DE1533463B1 - Elektrolysezelle zur herstellung von titan - Google Patents

Description

Es wurde gefunden, daß die Gleichmäßigkeit und die Stärke des elektrischen Stromes, der zwischen den einzelnen Elementen der Elektrolytzelle fließt, in starkem Maße für den Kristalltyp und die Kristallgröße und die Struktur des gebildeten Titanniederschlags verantwortlich sind. Ferner wurde gefunden, daß eine gute Steuerung der Stromdichten erforderlich ist, wenn ein bestimmter Typ der Kristallstruktur erzielt werden soll, und daß die Ströme von und zu

Abstand zwischen seinen perforierten Seitenwänden erzielt wird; durch eine symmetrische Anordnung der Kathodenstäbe in dem Kathodenkorb werden in gleichmäßigem Abstand voneinander angeordnete Oberflächen für die Abscheidung des metallischen Titans geschaffen. Die von kreisrunden Kathodenstäben gebildete Oberfläche liefert Flächen mit gleichmäßig eingestellter Stromdichte für die Abscheidung von Titankristallen der bevorzugten Art; kreisrunde

der Anode und der Kathode möglichst gleichmäßig io Querschnitte werden bevorzugt, da die gekrümmten über die Elektrodenoberflächen verteilt sein müssen. Oberflächen der runden Kathodenstäbe eine gleich-Es ist eine Elektrolysezelle der eingangs genann- mäßige Stromverteilung auf diesen Oberflächen ergeten Bauart bekannt (deutsche Auslegeschrift ben und zum Ausschluß von Effekten führen, die 1112 304), bei der eine gleichmäßige Verteilung des hohe Stromkonzentrationen an Kanten und Ecken elektrischen Stromes nicht erzielt wird, da die An- 15 verursachen, wie sie beispielsweise bei der Verwenoden als Platten ausgebildet und lediglich an zwei Sei- dung von Blechen oder Platten auftreten. Eine Mehrten der Kathode angeordnet sind, wobei sie sich von zahl von Anodenstäben kann bezüglich der Seitenoben nach unten erstrecken. Ferner bildet die Be- wände des kastenförmigen Kathodenkorbs, gegenschickungsleitung gleichzeitig die Zuleitung zum Ka- über welchen sie angeordnet sind, und bezüglich der thodenkorb und ist deshalb ebenfalls elektrisch nega- ao darin befindlichen Kathodenstäbe symmetrisch antiv, was sich in einer verminderten Qualität des Ti- geordnet sein. Anodenstäbe mit gekrümmtem Quer-

tans bemerkbar macht, das sich zwangläufig auf der Beschickungleitung niederschlägt. Ferner weist die bekannte Elektrolysezelle einen verhältnsimäßig gro-

schnitt sind ebenfalls zweckmäßig, da ihre gekrümmten Oberflächen gleichfalls einen gleichmäßigen Strom auf sämtlichen Oberflächen unter Ausschluß

ßen Durchmesser auf, da sowohl die Kathode als 35 von Spitzeneffekten ergeben.

auch die Anoden hängend angeordnet sind und ihre Die Erfindung ist im folgenden an Hand von in

Befestigungen in der Fläche des Deckels der Elektrolysezelle Platz finden müssen. Ferner ist die mit der bekannten Elektrolysezelle erzielte Ausbeute nach

der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 einen senkrechten Schnitt durch die Mitte Qualität und Quantität verhältnismäßig gering. 30 einer Elektrolysezelle nach der Erfindung,

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß Fig.2 einen horizontalen Schnitt längs der Linie

die Titantetrachlorid-Beschickungsleitung elektrisch neutral und gegenüber dem Kathodenkorb durch

migen Kathodenkorbs nach F i g. 1 bis 3,

F i g. 5 eine perspektivische Ansicht des in F i g. 4 dargestellten Kathodenkorbs, der zur Entfernung des abgeschiedenen Titans geöffnet ist,

F i g. 6 einen der F i g. 3 entsprechenden horizontalen Schnitt durch eine weitere Ausführungsform mit einer anderen Anordnung der Kathodenstäbe,

