DE1146258B - Metallorganischer Elektrolyt hoher Leitfaehigkeit zur kathodischen Abscheidung von Natrium - Google Patents

Metallorganischer Elektrolyt hoher Leitfaehigkeit zur kathodischen Abscheidung von Natrium

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DE1146258B DEZ8838A DEZ0008838A DE1146258B DE 1146258 B DE1146258 B DE 1146258B DE Z8838 A DEZ8838 A DE Z8838A DE Z0008838 A DEZ0008838 A DE Z0008838A DE 1146258 B DE1146258 B DE 1146258B
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Description

  • Metallorganischer Elektrolyt hoher Leitfähigkeit zur kathodischen Abscheidung von Natrium Metallisches Natrium kann bekanntlich nur aus solchen Elektrolyten abgeschieden werden, die kein Wasser enthalten. Aus wäßrigen Lösungen läßt sich Natrium nur in Form von Natriumamalgam bei Verwendung einer Kathode aus Quecksilber gewinnen. Die technischen Verfahren für die Herstellung metallischen Natriums arbeiten mit geschmolzenem wasserfreiem Hydroxyd oder mit geschmolzenem Natriumchlorid, dessen Schmelzpunkt man durch Zugabe bestimmter Mengen von Calciumchlorid erniedrigt hat. Die Betriebstemperaturen der entsprechenden elektrolytischen Zellen liegen bei 330 bzw. 630°C. Die Eigenschaften der Elektrolyte und die hohen Betriebstemperaturen stellen erhebliche Anforderungen an das zum Bau der Apparaturen verwendete Material. Beide Elektrolyte eignen sich darüber hinaus nicht für ein Verfahren, bei dem als Anode ein natriumhaltiges Material eingesetzt wird, daß im Zuge der Elektrolyse aus der Anode herausgelöst und kathodisch als Natriummetall abgeschieden werden soll. Ein praktisch wichtiges und technisch im Zuge bestimmter Ausführungsformen der Alkalichloridelektrolyse laufend erzeugtes natriumhaltiges Material ist das Natriumamalgam. Es ist ein technisch interessantes und mehrfach bearbeitetes Problem, metallisches Natrium aus Natriumamalgam abzuscheiden. Hierfür sind verschiedene Vorschläge gemacht worden, insbesondere hat man Elektrolyte vorgeschlagen, die aus Mischungen von Natriumhydroxyd, Natriumjodid und Natriumbromid bestehen. Diese Mischungen schmelzen bei 217°C, und man kann mit ihnen elektrolytische Zellen bei etwa 230 bis 250°C Betriebstemperatur betreiben. Diese Temperatur liegt rund 100°C unter dem Siedepunkt des Quecksilbers, während geschmolzenes Natriumhydroxyd allein in einer solchen Zelle nicht brauchbar ist, da man praktisch beim Siedepunkt des Quecksilbers arbeiten müßte, was zu großen Schwierigkeiten Anlaß geben würde.
  • Obwohl, wirtschaftlich gesehen, die Aufgabe, Natrium aus Natriumamalgam zu gewinnen, sehr reizvoll ist, so hat sich doch keines der angegebenen Verfahren bisher in größerem Umfange in der Praxis durchgesetzt. Ein Grund hierfür liegt darin, daß das erhaltene Natrium einige Prozente Quecksilber enthält, die nur schwierig wieder zu beseitigen sind. Durch eine solche notwendige Nachbehandlung wird die Wirtschaftlichkeit des gesamten Verfahrens einschneidend vermindert.
  • Neben einer solchen Gewinnung von Natrium aus Natriumamalgam ist auch die elektrolytische Raffination von Rohnatrium technisch wichtig. Neuerdings werden nämlich große Mengen von Natrium besonders hoher Reinheit beispielsweise als Wärmeträger verwendet. Dieses Natrium wird bisher im wesentlichen durch Destillation metallischen Natriums im Vakuum gewonnen. Dieses ist aber eine Operation, die nicht ganz einfach ist und bei der es sich als schwierig herausgestellt hat, letzte Spuren von Sauerstoff' bzw. Natriumoxyd auszuschließen, weil in technische, unter Vakuum stehende Apparate immer mit einem gewissen Eindringen von Luft gerechnet werden muß. Für eine technisch gangbare elektrolytische Reinigung des Natriums würden solche Schwierigkeiten nicht zu befürchten sein.
