DE2318857A1 - METHOD FOR ELECTROLYTIC METAL EXTRACTION AND ELECTROLYSIS CELL USED FOR IT - Google Patents

METHOD FOR ELECTROLYTIC METAL EXTRACTION AND ELECTROLYSIS CELL USED FOR IT

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DE2318857A1
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    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/005Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells of cells for the electrolysis of melts

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Description

Verfahren zur elektrolytischen Metallgewinnung und dafür ■verwendete ElektrolysezelleProcess for electrolytic metal extraction and therefor ■ Electrolysis cell used

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von Metallen, insbesondere Aluminium und Magnesium, durch Elektrolyse ihrer jeweiligen Metallhalogenide, vorzugsweise der Chloride, die in Alkalihalogenidschmelzen, vorzugsweise Alkalichloridschmelzen enthalten sind; die Erfindung betrifft auch die in diesem Verfahren -verwendeten elektrolytischen Zellen.The invention relates to a method for the extraction of metals, in particular aluminum and magnesium, by Electrolysis of their respective metal halides, preferably the chlorides, which in alkali halide melts, preferably alkali chloride melts are included; the invention also relates to the electrolytic cells used in this process.

Zellen der hier in Frage stehenden Art sind nicht auf die Gewinnung von Aluminium und Magnesium beschränkt, sondern können in jedem System verwendet werden, wo das erhaltene Metall' schwerer ist als der Elektrolyt und in flüssiger Phase aus dem jeweiligen geschmolzenen,Cells of the type in question are not limited to the extraction of aluminum and magnesium, but can be used in any system where the metal obtained is heavier than the electrolyte and in the liquid phase from the respective molten,

Dr.Ha/Mk ββ43/0938Dr Ha / Mk ββ43 / 0938

als Lösungsmittel däienden Halogenid (vorzugsweise Chlorid) anfällt - z.B. Blei, Wismut, Zink, Cer, Gallium.Halide used as a solvent (preferably chloride) accrues - e.g. lead, bismuth, zinc, cerium, gallium.

Gemäß einer Ausführungsform umfaßt die Erfindung ein System zur Gewinnung von Aluminium oder Magnesium aus ihren jeweiligen Halogeniden, wobei sich geschmolzenes Metall am Boden der Elektrolysezelle, wie bei der üblichen Reduktion, ansammelt, wobei jedoch der bewegliche Pool aus geschmolzenem Metall nicht unbedingt als Katode dient, an welcher Metall abgeschieden wird oder: durch welche Strom aus der Zelle abgeführt wirdi Vielmehr wird hier Metall vorzugsweise auf sich nicht aufbrauchenden Elektroden abgeschieden, die unter einem verhältnismässig kleinen Winkel von beispielsweise 5 bis 30° zur Senkrechten geneigt und etwa parallel zu den jeweils gegenüberliegenden Elektroden verlaufen. Solche sich nicht aufbrauchenden Elektrodenbleche können abwechselnd an den positiven und den negativen Pol der Energiequelle angeschlossen werden und somit ein System paralleler Elektroden bilden.In one embodiment, the invention comprises a system for recovering aluminum or magnesium from their respective halides, with molten metal collecting at the bottom of the electrolytic cell, as in conventional reduction, but with the movable pool of molten metal not necessarily serving as a cathode, which metal is deposited or : through which current is discharged from the cell. Rather, metal is preferably deposited here on non-consuming electrodes, which are inclined at a relatively small angle of, for example, 5 to 30 ° to the vertical and approximately parallel to the opposite electrodes get lost. Electrode sheets of this type, which do not need to be used up, can be connected alternately to the positive and negative pole of the energy source and thus form a system of parallel electrodes.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung brauchen nur die Endglieder eines Systems paralleler" Bleche an die Energiequelle angeschlossen zu werden und -die- dazwischen befindlichen Bleche funktionieren dann als bipolare Elektroden.According to another embodiment of the invention, need only the end links of a system of parallel "sheets to be connected to the energy source and -those- in between The metal sheets located then function as bipolar electrodes.

Es ist nicht erforderlich und sogar unerwünscht, daß elektrischer Strom außer einem kleinen Anteil durch den am Boden der Zelle angesammelten Metallpool fließt.It is not necessary and even undesirable that electric current flows through the metal pool accumulated at the bottom of the cell, except for a small fraction.