F i g. 7 einen vergrößerten Horizontalschnitt durch die Beschickungsleitung für das Titantetrachlorid,

2-2 in F ig. 1,

F i g. 3 einen horizontalen Schnitt längs der Linie eine Keramikmuffe isoliert ist, daß mehrere langge- 3-3 in Fig. 1, streckte Kathodenstäbe an der Decke des kastenför- 35 F i g. 4 eine perspektivische Ansicht des kastenförmigen Kathodenkorbes symmetrisch in gleichem Abstand von den Seitenwänden des Kathodenkorbes
und von der Titantetrachlorid-Beschickungsleitung
aufgehängt sind und daß mehrere langgestreckte Anodenstäbe durch den Zellenboden nach oben in den 40
Schmelzelektrolyten außerhalb des Kathodenkorbes
und im Abstand von diesem und den Seitenwänden
der Zelle eintauchen.

Dadurch, daß die Beschickungsleitung elektrisch

isoliert ist, wird verhindert, daß auf ihr Titan gerin- 45 aus dem die Auslässe nahe dem unteren Ende derselger Qualität abgeschieden wird. Ferner werden 50 ben zu ersehen sind.

bis 70% des Titans auf den erfindungsgemäßen Ka- Wie in Fig. 1 dargestellt, umfaßt die Elektrolyse-

thodenstäben abgelagert, was zu einer entsprechen- zelle ein Gehäuse 10, dessen Seitenwände 12 und den Senkung der Abscheidung auf den perforierten Boden 14 vorzugsweise aus feuerfesten Steinen auf-Seitenwänden des kastenförmigen Kathodenkorbes 5° gebaut sind und wenigstens in den innersten Schichsowie zur Aufrechterhaltung der richtigen Metallpo- ten aus gegenüber den korrodierenden Wirkungen rosität über den gesamten Titanchlorid-Beschickungszyklus führt. Schließlich erlaubt die Anordnung der Anodenstäbe im Zellenboden ein widerstandsverminderndes näheres Zusammenrücken 55 eine Chlorablaßleitung 20 hindurchgeht. Innen am sämtlicher Elektroden und außerdem ausgeglichenere Deckrand 18, der eine Öffnung frei läßt, befindet Stromverhältnisse, denn der Spannungsabfall erfolgt
in den Anoden von unten nach oben und in den Kathoden von oben nach unten. Dadurch ergibt sich

eine gleichmäßigere Verteilung des Stromflusses zwi- 60 kann. Eine Kathodendeckplatte 26 ist an ihrer sehen Anoden und Kathoden bzw. den Elektroden, Außenkante mit einem nach unten gerichteten und dies wiederum trägt zur Abscheidung von Titan- Flansch 28 versehen, der in den Kanal 22 paßt und kristallen mit der gewünschten Größe und Ausbil- damit eine Verbindung bildet, die durch das flüssige dung bei. Es ergibt sich somit eine kompaktere Elek- Metall 24 verschlossen wird. An der Unterseite der trolysezelle mit quantitäts- und qualitätsmäßig besse- 65 Kathodendeckplatte 26 sind Tragstäbe 30 befestigt, rer Ausbeute. deren untere Enden mit der Decke 32 des kastenför-

Der kastenförmige Kathodenkorb kann quadra- migen Kathodenkorbes 34 fest verbunden sind und tisch ausgebildet sein, wodurch ein gleichmäßiger diesen dadurch im Gehäuse 10 halten. Aus F i g. 2 ist

des geschmolzenen Halogenidelektrolyten 16 widerstandsfähigem Material bestehen. Das Gehäuse 10 weist oben einen Deckrand 18 auf, durch welchen

sich ein Kanal 22, der zum Abdichten ein flüssiges Metall 24 enthält, das aus einer Blei- oder Zinnlegierung mit einem niedrigen Schmelzpunkt bestehen

zu ersehen, daß der Kathodenkorb 34 quadratisch ist. Die Seitenwände 36 des Kathodenkorbs 34 sind durchgehend perforiert, während sein Boden 38 und seine Decke 32 nicht perforiert sind.