  • In dem Patent 1 114 330 wird der Vorschlag gemacht, Natrium aus Schmelzen bestimmter alkalialuminiumorganischer Komplexverbindungen abzuscheiden. Der hauptsächlich für diesen Zweck in Frage kommende Elektrolyt ist geschmolzenes Natriumaluminiumtetraäthylvon derFormel NaAl(CZH5)4. Diese Verbindung hat einen Schmelzpunkt von 125'C. Hiermit ist es dementsprechend möglich, gegenüber den am tiefsten schmelzenden rein anorganischen Elektrolyten bei einer um etwa 100'C niedrigeren Temperatur zu arbeiten. Daraus ergeben sich erhebliche technische Vorteile für den Bau der entsprechenden Apparaturen, die so groß sind, daß man demgegenüber die etwas unbequeme Eigenschaft des Natriumaluminiumtetraäthyls, sich an der Luft zu entzünden, ruhig in Kauf nehmen kann. Dieses gilt um so mehr, als man ja mit geschmolzenen Alkalimetallen, wie sie sich in jedem Falle in derartigen elektrolytischen Zellen abscheiden, unter Luftabschluß arbeiten muß.
  • Die einzige für die Elektrolyse weniger günstige Eigenschaft des Natriumaluminiumtetraäthyls ist eine ziemlich niedrige Leitfähigkeit. Sie beträgt beim Schmelzpunkt 5 - 10-2 52-1 cm-1. Man kann die Leitfähigkeit verbessern und gleichzeitig den Schmelzpunkt weiter senken durch Zugabe von Kaliumaluminiumtetraäthyl. Natürlich kann man nicht etwa zu reinem Kahumaluminiumtetraäthyl übergehen, das bei 125°C die Leitfähigkeit von 12 - 10-2 52-1 cm-' hat, weil ja Natrium abgeschieden werden soll. Auch für die Abscheidung von Kalium ist das Kaliumaluminiumtetraäthyl nicht geeignet, weil sich Kalium bisher überhaupt noch nicht gut in Elektrolyten dieser Art hat elektrolytisch abscheiden lassen. Äußerstenfalls kann man Mischungen mit mindestens 20 °/o Natriumaluminiumtetraäthyl verwenden, die in der Elektrolyse gemäß dem Verfahren des genannten Patentes, insbesondere unter Verwendung von Natrium enthaltenden Anoden praktisch nur Natrium abscheiden.
  • Im praktischen Gebrauch zeigen solche Elektrolyte aber die folgende Schwierigkeit:-In der Nähe der Kathode verarmt der Elektrolyt an Natrium. Damit beginnt auch eine Abscheidung von Kalium, was zu Störungen im gesamten Elektrolysemechanismus führen kann.
  • Man muß daher für eine extrem gute Durchmischung des Elektrolyts während des Betriebes der Zelle sorgen. Trotzdem kann es insbesondere bei hohen Stromdichten und vor allen Dingen bei Verwendung von sogenannten Netzkathoden zu Schwierigkeiten kommen, weil der Konzentrationsausgleich innerhalb des Elektrolyts in den Fäden des Netzes selbst erschwert ist. Der einzelne Faden des Netzes einer Netzkathode ist ja ein Gespinst aus vielen feinen Fäserchen mit entsprechenden kapillaren Zwischenräumen, die sich mit den Elektrolyten vollsaugen. Die hier gebundenen Anteile des Elektrolyts, die der unmittelbaren elektrolytischen Zersetzung ausgesetzt sind, vermischen sich nur schwer mit weiteren Anteilen des Elektrolytbades. Es zeigt sich also, daß auch dieser Versuch der Erhöhung der Leitfähigkeit in seiner praktischen Auswirkung begrenzt ist.
