DE1483338C - Verfahren und Vorrichtung zum elektro lytischen Herstellen von Aluminium oder dessen Legierungen - Google Patents

Description

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tes von Aluminium (661° C) gearbeitet wird. Deshalb führt, mit der es möglich ist, die Reaktion zwischen arbeitet man bei diesen bekannten Verfahren mit dem metallischen Reduktionsmittel und dem Aluminiedrigen Temperaturen oder unter hohem Druck. niumchlorid, vorzugsweise, wenn sich letzteres im Eutektische oder einen niedrigen Schmelzpunkt auf- Dampfzustand befindet, in einer von der Elektrolyseweisende geschmolzene Salzmischungen, die Alumi- 5 kammer abgeteilten oder ganz getrennten Kammer niumchlorid enthalten, besitzen eine sehr schlechte stattfinden zu lassen, so daß wenig oder kein Alumielektrische Leitfähigkeit, insbesondere unterhalb des niumchlorid in die Elektrolysekammer gelangen Schmelzpunktes von Aluminium. Bei den Arbeits- kann. Zu diesem Zweck ist die Vorrichtung mit einer temperaturen ■ dieser bekannten Verfahren wirken Pumpe zum Überführen der Reduktionsmittel-Alumi-Aluminiumchloridlösungen korrosiv auf Graphit und io niumlegierung in die Reaktionskammer, mit in der Kohlenstoff, welche praktisch die einzig brauchbaren Reaktionskammer angeordneten Rohren zum Einlei-Anodenmaterialien sind, die dem als Nebenprodukt ten von dampfförmigem Aluminiumchlorid in die Leentstehenden Chlorgas standhalten können. Bei nied- gierung, mit einer an die Reaktionskämmer anschlierigen Temperaturen wird Aluminium als Feststoff mit ßenden Rinne zum Rückführen von an Reduktionsdem Elektrolyten vermischt abgelagert, welcher nur 15 mittel verarmter Legierung in die Elektrolysekammer sehr schlecht von den Metallkristallen getrennt wer- und mit einem Abstich an der Reaktionskammer den kann, und die Spannungen in der Elektrolyse- zum Abziehen des gewonnenen Aluminiums bzw. kammer sind bei brauchbaren Stromdichten sehr dessen Legierung versehen. Dadurch wird die Gefahr hoch. Bei hohen Temperaturen kann die an die von Aluminiumchloridverlusten mit dem in der Elek-Elektrolysekammer angelegte Spannung verringert ao trolyse erzeugten Chlor und Verunreinigungen des werden, und man kann flüssiges Metall erhalten, je- Chlors und eines_Angreifens der Anode durch das doch ist die unter Druck stehende Vorrichtung sehr Aluminiumchlon3"we1tgehend verhindert,
kostspielig und die Korrosion sehr stark. Ein weiteres Merkmal der Erfindung besteht darin,

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die daß die Reaktionskammer als Druckkammer verNachteile der bekannten Verfahren zum elektro- 95 schlossen wird, so daß ein Rückdruck im Dampf-Iytischen Herstellen von Aluminium oder dessen Le- oder Gasraüm entsteht, der verwendet wird, um die gierungen aus einem Aluminiumchlorid enthaltenden Geschwindigkeit der Aluminiumchloridzugabe zu Elektrolyten zu vermeiden, während die Vorteile des steuern. Vorzugsweise ist die Reaktionskammer vollals Ausgangsmaterial verwendeten Aluminiums bei- ständig in die Gasphase eingeschlossen, so daß, wenn behalten werden. 30 überschüssiges Aluminiumchlorid zugeführt wird, die-

Zur Lösung dieser Aufgabe wird bei einem Ver- ses sich als Gas ansammelt und innerhalb der Reakfahren der eingangs genannten Art vorgeschlagen, tionskammer einen Druck aufbaut. Wenn die Alumidaß die an der Kathode gebildete Reduktionsmittel- niumchloridzugabe zu diesem Behälter nur bei gerin-Aluminiumlegierung aus dem Elektrolyseraum abge- gern Druck erfolgt, verlangsamt oder stoppt der zogen wird, in diese ■ Aluminiumchlorid eingeleitet 35 Druck des im Behälter angesammelten Gases den Zuwird, das sich unter Bildung von metallischem Alu- fluß von Aluminiumchlorid in den Behälter. Dieser minium mit dem Reduktionsmittel umsetzt, und daß Zustand setzt sich so lange fort, bis genügend überdie an Reduktionsmittel verarmte Legierung wieder schüssiger Aluminiumchloriddampf von frischem Rein die Elektrolyse zurückgeführt wird, während das duktionsmittel, welches sich im flüssigen, aus der aus dem Aluminiumchlorid gewonnene Aluminium 4° Elektrolysekammer zugeführten Metall befindet, auf- bzw. dessen Legierung getrennt abgezogen wird. Hier- genommen ist, um den Gegendruck zu verringern und durch werden die Nachteile der bekannten Verfahren einen weiteren Zufluß von Aluminiumchlorid zu gehauptsächlich dadurch vermieden, daß im Elektro- statten. Dies ist sehr» erwünscht, weil hierdurch die lyten stets nur wenig oder gar kein Aluminiumchlorid . Zufuhrgeschwindigkeit des Aluminiumchlorids selbstvorhanden ist. 45 tätig entsprechend dem bestehenden>,Bedarf gesteuert