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Ein wesentliches Merkmal der Erfindung besteht in der Schaffung von Möglichkeiten zur Erleichterung des Entweichens von Gas, z.B. Chlor, aus den Räumen zwischen den Eketroden während der Elektrolyse und zwar mittels einer geeigneten Gastrennkammer, so daß das Gas daran gehindert wird, mit Metall in Nähe der Katodenoberfläche "zuruckzureagieren".An essential feature of the invention is the creation of ways to facilitate the Escape of gas, e.g. chlorine, from the spaces between the electrodes during the electrolysis by means of a suitable gas separation chamber so that the gas is prevented from contacting metal near the cathode surface "to react back".

Die Erfindung umfaßt ein Verfahren für die elektrolytische Gewinnung von Metallen in geschmolzenen Halogenidsystemen, wobei Metall auf einer Elektrode eines Paars von im Abstand zueinander parallel angeordneten Elektroden abgeschieden wird, wobei die einander gegenüberliegenden Flächen der Elektroden in einem Winkel zwischen 5 und 30° zur Senkrechten geneigt verlaufen und wobei in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden freigesetztes Gas nach oben in eine über diesem Zwischenraum angeordnete Gastrennkammer abgeführt wird.The invention comprises a method for the electrowinning of metals in molten halide systems wherein metal is deposited on one electrode of a pair of spaced apart electrodes with the opposing surfaces of the electrodes inclined at an angle of between 5 and 30 degrees from vertical run and wherein gas released in the spaces between the electrodes is discharged upwards into a gas separation chamber arranged above this space.

Vorzugsweise ist die Katodenoberfläche, auf welcher das Metall abgeschieden wird, in einem positiven Winkel zur Vertikalen und die davon im Abstand befindliche Anodenoberfläche in einem ähnlichen negativen Winkel zur Vertikalen geneigt. Die Elektroden sind vorzugsweise planar, brauchen sich nicht auf und befinden sich in einem engen Abstand voneinander. Die einander gegenüberliegenden Seiten der Elektroden sind vorzugsweise unter einem Winkel von 7 bis 20° zur Senkrechten geneigt.Preferably, the cathode surface on which the Metal is deposited at a positive angle to the vertical and that spaced therefrom Anode surface inclined at a similar negative angle to the vertical. The electrodes are preferred planar, do not need to be and are closely spaced from each other. The one another opposite sides of the electrodes are preferably at an angle of 7 to 20 ° to the vertical inclined.

Die Oberfläche der Schmelze und die Tiefe des flüssigen Elektrolyts in der Gastrennkammer reichen vorzugsweise aus, um Gas aus dem Elektrolyt in die GastrennkammerThe surface of the melt and the depth of the liquid electrolyte in the gas separation chamber are preferably sufficient off to gas from the electrolyte into the gas separation chamber

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mit'etwa der gleichen Geschwindigkeit, mit welcher es indem Zwischenraum zwischen den Elektroden erzeugt wird, austreten zu lassen. .at about the same speed with which it is generated in the space between the electrodes, to let out. .

Insbesondere betrifft die Erfindung in einer ihrer Ausführungsformen einen Zellenaufbau, der "weitgehend von dem Vorteil der Kompaktheit Gebrauch macht, die durch Verwendung eines Systems von in engem Abstand befindlichen planaren, unter verhältnismässig kleinen Winkeln (z.B.5b,is 30°) zur Senkrechten geneigten Elektroden ermöglicht wird, wobei diese Zellen bei hohen Stromdichten, z.B. über 1 Ampere/cm und vorzugsweise nicht unter 1,5 Ampere/cm betrieben werden. Der Abstand zwischen Elektroden (A.C.D.) beträgt vorzugsv/eise weniger als 5 cm und zweckmässig zwischen 3,5 und 4,3 cm. In jedem Fall variiert der Winkel, unter welchem die Elektroden geneigt sind, mit den üblichen Betriebsparametern; beispielsweise ist zu erwarten, daß die Neigungs-. winkel für höhere Stromdichten und für kleinere Elektrodenabstände (A.CD.'s) größer sind. Die Erfindung ermöglicht so die Erzielung bedeutender Vorteile in Bezug auf Betriebs- und Erstellungskosten.In particular, the invention in one of its embodiments relates to a cell structure that "largely takes advantage of compactness by using a system of closely spaced located planar electrodes inclined at relatively small angles (e.g. 5b, is 30 °) to the vertical is made possible, with these cells at high current densities, e.g. above 1 ampere / cm and preferably not operated below 1.5 amps / cm. The distance between electrodes (A.C.D.) is preferably less than 5 cm and suitably between 3.5 and 4.3 cm. In each case the angle at which the Electrodes are inclined with the usual operating parameters; for example, it is expected that the inclination. angle for higher current densities and for smaller electrode spacings (A.CD.'s) are larger. The invention enables thus achieving significant advantages in terms of operating and construction costs.