  • Für den Betrieb derartiger Zellen ist aber gerade die Netzkathode von überragender praktischer Bedeutung. Bei ihr ist bekanntlich in sehr kleinem Abstande von einer Kathodenfläche, z. B. aus Kupfer, ein sehr feines Gewebe aus Cellulose oder insbesondere Glasfasern ausgespannt, welches die Leitfähigkeit des Elektrolyts nicht entscheidend vermindert, aber vom metallischen Natrium nicht durchdrungen werden kann, weil die dem entgegenstehenden kapillaren Kräfte zu groß sind. Durch diesen Kunstgriff kann man auch große Kathodenflächen aus flüssigem Natrium genauso bequem handhaben wie solche aus einem festen Material.
  • Aus all diesen Gründen ist es dringend wünschenswert, einen Elektrolyt zu entwickeln, der bei entsprechend hoher Leitfähigkeit nur Natrium als Kation enthält. Das Wesen der Erfindung liegt in der Erkenntnis, daß Mischungen- bestimmter natriumaluminiumorganischer Komplexverbindungen hinsichtlich der Erhöhung der Leitfähigkeit ähnliches leisten wie Mischungen aus Natrium- und Kaliumaluminiumtetraäthyl.
  • Gegenstand der Erfindung ist ein metallorganisches Elektrolytgemisch guter Leitfähigkeit; enthaltend Natrium-Aluminium-Komplexverbindungen der allgemeinen Formel NaAIR4 (R = Alkylreste) zur kathodischen Abscheidung von Natrium, das durch einen Gehalt einer Mischung von NaAl (CH$)4 und NaAl (C2H6)4 gekennzeichnet ist. Erfindungsgemäß besteht dieses Elektrolytgemisch insbesondere aus 30 bis 75 Molprozent der NaAl (CH3)4-Komplexverbindung und aus 70 bis 25 Molprozent der NaAl (C2H6)4-Komplexverbindung. Vorzugsweise liegen bezüglich des NaAl (CHs)4 wenigstens etwa äquivalente Mengen der beiden Komponenten vor.
  • Die Leitfähigkeit einer genau äquiniolekularen Mischung der beiden Komplexverbindungen beträgt bei 130°C 10 - 10-2 S2-1 cm-'. Sie entspricht sonnt der einer äquimolekularen Mischung von Natrium-und Kaliumaluminiumtetraäthyl. Der Vorteil des erfindungsgemäßen Gemisches gegenüber dieser bekannten Mischung ist aber der, daß hier nur nätriumhaltige Komplexverbindungen eingesetzt werden. Gleichwohl hätte die Erhöhung der Leitfähigkeit durch Zugabe von Natriumalumiiniumtetramethyl zum Natriumaluminiumtetraäthyl allein vielleicht noch nicht ausgereicht, um solche Mischelektrolyte praktisch bedeutsam werden zu lassen. Die erfindungsgemäßen Gemische zeigen jedoch noch eine zweite unerwartete und technisch äußerst bedeutungsvolle Eigenschaft.
  • Natriumaluminiumtetramethyl schmilzt sehr hoch, nämlich bei etwa 240°C. Diese Schmelze würde vermutlich eine ganz vorzügliche Leitfähigkeit haben, jedoch ist das Natriumaluminiumtetramethyl bei dex Schmelztemperatur nicht mehr genügend beständig, es zersetzt sich. Darüber hinaus ergeben sehr naheliegende theoretische Überlegungen, daß der Queck= silbergehalt des etwa aus Amalgamanoden herausgelösten und kathodisch wieder ausgeschiedenen Natriums um so höher sein muß, je höher die Betriebstemperatur der elektrolytischen Zelle gewesen ist: Man würde somit mit dem Natriumaluminiumtetramethyl gegenüber den schon vorgeschlagenen rein anorgamschen Salzmischungen nichts gewinnen: Überraschenderweise zeigen die beiden Verbindungen Tetraäthyl-und Tetramethylkomplexe ein ungewöhnlich tief liegendes Eutektikum. Die eutektische Schmelze' ist von 83'C ab vollkommen flüssig und gleicht insoweit vollständig den Mischelektrolyten aus Kahnm-und Natriumäluminiumtetraäthylerbindungen: " Das Schmelzdiagramm der beiden Stoffe ,[NaAl (C2H6)4 ist mit »NaAlEt4u abgekürzt] ist in der Figur abgebildet, ihre Leitfähigkeit hat bei 130°C den .oben schon genannten Wert von 10 - 10-2 52-1 cm-'. Entlang dem rechten aufsteigenden Ast des Schmelzdiagramms nimmt sie weiterhin zu. Sie kann ohne eine entscheidende Verschlechterung der Schmelzeigenschaft auf etwa 13 bis 15 - 10-2 52-1 cm-1 gebracht werden.
