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EIEKTROLYSENZELLE ZUR MAGNESTUMERZEUGUNG Die Erfindung betrifft Elektrolysenzellen
zur Magnesiumerzeugung.
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Es ist eine Elektrolysenzelle zur Magnesiumerzeugung bekannt, a;
ein durch feuerfesten Werkstoff verkleidetes Bad mit Decke enthält, welche die Elektroden
trägt, die in dieses Bad getaucht sind, das<in ZellehVdurch senkrechte Diaphragmen
geteilt ist, die zwischen den ungleichnamigen Elektroden (Anode und Katode) stehen.
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Der Zellenkasten wird mit Elektrolyt, das Magnesiumchlorid sowie
Alkalimetalichloride und Erdalkalimetallchloride enthalt, bis zum Niveau des Diaphragmenunterteiles
gefüllt. Danach wird den Elektroden Gleichstrom zugeführt und der Elektrolysevorgang,
der durch das Abscheiden von Magnesium an der Eatode und von Chlor an der Anode
begleitet ist, beginnt. Die durch die Elektrolyse erzeugten Produkte (Magnesium
und Chlor) werden getrennt aus den @ Elektrolyse@ellen entfernt.
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* der Abdeckung
Die jetzt erreichte tägliche Leistung
der Diaphragmazollen, welche 70 kg/m2 beträgt, isl; für den anwachsenden MagnesiumbedarL
nicht ausreichend. Zur Erhöhung der Leistung der Diaphragmazellen wurden Versuche
in verschiedenen Richtungon vorgonommen.
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Die Elektrolysenzellen haben üblicherweise bis fünf Zellen.
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Eine Vergrößerung der Zellenanzahl der Elektrolysenzollo verursacht
eine Komplizierung der Konstruktion in bezu; auf das Gas a @saugen und die Stromzuführung;
cs ist auch zur Bedienung zusätzliche Arbeitszeit erforderlich.
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Bei den in der Industrie benutzten Diaphragmazellen boträgt die Breite
des Arbeitsteiles (Zellenlänge) ca. 1200... 1500 mm, was 40% der Diaphragmazelle#Außenbreite
ausmacht.
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Damit ist die Ausbeute an Magnesium pro m2 Fläche nicht ausreichend.
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Vergrößerung Eine Vergrößerung der Zellengröße ist mit einer der
Elektrodengrößen verbunden, wobei die mehr als 1,5 m breiten Katoden sich unter
Einwirkung von Hochtemperaturen verformen, vlas eine Änderung des Abstandes zwischen
den Elektroden mitbringt und eine Störung des Elektrolysevorganges verursacht.
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Außerdem wird bei einer großen Länge der Arbeitszellen der Diaphragmazelle
das Entfernen von Schlamn und die Entziehung des Magnesiums erschwert, da sich beide
der Länge der Zeile nach gleichmäßig verteilen, darunter auch an der Zellenkastenwand,
die<>von der Bedienungsfront <weit>liegt.
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Die Erfindung bezweckt die Beseitigung der erwähnten Schwierigkeiten.
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Ber Erfindung liogt die Aufgabe zugrunde, eine Elcktrolysenzelle
zur Magnesiumerzeugung mit Katoden zu entwikkein, die eine höhere Leistung aufweist
und wirtschaftlich ist.
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Diese Aufgabe ist durch die Entwicklung einer Elektrolysonzelle zur
Magnesiumerzeugung gelöst, die ein durch feuerfesten Werkstoff verkleidetes Bad
mit Decke enthält, welche die Elektroden trägt, die in dieses Bad getaucht sind,
das in Zellen durch senkrechte Diaphragmen <geteilt ist,> die zwischen den
ungleichnamigen Elektroden stehen,wobei erfindungsgemäß an jeder Arbeitsseite der
Anode eine Katodengruppe angeordnet wird, deren Gesamt-Breite fast gleich der Seitenbreite
der Anode ist, der gegenüber diese Katoden liegen.
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Dadurch können breitere Elektrolysenzellen mit ausreichend starren
katoden hergestellt werden, die esne höhere Leistung aufweisen und weniger Elektroenergie
zum Betrieb verbrauchen.
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ts ist zweckmäßig,
die Gruppe . zwei bis fünf Katoden
enthält, deren Einzeibreite (entsprechend ungefähr 0,5 bis 0,2 der Seitenbreite
der Anode beträgt, der gegenüber die Katoden liegen.
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Eine solche Anzahl und Größe der in Gruppe n angeordneten Katoden
erleichtert den Betrieb sowie die evtl. Reparaturarbeiten und ermöglicht es, die
Herstellung der Katoden zu vereinfachen.
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as ist zweckmäßig, die in einer Gruppe enthaltenen Katoden träger,
miteinander starr mit einem metallischen zu verbinden, der über dem Elektrolytstand
angeordnet ist.
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In diesem Falle wird das Aufrechterhalten des Sollabstandes zwischen
den Elektroden vereinfacht und seine leichtere Ein -stellung gesichert.
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Man kann die in der Gruppe enthaltenen Katoden in bezug auf die Anode
in einem Abstand anordnen, der in Richtung zur Bedienungsfront wächst.
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Dadurch wird der Abfluß des Schlammes auf dem ReK und des Magnesiums
auf der Elektrolytoberfläche in Richtung zur Bedienungsfront des Elektrolysenzelle
erleichtert. Dabei wird ein Umlauf des Elektrolytes nicht nur riind um die Katode
in vertikaler Richtung, sondern auch längs der elektrolytischen Zelle erzeugt.
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Nachstehend wird die Erfindung anhand der Beschreibung eines Ausführungsbeispieles
und der beigelegten Zeichnungen näher erläutert.