Genauer gesagt, wird gemäß der Erfindung Alumi- wird.

nium oder dessen Legierungen elektrolytisch in einer Das erfindungsgemäße Verfahren hat eine Anzahl Elektrolysekammer hergestellt, wobei ein geschmol- von Vorteilen gegenüber bekannten Verfahren zum zener Salzelektrolyt wenigstens ein Alkalimetall- elektrolytischen Herstellen von Aluminium. Es verhalogen und/oder Erdalkalimetallhalogen und/oder 50 braucht praktisch keine Kohle bzw. kein Graphit, erein Halogen seltener Erden enthält und wobei die zeugt kontinuierlich Aluminium bei Stromwirkungs-Kathode geschmolzenes Aluminium oder geschmol- graden von wenigstens 85% und ermöglicht ein Arzene Aluminiumlegierung ist, welche ein aus dem beiten bei Temperaturen über dem Schmelzpunkt des Elektrolyten durch. Elektrolyse abgelagertes metal- Aluminiums, jedoch ausreichend unter den Temperalisches Reduktionsmittel enthält, woraufhin das ge- 55 türen, die bei Aluminiumextraktion unter Verwenschmolzene Aluminium oder die Legierung und das dung elektrischen Stromes benötigt werden. Gasför-Reduktionsmittel in eine Reduktionskammer über- miges Aluminiumchlorid ist ein Zuführmittel hoher führt werden, wo das Aluminiumchlorid mit dem Reinheit und ermöglicht eine geschlossene Konstrukmetallischen Reduktionsmittel reagiert, woraufhin tion der Vorrichtung, deren Verwendung mehrere das Chloridprodukt des metallischen Reduktions- 60 Vorteile bringt. . ,
mittels in die Elektrolysekammer überführt und ge- Wichtige Vorteile leiten sich vom Einführen des schmolzenes Aluminium, welches eine geringere gasförmigen Aluminiumchlorids in den Elektrolyse-Konzentration des metallischen Reduktionsmittels kreislauf innerhalb eines getrennten Behälters ab, so enthält, in die Elektrolysekammer zurückgeführt und daß eine große Auswahl von Elektrolyten möglich ist das geschmolzene Metallprodukt aus der Reaktions- 65 und eine Zusammensetzung angewendet werden kann, kammer abgestochen wird. welche eine hohe Leitfähigkeit und ein geringes spe-

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung zifisches Gewicht aufweist. Als Ergebnis hieraus sind

wird das Verfahren in einer Vorrichtung durchge- hohe Stromdichten möglich, können geringe Elek-

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trodenabstände angewendet und kann der Spannungs- zurückgezogen, und das Metallprodukt konnte sich

abfall über den Elektrolyten auf ein Minimum ge- verfestigen.

halten werden. Feststehende Anoden optimaler Aus- Die Analyse zeigte, daß das Metallprodukt Alumi-

führung, welche einen geringen Spannungsabfall über nium war, welches weniger als 0,002% Magnesium

ihre Länge aufweisen, und eine ähnliche Kathoden- 5 enthielt..

anschlußeinrichtung können verbessert werden, um R · ' 1 TT

den Spannungsabfall an diesem Punkt zu verringern. B eispie π ^

Es sind Elektrolysekammern möglich, welche derart Es wurde ein geschmolzener Salzelektrolyt, wel-

ergänzt werden können, daß sie für automatischen eher 40% des flüssigen Gewichtes Magnesiumchlorid,

Ablauf geeignet sind, so daß Routinearbeit und Über- io 30% Lithiumchlorid und 30% Natriumchlorid ent-

wachungserfordernisse auf ein Minimum verringert hält, bei einer Temperatur von 725 bis 750° C unter

werden können. . Verwendung einer Stromdichte von 1,075 A/cm² und

Weil Aluminiumgemische nicht direkt elektro- einem Spalt zwischen Anode und Kathode von 19 mm

lysiert werden, sondern vielmehr ein metallisches in einer mit Aluminium ausgekleideten Kammer mit

Reduktionsmittel als Lösung in einem Strom aus 15 einem senkrecht verlaufenden Kohlenstab als Anode

Aluminium oder Aluminiumlegierung zugegeben und einer Schmelze aus handelsüblichem Aluminium

wird, können Probleme wie Kathodenüberpotential als Kathode elektrolysiert. Die nach 25 Minuten her-

und Nebelbildung verringert werden und gute Hoch- gestellte Aluminiumlegierung enthielt 13,5% Alumi-

spannungs- und Stromwirkungsgrade möglich sein. nium, wobei der gesamte elektrische Wirkungsgrad

Durch Rückführen des Aluminiums in genügend gro- so 90% betrug.