  • Für den Energiebedarf einer Elektrolysezelle ist die erforderliche Betriebsspannung entscheidend. Elektrolyte gemäß der Erfindung gestatten es, die durch die Beimischung von Kalium entstehenden technischen Schwierigkeiten an den Natriumnetzkathoden vollständig zu vermeiden, weil sich das Alkalimetall nur noch in Form von Natrium im Elektrolyt befindet. Sie gestatten es andererseits, die Betriebsspannung gegenüber den besten bisher bekannten, aber nur Natrium enthaltenden Elektrolyten dieser Art um Faktoren zwischen etwa 0,3 und 0,4 einerseits und 0,75 andererseits zu verringern, bzw. Zellen; die mit diesen Elektrolyten betrieben werden, nehmen mit der gleichen Spannung erfindungsgemäß das etwa 1,35- bis 3fache gegenüber einer Füllung aus Natriumaluminiumtetraäthyl an elektrischer Energie auf und liefern somit bei sonst gleicher Investition die 1,35- bis 3fache Produktion. Der erfindungsgemäß bevorzugt beanspruchte Bereich der Elektrolytzusammensetzung ist durch die beiden in die Abbildung eingezeichneten gestrichelten senkrechten Linien gezeigt.
  • Im praktischen Betrieb werden die Elektrolyte zweckmäßig mit geringen Mengen - wenigen Prozenten - der entsprechenden Natriumalkoxyaluminiumtrialkylverbindung versetzt, was die Leitfähigkeit nur unwesentlich herabsetzt. Hierdurch wird jedoch das kathodisch abgeschiedene Natrium von Aluminium geschützt. Am einfachsten läßt sich dieses dadurch erreichen, daß man der Elektrolytmischung eine kleine Menge eines Alkohols zusetzt.
  • Die Herstellung von Natriumaluminiumtetraäthyl, der einen Komponente für das erfindungsgemäße Elektrolytgemisch, ist in der Literatur hinreichend beschrieben. Die andere Komponente, das Natriumaluminiumtetramethyl, läßt sich z. B. nach einem der folgenden Verfahren herstellen: Beispiel 1 50g (= 2,18 Grammatome) Natrium werden in einem trockenen und mit Inertgas gefüllten 1-1-Dreihalskolben, der mit Rühret, Rückflußkühler und Tropftrichter ausgestattet ist, auf 180°C erhitzt. Unter Rühren tropft man 100 cm3 (= 96 g = 1,04 Mol) Al(CH3)ZCI auf das geschmolzene Natrium. Wenn alles Aluminiumdimethylchlorid zugegeben ist, läßt man die pulverige Reaktionsmischung unter Rühren abkühlen. Dann werden 300 cm3 trockener Diäthyläther zugegeben, und die Mischung wird etwa 20 Minuten gerührt. Nach Abstellen der Rührung läßt man die Festprodukte - NaCl und Aluminium - sich absetzen, hebert die klare Ätherlösung des NaAl(CH3)4 ab und extrahiert den Rückstand noch dreimal mit 200 cm3 Äther. Die vereinigten Lösungen ergeben nach dem Abdestillieren des Äthers und Trocknen im Vakuum von 10-3 Torr 55 g (= 0,5 Mol) NaAl(CH3)4. Die Analysendaten der Substanz sind: Gefunden ... Na 20,95, A1 24,6, CH, 54,2; berechnet ... Na 20,9, A124,6, CH, 54,6. Die Ausbeute beträgt 96,5°/0.