Im Falle von Aluminium kann die Größe der Reduktionszelle so weit verringert werden, daß der Bedarf an Stahl und feuerfestem Material etwa 1/4 wie für übliche Zellen der gleichen Produktionskapazität beträgt und die erforderliche Bodenfläche kann auf 1/5 reduziert werden. Typische Zellabmessungen für mögliche Elektrodenkonfigurationen, die sich durch Berechnungen aus den in den Beispielen erhaltenen Versuchsergebnissen ergaben, sind in der nachstehenden Tabelle angegeben:In the case of aluminum, the size of the reduction cell can be reduced to such an extent that the need for Steel and refractory material about 1/4 as for usual Cells of the same production capacity and the required floor space can be reduced to 1/5 will. Typical cell dimensions for possible electrode configurations, which are determined by calculations the test results obtained in the examples are given in the table below:

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TabelleTabel

Zelltyp und
Kapazität'
Cell type and
Capacity'
Anzahl der
Elektroden
number of
Electrodes
Arbeits
tiefe d.
Elektroden
(cm)
Working
depth d.
Electrodes
(cm)
Länge der
Zelle
(cm)
Length of
cell
(cm)
Breite der
Zelle (cm)
Width of
Cell (cm)
Höhe der
Zelle (cm)
height of
Cell (cm)
Oberfläche
(rr?)
surface
(rr?)
Boden
fläche
(m§)
floor
area
(m § )
1
1OI
1
1 OI
.Monopolar
150,000 Ampere
.Monopolar
150,000 amps
33 91,491.4 15,215.2 19,519.5 12,712.7 11,711.7 4,184.18 II.
OO Monopolar
150,000 Ampere
Monopolar
150,000 amps
22 91 »491 »4 24,424.4 11,411.4 12,712.7 ■15,8■ 15.8 4,94.9
co
OO
Jp-
to
co
OO
Jp-
to
Monopolar
150,000 Ampere
Monopolar
150,000 amps
44th 61,061.0 18,518.5 17,517.5 10,210.2 13,713.7 4,654.65
Ό938Ό938 Bipolar
37,500 Ampere
Bipolar
37,500 amps
2 .2. 61,061.0 34,334.3 10,210.2 10,210.2 14,914.9 5,05.0
Bipolar
25,000 Ampere
Bipolar
25,000 amps
33 61,061.0 22,922.9 14,014.0 10,210.2 ai,4 -ai, 4 - 4,654.65

Anmerkung; Bipolare Zellen besitzen ähnliche Produktionskapazitäten wie monopolare Zellen,
arbeiten jedoch mit niedrigeren Zellströmen.
Annotation; Bipolar cells have similar production capacities as monopolar cells,
however, work with lower cell currents.

Wegen der vereinfachten Bauart und stark verringerten Größe der ,erfindungsgemä'ssen Zellen läßt sich berechnen, daß die Investierungskosten auf etwa 1/4 der für übliche Zellen bei 150,000 Ampere anfallenden erniedrigt werden können und daß die Gesamtkosten der Elektrolyseanlage auf etwa 1/4 der einer üblichen Anlage reduziert werden.Because of the simplified design and greatly reduced The size of the cells according to the invention can be calculated so that the investment costs are reduced to about 1/4 of the usual Cells are degraded at 150,000 amps accumulating can and that the total cost of the electrolysis system can be reduced to about 1/4 that of a conventional system.