In fester Verbindung mit der Unterseite der Decke 32 und dadurch in dem Kathodenkorb 34 aufgehängt sind senkrecht angeordnete, langgestreckte Kathodenstäbe 40 mit kreisrundem Querschnitt vorgesehen. Die Kathodenstäbe 40 bestehen ebenso wie die

38 löst, und die Seitenwände 36 werden, wie in F ig. 5 gezeigt, nach außen und nach oben gebogen. Auf diese Weise liegt das Innere des Kathodenkastens 34 frei, und die an den Kathodenstäben 40 niedergeschlagenen Titankristalle 62 können ohne Schwierigkeiten entnommen werden.

Die unteren Enden der Anodenstäbe 52 sind außerhalb des Gehäuses 10 mit einem gemeinsamen Leiter 56 verbunden, an den, wie bei 58 angedeutet,

Seitenwände 36, die Decke 32 und der Boden 38 des io der positive Pol einer Gleichstromquelle (nicht dar-Kathodenkorbs 34, die Tragstäbe 30, die Kathoden- gestellt) schließbar ist. Der negative Pol dieser deckplatte 26 und der Deckrand 18 aus elektrisch Stromquelle kann durch die Klemme 60 mit dem leitfähigem Material, z. B-. Stahl. Die Kathodenstäbe Deckrand 18 verbunden sein, über den die Stromver-40 weisen zweckmäßig in ihrem unteren kreisrunden bindung zur Kathodendeckplatte 26 zu den Tragstä-Teil 42 einen geringeren Durchmesser auf, da damit 15 ben 30 und zur Decke 32 des kastenförmigen Kathoeine gleichmäßigere Stromverteilung über ihre gesamte Länge erzielt wird. Der Teil 42 weist vorzugsweise einen Durchmesser auf, der etwa der Hälfte
des Durchmessers des übrigen Teils des Kathoden-

denkorbs erfolgt, die ihrerseits mit den Seitenwänden 36 und den Kathodenstäben 40 verbunden ist.

In F i g. 6 ist eine andere Anordnung der Kathodenstäbe 40 dargestellt, sie zeigt aber ansonsten eine

stabs 40 entspricht und macht weniger als ein Drittel 20 Ansicht, die derjenigen nach F i g. 3 entspricht. Die der Gesamtlänge des Kathodenstabs 40 aus. Die Kathodenstäbe 40 sind symmetrisch und in gleichma-Teile 42 sind vorzugsweise abgerundet, wie darge- ßigen Abständen voneinander wie dort angeordnet; stellt, und die Schultern am oberen Ende der Teile
42 sind gleichfalls abgerundet, um scharfe Ecken zu

bei dieser Ausführungsform befindet sich aber jeder Kathodenstab jeweils gegenüber der Mitte einer der

vermeiden und einen gleichmäßigen Stromfluß zu as Seitenwände 36 und nicht nahe den Ecken, die durch fördern. Die vorzugsweise aus Graphit bestehende die Verbindungen der Seitenwände 36 gebildet wer-Titantetrachlorid-Beschickungsleitung 46 ist durch
die Kathodendeckplatte 26 gehalten und bei ihrem

Durchgang durch diese Platte durch eine Keramik-

den, wie dies in F i g. 3 veranschaulicht wurde.

Die Strommenge, die zu den Elementen des kastenförmigen Kathodenkorbes fließt, hängt in gro-

muffe 44 isoliert. Sie reicht zentral in den Kathoden- 30 ßem Umfang von der Querschnittsfläche desselben korb 34 hinein und ist an ihrem Durchgang durch die ab. Die gesamte waagerechte Querschnittsfläche der Decke 32 desselben durch eine weitere Keramikmuffe 48 isoliert. Nahe dem unteren Ende der Titantetrachlorid-Beschickungsleitung 46, die sich fast bis

zum Boden 38 des Kathodenkorbs 34 erstreckt, sind 35 Stromverteilung erfolgt. Diese Querschnittsflächen tangentiale Auslässe 50 angeordnet, die in F i g. 7 im sollen nahe der Verbindung dieser Elemente mit der einzelnen dargestellt sind.