  • Beispiel 2 In gleicher Weise, wie im Beispiel l beschrieben, läßt sich NaAl(CH3)4 darstellen durch Zutropfen von 48,3 g (= 0,67 Mol) Al(CH3)3 auf 11,5 (= 0,5 Grammatome) geschmolzenes Natrium bei 180 bis 200°C. Ausbeute und Reinheit des Produktes sind ähnlich gut wie im Beispiel 1 beschrieben.
  • Beispiel 3 9,7 g (= 58,4 mMol) NaAl(C,H5)4 werden in 50 cm3 Benzol bei 70°C unter Rühren gelöst. In die Lösung tropft man eine Lösung von 5,6 g (= 78 mMöl) Al(CH3)3 in 20 cm3 Benzol. Es bildet sich sofort ein weißer, unlöslicher Niederschlag. Man läßt die Reaktionsmischung noch 1 Stunde nachrühren und filtriert dann den Niederschlag unter den üblichen Vorsichtsmaßregeln für den Umgang mit luft- und feuchtigkeitsempfindlichen Organometallverbindungen ab. Man trocknet den Niederschlag bei 10-3 Torr und 150°C.Dieerhaltenen6,2 g(= 56,3 mMol)NaAl(CH3)4 sind anaIysenrein. Die Ausbeute beträgt 96,50/, der Theorie. NaAl(CH3)4 schmilzt bei 238°C unzersetzt.
  • Die erfindungsgemäßen Mischungen von Natriumaluminiumtetramethyl und -äthyl lassen sich auch sehr einfach so herstellen, daß man unter Luftausschluß die notwendige Menge Natriumaluminiumtetramethyl in geschmolzenes Natriumaluminiumtetraäthyl einträgt oder etwa beide Stoffe in luftfreiem, trockenem Diäthyläther oder Tetrahydrofuran löst und diese Lösungen eindampft. Man kann aber die Herstellung der Mischungen auch unmittelbar mit der Herstellung der Alkalialuminiumtetraalkylverbindungen kombinieren. Dies beschreiben die Beispiele 4 bis B.
  • Beispiel 4 Man verfährt zunächst, wie im Beispiel 3 beschrieben, filtriert aber den Niederschlag des Natriumaluminiumtetramethyls nicht ab, sondern gibt zu der Reaktionsmischung, die noch freies Aluminiumtriäthyl enthält, 1,9 g Natriumhydrid, zweckmäßig in. Form von dessen etwa 20°/oiger Suspension in einem Mineralöl. Man verrührt etwa 1 Stunde bei 100°C, füllt die Mischung unter Luftabschluß in einen Autoklav von 200 cm3 Inhalt, preßt 20 at Äthylen auf und erhitzt unter Schütteln auf 160°C. Das Äthylen wird rasch absorbiert. Bleibt der Druck konstant, so läßt man auf etwa 100°C abkühlen, entspannt das überschüssige Äthylen und zieht den flüssigen Inhalt unter Luftausschluß aus dem Autoklav heraus. Man hat jetzt zwei Schichten; die obere ist praktisch nur das durch das Natriumhydrid eingebrachte Mineralöl, die untere ist eine erfindungsgemäße Mischung von Natriumaluminiumtetraäthyl und Natriumaluminiumtetramethyl im Molverhältnis von 4: 3. Beispiel 5 Man verfährt analog, wie im Beispiel 1 beschrieben, und läßt bei etwa 150'C auf 50 g (= 2,18 Grammatome) geschmolzenes Natrium unter Rühren eine Mischung von 48 g (= 0,5 Mol) Al(CH3)2C1 und 60 g (= 0,5 Mol) Al(C,H5)Cl auftropfen. Nach dem Abkühlen werden zur Reaktionsmischung 300 cm3 trockener Diäthyläther zugegeben und etwa 20 Minuten gerührt. Nach Abstellen der Rührung läßt man die Festprodukte - NaCI und Aluminium - absitzen, hebert die klare Ätherlösung ab und extrahiert den Rückstand nochmals mit etwa 200 cm3 Äther. Die vereinigten Ätherlösungen ergeben nach Abdestillieren des Äthers und Trocknen des Rückstandes im Vakuum von 10-3 Torr 69 g eine Mischung von NaAl(CH3)4 und NaAl(C,H5)4 im Molverhältnis 1:1. Dieses Reaktionsprodukt schmilzt bei 83'C. Die Ausbeute ist praktisch quantitativ.
