DE183293C

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Publication number: DE183293C
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Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

~ JVIl83293 KLASSE 40 c. GRUPPE

Patentiert im Deutschen Reiche vom 10. Mai 1904 ab.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von Leichtmetalllegierungen oder -amalgamen bezw. Leichtmetallhydraten oder, -oxyden und besteht darin, daß die aus der flüssigen Metallkathode bestehende, im Bildungsraum befindliche , Säule durch das Gewicht des aufgelösten oder geschmolzeilen, zu elektrolysierenden Anodensalzes und erforderlichenfalls eines zwischen

ίο der Kathode und dem zu elektrolysierenden Salz gelagerten Diaphragmas oder durch die Erhöhung des Gasdruckes an der Oberfläche des Anodensalzes so weit unter den Spiegel des in einem kommunizierenden Behälter be-

-15 findlichen Teiles der flüssigen Metallkathode heruntergedrückt wird, daß die Leichtmetalllegierung selbsttätig an die Oberfläche des flüssigen Metalls in dem kommunizierenden Behälter steigt.

Wohl ist ein elektrolytisches Verfahren bekannt, nach welchem die spezifisch leichtere, durch die Elektrolyse entstandene Legierung oder das Amalgam aus dem Bildungsraum in einen unmittelbar angrenzenden kommunizierenden Behälter befördert wird, es ge-. schieht aber diese Beförderung gemäß dem bekannten Verfahren mittels eines Flügelrades oder dergl., während nach dem vorliegenden Verfahren eine ganz selbsttätige Beförderung der gebildeten Legierung oder des Amalgams durch Schwerkraft stattfindet. Das neue Verfahren besitzt somit dem bekannten gegenüber den wesentlichen Vorteil der viel größeren Einfachheit und Billigkeit, sowie auch der stets ganz sicheren Wirkung, da der selbsttätige Betrieb nicht von Zufälligkeiten abhängig ist, wie bei Anwendung einer Hilfskraftanlage.

Auf der Zeichnung sind verschiedene Einrichtungen zur Durchführung des Verfahrens dargestellt.

Fig. ι ist ein senkrechter Querschnitt einer Vorrichtung, bei welcher ein geschmolzener Elektrolyt, sowie eine geschmolzene Kathode zur Verwendung gelangt.

Fig. 2 ist ein ebensolcher Schnitt einer Vorrichtung, bei welcher eine wässerige Lösung eines Elektrolyten, sowie eine Kathode aus Quecksilber verwendet wird, und

Fig. 3 ist ebenfalls ein solcher Schnitt einer änderen Ausführungsform der Vorrichtung.

Die aus Fig. 1 ersichtliche Vorrichtung besteht aus den folgenden Teilen:

Ein Eisenbehälter oder Kessel 1 ist ,in einer Ofenkammer 2 aus feuerfestem Mauerwerk eingesetzt. Er wird von einem Ringflansch 3 getragen, der sich an die obere Kante des Behälters ι anschließt und auf dem feuerfesten Mauerwerk aufruht. Außerdem ist in ■ der Mitte ein Mauerpfeiler 4 angeordnet, der von dem unteren Teil der Ofenkammer ausgeht, um dem unteren Teil des Behälters oder Kessels als Unterstützung zu dienen.

Der die Kathode darstellende Inhalt des Behälters oder Kessels 1 ·— beispielsweise Blei — wird durch irgendwelche geeigneten Mittel zum Schmelzen gebracht. So z. B. kann dieses, wie aus Fig. 1 ersichtlich, mittels einer Brenndüse 5 geschehen, die durch eine Öffnung 6 in der Seitenwand des Ofens hin-