Durch den Boden 14 des Gehäuses 10 erstrecken
sich Anodenstäbe 52 von unten nach oben in das Innere desselben, so daß sie in den Elektrolyten 16 ein- 40 zu sorgen, und es wurde gefunden, daß eine Verteitauchen. Sie bestehen zweckmäßig aus Graphit und lung von 55 bis 70 °/o auf die Kathodenstäbe 40 und weisen einen kreisrunden Querschnitt auf.

Die Fig. 3 zeigt eine symmetrische Anordnung der Kathoden- und Anodenstäbe 40 bzw. 52 und des Kathodenkorbes 34 der Zelle. Die vier Kathodenstäbe 40 sind symmetrisch um den Mittelpunkt der durch die Seitenwände 36 des Kathodenkorbs 34 begrenzten Fläche in gleichem Abstand von der zentralen Titantetrachlorid-Beschickungsleitung 46 und in

Seitenwände 36 des Kathodenkorbs steht zu der gesamten Querschnittsfläche der Kathodenstäbe 40 in solchem Verhältnis, daß die jeweils gewünschte

Decke 32 des Kathodenkorbs ermittelt werden. Es erweist sich als vorteilhaft, für größeren Stromfluß zu den Kathodenstäben 40 als zu den Seitenwänden 36

des Restes auf die Kastenwände 36 besonders wirkungsvoll ist.

Zur Inbetriebnahme der elektrolytischen Zelle gemaß der Erfindung wird eine geeignete Menge an geschmolzenem Halogenid-Elektrolyt 16 in das Gehäuse 10 eingebracht. Der Elektrolyt kann Natriumchlorid oder ein eutektisches Gemisch aus Na

trium- und Kaliumchlorid oder anderen Alkalichlorigleichen Abständen voneinander angeordnet. Es ist so den sein. Das Innere des Gehäuses 10 ist nach Abheferner zu ersehen, daß mehrere Anodenstäbe 52 (in ben der Kathodendeckplatte 26 zugänglich, wobei der dargestellten Ausführungsform sind es vier) in der daran aufgehängte Kathodenkorb 34 durch die einzelnen Reihen und in Flucht angeordnet sind. von dem Deckrand 18 gebildete öffnung herausge-Jede Reihe ist gegenüber einer Seitenwand 36 des nommen wird. Nach Einbringen einer ausreichenden Kathodenkorbs 34 und in gleichmäßigen Abständen 55 Menge des geschmolzenen Elektrolyten 16 in das

von denselben angeordnet.

Die F i g. 4 und 5 zeigen Einzelheiten der Konstruktion des kastenförmigen Kathodenkorbs 34. Wie aus Fig.4 ersichtlich, sind die perforierten Seiten-

Gehäuse 10 wird der Kathodenkorb 34 wieder in die Zelle eingesetzt und der Flansch 28 desselben wird in den Kanal 22 mit geschmolzenem Metall eingetaucht, wodurch die Zellen oben verschlossen und

wände 36 mit der Decke 32 fest verbunden, z. B. ver- 60 die Atmosphäre der Umgebung ausgeschlossen wird, schweißt und werden entlang ihrer senkrechten Kan- Durch die Klemme 60 wird der Deckrand 18 (und

ten durch Drahtknoten 54 zusammengehalten. Der Boden 38 ist mit den waagerechten Unterkanten der Seitenwände 36 gleichfalls durch Drahtknoten 54

damit die Kathodenanordnung) und durch den Anschluß 58 werden die Anodenstäbe mit einer Gleichstromquelle verbunden. Die Titantetrachlorid-Be-

verbunden. Am Ende eines Produktionszyklus und 65 schickungsleitung 46 wird an ihrem äußeren Ende

nach dem Herausnehmen des Kathodenkorbs 34 aus dem Behälter 10 und dem Abkühlen werden die Drahtknoten 54 gelöst, wodurch sich auch der Boden

mit einem Vorratsbehälter für Titantetrachlorid verbunden, das vorzugsweise im Dampfform eingeführt wird.