Bei der Herstellung von Magnesium können die Kosten von mit Elektrolyten geringer Dichte arbeitenden Zellen in gleicher Weise um den Faktor 2 bis 3 verglichen mit in üblichen Verfahren verwendeten Zellen oder verglichen mit Magnesiumzellen vom Halltyp, welche Elektrolyse mit vergleichbar geringer Dichte verwenden, herabgesetzt werden. ■In the manufacture of magnesium, the cost of low-density electrolyte cells can be avoided in the same way by a factor of 2 to 3 compared with cells used in conventional methods or compared with magnesium cells of the Hall type, which electrolysis with use comparable low density, be reduced. ■

Ein bedeutender Vorteil beim Betrieb der mit senkrechten trockenen Elektroden arbeitenden Zellen gemäß der Erfindung besteht ganz allgemein darin, daß Beschränkungen in Bezug auf Zellstrom oder Stromdichte entfallen; solche Beschränkungen haften stets üblichen mit flüssiger Katode arbeitenden Zellen infolge der durch hohe Ströme verursachten magnetischen Rührwirkung an. Die auf den Wegfall der flüssigen Katode und auf die verbesserte Zellgeometrie gemäß der Erfindung zurückzuführende Beseitigung dieser Beschränkung bedeutet, daß nunmehr Zellen mit einer Kapazität von mehreren Hunderttausend Ampere gebaut werden können. Außerdem werden stabile Werte des Elektrodenabstands aufrechterhalten, ohne daß die Elektroden verstellt oder das Niveau des am Boden der Zelle angesammelten Metallpools reguliert zu werden braucht.A significant advantage when operating the with vertical dry electrode operating cells according to the invention is generally that there are no restrictions on cell current or current density; such Constraints always stick to normal cells working with liquid cathodes due to the high currents caused magnetic stirring effect. The one on the elimination of the liquid cathode and on the improved cell geometry According to the invention to be attributed removal of this restriction means that now cells with a Capacity of several hundred thousand amps can be built. In addition, the electrode gap values become stable maintained without the electrodes being adjusted or the level of the accumulated at the bottom of the cell Metal pools needs to be regulated.

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Wegen der Stabilität des Elektrodenzwischenraums und der fehlenden Turbulenz infolge magnetischer Durchrührung ermöglicht die Erfindung den Betrieb von Chloridreduktionszellen mit geneigten Katoden bei wesentlich kleineren Elektrodenabständen als sie in üblichen Zellen praktikabel sind. Da ein beträchtlicher Anteil der in üblichen Elektrolysezellen verbrauchtenEnergie als Wärme abgeführt wird (infolge Widerstandseffekten), ermöglicht die erfindungsgemäße neue Elektrodengeometrie nicht nur Einsparungen an elektrischer Energie sondern auch eine Vereinfachung des Problems der Wärmeabführung aus großen Zellen.Because of the stability of the gap between the electrodes and the lack of turbulence due to magnetic agitation the invention enables the operation of inclined cathode chloride reduction cells at substantially electrode spacing smaller than is practicable in normal cells. Because a considerable proportion the energy consumed in common electrolysis cells is dissipated as heat (due to resistance effects), The new electrode geometry according to the invention enables not only savings in electrical energy but also a simplification of the problem of heat dissipation from large cells.

Es wurde gefunden, daß eine wichtige Bedingung für den erfolgreichen Betrieb von Zellen mit dichtgepackten geneigten Elektroden bei hoher Stromdichte darin besteht, eine entsprechend gebaute Gasabtrennkammer zu schaffen- "Modelle.von durch die Anodenreaktion erhaltenen Gas-Flüssig-Strömungsbildemhaben gezeigt, daß eine ausreichende Tiefe an flüssigem Elektrolyt und eine ausreichende Flüssigkeits-Gaszwischenfläche oberhalb der Katode vorhanden sein muß, damit eine vollständige Gasabtrennung aus dem Elektrolyt mit etwa der gleichen Geschwindigkeit, mit welcher das Gas bei der Anodenreaktion erzeugt wird, möglich ist. Die Gas pumpende Wirkung der .Anodenreaktion erzeugt in Nähe der Zwischenfläche zwischen Schmelze/Gas Wirbel. Wenn die Geschwindigkeit das Gasentwicklung aus der Schmelze wegen einer nicht ausreichenden freien Oberfläche zu gering ist, kann nicht entwichenes Gas weiter in dem Wirbelmuster zirkulieren, wo es sich ansammelt und die Bildung einer Schaumschicht bewirkt, deren Dicke zunimmt, bis sie in den Bereich zwischen den Elektroden hineinreicht.It has been found that an important condition for the successful operation of cells with tightly packed inclined electrodes with high current density in them exists, a suitably constructed gas separation chamber to create- "models. of obtained by the anode reaction Gas-liquid flow patterns have shown that a sufficient depth of liquid electrolyte and sufficient liquid-gas interface above the Cathode must be present so that a complete gas separation from the electrolyte at approximately the same rate, with which the gas is generated in the anode reaction is possible. The gas pumping effect der .Anode reaction generated in the vicinity of the interface between melt / gas eddies. If the speed the gas evolution from the melt because of a fail sufficient free surface is too small, gas that has not escaped can continue to circulate in the vortex pattern, where it accumulates and causes the formation of a layer of foam, the thickness of which increases until it extends into the area between the electrodes.

