ge kennzeichnet, daß die Anode aus mindestens zwei 5 V-förmig angeordneten plattenförmigen Teilen besteht, die durch gesonderte Schleusen (250) auswechselbar sind, deren schräge Bodenflächen mit den die Anodenplatten tragenden Bodenflächen des Elektrolytbehälters (30) fluchten.

2. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Schieber (260) jeder Schleuse (250) eine öffnung (262) für das gasdichte Einführen eines Gerätes (270) zum Herausholen einer verbrauchten Anodenplatte

(60) bei geöffnetem innerem Schieber (251) aufweist.

3. Elektrolytische Zelle nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Gerät (270) ein zylindrischer Stab mit einem Greifer (272) ist, der zum Heraushohlen einer Anodenplatte mit einem Eingriffsteil (275) der Anodenpktte (60) durch Drehen des Stabes gekuppelt werden kann.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Deutsche Patentschrift Nr. 703 469;
französische Patentschriften Nr. 1067 615,

1070738;
»Journal of the Electrochemical Society«,

(1954), S. 64.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

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