ßer Menge", um sicherzustellen, daß die Lösung des Die so erlangte Aluminiumlegierung wurde In einen Reduktionsmittels in der geschmolzenen Kathode Alüminiumschmelzttegel mit einem Innendurchmesser verhältnismäßig schwach bzw. verdünnt ist, sind die von 63,5 mm überführt und in einer Argonatmosphäre zum Zersetzen des reduzierenden Salzes im Elektro- bei Zugabe von genügend Aluminium geschmolzen, lyten erforderlichen Hochspannungen — eher als für 95 so daß eine Aluminiumlegierung mit einem Gehalt Aluminiumchlorid — durch die verringerte Aktivität von 6,12% Magnesium entstand. Dann wurde AIudes in der geschmolzenen Kathode gelösten Reduzier- miniumchloriddampf in Blasenform mit einer Gemitteis weitgehend verschoben. schwindigkeit, die 4500 ml Chlor pro Minute (geBeispiele für die Arbeitsweise des Verfahrens ge- messen bei S. T. P.) entspricht, durch das geschmolmäß der vorliegenden Erfindung sind folgende: 30 zene Metall mittels eines Tantalrohres mit einem . -IT Innendurchmesser von 6,35 mm hindurchgelassen, Beispiel I welches 190,5mm unter die Metalloberfläche einge-Ein geschmolzener Salzelektrolyt, der 20% des taucht war. Der Aluminiumchloridzustrom wurde mit flüssigen Gewichtes Magnesiumchlorid, 40 % Lithium- der angegebenen Geschwindigkeit so lange fortgeführt, chlorid und 40% Natriumchlorid enthält, wurde bei 35 bis Aluminiumchlorid in den austretenden Gasen fest-■670 bis 700⁰C in einer mit Aluminium ausgekleide- gestellt wurde, wobei die Metalltemperatur im Beten Kammer elektrolysiert, welche eine senkrecht ver- reich zwischen 800 und 950° C gehalten wurde,
laufende Kohlenstange als Anode und eine Schmelze Die Analyse des hergestellten Metalls zeigte, daß aus handelsüblichem Aluminium als Kathode enthält. dieses Aluminium mit einem Gehalt von weniger als ^: Der interpolare Spalt zwischen Anode und Kathode 40 0,002 % Magnesium war.

betrug 18 mm, die Stromdichte 1,16 A/cm² und die In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiele der

Gesamtspannung 3,2 bis 3,4 V. Erfindung zwei Vorrichtungen zum Durchführen des

Nach einem Elektrolysieren von einer Stunde vorgeschlagenen Verfahrens vereinfacht dargestellt,

wurde der Magnesiumchloridgehalt durch Zugabe zu- und zwar zeigt

sätzlichen geschmolzenen Aluminiumchlorids auf 45 F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch eine Vor-25% angehoben. Dann wurde die Elektrolyse für richtung zum elektrolytischen Herstellen von Alueine weitere Stunde fortgesetzt, wonach das Alumi- minium,

niummetallprodukt entfernt wurde. Durch eine Ana- Fig. 2 einen Schnitt nach Linie 2-2 aus Fig. 1,

lyse wurde festgestellt daß ein Gehalt von 3,97 % F i g. 3 einen waagerechten Schnitt nach Linie 3-3

metallisches Magnesium vorhanden war. 50 aus Fig. 1,

Diese Aluminium-Magnesium-Legierung wurde in F i g. 4 eine Draufsicht auf eine abgewandelte Auseinen Aluminiumtiegel mit einem Innendurchmesser führungsform der Vorrichtung zum Durchführen des von 63,5 mm überführt, der sich in einem evakuier- erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens,
baren Stahlbehälter befand. Nach dem Evakuieren F i g. 5 einen Schnitt nach Linie 5-5 aus F i g. 4,
und Füllen des Behälters mit Argon wurde die Me- 55 F i g. 6 einen Schnitt nach Linie 6-6 aus F i g. 4,
tallegierung durch Erhitzen auf 800°C geschmolzen. Fig. 7 einen Schnitt nach Linie 7-7 aus Fig. 4

Durch die geschmolzene Metallegierung wurde und

daraufhin reiner Aluminiumchloriddampf mit einer F i g. 8 einen Schnitt nach Linie 8-8 aus F i g. 4.

Geschwindigkeit, die 500 ml Chlor pro Minute (ge- Bei dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 1 bis 3 ist

messen bei S. T. P.) entspricht, in Blasenform mittels 60 die Vorrichtung 1 mit einem äußeren Gehäuse 2 ver-

eines Tantalrohres mit einem Innendurchmesser von sehen, welches mit einer Auskleidung 3 wärmeisoliert

6,35 mm geleitet, welcher bis 190,5 mm unter die ist. Eine innere Auskleidung 4 aus Graphit und/oder

Oberfläche des Metalls eingetaucht war. Während des Kohle nimmt die eingebauten Teile der Vorrichtung

Betriebsablaufes wurde die Temperatur zwischen 800 auf und überträgt Strom von Anschlußstücken 6 auf

und 900° C gehalten. Der Aluminiumchloriddampf 65 die als Kathode wirkende flüssige Metallschicht 7. Die

wurde bei der angegebenen Geschwindigkeit so lange Seiten einer als geschlossenen Zelle ausgebildeten

fortgesetzt, bis Aluminiumchlorid in den abgesaugten Elektrolysekammer 11 sind mittels einer Wandung 5

Gasen festgestellt wurde. Dann wurde das Tantalrohr aus feuerfestem Material elektrisch isoliert. Die Vor-