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Wenn außerdem die Geschwindigkeit der Gasentwicklung, mit anderen Worten die Stromdichte, in einer Zelle mit ge- . gebenem Elektrodenabstand zunimmt, wird ein Punkt erreicht, an welchem Gas Von der in den Elektrodenraum zurückkehrenden Schmelze mitgeführt wird.In addition, if the rate of gas evolution, with in other words the current density in a cell with ge. the given electrode spacing increases, a point is reached which gas is carried along by the melt returning to the electrode space.

Der Elektrodenabstand, d.h. der Zwischenraum zwischen Elektroden (A.C.D.) besitzt eine zusätzliche wichtige Wirkung, da in den Elektrodenzwischenraum zurückkehrende Schmelze nach dem Hochpumpen des Gases an die Oberfläche mit dem aufsteigenden Strom aus Gas und Flüssigkeit in Wechselwirkung treten kann Das hat zur Folge, daß Gas aus dem nach oben gerichteten Strom abgelenkt und nach unten in den Elektrodenzwischenraum zurückgerichtet wird. Für eine gegebene Geschwindigkeit der Gasentwicklung, d.h. der Stromdichte, beseitigt eine Erhöhung des A«C.D. diesen Effekt. Für eine gegebene Gesamtgesehwindigkeit der Gasentwicklung existiert somit ein optimaler A.C.D., der den besten Kompromiß zwischen der Vermeidung einer Gasrückführung und einer Erhöhung der Zellspannung wegen des zunehmenden Stromwegs darstellt. Für Stromdichten in der Nähe von 1,5 Ampere/cm und mit Elektroden mit einer Arbeitsgänge von bis zu etwa 60 cm, die unter einem Winkel von 10° zur Senkrechten geneigt sind, hat sich ein A.C,D. von etwa 3,8 cm als etwa optimal erwiesen. The electrode spacing, i.e. the space between Electrodes (A.C.D.) possesses an additional important Effect because the melt returns to the space between the electrodes after the gas has been pumped up to the surface can interact with the ascending stream of gas and liquid. As a result, gas is deflected from the upward current and directed back down into the electrode gap. For a given rate of gas evolution, i.e. current density, an increase in A «eliminates C.D. this effect. For a given total rate of gas evolution there is therefore an optimal A.C.D., which is the best compromise between avoiding gas recirculation and increasing the cell voltage of the increasing current path. For current densities close to 1.5 amps / cm and using electrodes with one has work steps of up to about 60 cm, which are inclined at an angle of 10 ° to the vertical get an A.C, D. of about 3.8 cm has proven to be about optimal.

Zwei kritische Grossen der Gasabtrennkammer sind dieThese are two critical sizes of the gas separation chamber

Breite der Oberfläche der Schmelze ( d.h. die OberflächeWidth of the surface of the melt (i.e. the surface

zwischen dem flüssigen Elektrolyt und Gas) in derbetween the liquid electrolyte and gas) in the

Gastrennkammer und die Tiefe des flüssigen Elektrolyts inGas separation chamber and the depth of the liquid electrolyte in

der Gastrennkammer oberhalb der Katode. Diese zweithe gas separation chamber above the cathode. These two