  • Beispiel 6 In ähnlicher Weise, wie im Beispiel 5 beschrieben, läßt sich die äquimolare Mischung von NaAI(CH3)4 und NaAl(C,H5)4 darstellen durch Zutropfen einer äquimolaren Mischung von Al(CH3)3 und Al(C,H5)a (je 0,67 Mol) auf 23 g (= 1 Grammatom) geschmolzenes Natrium. Die Aufarbeitung der Reaktionsmischung erfolgt analog der im Beispiel s beschriebenen Methode.
  • Beispiel 7 In einem mit Rühret und Rückflußkühler versehenen, trockenen und mit Inertgas gefüllten Kolben von 1000 em3 Inhalt werden 457 g (= 5 Mol) Al(CH3)z Cl auf etwa 80 bis 90°C erwärmt: Dazu hebert man vorsichtig 600 g einer 200/0igen NaH-Suspension in Paraffinöl (mit 120 g NaH = 5 Mol) und läßt anschließend die Reaktionsmischung etwa 1 Stunde nachrühren, bis in der Lösung kein Halogen mehr enthalten ist. Die Reaktionsmischung wird nach dem Abkühlen durch Zentrifugieren vom ausgefallenen NaCl abgetrennt und in einen Autoklav von 21 Inhalt unter den bekannten Vorsichtsmaßregeln für den Umgang mit Luft- und wasserempfindlichen Organometallverbindungen eingefüllt. Man heizt den Autoklavinhalt unter Schütteln oder Rotierenlassen des Reaktionsgefäßes auf etwa 60 bis 70°C auf und preßt 10 bis 20 at Äthylen auf. Der anfänglich rasche Druckabfall macht ein häufiges Nachpressen von Äthylen erforderlich, bis nach etwa 45 Minuten der Druck konstant bleibt. Jetzt füllt man in den Autoklav nach Ablassen des überschüssigen Äthylens 600 g der 200/0igen NaH-Suspension (mit 120 g NaH = 0,5 Mol) ein und schüttelt oder rollt den Autoklav etwa 15 bis 30 Minuten lang bei 80 bis 100°C, bis sich alles NaH aufgelöst hat, wovon man sich durch Probenahme nach Ablauf von einer halben Stunde überzeugt. Dann werden 20 at Äthylen aufgepreßt und der Autoklaveninhalt auf 160'C erwärmt. Das durch die Reaktion verbrauchte Äthylen wird durch mehrmaliges Rufpressen von Äthylen ergänzt. Nach etwa 2 bis 3 Stunden erfolgt kein Druckabfall mehr, und die Reaktion ist beendet.
  • Nach Abblasen des überschüssigen Äthylens wird der Autoklaveninhalt noch flüssig, d. h. bei einer Temperatur oberhalb 90°C, in einen trockenen und mit Inertgas gefüllten Kolben von 21 Inhalt gehebert. Das Reaktionsprodukt ist ein bei 90°C zweiphasig flüssiges System. Die obere Schicht ist Paraffinöl, das praktisch frei von Organometallverbindungen ist und von der unteren Phase abgehebert wird. Die untere Schicht ist eine Mischung von NaAl(CH3)4 und NaAl(C,H5)4 im Molverhältnis 1: 1, die bei 80°C kristallin erstarrt. Die Ausbeute an dieser Mischung beträgt 650 g (= 950/0 der Theorie). Beispiel 8 In einem 10-1-Rührkessel legt man eine Suspension von 1 kg Aluminiumgrieß und so viel einer Mischung von AI(C,H5)2 Cl und Al(CH3)ZCl im Molverhältnis 1 : 1 vor, daß man gerade noch gut rühren kann, das sind etwa 600g. Man heizt das Reaktionsgefäß auf 105 bis 115'C auf und leitet durch eine bis auf den Boden des Gefäßes gehende Kapillare eine äquimolare Mischung von Äthylchlorid und Methylchlorid flüssig ein (dabei steht die Vorratsflasche auf dem Kopf). Man kann auch getrennt durch zwei Kapillaren Äthyl- und Methylchlorid in gleichen Mengen einleiten. Die Zugabe der Alkylhalogenide erfolgt mit solcher Geschwindigkeit, daß sich die Temperatur zwischen 105 und 115'C hält.
