DE1222686B - Process for better deposition of metals, especially in the production of aluminum, magnesium and titanium, by fused-salt electrolysis - Google Patents
Process for better deposition of metals, especially in the production of aluminum, magnesium and titanium, by fused-salt electrolysisInfo
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Description
DEUTSCHESGERMAN
PATENTAMTPATENT OFFICE
Int. CL:Int. CL:
C22dC22d
Deutsche KL: 40 c-3/00 German KL: 40 c -3/00
Nummer: 1222 686Number: 1222 686
Aktenzeichen: E 24507 VI a/40 cFile number: E 24507 VI a / 40 c
Anmeldetag: 16. März 1963Filing date: March 16, 1963
Auslegetag: 11. August 1966Opening day: August 11, 1966
Verhältnismäßig niedrigschmelzende Metalle, insbesondere die Leichtmetalle Aluminium und Magnesium, werden heute noch technisch durch Schmelzflußelektrolyse bei Temperaturen, die mehr oder weniger weit über ihrem Schmelzpunkt liegen, gewonnen, so daß sie in flüssiger Form abgezogen werden können.Relatively low-melting metals, especially the light metals aluminum and magnesium, are still used today technically by melt electrolysis at temperatures that are more or are less above their melting point, obtained so that they are withdrawn in liquid form can.
Mit der Anwendung der Schmelzflußelektrolyse auf die hochschmelzenden Ubergangsmetalle, insbesondere Titan und Zirkonium, ging man auf die Gewinnung dieser Metalle in fester Form über und arbeitet bei Temperaturen, die zum Teil weit unterhalb der Schmelzpunkte der Metalle liegen.With the application of fused-salt electrolysis to the refractory transition metals, in particular Titanium and zirconium, one went over to the extraction of these metals in solid form and works at temperatures that are in some cases far below the melting point of the metals.
Nach einem noch nicht bekanntgewordenen Verfahren werden neuerdings auch Leichtmetalle, wie Aluminium und Magnesium, weit unterhalb ihrer Schmelzpunkte durch Schmelzflußelektrolyse gewonnen. After a not yet become known procedures, more recently, light metals, such as Al umi minium and magnesium, won far below their melting points by igneous.
Die Abscheidung der Metalle an der Kathode in fester Form bringt gewisse Nachteile mit sich. Das ao Metall scheidet sich nicht in fest anliegender Form ab, sondern bildet mehr oder weniger lange spitze Nadeln, Spieße oder Blätter, die unter Umständen beträchtliche Mengen des Elektrolyten einschließen. Die Schmelze wird dabei schon während der Abscheidung des Metalls von demselben eingeschlossen. Dies kann in zwei Formen vor sich gehen, die ineinander übergehen:The deposition of the metals on the cathode in solid form has certain disadvantages. The ao Metal does not deposit in a tightly fitting form, but rather forms a tip for a longer or shorter period of time Needles, skewers, or leaves that can trap significant amounts of the electrolyte. The melt is already enclosed by the metal while it is being deposited. This can take place in two forms that merge into one another:
1. Das Metallgitter ist nach außen offen, wie Poren in einem Schwamm;1. The metal grid is open to the outside, like pores in a sponge;
2. das Metallgitter ist nach außen geschlossen, die Schmelze ist in ihm eingeschlossen, wie z.B. Wasser in Schaum.2. The metal grid is closed to the outside, the melt is enclosed in it, e.g. Water in foam.
Weitere beträchtliche Schmelzemengen bleiben beim Herausnehmen der Kathoden zusätzlich zu den während der Elektrolyse eingehüllten Schmelzeteilen auf der Oberfläche haften. Diese anhaftende Schmelze und die in Schwammform gebundenen Schmelzeteile gelingt es, zum großen Teil durch Erwärmen und gegebenenfalls Schleudern zum Abtropfen zu bringen. Aus den schaumartig gebundenen Schmelzeteilen läßt sich die Schmelze auf einfache Weise nicht entfernen.Further considerable amounts of melt remain when removing the cathodes in addition to the Melt parts encased during electrolysis adhere to the surface. This adherent melt and the melt parts bound in the form of a sponge succeed, to a large extent, by heating and optionally Spin to drain. From the foam-like bonded melt parts the melt does not remove itself in a simple manner.