Während der ersten Stufe eines Produktionszyklus wird das Titantetrachlorid mit geringer Geschwindigkeit in die Beschickungsleitung 46 eingeführt, und durch die Zelle wird ein solcher Strom geleitet, daß die Stromdichte zwischen etwa 19,8 und 33,0 A/dm² Kathodenkorbwandfläche beträgt. Die Titantetrachlorid-Beschickungsgeschwindigkeit wird so eingestellt, daß ein Verhältnis von 1 Mol Titantetrachlorid zu 10 bis 20 Faraday vorliegt. Diese Betriebsperiode bei einem niedrigen Verhältnis von Titantetrachlorid zur Strommenge führt zur Abscheidung von feinen Titankristallen auf den Innenflächen der Seitenwände 36 des Kathodenkorbs; diese Kristalle wachsen zusammen und bilden dadurch eine mehr oder weniger feste schwammartige, aber poröse Schicht, die die Perforationen in den Seitenwänden 36 überbrückt und bedeckt. Sobald dies erfolgt ist, wird die Titantetrachlorid-Zuführungsgeschwindigkeit erhöht, bis das Verhältnis von Titantetrachlorid zu Strom etwa 1 Mol Titantetrachlorid zu 4,5 bis 6,5 Faraday beträgt. Unter diesen Bedingungen wird in dem Elektrolyten innerhalb des Kathodenkorbs 34 Titandichlorid gebildet und in bestimmter Konzentration aufrechterhalten, und das metallische Titan wird in der Hauptsache auf den Kathodenstäben 40 in der gewünschten Form von Kristallen abgeschieden, die zu ineinandergreifenden Verzweigungen und Büscheln gewachsen sind. Sobald die Elektrolyse bis zu einem Punkt fortgeschritten ist, wo der Verbrauch an Titantetrachlorid langsamer wird und das Innere des Kathodenkorbs 34 praktisch vollständig mit dem gebildeten metallischen Titan ausgefüllt ist, wird die Titantetrachlorid-Zufuhr abgestellt; die Stromzufuhr wird noch eine kurze Zeit aufrechterhalten, um lösliches Titan von dem Elektrolyten zu befreien.

Dann wird die Kathodenanordnung aus der Zelle herausgenommen, indem man die Kathodendeckplatte 26 mit dem daran befestigten Kathodenkorb 34 aus der Zelle heraushebt und den Kathodenkorb 34 samt Inhalt, vorzugsweise in einer inerten Atmo-Sphäre, abkühlen läßt.

Nach dem Abkühlen werden der Boden 38 des Kathodenkorbs 34 gelöst und die Seitenwände 36, wie in F i g. 5 dargestellt, aufgebogen. Die Titankristalle 62 werden von den Kathodenstäben 40 und aus dem Inneren des Kathodenkorbs 34 entfernt und sodann mit einer verdünnten Säure behandelt, um anhaftende Halogenide aus dem Elektrolyten abzuwaschen, und getrocknet.

Das gesamte aus dem Kathodenkorb 34 gewonnene Produkt besteht zu mindestens 50 °/o und in den meisten Fällen zu 80 °/o oder mehr aus der oben beschriebenen günstigsten Kristallstruktur. Die durchschnittliche Reinheit ist ausgezeichnet, was sich aus einer Brinellhärte von 120 oder darunter ergibt. Hierin eingeschlossen ist selbstverständlich die Schwammschicht, die auf den Seitenwänden 36 des Kathodenkorbs 34 abgeschieden wurde und von geringerer Reinheit und größerer Härte ist als das auf den Kathodenstäben 40 abgeschiedene und davon ausgehend gewachsene Material. Es hat sich gezeigt, daß einzelne Kristalle der auf den Kathodenstäben abgeschiedenen Art aus Reinst-Titan bestanden und eine Duktilität von nur 80 Brinell hatten. Femer wurden die Verdichtungseigenschaften der in dem Kathodenkorb 34 erzeugten Titankristalle geprüft, wobei gefunden wurde, daß sie sich leicht zu kompakten Körpern verpressen lassen, die sich für Elektroden eignen; diese kompakten Körper hatten eine beträchtlich höhere Festigkeit als diejenigen, die nach dem gleichen Preßverfahren aus schwammartigem Material hergestellt worden waren, wie es nach dem sogenannten Kroll-Verfahren erhalten wird.