  • Innerhalb einer Stunde werden zwischen 350 und 700 g Alkylchlorid aufgenommen. Innerhalb etwa 6 Stunden sind 3 kg der Mischung der Alkylhalogenide und alles eingesetzte Aluminium umgesetzt. Zur Überführung der erhaltenen Mischung des Methyl- und Äthylaluminiumsesquichlorids in Al(CH3)2C1 und Al(C2H5)ZCI bzw. Al(CH,) (C,Hs)Cl werden in einem zweiten 10-1-Reaktionsgefäß 425 g Natrium aufgeschmolzen. Unter Rühren läßt man bei etwa 110°C die erhaltene Reaktionsmischung der Alkylaluminiumsesquichloride auftropfen. Nachdem man alles zugegeben hat, läßt man noch etwa 1/2 Stunde nachrühren. Anschließend wird das gebildete Al(CH3)(C,HS)Cl vom Kochsalz und Aluminium abdestilhert bei einer Badtemperatur, die gegen Ende der Destillation bis 200°C gesteigert werden muß. Man erhält 2,5 kg Al(CH3) (C,H5)Cl, das sind 83 0/0 der Theorie: Zur Darstellung der komplexen Mischung NaAl(CHg)4 - NaAl(C2H5)4 verfährt man analog Beispiel 1, indem man jetzt auf die entsprechende Menge geschmolzenen Natriums das oben erhaltene Reaktionsgemisch von der Zusammensetzung Al(CH,) (C2H5)Cl auftropfen läßt. Man erhält in guter Ausbeute diel : lmolare Mischung NaAl(CH3)4 - NaAl(C,H5)4: Die kathodische Abscheidung von Natrium unter Verwendung des erfindungsgemäßen metallorganischen Elektrolytgemisches hoher Leitfähigkeit wird in den Beispielen 9 bis 11 beschrieben.
  • Beispiel 9 Als Elektrolysezelle verwendet man einen zylindrischen, innen emaillierten Stahlkessel, auf dessen Boden sich zu raffinierendes Rohnatrium als Schmelze befindet. In den Kessel ist ein beiderseits offener Zylinder. von etwas kleinerem Durchmesser aus emailliertem Stahlblech eingehängt, dessen untere Öffnung mit einem grobmaschigen Netz aus Glasfasergewebe mit einem Abstand der Maschen von l bis 3 mtn stramm waagerecht überspannt ist. Das Netz liegt im Abstand von 3 bis 5 mm oberhalb der Oberfläche des flüssigen Natriums. Dicht oberhalb des Netzes befindet sich ein Netz aus Kupfer- oder Eisendraht als Kathode. Elektrolysetemperatur 150°C. Als Elektrolyt verwendet man eine Mischung aus Natriumaluminiumtetraäthyl und -tetramethyl im Molverhältnis 1 : 2.. Die Elektrolytschmelze muß bis über den oberen Rand des eingehängten Zylinders stehen; so daß das kathodisch abgeschiedene Natrium oben und unten vom Elektrolyt umgeben ist: Eine Elektrodenstromdichte von 20 A/dm2 läßt sich mit einer Klemmspannung von 1;1 V aufrechterhalten. Das kathodisch gebildete Natrium sammelt sich oberhalb des Glasfasernetzes an und kann aus diesem Raum von Zeit zu Zeit abgelassen werden. Durch Zugabe von Rohnatrium während der Elektrolyse sorgt man dafür, daß der Abstand von Anode und Kathode gleichbleibt.