Grossen sind in Fig. 1 der Zeichnung als S bzw«, D dargestellt,Large ones are shown in Fig. 1 of the drawing as S or «, D,

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In Fig. 1 ist mit 1 die Anode bezeichnet, mit 2 die Katode, mit 5 der flüssige Elektrolyt in der Gastrennkammer oberhalb der Katode 2, 8a zeigt den Spiegel der ruhenden Schmelze, S zeigt die Breite der Oberfläche der Schmelze an, D die Tiefe des Elektrolyts in der Gastrennkammer oberhalb der Katode, L die Lange der Katode und M den A.C,D. (den Zwischenraum zwischen Elektroden). -In Fig. 1, 1 denotes the anode, 2 the cathode, 5 the liquid electrolyte in the gas separation chamber Above the cathode 2, 8a shows the mirror of the static melt, S shows the width of the surface of the melt, D the depth of the electrolyte in the gas separation chamber above the cathode, L the length of the Cathode and M den A.C, D. (the space between Electrodes). -

Diese Modellstudie besagt, daß für Elektroden, die unter einem Winkel von 7 bis 15° zur Senkrechten geneigt sind, reichlich bemessene oder Mindestwerte für S unter Anwendung der empirisch abgeleiteten Formel:This model study says that for electrodes that are inclined at an angle of 7 to 15 ° to the vertical are abundant or minimum values for S using the empirically derived formula:

ς ο v L „ C _ 1.5 LC (Formel A) S = 8 χ ^ χ Y75- χ -^- = -3JPς ο v L " C _ 1.5 LC (Formula A) S = 8 χ ^ χ Y 75 - χ - ^ - = -3JP

erhalten werden können, worin S die Dimension Zoll hat, C der Zahlenwert der Stromdichte in Ampere/cm , L der Zahlenwert der Katodenlänge in Zoll und M der Zahlenwert des Elektrodenabstands (A.C.D.) in Zoll ist. Die Breite der Oberfläche der Schmelze und die Tiefe des ". flüssigen Elektrolyts in der Gastrennkammer betragen -vorzugsweise nicht weniger als das Doppelte des Elektrodenzwischenraums und sind vorzugsweise nicht kleiner als etwa 10 cm (4ZoIl). Vorzugsweise ist S nicht größer als D.can be obtained, where S has the dimension inches, C is the numerical value of the current density in amps / cm, L is the numerical value of the cathode length in inches, and M is the numerical value of the electrode spacing (A.C.D.) in inches. The width of the surface of the melt and the depth of the liquid electrolyte in the gas separation chamber are -preferably not less than twice the electrode gap and are preferably not less than about 10 cm (4 inch). Preferably S is no greater than D.

Die Verwendung senkrechter Elektroden.in Zellen für dieThe use of vertical electrodes. In cells for the

Erzeugung von sowohl Aluminium als auch Magnesium ergibt sich z.B. schon aus der US-PS2 512 157. Die dort beschriebene Zelle ist Jedoch auf die Reinigung unreiner fester Aiuminiuman0(ien in Chloridelektrolyt unter Abscheidung Von festem Aluninium auf Aluminiumkatoden beschränkt. Da dort keine Vorkehrungen für eine ausreichendeProduction of both aluminum and magnesium results in, for example, already known from US-PS2 512 157. The cell described therein is limited to the purification of impure solid Ai for i n i uman0 (s in chloride electrolyte by deposition of solid aluninium on Aluminiumkatoden However. Since There is no provision for adequate

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Gasabführung aus dem Raum zwischen den Elektroden getroffen sind, würde sich bei Verwendung dieser Zelle zur Elektrogewinnung von Aluminium eine geringe Stromleistung ergeben. Frühere· Verfahren zur Extraktion von Alumnium, z.B. die in den US-PS 2 959 533 und 3 382 166 und 3 352 767 beschriebenen, arbeiten mit einem varibalen A.C.D. und sehen daher keine ausreichende. Gasabtrennung vor. In diesen Patentschriften ist atchdie Verwendung des üblichen Kryolith-AlpO-^-Elektrolyts beschrieben, einschliesslich - der sich verbrauchenden Kohleanoden, welche in einemGas discharge taken from the space between the electrodes If this cell is used for the electrowinning of aluminum, the power output would be low. Previous methods of extracting aluminum such as those disclosed in U.S. Patents 2,959,533 and 3,382,166 and 3,352,767 described, working with a varibal A.C.D. and therefore do not see sufficient. Gas separation before. In these patents, atch is the usual use Cryolite-AlpO- ^ - electrolyte described, including - the consumed carbon anodes, which in one