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richtung 1 ist innen durch Wände 8 und 9 aus Graphit Leitung 36 in die Elektrolysekammer 11 zurückzu- und/oder Kohle und durch eine aus Graphit, Kohle führen. Das Abstechen des in der Auslaßleitung 37 und/oder feuerfestem Material bestehende Wand 10 enthaltenen Aluminiums wird unterbrochen, bevor in vier Teile aufgeteilt, nämlich die Elektrolysekam- Chloridnebenprodukt aus der Auslaßöffnung austremer 11, die Pumpenkammer 12, die beckenartige Re- 5 ten kann. Wenn der Stopfen 38 wieder in diese öffaktionskammer 13 und die Rückführkammer 14. nung eingeschoben ist, steigt das Chloridnebenpro-Die Elektrolysekammer 11 enthält einen geschmol- dukt erneut in der Auslaßleitung nach oben, weil sich zenen Salzelektrolyten 15, der ein geringeres spezi- in dieser Leitung fortlaufend erzeugtes Metall ansamfisches Gewicht als die die Kathode bildende Metall- melt. Das Chloridnebenprodukt wird dann mit weischicht 7 aufweist, welche unter dem Elektrolyten io terem Metall wieder, wie oben angegeben, durch die liegt. Vorzugsweise aus Graphit oder Kohle bestehende Leitung 36 in die Elektrolysekammer zurückgeführt. Anoden 16 und 17 hängen in den Elektrolyten 15 und -· In der Elektrolysekammer 11 ist eine Zwischensind am Deckel 18 befestigt, an dem ein Anodenan- wand 39 vorgesehen, welche von der der Reaktionsschlußstück 19 vorgesehen ist. Die Unterseite des kammer nächstliegenden Stirnwand ausgeht und dicht Deckels 18, welche nicht von den Anoden 16 und 17 15 vor der gegenüberliegenden Wand endet. Die Zwiabgedeckt ist, ist mit Blöcken 20 aus feuerfestem schenwand 39 bildet zwischen sich und der einen Material verkleidet. Durch den Deckel 18 und einen Seitenwand der Kammer 11 eine Rinne 40. Die Rückder Blöcke 20 ist eine Auslaßleitung 21 für Chlor- führleitung 36 steht mit einem Ende der Rinne 40 gas geführt, welche in den Raum über dem Elektro- oberhalb der oberen Begrenzungslinie der Kathoden-Iyten 15 mündet. An die Anschlußstücke 6 und 19 ist ao metallschicht 7 in Verbindung, so daß sie^ in^ den geeine Gleichstcomspannung angelegt. schmolzenen Salzelektrolyten 15 führt. Das andere ~ Auf der Pumpenkammer 12 ist ein Deckel 22 und Ende der Rinrie^O steht mit der Kammer 11 in Ver- J auf der Reaktionskammer 13 ein Deckel 23 angeord- bindung.

net. Die Unterseiten der Deckel 22 und 23 sind durch Bei einem praktischen Ausführungsbeispiel des Verkleidungsschichten 24 aus feuerfesten Blöcken ge- 25 vorgeschlagenen Verfahrens wird in die Vorrichtung 1 schützt. Die Deckel 18, 22 und 23 sind gasdicht ab- genügend geschmolzenes Aluminium oder geschmolgedichtet auf die Vorrichtung aufgesetzt. zene Aluminiumlegierung eingefüllt, um den Boden Die Wände der Reaktionskammer 13 und des obe- der Elektrolysekammer 11 zu bedecken und einen ren Teiles der Pumpenkammer 12 sind durch Aus- guten elektrischen Kontakt mit der Auskleidung 4 kleidungen 25 aus feuerfesten Blöcken geschützt. 30 herzustellen. Dann wird genügend geschmolzener Eine von einem nicht dargestellten Motor angetrie- Elektrolyt 15 in die Vorrichtung gegossen, um die bene senkrecht verlaufende Welle 26 erstreckt sich unteren Enden der Anoden 16 und 17 zu bedecken, durch eine Stopfbüchse 27 im Deckel 22 und ist mit Der geschmolzene Elektrolyt kann eine Auswahl von schräggestellten Pumpenflügeln 28 versehen, so daß Erdalkalimetallhalogenen und Alkalimetallhalogenen, sie das flüssige Metall, welches in die Pumpenkam- 35 wie oben beschrieben, enthalten; vorzugsweise enthält mer 12 aus der Elektrolysekammer 11 durch einen er Magnesiumchlorid. Die Vorrichtung wird dann an Durchlaß 29 eintritt, in Bewegung versetzt. die Gleichstromquelle angeschlossen, und es erfolgt Das aus der Kathodenschicht 7 kommende flüssige die Elektrolyse des in der Elektrolysekammer 11 beMetall fließt aus der Pumpenkammer 12 über kas- findlichen Elektrolyten, wobei ein metallisches Rekadenartige Stufen 30 in ein Metallbad 31 in der Re- 4° duktionsmittel wie Magnesium in der Kathodenmetallaktionskammer 13. schicht 7 abgelagert wird und in Lösung mit dem ge-Durch eine Hauptzufuhrleitung 32 und aus feuer- schmolzenen Aluminium übergeht. Nach einer ausfestem Material bestehende Tauchfohre 33, die sich reichenden Zeitspanne wird die aus der Welle 26 und "Λ - nach unten durch den Deckel 23 in die Reaktions- den Pumpenfiügeln 28 bestehende Rückführpumpe in -^ kammer 13 erstrecken, wird Aluminiumchloriddampf 45 Tätigkeit gesetzt und, wenn geschmolzenes Metall durch das Metallbad 31 hindurchgeblasen, so daß es durch die Reaktionskammer geführt wird, wird Aluin ihm in Form von Blasen hochsteigt. An die unte- miniumchloriddampf aus der Hauptzufuhrleitung 32 ren Enden der Tauchrohre 33 sind in horizontaler durch die Tauchrohre 33 und die Verteilerrohre 35 in Richtung verlaufende Verteilerrohre 34 angeschlos- das Metallbad 31 eingeführt. .
sen, die mit öffnungen 35 versehen sind, durch welche 50 Der Aluminiumchloriddampfdruck in der Hauptder Aluminiumchloriddampf in das Metallbad 31 ge- · zuführleitung 32 wird auf einem kleinen positiven langt. konstanten Überdruckwert gehalten. Dadurch wird Die Wand 10 bildet ein Wehr, über welches ge- Dampf in die Reaktionskammer 13 und mit kleinem schmolzenes Aluminium und Nebenprodukte in die Überschuß blasenförmig durch das Metallbad 31 hin-Rückführkammer 14 fließen. Von dort werden diese 55 durchgedrückt, bis sich der im Gasraum der Reak-Materialien durch eine Rückführleitung 36 in die in tionskammer 13 befindliche Gasdruck so weit aufgeder Elektrolysekammer 11 befindliche Salzphase des baut hat, daß der Dampfzustrom durch den aufge-. Elektrolyten zurückgeführt. Eine schräg nach unten bauten Gegendruck abgestoppt wird. Wenn dieser verlaufende Auslaßleitung 37 ist zum periodischen Druck durch weitere Reaktion des im Gasraum bc-Ablassen oder Abstechen des erzeugten Aluminiums 60 findlichen Aluminiumchloriddampfes mit frischem, vorgesehen, wobei die Auslaßöffnung der Leitung 37 über die kaskadenartigen Stufen 30 zugeführtem Mcnormalerweise mit einem entfernbaren Stopfen 38 tall abgebaut wird, wird neuer Aluminiumchloridverschlossen ist. In der Auslaßleitung 37 sammelt dampf über die Hauptzufuhrleitung 32 zugeführt. Das sich Aluminium und Aluminiumlegierung an, dessen . Aluminiimichlorid wird durch das metallische Reduk-Oberfiäche normalerweise direkt unter der Rückfiihr- 65 tionsmittcl reduziert, so daß Aluminium und Chlorid leitung 36 liegt. Das Chloridncbenprodukt versucht des reduzierenden Metalls, beispielsweise Magnesium-· die Oberfläche des Metalls oder der Metallegierung chloiid, entsteht. Der größere Teil des Aliiminiumanzuheben und somit geschmolzenes Metall durch die ehloriddampl'es reagiert mil dem reduzierenden Me-