Die Anordnung der Anodenstäbe, wie sie oben beschrieben und veranschaulicht wurde, nämlich vom Boden der Zelle nach oben in den Elektrolyten gerichtet, ist ein überraschenderweise vorteilhaftes Mittel zur Erzielung eines gleichmäßigen Stroms. Der Kathodenaufbau wird von der Decke der Zelle gehalten, wobei seine Stromverbindung über die Deckplatte und die nach unten gerichteten Haltestäbe zur Decke des Kathodenkorbes erfolgt. Infolge des Widerstands der perforierten Wände des Kathodenkorbes und der innen angeordneten Kathodenstäbe erfolgt somit ein Spannungsabfall von der Decke zum Boden der Kathodenstruktur. Dieser Spannungsgradient würde an sich einen stärkeren Stromfluß zwischen einem Anodenstab und der Decke des Kathodenkorbes begünstigen. Wenn jedoch die Anodenstäbe gemäß der Erfindung angeordnet sind und vom Boden nach oben in die Zelle hineinragen und an ihren unteren Enden mit der Stromquelle verbunden sind, erfolgt der Spannungsabfall über ihre Länge, ausgehend von ihren unteren Enden in Richtung auf ihre oberen Enden. Der Spannungsabfall in der Kathode von oben nach unten wird daher durch den Spannungsabfall in den Anodenstäben von unten nach oben kompensiert, woraus sich eine gleichmäßigere Verteilung des Stroms zwischen den Anodenstäben und der Kathode in vertikaler Richtung ergibt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen 209 546/101

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Elektrolysezelle zur Herstellung von Titan durch Schmelzflußelektrolyse eines in einem Bad aus einer Halogenidsalzschmelze befindlichen Titanchlorids, die einen gegen die Atmosphäre abschließbaren Behälter für das Schmelzbad, einen geschlossenen Kathodenkorb mit perforierten Seitenwänden, nichtperforierter Decke und nichtperforiertem Boden, Anoden, eine Titantetrachlorid-Beschickungsleitung, die nahe dem Boden des Kathodenkorbes endet und an ihrem unteren Ende einen Auslaß hat sowie Einrichtungen zum Ablassen von Chlor aus dem Behälter aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Titantetrachlorid-Beschickungsleitung (46) elektrisch neutral und gegenüber dem Kathodenkorb (34) durch eine Keramikmuffe (48) isoliert ist, daß mehrere langgestreckte Kathodenstäbe (40) an der Decke (32) des kastenförmigen Kathodenkorbes (34) symmetrisch in gleichem Abstand von den Seitenwänden (36) des Kathodenkorbes (34) und von der Titantetrachlorid-Beschickungsleitung (46) aufgehängt sind und daß mehrere langgestreckte Anodenstäbe (52) durch den Zellenboden (14) nach oben in den Schmelzelektrolyten (16) außerhalb des Kathodenkorbes (34) und im Abstand von diesem und den Seitenwänden (12) der Zelle eintauchen.

2. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Kathodenstäbe (40) vorgesehen und so angeordnet sind, daß jeder der Kathodenstäbe sich gegenüber der Mitte einer Seitenwand (36) des kastenförmigen Kathodenkorbes (34) befindet.

3. Elektrolysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier Kathodenstäbe (40) vorgesehen und so angeordnet sind, daß sich jeder der Kathodenstäbe gegenüber einer Ecke des kastenförmigen Kathodenkorbes (34) befindet.

4. Elektrolysezelle nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenstäbe (40) und die Anodenstäbe (52) kreisrunde Querschnitte aufweisen.

5. Elektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Kathodenstab (40) einen Teil (42) mit vermindertem Durchmesser aufweist, der sich von dem unteren Ende bis zu weniger als einem Drittel seiner Gesamtlänge erstreckt.'

6. Elektrolysezelle nach Anspruchs, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil (42) einen Durchmesser aufweist, der etwa der Hälfte des Durchmessers des übrigen Teils des Kathodenstabes (40) entspricht.

7. Elektrolysezelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Kathodenkorb (34) eine feste Verbindung zwischen seinen Seitenwänden (36) und seiner Decke (32), aber lösbare Verbindungen zwischen den senkrechten Seitenwandkanten und zwischen seinem Boden (38) und den unteren Kanten seiner Seitenwände aufweist, so daß zur Gewinnung der auf den Kathodenstäben (40) in dem Kathodenkorb abgeschiedenen Titankristalle der Boden von den Seitenwänden und die Seitenwände voneinander gelöst und nach außen und oben aufgebogen werden können.

Die Erfindung betrifft eine Elektrolysezelle zur Herstellung von Titan durch Schmelzflußelektrolyse eines in einem Bad aus einer Halogenidsalzschmelze befindlichen Titanchlorids, die einen gegen die Atmosphäre abschließbaren Behälter für das Schmelzbad, einen geschlossenen Kathodenkorb mit perforierten Seitenwänden, nichtperforierter Decke und nichtperforiertem Boden, Anoden, eine Titantetrachlorid-Beschickungsleitung, die nahe dem Boden des Kathodenkorbes endet und an ihrem unteren Ende einen Auslaß hat sowie Einrichtungen zum Ablassen von Chlor aus dem Behälter aufweist.

Bei der elektrolytischen Erzeugung von metallischem Titan treten Schwierigkeiten auf, die auf die Bildung des Metalls in Form von Kristallen von nachteiliger Form und Größe zurückzuführen sind. Für eine glatte und wirtschaftliche Erzeugung von Titan durch Elektrolyse einer Salzschmelze ist es offenbar nötig, daß die gebildeten Einzelkristalle fest und verhältnismäßig gleichmäßig in Größe und Form sind und durch Anlagerung aneinander zu einer Dendritstruktur mit ineinandergreifenden Verzweigungen und Büscheln gewachsen sind. Wenn das Ti- ι tanprodukt praktisch vollständig oder mindestens zum größten Teil aus solchen Kristallstrukturen besteht, dann wird die erforderliche Reinheit des gebildeten Titans erreicht, und das Produkt ist dann für die weitere Verarbeitung, z.B. die Abtrennung von Elektrolytsalzen und das Verpressen zu Elektroden zum Umschmelzen hervorragend geeignet.

Feine Pulver bildende Kristalle von Titan sind unerwünscht, weil dabei das Verhältnis von Oberfläche zu Gewicht sehr hoch ist und sie deshalb bei der Weiterverarbeitung, gleichgültig welcher Art, außerordentlich oxydationsempfindlich sind. Die Oberflächenoxydation kann zu einem erhöhten Sauerstoffgehalt des Metalls führen, der es spröde und unbrauchbar macht. Im Fall außerordentlich geringer Teilchengrößen kann sogar eine praktisch vollständige Oxydation der gesamten Kristalle erfolgen. Sehr feine Nadeln, d. h. Nadeln mit sehr geringem Durchmesser werden gleichfalls als ungeeignet angesehen, da auch ihre Oberfläche außerordentlich groß ist und damit zu nachteiligen Oxydationen führt. Solche feinen Nadeln oder feinen Kristalle können zu festen Schwammstrukturen mit sehr feinen Poren zusammenwachsen, aus denen sich die Elektrolytsalze nicht oder nur unter größten Schwierigkeiten vollständig entfernen lassen. Bis zu einer großen Kristallgröße gezüchtete Einzelkristalle, die feste große Massen bilden, sind im allgemeinen rein und haben eine geringere relative Oberfläche, doch zeigen sie beim Verdichten oder Verpressen nur geringe Kohäsion, weshalb sie sich zum Verpressen zu kompakten Körpern nicht eignen, die als selbstverzehrende Elektroden zum Umschmelzen verwendet werden sollen. Es ist daher äußerst erwünscht, daß elektrolytisch erzeugtes Titan in Form von festen Kristallen, die, wie beschrieben, unter Ausbildung einer Dendritstruktur verwachsen sind, erhalten wird. Solche Kristalle sind nicht so fein, daß sie leicht oxydiert werden. Elektrolytsalze lassen sich von den Kristallaggregaten leicht abtrennen, beispielsweise durch Auswaschen, und die verknüpfenden Verzweigungen und Büschel der Dendriten führen dazu, daß beim Verpressen zu kompakten Körpern eine durch starke Kohäsionskräfte zusammengehaltene Struktur gebildet wird.