Bei der Schmelzflußelektrolyse von Titan wird im allgemeinen der Schmelze-Metall-Niederschlag von der Kathode abgetrennt und in Wasser oder Säure gewaschen, wobei das Salz in Lösung geht und das Titan zurückbleibt. Die dabei auftretende leichte Oxydation des Titans, die aber schon zu bedeutenden Härtesteigerungen führen kann, wird durch verschiedene Maßnahmen zu verhindern versucht, z. B. durch Zerkleinerung des gewonnenen Metalls und Aussortierung der mittleren Feinheitsgrade, die denIn the fused-salt electrolysis of titanium, the molten metal precipitate of the cathode separated and washed in water or acid, the salt goes into solution and that Titan remains behind. The slight oxidation of the titanium which occurs in the process, but which is already too significant Can lead to increases in hardness, attempts are made to prevent various measures, e.g. B. by crushing the recovered metal and sorting out the average degrees of fineness that make the
Verfahren zur besseren Abscheidung von
Metallen, insbesondere bei der Herstellung von
Aluminium, Magnesium und Titan, durch
SchmelzflußelektrolyseProcess for better separation of
Metals, especially in the manufacture of
Aluminum, magnesium and titanium
Molten electrolysis
Anmelder:Applicant:
Elektrophysikalische Anstalt Bernhard Berghaus, Vaduz (Liechtenstein)Electrophysical Institute Bernhard Berghaus, Vaduz (Liechtenstein)
Vertreter:Representative:
K. Gerlings, Rechtsanwalt,K. Gerlings, lawyer,
Siegburg, Mühlenstr. 14Siegburg, Mühlenstr. 14th
Als Erfinder benannt:Named as inventor:
Bernhard Berghaus, Zürich;Bernhard Berghaus, Zurich;
Dr.-Ing. Marie Staesche, Wettingen (Schweiz)Dr.-Ing. Marie Staesche, Wettingen (Switzerland)
Beanspruchte Priorität:Claimed priority:
Schweiz vom 23. März 1962 (3477,3479)Switzerland of March 23, 1962 (3477,3479)
geringsten Sauerstoffgehalt aufweisen, oder auch durch Abscheidung größerer Kristalle (mit günstigerem Verhältnis von Volumen zu Oberfläche), die entsprechend weniger Sauerstoff aufnehmen, und zwar mittels erhöhter elektrischer Leistung bei der Elektrolyse. have the lowest oxygen content, or through the deposition of larger crystals (with cheaper Ratio of volume to surface), which absorb correspondingly less oxygen, namely by means of increased electrical power during electrolysis.
Ein anderes Titan-Elektrolyseverfahren arbeitet zur Verringerung des Schmelzeanteils im abgeschiedenen Metall mit einer Korbkathode, die jedoch zu einer relativ geringen Stromausbeute führt.Another titanium electrolysis process works to reduce the proportion of melt in the deposited Metal with a basket cathode, which, however, leads to a relatively low current yield.
Während beim Trennen des Titanmetalls von seiner Schmelze durch Waschen mit Wasser nur eine gewisse Oxydation des Titans zu befürchten ist, führt bei den Leichtmetallen das Herauswaschen der Schmelze zu merklichen Metallverlusten, da die bei der Hydrolyse aus AlCl3 bzw. MgCl2 entstehende freie HCl das gewonnene Metallpulver zum Teil angreift und in kaum verwertbare Salze überführt.While only a certain oxidation of the titanium is to be feared when separating the titanium metal from its melt by washing with water, washing out the melt leads to noticeable metal losses in the case of light metals, since the free HCl resulting from the hydrolysis of AlCl 3 or MgCl 2 is the result Partly attacks the metal powder obtained and converts it into hardly usable salts.
Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabenstellung war daher, ein Verfahren zu finden, mit dessen Hilfe der Anteil der Schmelze an dem Niederschlag auf der Kathode der Elektrolysezelle wesentlich verringert werden kann.The object on which the invention is based was therefore to find a method with which Help the proportion of the melt in the precipitate on the cathode of the electrolytic cell significantly can be reduced.
Erfindungsgemäß wird das bei einem Verfahren zur besseren Abscheidung von Metallen, insbesondere bei der Herstellung von Aluminium, MagnesiumAccording to the invention, this is in particular in a method for better deposition of metals in the production of aluminum, magnesium
609 609/324609 609/324
1 222 086 ";:- ; 1 222 086 ";: - ;
3 43 4
und Titan, durch , Schmelzflußelektrolyse ihrer falls mit bis zu 1% Zusatz eines-Mg; Cl, H und N Doppelhalogenide bei unter dem Schmelzpunkt des enthaltenden Katalysators nach der deutschen Ausabzuscheidenden Metalls liegenden Badtemperaturen legeschrift 1209 757, bei einer Temperatur von 540 dadurch erreicht, daß der Elektrolyt durch partielle bis 5600C gewonnen, Titan durch Elektrolyse _einer Temperaturerhöhung im Hauptbereich, der Ionen- 5 Schmelze von Natrium-Titan-Fluorid mit bis zu'1% wanderung und/oder durch Zusatz von die Zähigkeit Zusatz eines Ti; Cl, H und N enthaltenden-Katalysa* herabsetzenden Stoffen dünnflüssiger gemacht wird. tors nach der deutschen Auslegeschrift 1209 757, beiand titanium, by fused-salt electrolysis, if they contain up to 1% addition of an-Mg; Cl, H and N double halides at bath temperatures below the melting point of the catalyst contained according to the German Ausabzuidenden Metals legend 1209 757, achieved at a temperature of 540 in that the electrolyte is obtained by partial up to 560 0 C, titanium by electrolysis _a temperature increase in the main area , the ion 5 melt of sodium-titanium-fluoride with up to'1% migration and / or by adding the toughness addition of a Ti; Cl, H and N-containing catalysis * reducing substances is made thinner. tors according to the German interpretation document 1209 757, at
Das Zentrum der'partiellen Temperaturerhöhung 680 bis 750° C.The center of the 'partial temperature increase 680 to 750 ° C.
kann mit Vorteil Aa den Endpunkt der Ionenwande- ' Das auf der Kathode abgeschiedene Metall wurdecan with advantage Aa the end point of the ion wall- 'The metal deposited on the cathode became
rung, also in den Abscheidungsraum, gelegt werden. io nicht wie bei der Gewinnung von Aluminium untertion, i.e. in the separation room. io not like in the extraction of aluminum under
In diesem Fall wird die partielle Temperaturerhöhung Schutzgas zu einem Regulus zusammengeschmolzen,In this case, the partial temperature increase in the protective gas is melted into a regulus,
zweckmäßig durch Beheizung der Kathode der Elek- sondern in Wasser (bei Mg) bzw. 5 %iger Schwefel-expediently by heating the cathode of the elec- tric but in water (with Mg) or 5% sulfur
trolysezelle bewirkt. Eine weitere vorteilhafte Mög- säure (bei Ti) gelöst, dem 0,01 bis 5 g/l eines ober-trolysis cell causes. Another advantageous possible acid (in the case of Ti) dissolved, the 0.01 to 5 g / l of an upper
lichkeit besteht darin, das Zentrum der partiellen flächenaktiven sulfonierten Stoffes nach der deut-possibility is to find the center of the partially surface-active sulfonated substance according to the German
Temperaturerhöhung in den Ausgangspunkt der 15 sehen Auslegeschrift 1200 554 zugesetzt wurden. AlsTemperature increase in the starting point of the 15 see Auslegeschrift 1200 554 were added. as