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tall, wenn der Dampf durch die Schmelze des Metall- In die Pumpenkammer 12 ragt die mit Pumpenbades 31 in Blasenform hindurchtritt. Ein kleinerer flügeln 28 versehene Welle 26 einer Flügelpumpe hin-Teil des Aluminiumchlorids entweicht aus dem Bad ein, welche in der Pumpenkammer befindliches flüs-31 und wird durch Oberflächenreaktion mit dem siges Metall nach oben drückt. Die Welle 26 der Flüreduzierenden Metall im Bereich der kaskadenartigen 5 gelpumpe ist durch eine Stopfbüchse 27 im Deckel Stufen 30 verbraucht. 22 geführt und wird von einem nicht dargestellten

Der Aluminiumchloriddampf wird somit automa- Motor angetrieben.

tisch und selbsttätig durch die Hauptzufuhrleitung 32 Ein schräg nach oben verlaufender Durchgang 51

nur so schnell zugeführt, wie er vom in das in die stellt eine Verbindung zwischen der Pumpenkammer

Elektrolysekammer rückgeführten Metall elektroly- io 12 und der Filterkammer 42 her. In die Filterkammer

sierten Reduktionsmittel verbraucht werden kann. . 42 ist eine konische Hülse 52 herausnehmbar einge-

Unter einigen Umständen kann die Metallober- paßt, und der Durchgang 51 steht mit einer öffnung fläche im Metallbad 31 mit einer dünnen Schicht eines "53 der Hülse 52 in Verbindung. Ein Deckel 54 ist auf geschmolzenen Salzproduktes der Aluminiumchlorid- das obere Ende der Hülse 52 aufgesetzt. Am unteren Reduktionsmittel-Reaktion überzogen werden, wo- 15 Ende der Hülse 52 ist ein waagerecht liegender perdurch eine weitere schnelle Reaktion zwischen der forierter Boden 55 vorgesehen, und die Hülse 52 ist Metalloberfläche und dem aus dem Bad 31 austreten- über dem Boden 55 mit Filtermaterial 56 wie plattenden überschüssigen Aluminiumchlorid beeinträchtigt förmigem Aluminium gefüllt. Der Hohlraum unterwird, halb des Bodens 55 steht mit einer Kammer 57 in

Um diesen Nachteil zu umgehen," bieten die kas- ao Verbindung, welche an einer Seite der Filterkammer

kadenartigen Stufen 30 eine genügend große Metall- 42 vorgesehen ist._D_as obere Ende dieser Kammer 57

oberfläche zum Verarbeiten des überschüssigen Alu- ist über eine Kammer 58 mit* dem oberen Ende der

miniumchlorids, die keine die Reaktion verhindernde Reaktionskammer 13 verbunden.