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is zeigt Fig. n eine Draufsicht mit teilweisem Ausschnitt des erfindungsgemäßen
Elektrolysenzelle;
Fig. 2 erfindungsgemäße Elektrolysenzelle @Schnitt II-II in Fig. 1.
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Die Elektrolysenzelle zur Magnesiumerzeugung enthält ein durch feuerfesten
Werkstoff verkleidetes Bad 1 (Fig. 1 und 2) mit HeX 2 und Decke 3.
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Das Bad 1 ist in Querrichtung durch vertikale Diaphragmen6, die zwischen
den ungleichnamigen Elektroden laufen, in Anodenzellen
4 und Katodenzellen
5 geteilt. Dabei liegt an dem Diaphragma 6 in Richte der Anode 7 die Zelle 4 zum
Chlorsammeln, in Richtung der Katode die Zelle 5 zum Sammeln des Magnesiums.
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Die Anoden 7 sind aus Graphit hergestellt, in der Decke 3 des Bades
1 befestigt und in jeder Zelle 4 des Bades 1 angeordnet.
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An jeder Arbeitsseite der Anode ist eine Gruppe aus zwei Katoden
8 montiert, wobei die Breite einer Jeden fast die Hälfte der Seitenbreite der Anode
7 beträgt, der gegenüber die Katoden 8 liegen.
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Bei anderen Ausführungsbeispielen der Elektrolysenzelle kann die
Gruppe bis fünf Katoden 8 enthalten, deren Einzelbreite entsprechend kleiner ist
und rast 0,2 der Seitenbrite der gegenüberstehenden Anode 7 beträgt.
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Die in der Gruppe enthaltenen Katoden 8 können durch den über das
Elektrolytniveau angeordneten Metallträger 19 starr mit einander verbunden werden.
Dieser Träger kann ais stromzuführende Schiene benutzt werden.
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Die katoden 8 sind in minimalem Abstand untereinander so angeordnet,
daß sie di. ganze Arbeitsfläche der Anode 7 @ ber decken.
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Die in der Gruppe enthaltenen Katoden a können in bezug auf die Anode
7 in einen Abstand angeordnet werden, der in Richtung zur Bedienungafront wächst.
Dieser Abstand beträgt an der Wand der Elektrolysenzelle in Richtung zur Bedienungsfront
6 bis 10 cm, an der gegenüberliegenden Wand aber - 5 bis 9 cm.
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Der Betrieb der erfindungsgemäßen Elektrolysenzelle verläuft in folgender
Weise.
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Zur Magnesiumerzeugung wird ein Elektrolyt benutzt, der Magnesiumchlorid
sowie Alkalimet#allchloride und Erdalkalimetallchloride enthält, Mit diesem Elektrolyt
wird das Bad 1 der Elektrolysenzelle bis zu dem Stand gefüllt, bei dem der Unterteil
vom Diaphragma 6 im Elektrolyt sitzt. Danach wird den Elektroden Gleichstrom zugeführt,
wodurch die Elektrolyse des Magnesiumchlorids mit Abscheidung von Magnesium an den
Katoden 8 und von Chlor an den Anoden 7 stattfindet.
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Der Elektrolysevorgang verläuft bei einer Elektrolyttemperatur von
ca. 670 bis 730°C.
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Da eine Jede Gruppe der Katoden 8 untereinander durch den I'etalibalkon
10 verbunden ist, wird die Regelung des Elektrodenabstandes vereinfacht. Durch die
Anfertigung der Katoden 8 mit geringer Länge wird ihre Verformung unter Temperatureinwirkung
vermindert und der Elektrolysevorgang wird im Verlauf eines langdauernden Betriebes
stabiler.
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Die beim Eletrolysevorgang sich bildenden Stoffe worden in mechanisierter
Weise getrennt entfernt: das Chlor aus den Anodenzellen 4, das Magnesium und der
auf den Herd 2 des Bades 1 niedergeschlagene Schlamm aus den Katodenzellen 5.
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Durch die nicht parallele Lage der Katoden 8 in bezug auf die Anoden
7 wird längs der Zelle eine ungleichmäßige Stromverteilun erreicht, die das starke
Ansammeln von MaGnesium und Schlamm in der Nähe der Bedienungsfront der Elektrolysenzelle
gewährleistet.
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In der Nähe der Bedienungsfront der Elektrolysenzelle erfolgt ein
schwacher Umlauf des Elektrolytes, an der gegenüberliegenden Wand aber - ein intensiver
Umlauf. Dabei erfolgt der Elektrolyt;urnlauf nicht nur rund um die Katode 8 in vertikaler
Richtung, sondern auch längs der Katodenzelle 5. Das wird durch eine verschiedene
Stromdichte längs der Zelle gesichert. Die ungleichmäßige Belastung der Elektroden
wird durch die nicht parallele Lage der Gruppe aus Katoden 8 in bezug auf die Anode
7 erreicht Durch alle diese Umstände ist es möglich, die Stromstärke an jeder Arbeitszelle
4 bis. 5 ma@ zu vergrößern, die Gesamtleistung der Elektrolysenzelle zu erhöhen,
den Elektrolysevorgang mit hohen technologischen Daten im Verlauf eine langen Dauer
des Elektrolysenzellebetriebes zu stabilisieren und die Produktivität der Elektrolysenzelle
zu erhöhen.
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Das Versuchsmodell der Elektrolysenzelle weist eine Arbeitszellenlänge
von 3 m auf, die 70% der Außenbreite der Elektrolysenzelle beträgt. Dadurch konnte
die Metallausbeute von 1 m2.
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Fläche der Elektrolysenzelle und der Elektrolyseabteilung wesentlich
erhöht werden. Außerdem wurde es möglich, die Stromstärke an den Elektrolysenzellen
zu erhähen und die Investitionskosten zu senken.