durchgesteckt ist. Der Elektrolyt, beispielsweise Chlornatrium, sowie die Kathode können fernerhin durch den Elektrolysierstrom im flüssigen Zustande erhalten werden. Von dem Flansch des Behälters oder Kessels ι zweigt ferner eine elektrische Leitung 7 ab, die zu der Kathodenklemme 8 führt. Alsdann ist der Behälter mit einem eisernen Deckel 9 ausgerüstet, der von demselben getragen, jedoch von ihm durch eine isolierende Packung 10 getrennt ist, die vorzugsweise aus Magnesia besteht. Dieser Deckel ist mit einer Seitenöffnung 11 versehen, die mit einem Verschlußdeckel 12 ausgerüstet ist, und durch welche Blei in das Innere des Behälters eingeführt werden kann. Außerdem ist der Kessel 1 mit einer größeren mittleren Öffnung versehen, die zur Aufnahme der Anodenkammer 14 dient. Diese besteht aus einem röhrenförniigen eisernen Behälter 15, der an seinem unteren offenen Ende mit einem sich nach innen erstreckenden Ringflansch 16 ausgerüstet ist. Am oberen Teil des Behälters 15 befindet sich außerdem ein Deckel 17, der mit einer mittleren Öffnung zum Durchgang der Anodenstange bestimmt ist. Des weiteren ist die Anodenkammer innen mit einer aus nicht leitendem Material — vorzugsweise Magnesia — bestehenden Bekleidung 18 versehen, die auch zwischen einem am oberen Ende des Behälters 15 angeordneten und einem am Deckel angebrachten Flansch sich erstreckt. Alsdann besitzt die Anodenkammer einen seitlichen Hals 19, der mit einem gut abgedichteten Verschluß 20 versehen ist, zum Zwecke, die Einführung des Chlornatriums oder anderer zu elektrolysierender Stoffe in das Innere der Vorrichtung zu ermöglichen. Der Flansch 16 am unteren Teil.der Anoden-■ 40 kammer trägt eine aus durchlässigem Material — vorzugsweise Eisendrahtgewebe —-bestehende Scheibe 21, die ein Diaphragma 22 trägt, welches zweckmäßig von ziemlicher Höhe ist. Dieses Diaphragma besteht vorteilhaft aus einem losen, körnigen Material, das ein höheres spezifisches Gewicht als der geschmolzene Elektrolyt, jedoch ein geringeres spezifisches Gewicht als die geschmolzene Kathode besitzt. Das Material, welches sich auf Grund von Versuchen zur Bildung eines solchen Diaphragmas am geeignetsten erwiesen hat, falls es sich um die Elektrolyse von geschmolzenem Chlornatrium handelt, ist Magnetit, das zweckmäßig in Stücke von soleher Größe zerkleinert worden ist, daß sie durch ein Sieb hindurchtreten können, welches 15 Maschen für jeden Zoll aufweist. Das geschmolzene Metall 23 — beispielsweise Blei — das als Kathode wirken soll, reicht in dem Behälter 1 vorzugsweise bis zu einer solchen Höhe, daß die ganze aus losem Material 22 bestehende Masse, die das Diaphragma bildet, an der Oberfläche des geschmolzenen Metalls schwimmt, und das Diaphragma stets mit der Kathode in inniger Berührung bleibt, wenn auch eine größere Schwankung in dem Niveau des geschmolzenen Bleies während des Betriebes eintreten sollte. Das Drahtgewebe 21 soll im wesentlichen nur verhindern, daß das Material, aus welchem das Diaphragma besteht, aus der Anodenkammer herunterfällt, für den Fall, daß das geschmolzene Metall aus irgendeinem Grunde auf ein sehr tiefes Niveau herabsinkt; es ist aber dieses ,Drahtgewebe 21 für den regelrechten Betrieb der Vorrichtung nicht unbedingt notwendig. Die Anode 24, die. zweckmäßig aus einer oder mehreren Stangen von graphitähnlicher Kohle besteht, wird von einer verstellbaren Stange 25 getragen, die aus Metall sein kann, welches beispielsweise' mit einer Schutzhülle aus Porzellan.bekleidet und durch eine Stopfbüchse 26 in dem Deckel 17 hindurchgesteckt ist. Von der einen Seite der Anodenkammer zweigt ferner eine Auslaßröhre 27 ab, die dazu bestimmt ist, dem Chlor oder anderen entstehenden gasförmigen Produkten den Abzug zu gestatten, wobei die Abführung der Gase noch unter Einwirkung eines in der Röhre 27 angeordneten Luftinjektors 28 begünstigt werden kann, der dazu dient, ein leichtes Vakuum in der Anodenkammer herbeizuführen bezw. zu erhalten. Die beispielsweise durch Elektrolyse von geschmolzenen Chlornatrium unter Verwendung einer Kathode aus geschmolzenem Blei entstehende Bleinatriumlegierung, welche leichter als Blei ist, wird nach Maßgabe ihrer Entstehung fortwährend von der Oberfläche der Kathode, die bei dem im Elektrolysierraum herrschenden Druck tiefer als die umgebende Scheidewand liegt, aufgenommen und steigt dann selbsttätig bis zu der Oberfläche des Teiles der flüssigen Kathode, der sich um die Anodenkammer herum in dem kommunizierenden Behälter befindet. In diesem ist somit der Spiegel der Leichtmetallegierung höher als'unterhalb des Diaphragmas und die Legierung kann daher leicht dem kommunizierenden Behälter entnommen werden. Es ist dabei am vorteilhaftesten, das Natrium ununterbrochen von der Legierung auszuscheiden, indem man es unter Benutzung geeigneter Mittel in sein Hydrat oder Oxyd überführt, wobei das übrig bleibende Blei, auf Grund seines Eigengewichtes, nach dem unteren Teil des Kessels 1, unterhalb des. Diaphragmas, zurückfällt, um dort neue Mengen von Natrium aufzunehmen.

Die durch Fig. 2 veranschaulichte Ausführungsform entspricht im wesentlichen dem oben beschriebenen Apparat, mit dem Unterschied jedoch, daß eine Quecksilberkathode 23' benutzt wird, während der Elektrolyt aus

der. wässerigen'Lösung eines Salzes, beispielsweise Chlornatrium, besteht, so daß in dem vorliegenden Falle die Zufuhr von äußerer Hitze nicht erforderlich ist. Die Anodenkammer 14' wird vorzugsweise aus Glas oder Porzellan ohne Futter bezw. ,Bekleidung gebildet.