Oberfläche aufweist. Zwei innere und äußere konzentrische Tauchrohre

Geschmolzenes Aluminium oder geschmolzene Alu- 35 33 und 33 a für Aluminiumchlorid hängen in die Re-

miniumlegierung fließt zusammen mit dem geschmol- aktionskammer 13 durch den Deckel 22 hinein, wo-

zenen Salzprodukt aus der Reduktionskammer über bei sich die offenen unteren Enden der Rohre 33 und

die als Wehr wirkende' Wand 10, und dann werden 33 α trichterförmig erweitern. Das innere Tauchrohr

beide Komponenten über die Rückführleitung 36 und 33 endet nahe dem unteren Ende der Reaktionskam-

die Rinne 40 in die Elektrolysekammer zurückgeführt, 30 merl3 und das äußere Tauchrohr 33 α etwas höher

wo das geschmolzene Salzprodukt wieder elektroly- in die Kammer 13. Die Rohre 33 und 33 a sind an

siert wird, um das Reduktionsmittel zu bilden. eine Quelle für unter geeignetem Druck stehendes

Mit fortschreitendem Betrieb der Zelle vergrößert gasförmiges Aluminiumchlorid angeschlossen. Das sich die in ihr befindliche Menge an geschmolzenem untere Ende einer nach oben geneigt verlaufenden Aluminium. Das Erzeugnis wird von Zeit zu Zeit über 35 Verbindungsleitung 59 mündet unmittelbar über dem die Auslaßleitung 37 mit einer Geschwindigkeit und unteren Ende des äußeren Rohres 33 α in den Reak-Häufigkeit abgestochen, die erforderlich sind, um den tionsbehälter 13, und das obere Ende der Verbin-Polspalt und die Betriebsweise der Vorrichtung so. dungsleitung 59 steht mit der Kammer 43 zur Entdicht wie möglich am Optimum zu halten. nähme von Proben in Verbindung. Ein Kanal 60 ver-

Bei dem Ausführungsbeispiel aus F i g. 4 bis 8 be- 40 bindet das obere Ende der Reaktionskammer 13 mit

sitzt die als geschlossene Zelle ausgebildete Vorrich- der Kammer 43. Ein weiterer Kanal 61 verbindet die

tung 1 ein äußeres Gehäuse 2, eine isolierende Aus- zur Entnahme von Proben dienende Kammer 43 mit

kleidung 3 eine innere leitende Auskleidung 4 aus der Rinne 47.

■ Graphit oder Kohle, eine Elektrolysekammer 11, eine Eine Auslaßleitung 62 zum Abführen des erzeug-Pumpenkammer 12, eine Filterkammer 42, eine Re- 45 ten Metalls ist am Boden der Reaktionskammer voraktionskammer 13 und eine Kammer 43 zur Ent- gesehen und steht über eine geneigte, nach oben vernähme von Proben. Eine oder mehrere Anoden 16 ■ laufende Verbindungsleitung 63 mit einer Zwischenhängen in die Elektrolysekammer 11 durch den Dek- kammer 64 in Verbindung, von der eine senkrecht kel 22. An die Anoden 16 wird über Anschlußstücke verlaufende Verbindungsleitung 65 in eine Sammel-19 und an die die Kathode aufnehmende Ausklei- 50 kammer 66 zur Aufnahme des erzeugten Metalls dung 4 über Anschlußstücke 6 elektrische Spannung führt. Die Verbindungsleitung 65 ist mit einem steuerangelegt, baren Ventilkörper 67 verschließbar, der eine Spindel

Die Elektrolysekammer 11 enthält einen geschmol- 68 besitzt, die durch eine Stopfbuchse 69 im Deckel

zenen Salzelektrolyten 15 von geringem spezifischem 22 führt. Der Ventilkörper 67 steuert den Metallfluß

Gewicht als die als Kathode wirkende geschmolzene 55 in die Sammelkammer 66.

Metallschicht 7, welche sich unterhalb des Elektro- Mit der Auslaßleitung 62 ist außerdem eine Sicher-

lyten befindet und vorzugsweise Aluminium oder eine heitsauslaßleitung 70 verbunden, die mit einem Stop-

Aluminiumlegierung enthält. Die Anoden 16 tauchen fen 71 verschlossen ist.

in den Elektrolyten 15, jedoch nicht in die Metall- Im Betrieb wird die Elektrolysekammer 11 mit

schicht 7 ein. 60 einer Metallschicht 7 aus geschmolzenem Aluminium

Die Elektrolysekammer 11 steht über Kanäle 44 oder geschmolzener Aluminiumlegierung beschickt, und 45 mit Rinnen 46 bzw. 47 in Verbindung. Die auf die eine auf ihr schwimmende Schicht aus ge-Rinne 46 ist mit einer Kammer 48 verbunden, die schmolzenem Salzelektrolyten der oben beschriebenen mittels einer Hülse 49 von der Pumpenkammer 12 Art aufgebracht wird, die vorzugsweise Magnesiumgetrennt ist. Am unteren Ende der Hülse 49 ist in 65 chlorid enthält. Dann wird an die eine Zelle bildende derselben ein Durchlaß 50 vorgesehen, der eine Ver- Elektrolysekammer Gleichstrom angelegt, um die bindung zwischen der Kammer 48 und der Pumpen- Elektrolyse des Elektrolyten zu bewirken. Ein metalkammer 12 bildet. lisches Reduktionsmittel wie Magnesium wird dann