Ionenwanderung zubiegen. In diesem Fall wird die oberflächenaktiver Stoff wurde Teepol, ein sulfonier-Bend ion migration. In this case the surfactant was Teepol, a sulfonating
partielle Temperaturerhöhung zweckmäßig durch Be- tes Erdölprodukt, verwendet,partial temperature increase expediently by means of the best petroleum product, used,
heizung der Anode der Elektrolysezelle bewirkt. An Hand der folgenden Beispiele ist das erfin-causes heating of the anode of the electrolytic cell. This is invented using the following examples
Vorzugsweise werden jedoch sowohl in den Aus- dungsgemäße Verfahren näher erläutert, wobei diePreferably, however, both methods are explained in more detail in the embodiments, the
gangspunkt wie auch in den Endpunkt der Ionen- 20 Beispiele 1 und 2 die Herstellung von Aluminiumstarting point as well as in the end point of the ion 20 Examples 1 and 2 the production of aluminum
wanderung Zentren partieller Temperaturerhöhung : betreffen,
gelegt, wobei die -partielle Temperaturerhöhungmigration Centers of partial temperature increase : concern,
placed, with the partial temperature increase
zweckmäßig durch Beheizung der Anode und Beispiel 1
Kathode der Elektrolysezelle bewirkt wird. Die Beheizung der Elektroden erfolgt vorzugsweise vom 25 a) Auf einer Kathode aus Aluminiumblech waren
Inneren der Elektroden aus, also durch Verwendung nach der Elektrolyse 8,47 g Niederschlag niedergeinnenbeheizter
Hohlelektroden. schlagen worden, der nach dem Zusammenschmelzenexpediently by heating the anode and example 1
Cathode of the electrolytic cell is effected. The electrodes are preferably heated from 25 a) On a cathode made of aluminum sheet, the interior of the electrodes was off, that is, by using, after the electrolysis, 8.47 g of precipitate of hollow electrodes, which were heated inside. been beating that after melting together
Als die Zähigkeit herabsetzende Stoffe kommen unter Schutzgas einen Regulus von 1,04 g Aluvorzugsweise
Silicagel, Gelatine, organische Sulfo- minium ergab, entsprechend 12,3% Aluminium,
säuren und organische Metallverbindungen, wie 3° . b) Auf einem durch eingebettete elektrische Heiz-Metallalkyle,
in Betracht. Bei Verwendung organi- spirale innenbeheiztem AluminiumzyUnder als Käscher
Verbindungen als Stoffe zur Herabsetzung der thode schied sich nach der Elektrolyse und kurzem
Zähigkeit ist selbstverständlich darauf zu achten, daß Abtropfenlassen der äußerlich anhaftenden Schmelze
sich diese Stoffe bei den angewendeten Badtempera- unter Erwärmen ein Niederschlag von 23,87 g ab,
türen des: Elektrolysebades nicht zersetzen, es sei 35 der einen Aluminiumregulus von 8,40 g ergab, entdenn,
daß die _Zersetzungsprodukte dieser Stoffe die sprechend 35,2% Aluminium,
zähigkeitsvermindernde Wirkung ebenfalls oder sogar in vermehrter Stärke aufweisen. Beispiel2The toughness-reducing substances under protective gas were a regulus of 1.04 g of aluminum, preferably silica gel, gelatin, organic sulfonium, corresponding to 12.3% aluminum ,
acids and organic metal compounds, such as 3 °. b) On one by embedded electrical heating metal alkyls, into consideration. When using organospirally internally heated aluminum cylinders as Käscher compounds as substances to reduce the method, it is of course necessary to ensure that the externally adhering melt is allowed to drip off the externally adhering melt when heated to a precipitation of 23 , 87 g from, doors of the: Do not decompose the electrolysis bath, unless it was 35 that resulted in an aluminum regulation of 8.40 g, discover that the decomposition products of these substances are equivalent to 35.2% aluminum,
also have a toughness-reducing effect or even to a greater extent. Example2