Das schwimmende Diaphragma 22, welches bei der oben beschriebenen Ausführungsform verwendet wird, kann entweder aus zerstückeltem Magnetit, wie in dem vorangehenden Beispiel, bestehen, oder es kann auch zu diesem Zweck zerstampftes Glas oder kieselhaltiger Sand benutzt werden.

Wenn Natrium oder irgend ein anderes Leichtmetall in das Quecksilber abgelagert wird, steigt das entstehende Amalgam, welches leichter als Quecksilber ist, wie beim vorher beschriebenen Beispiel in dem kommunizierenden Behälter am Umfang der. Anodenkammer selbsttätig in die Höhe und kann dort entweder abgeschöpft werden oder eine geeignete Weiterbehandlung. erfahren.
In gewissen Fällen kann man das Diaphragma ganz weglassen, wenn nur.dafür gesorgt ist, daß der Spiegel des Elektrolyts des flüssigen Metalles sowie der Leichtmetallegierung eine zweckentsprechende Höhe hat.
Ferner kann die Höhe der Elektrolysiersäule, die erforderlich ist, um der flüssigen Metallkathode außerhalb der Anodenkammer das Gleichgewicht zu halten, um ein geringes Maß dadurch verringert werden, daß man den normalen atmosphärischen Druck, an der Oberfläche des Elektrolyten ein wenig erhöht. Dies kann ohne Schwierigkeit dadurch erreicht werden, daß man den Abzug der auf Grund' der Elektrolyse entwickelten Gase vermindert. Durch diese Erhöhung des Gasdruckes an der Oberfläche des Anodensalzes wird die aus der flüssigen Metallkathode bestehende, im Bildungsraum befindliche Säule so weit unter dem Spiegel des in der kommunizierenden Kammer befindlichen Teiles der flüssigen Metallkathode heruntergedrückt, daß die Leichtmetallegierung selbsttätig an die Oberfläche des flüssigen Metalles in dem kommunizierenden Behälter steigt.
Die durch Fig. 3 veranschaulichte Anordnung ist ebenfalls der bereits beschriebenen ähnlich, mit dem Unterschied, daß der Elektrolysierstrom in entgegengesetzter Richtung kreist, d. h. von dem flüssigen Metall durch den Elektrolyten hindurch. Der die aus geschmolzenem Blei bestehende Kathode enthaltende Behälter 52 ist mit einer Scheidewand 53, beide aus nicht leitendem Material, und einem wagerechten Diaphragma 54 versehen. Die aus geschmolzenem Blei bestehende Schicht 55 befindet sich unterhalb des Diaphragmas 54 und steht an der einen Seite der Scheidewand 53 höher als auf der anderen. Der Elektrolyt 56, der hier aus geschmolzenem Chlornatrium besteht, schwimmt an der Oberfläche des Bleies und enthält die Kathode 59. Oberhalb der anderen Fläche des geschmolzenen Bleies befindet sich außerdem eine aus geschmolzenem Bleichlorid bestehende Schicht 57, die die Anode 58 aufnimmt. Der Elektrolysierstrom zersetzt das Natriumchlorid und gibt dabei das Natrium frei, welches abgeschäumt werden kann, oder, wenn die Temperatur genügend groß ist, in Dampfform entweicht. Dabei verbindet sich das Chlor mit dem Blei, und es vereinigt sich das entstandene Bleichlorid mit dem bereits vorhandenen Bleichlorid, das gleichzeitig elektrolysiert wird, so daß Chlor freigegeben wird, und das Blei in seine ursprüngliche Lage zurückfließt, um dort von neuem der Einwirkung von Chlor ausgesetzt zu werden. Dadurch, daß man die Anode 58 tiefer in das •Blei eintauchen läßt, kann man die fortwährende Bildung und Entnahme von Blei bedingen, wobei weitere Zusätze von metallenem Blei erfolgen können, wenn dies der Betrieb erfordert.

Claims

Patent-Anspruch:

Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von. Leichtmetallegierungen oder -amalgamen bezw. Leichtmetallhydraten oder ..-oxyden, nach welchem die spezifisch leichtere, durch die Elektrolyse entstandene Legierung oder das Amalgam aus dem Bildungsraum in einen unmittelbar angrenzenden kommunizierenden Behälter befördert wird, dadurch gekenn- . zeichnet, daß die aus der flüssigen Metallkathode bestehende, im Bildungsraum befindliehe Säule durch das Gewicht des aufgelösten oder geschmolzenen, zu elektrolysierenden Anodensalzes und erforderlichenfalls eines zwischen der Kathode und dem zu elektrolysierenden Salz gelagerten Diaphragmas oder durch die Erhöhung des Gasdruckes an der Oberfläche des Anodensalzes so weit unter den Spiegel des in der kommunizierenden Kammer befindlichen Teiles der flüssigen Metallkathode heruntergedrückt wird, daß die Leichtmetallegierung selbsttätig an die Oberfläche des flüssigen Metalles in dem kommunizierenden Behälter steigt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.