eingegeben und geht in Lösung in die die Kathode darstellende geschmolzene Aluminiumschicht über. Das geschmolzene, die Kathode bildende Metall und das aufgelöste Reduktionsmittel verlassen die Kammer 11 durch die Kanäle 44 und die Rinne 46 und gelangen in das untere Ende der Pumpenkammer 12, in welcher sie mittels der Pumpenflügel 28 hochgedrückt und durch den Durchgang 51 und die öffnung 53 in die Reaktionskammer 13 gedrückt werden, welche normalerweise mit dem geschmolzenen Metall gefüllt ist. ₄Beim Herabsinken in der Reaktionskammer bewegt sich das geschmolzene Metall im Gegenstrom zu hochsteigendem Aluminiumchloriddampf, der in die Reaktionskammer 13 durch die Rohre 33 und 33 a eingeführt wird. Die Reaktion zwischen dem Aluminiumchlorid und dem Reduktionsmittel, wobei letzteres bei diesem Verfahrensschritt im Überfluß vorhanden ist, führt zu einem vollständigen Verbrauch des Aluminiumchlorids, wodurch Aluminium und das Chlorid des Reduktionsmittels erzeugt werden, ao Das als Nebenprodukt anzusehende Chlorid wird hierbei nach oben auf die Oberfläche des geschmolzenen Metalls in der Kammer 13 bewegt und dort abgelagert. Ein Teil des geschmolzenen Metalls, welcher mit dem Reduktionsmittel reagiert hat und einen Anteil des Chloridnebenproduktes enthalten kann, fließt durch die Verbindungsleitung 59 in die zur Probeentnahme geeignete Kammer 43, während Chloridnebenprodukt aus dem oberen Ende der Reaktionskammer 13 durch den Kanal 60 in die Kammer 43 fließt. Das geschmolzene Metall wird zusammen mit dem Chloridnebenprodukt über den Kanal 61, die Rinne 47 und die Kanäle 45 zurückgeführt.

Der in der Reaktionskammer 13 verbleibende Rest geschmolzenen Metalls sinkt in den unteren Teil der Kammer 13, wo das Metall einer weiteren Reaktion mit durch das innere Rohr 33 zugeführtem Aluminiumchloriddampf ausgesetzt wird. Dieser Aluminiumchloriddampf ist in einem solchen Überschuß vorhanden, daß eine praktisch vollständige Entfernung des Reduktionsmittels aus dem geschmolzenen Metall sichergestellt ist.

Das überschüssige Aluminiumchlorid steigt in der Reaktionskammer 13 nach oben, wo es mit weiteren Mengen von in dem geschmolzenen Metall enthaltendem Reduktionsmittel reagiert. Auf diese Weise erzeugtes Aluminium oder erzeugte Aluminiumlegierung verläßt den Boden der Reaktionskammer 13 durch die Auslaßleitung 62 und die Verbindungsleitung 63 und gelangt in die Zwischenkammer 64. Das erzeugte Metall wird von Zeit zu Zeit aus der Zwischenkammer 64 durch Lüften des Ventilkörpers 67 mit einer Geschwindigkeit in die Sammelkammer 66 abgelassen, die normalerweise von der Produktionsgeschwindigkeit des Reduktionsmittels in der Elektrolysekammer 11 abhängt. ""

Das Aluminnimchlorid wird normalerweise vollständig verbraucht, jedoch können in ihm gelegentlich Restspuren inerter Gase enthalten sein. Diese entweichen oberhalb der geschmolzenen Metallschicht und gelangen in eine Sammelhülle 72, die vom Deckel 22 herabhängt und an ihm dichtend befestigt ist.

Das untere offene Ende dieser Sammelhülle taucht etwas in die flüssige Salzoberfläche ein. Die inerten Gase werden dann in die umliegende Atmosphäre durch ein Ablaßrohr 73 ausgelassen, welches direkt unter dem Flüssigkeitsspiegel einer geeigneten Dichtungsflüssigkeit, beispielsweise geschmolzenes Blei, mündet, welche sich in einem Topf 74 befindet.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (6)

1 2 Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektro- Patentansprüche: lytischen Herstellen von Aluminium oder dessen Le gierungen aus Aluminiumchlorid, bei dem ein geschmolzener Salzelektrolyt, der wenigstens ein Alkali-

1. Verfahren zum elektrolytischen Herstellen 5 metallhalogen und/oder Erdalkalimetallhalogen und/ von Aluminium oder dessen Legierungen aus oder ein Halogen seltener Erden und das Chlorid Aluminiumchlorid, bei dem ein geschmolzener eines in Aluminium löslichen metallischen Reduk-Salzelektrolyt, der wenigstens ein Alkalimetall- tionsmittels enthält, elektrolysiert wird, wobei das halogen und/oder Erdalkalimetallhalogen und/ metallische Reduktionsmittel aus dem Elektrolyten oder ein Halogen seltener Erden und das Chlorid io an einer Kathode aus geschmolzenem Aluminium abeines in Alumimum löslichen metallischen Re- gelagert und darin gelöst und anschließend die Reduktionsmittels enthält, elektrolysiert wird, wo- duktionsmittel-AIuminiumlegierung mit Aluminiumbei das metallische Reduktionsmittel aus dem chlorid in Kontakt gebracht wird. Außerdem beElektrolyten an einer Kathode aus geschmolze- trifft die Erfindung eine Vorrichtung zum Herstellen nem Aluminium abgelagert und darin gelöst und 15 von Aluminium oder dessen Legierungen unter Veranschließend die Reduktionsmittel-Aluminium- Wendung eines geschmolzenen Salzelektrolyten, belegjerung mit Aluminiumchlorid in Kontakt ge- stehend aus einer eine Kathode aus geschmolzener bracht wird, dadurch gekennzeichnet, Aluminiumlegierung enthaltenden Elektrolysekammer daß die an der Kathode gebildete Reduktions- und einer mit dieser über einen Kanal verbundenen mittel-Aluminiumlegierung aus dem Elektrolyse- ao Reaktionskammer.