Die Verminderung der Zähigkeit des Elektrolyten,The decrease in the viscosity of the electrolyte,
sei es mittels partieller Temperaturerhöhung im 40 a) Auf einer Kathode aus Aluminiumblech warenbe it by means of a partial temperature increase in the 40 a) were on a cathode made of aluminum sheet
Hauptgebiet der Ionenwanderung oder mittels die nach der Elektrolyse 8,47 g Niederschlag niederge-Main area of ion migration or by means of the 8.47 g of precipitate deposited after electrolysis
Zähigkeit herabsetzender Stoffe, führt zu einer grö- schlagen worden, der nach dem ZusammenschmelzenToughness-reducing substances, leads to a size that becomes larger after melting
fieren Beweglichkeit der Ionen im Elektrolyten. Ein unter Schutzgas einen Regulus von 1,04 g Aluminiumreduce mobility of the ions in the electrolyte. A regulus of 1.04 g of aluminum under protective gas
Beweis dafür ist in der Tatsache zu sehen, daß der ergab, entsprechend 12,3% Aluminium (gleich wieProof of this can be seen in the fact that it resulted in 12.3% aluminum (same as
Metallniederschlag sich bei Anwendung des erfin- 45 Beispiel 1, a).Metal precipitation occurs when using the inventive example 1, a).
dungsgemäßen Verfahrens gleichmäßig über die ge- b) In eine Alkali-Aluminium-Chloridschmelzeaccording to the method evenly over the b) In an alkali-aluminum-chloride melt
samte Kathodenfläche sowohl auf der der Anode zu- wurde 0,5% (bezogen auf das Gesamtgewicht dertotal cathode area both on that of the anode was 0.5% (based on the total weight of the
gewandten Seite wie auch auf der abgewandten Seite Schmelze) Silicagel zugefügt. Nach der Elektrolysefacing side as well as melt) silica gel added on the opposite side. After electrolysis
verteilt, während sich ohne Anwendung des erfin- wurden 6,56 g Niederschlag gefunden, die einendistributed while without application of the invention, 6.56 g of precipitate were found, the one
dungsgemäßen Verfahrens in der. Regel der Hauptteil 50 Regulus von 3,09 g = 47% Aluminium ergaben,proper method in the. Usually the main part 50 regulus of 3.09 g = 47% aluminum resulted,
des Niederschlags auf der der Anode zugewandten Dicht an der Kathode war reines Aluminium abge-of the precipitate on the seal on the cathode facing the anode, pure aluminum was removed.
Seite der Kathode befindet und auf der abgewandten schieden, während nach der Außenschicht zuneh-Side of the cathode and deposited on the opposite, while after the outer layer
Seite ein wesentlich geringerer Niederschlag ist. mend mehr Schmelze mit dem Aluminium zusammenSide is a much lower rainfall. mend more melt together with the aluminum
Durch die erhöhte Beweglichkeit der Ionen bei abgeschieden war und die Außenschicht die Haupt-Anwendung
des erfindungsgemäßen Verfahrens tritt 55 menge der Schmelze enthielt,
von vornherein eine gleichmäßigere Verteilung der Die Beispiele 3 bis 6 betreffen die Herstellung von
Ionen und damit auch des Niederschlags auf der Magnesium an Mg-Kathoden.
Kathode auf, so daß die Bildung von Spitzen, Kanten, Zacken und Verästelungen der Abscheidung an Beispiel3
der Kathodenoberfläche und damit natürlich auch 60 . (ohne Anwendung vorüegenden Verfahrens)
der Einschluß von Schmelze .in der Abscheidung 00 /
wesentlich reduziert wird. Ungeheizte Kathode (plattenförmig) — 10,72 gDue to the increased mobility of the ions when deposited and the outer layer, the main application of the method according to the invention occurs 55 amount of the melt contained,
From the outset, a more uniform distribution of the. Examples 3 to 6 relate to the production of ions and thus also of the deposit on the magnesium on Mg cathodes.