  • Die Ausbeute an Natrium beträgt je 26,8 Amperestunden 23 g, anodisch wurden durch die gleiche: Strommenge 23 g Na aufgelöst. Die Ausbeute ist 100°/0.
  • Beispiel 10 Man verfährt, wie im Beispiel 9 beschrieben, ersetzt aber das flüssige Rohnatrium durch ein gleiches Volumen l0/0iges Natriumalmalgam. Man elektrolysiert bei 150°C mit einer Stromdichte von 30 A/dn13 bei einer Klemmenspannung von 1,7 V. Das kaihodisch abgeschiedene Natrium sammelt sich als zusammenhängende flüssige Schicht oberhalb des Netzes aus Glasfasergewebe. Zur Abführung der Stromwärme und zur Durchmischung des Elektrolyts läßt man einen größeren Elektrolytvorrat unter Konstanthalten der Höhe des Flüssigkeitsspiegels in der Elektrolysezelle im Kreislauf durch die Elektrolysezelle strömen. Dieses kann man leicht erreichen, wenn man aus einem Vorratsgefäß pro Zeiteinheit ein gleiches Volumen Elektrolyt in den Raum zwischen Anode und Kathode einfließen läßt wie das, welches man an der der Eintrittöffnung gegenüberliegenden Stelle wieder in das Vorratsgefäß zurückpumpt. Nach 185 Amperestunden haben sich kathodisch 160 g Natrium abgeschieden. Das ursprünglich 1 °/oige Natriumamalgam ist bis auf etwa 0,2°/o Na im Quecksilber verarmt. Es wird zweckmäßig aus der Zelle ausgefüllt und kann, nachdem es wieder bis auf 10/, Na aufkonzentriert ist, für eine neue Elektrolyse verwendet werden.
  • Man erreicht in diesem Versuch die gleiche Stromdichte (30 A/dm2) mit etwa der gleichen Spannung (1,5 bis 1,7 V), wie man sie unter sonst gleichen Bedingungen mit einer Elektrolytmischung aus 800/0 KAl(C,H5)4 und 200/, NaAl(C,H5)4 erreichen würde. Beispiel 11 Man verfährt, wie im Beispiel 10 beschrieben, mit einer Elektrolytmischung aus NaAl(C2H5)4 und NaAl(CH3)4 im Molverhältnis 1 : 1. Bei einer Stromdichte von 20 A/dm2 wird eine Klemmenspannung von etwa 1,5 bis 1,7 V benötigt.

Claims (6)

  1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Metallorganisches Elektrolytgemisch hoher Leitfähigkeit auf der Basis von Natrium-Aluminium-Komplexverbindungen der allgemeinen Formel NaAIR4 (R = Alkylreste) zur kathodischen Abscheidung von Natrium, dadurch gekennzeichnet, daß es aus einer Mischung von NaAl(CH3)4 und NaAl(C,H5)4 besteht.
  2. 2. Metallorganisches Elektrolytgemisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß es aus 30 bis 75 Molprozent NaAl(CH3)4 und 70 bis 25 Molprozent NaAl(C,H5)4 besteht.
  3. 3. Metallorganisches Elektrolytgemisch nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß es bezüglich der Tetramethylkomplexverbindung wenigstens etwa äquivalente Mengen der beiden Komponenten enthält.
  4. 4. Metallorganisches Elektrolytgemisch nach Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß es zusätzlich geringe Mengen einer entsprechenden Alkoxykomplexverbindung enthält.
  5. 5. Metallorganisches Elektrolytgemisch nach Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Natriumaluminiumtetramethylkomplexverbindung durch Umsetzung von Aluminiumtrimethyl mit Natrium, gegebenenfalls in Gegenwart von Methylhalogenid, oder durch Umsetzung mit einer anderen Natriumaluminiumtetraalkylverbindung bzw. durch Umsetzung von Aluminiumdimethylhalogenid und/oder Aluminiummethyldihalogenid mit Natrium hergestellt worden ist.
  6. 6. Metallorganisches Elektrolytgemisch nach Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die eine komplexe Mischungskomponente in Gegenwart der anderen komplexen Mischungskomponente hergestellt worden ist.
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