raum abgezogen wird, in diese Aluminiumchlorid Bei den heutzutage praktisch angewendeten~elek-

eingeleitet wird, das sich unter Bildung von metal- trolytischen Verfafifeffzem Herstellen von Alumimum lischem Aluminium mit dem Reduktionsmittel benutzt man als Ausgangsmaterial Aluminiumoxyd, umsetzt, und daß die an Reduktionsmittel ver- welches als Lösung in doppeltsaurem Natrium und armte Legierung wieder in die Elektrolyse zurück- 95 Alumimumfluoriden elektrolysiert wird. Nachteile geführt wird, während das aus dem Aluminium- dieses Verfahrens bestehen darin, daß erstens der chlorid gewonnene Aluminium bzw. dessen Le- Verbrauch von hochreinen Kohlenstoffelektroden gierung getrennt abgezogen wird. durch die Sauerstoffkomponenten des Ausgangsmate-

2. Vorrichtung zum elektrolytischen Herstellen rials zwischen 0,6 bis 1,0 kg Kohlenstoff pro hergevon Aluminium oder dessen Legierungen unter 30 stelltem Kilogramm Aluminium liegt, daß zweitens Verwendung eines geschmolzenen Salzelektrolyten ein niederiger Spannungswirkungsgrad der Vorrichnäch dem Verfahren nach Anspruch 1, bestehend rung von 35 bis 45% gegeben ist, der durch die aus einer eine Kathode aus geschmolzener Alu- Addition von Hochspannungsverlusten an der Anode, miniumlegierung enthaltenden Elektrolysekammer welche für eine kontinuierliche Zufuhr geeignet sein und einer mit dieser über einen Kanal verbünde- 35 muß, an der Kohlenstoffauskleidung, welche dick sein nen Reaktionskammer, gekennzeichnet durch eine muß, um die hohe Temperatur innerhalb der Vorpumpe (28) zum Überführen der Reduktions- richtung zu halten, aus dem Polabstand, der groß sein mittel-Aluminiumlegierung in die Reaktionskam- muß, um einen genügenden Abstand zwischen der mer (13), durch in der Reaktionskammer (13) an- verformten Metallfläche der Kathode und der Anode geordnete Rohre (33) zum Einleiten von dampf- 40 zu gewährleisten, und schließlich durch die Polarisaförmigem Aluminiumchlorid in die Reduktions- tionseffekte an der Anode als Ergebnis einer intermittel-Aluminiumlegierung, durch eine an die mittierenden Aufladung und der Veränderung der Reaktionskammer anschließende Rinne (40) zum Elektrolytzusammensetzung bedingt ist, daß drittens Rückführen der an Reduktionsmittel verarmten Verluste des kostspieligen Elektrolyten durch VerLegierung in die Elektrolysekammer und durch 45 dampfung wegen der an der Oberseite offenen Elekeinen Abstich (37) an der Reaktionskammer zum trolysekammer auftreten, welche offen sein muß, um Abziehen des gewonnenen Aluminiums bzw. des- intermittierend und gleichmäßig festes Aluminium in sen Legierung. den Elektrolyten einfüllen zu können, daß viertens

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeich- eine starke Korrosion und eine geringe Lebensdauer net durch eine im Kanal (29) angeordnete Pum- 50 der Elektrolysekammer wegen der hohen Arbeitspenkammer (12) für die Pumpe (28). temperatur von 950 bis .1000° C gegeben sind und

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- daß fünftens beachtliche Arbeit erforderlich ist, um kennzeichnet, daß in der Reaktionskammer (13) Ausgangsmaterial in die Elektrolysekammer einzuzum Einleiten des Aluminiumchloride zwei kon- bringen.

zentrische Rohre (33, 33 a) vorgesehen sind, wo- 55 Es ist auch schon vorgeschlagen worden, Alumibei das untere Auslaßende des inneren Rohres nium aus anhydriertem Aluminiumchlorid oder gas-(33) tiefer als das des äußeren Rohres (33 a) liegt. förmigem Aluminiumhalogenid durch Elektrolyse

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch ge- eines Elektrolyten herzustellen, der aus in bestimmten kennzeichnet, daß die Reaktionskammer (13) als geschmolzenen Metallhalogenen gelöstem Aluminium-Druckkammer ausgebildet ist. 60 chlorid besteht (deutsche Patentschrift 1152 550),

6. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeich- Eine Reihe von Nachteilen hat jedoch die wirtschaftnet durch eine zwischen Pumpenkammer (12) und Hche Anwendung derartiger Verfahren bisher verhin-Reaktionskammer (13) angeordnete Filtereinheit dert. Aluminiumchlorid ist ein leicht flüchtiger Fest-(42, 55, 56). stoff, der bei etwa 178° C sublimiert. Obwohl sein

65 Dampfdruck in geschmolzenen Alkalimetallchlorid-Bädern stark herabgesetzt werden kann, wird Aluminiumchlorid aus solchen Bädern schnell destilliert, wenn etwa beim oder in der Nähe des Schmelzpunk-