Cathode on, so that the formation of points, edges, spikes and ramifications of the deposit in Example 3
the cathode surface and thus of course also 60. (without applying the previous procedure)
the inclusion of melt in the deposition 00 /
is significantly reduced. Unheated cathode (plate-shaped) - 10.72 g
Daß diese Maßnahmen auch bei der Schmelzfluß- Niederschlag geben 1,47 g Magnesium = 13,7 %.
elektrolytischen Gewinnung anderer Metalle inThat these measures also give the melt flow precipitation 1.47 g of magnesium = 13.7%.
electrowinning of other metals in
festem Zustand zum Erfolg führen, zeigen die fol- 65 Beispiel 4
genden Beispiele für die Gewinnung von MagnesiumThe following 65 Example 4
Examples of the production of magnesium
und Titan. Magnesium wurde durch Elektrolyse einer Geheizte Kathode (zylindrisch) — 22,36 g Nieder-and titanium. Magnesium was obtained by electrolysis of a heated cathode (cylindrical) - 22.36 g of low
Schmelze von Karnallit (KCl-MgCl2), gegebenen- schlag geben 7,25 g Magnesium = 32,4%.Carnallite melt (KCl-MgCl 2 ), given 7.25 g of magnesium = 32.4%.
Beispiel 5
Zusatz von 0,5 % SilicagelExample 5
Addition of 0.5% silica gel
Ungeheizte Kathode (plattenförmig) — 8,24 g Niederschlag geben 2,96 g Magnesium = 36,0%. 5Unheated cathode (plate-shaped) - 8.24 g of precipitate give 2.96 g of magnesium = 36.0%. 5
Beispiel 6
Zusatz von 0,5 % SilicagelExample 6
Addition of 0.5% silica gel
Geheizte Kathode (zylindrisch) — 23,58 g Nieder- io schlag geben 10,78 g Magnesium = 45,8%.Heated cathode (cylindrical) - 23.58 g low-io 10.78 g of magnesium = 45.8%.
Die Beispiele 7 bis 9 betreffen die Herstellung von Titan an Ti-Kathoden.Examples 7 to 9 relate to the production of titanium on Ti cathodes.
Beispiel 7 *5Example 7 * 5
(ohne Anwendung vorliegenden Verfahrens)(without applying the present procedure)
Ungeheizte Kathode (plattenförmig) — 6,58 g Niederschlag geben 1,04 g Titan = 15,8%.Unheated cathode (plate-shaped) - 6.58 g of precipitate give 1.04 g of titanium = 15.8%.
ao Beispiel 8 ao example 8
Geheizte Kathode (zylindrisch) — 24,59 g Niederschlag geben 8,22 g Titan = 33,5%.Heated cathode (cylindrical) - 24.59 g of precipitate gives 8.22 g of titanium = 33.5%.
Beispiel 9
Zusatz von 0,5 % SilicagelExample 9
Addition of 0.5% silica gel
Ungeheizte Kathode (plattenförmig) — 7,15 g Niederschlag geben 2,47 g Titan = 34,6%. 30Unheated cathode (plate-shaped) - 7.15 g of precipitate give 2.47 g of titanium = 34.6%. 30th
Beispiel 10
Zusatz von 0,5% SilicagelExample 10
Addition of 0.5% silica gel
Geheizte Kathode (zylindrisch) — 25,02 g Nieder- 35 schlag geben 12,2 g Titan = 48,7%.Heated cathode (cylindrical) - 25.02 g of precipitation give 12.2 g of titanium = 48.7%.
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- 1963-03-15 GB GB1042663A patent/GB1045581A/en not_active Expired
- 1963-03-16 DE DE1963E0024507 patent/DE1222686B/en active Pending
- 1963-03-19 AT AT214963A patent/AT245272B/en active
Also Published As
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