solchen System unerläßlich sind. ■ ■such a system are indispensable. ■ ■

Im Falle von Magnesium verwenden die üblichen, zur Reduktion von Magnesiumchlorid verwendeten elektrolytischen Zellen \ senkrechte Anoden in Verbindung mit sehr dichten Elektrolyten, d.h. mit Elektrolyten, die schwerer sind als das erzeugte geschmolzene Magnesium, weshalb verwickelte Katodenstrukturen zum Sammeln des geschmolzenen Magnesiums an der Oberfläche der Schmelze erforderlich -sind. Obwohl heute ■ Chloridelektrolyte mit'geringer Dichte, die das Sammeln des Magnesiums auf dem Zell-boden ermöglichen, bekannt sind, sind die solche Elektrolyse verwendende, derzeitige Zellen doch ganz anders aufgebaut als die erfindungsgemäßen Zellen.In the case of magnesium, the usual electrolytic cells used to reduce magnesium chloride are used \ vertical anodes in connection with very dense electrolytes, i.e. with electrolytes that are heavier than what is produced molten magnesium, which is why intricate cathode structures to collect the molten magnesium at the Surface of the melt are required. Although today ■ Low density chloride electrolytes that collect of magnesium on the cell floor are known to are the current ones using such electrolysis Cells are built quite differently than those according to the invention Cells.

In den US-PS 2 468 022 und 2 696 688 ist eine Magnesiumzelle mit bipolaren Elektroden von sehr verwickelter Bauart beschrieben, die zwar- senkrechte Elektroden verwendet, jedoch von der vorliegenden Erfindung in vielen wesentlichen Punkten abweicht. Die dort zu; lösenden Aufgaben bestehen darin, die Konstruktion des Elektrolyse-In U.S. Patents 2,468,022 and 2,696,688 there is a magnesium cell described with bipolar electrodes of a very complex design, the vertical electrodes used, but deviates from the present invention in many essential points. The ones there too; solving Tasks consist of the construction of the electrolysis

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raums zu vereinfachen, eine verbesserte Gasabdichtung zu ergeben und die Kapazität der Zellen zu erhöhen, indem eine größere Anzahl Elektroden als in der üblichen Vorrichtung vorgesehen sind. Diese Aufgaben werden je'-doch nur auf Kosten einer weitgehenden Komplizierung der gesamten Zellenstruktur gelöst. So ist ein getrennter Zuführungsraum mit zwei oder drei Abteilungen zusammen mit einem Verteilersystem für geschmolzenes Salz erforderlich, das entweder aus einem oberhalb der Zellmitte angeordneten Stauraum oder einer Reihe von in den Wänden der Zelle untergebrachten Verteilerkanälen besteht, erforderlich. Außerdem wird eine Pumpe für geschmolzenes Salz zur Kreislaufführung des Elektrolyts benötigt.To simplify space, an improved gas seal to give and increase the capacity of the cells by adding a larger number of electrodes than in the usual Device are provided. These tasks are, however solved only at the expense of an extensive complication of the entire cell structure. So is a separate one Feed room with two or three compartments together with a molten salt distribution system required, either from a storage space above the center of the cell or from a row of in the walls of the cell housed distribution ducts is required. There is also a pump for molten salt to circulate the electrolyte needed.

Die in den vorstehenden US-PS beschriebene Zelle beruht auf der erzwungenen Zirkulation von Schmelze zur Entfernung von Magnesium aus dem Elektrodenzwischenraum in Zellen, in denen Schmelzen mit höherer Dichte als Magnesium zur Anwendung kommen. In diesen Zellen fließt das geschmolzene Metall an die Oberfläche. Die Zelle soll bei 0,43 bis 0,45 Ampere/cm arbeiten, war für die übliche Praxis typisch ist. Die Stromleistung soll jedoch etwa 75?6 betragen und es sei bemerkt, daß keine tatsächliche Betriebsbedingungen beschrieben werden, Diese niedrige Stromleistung ist nicht überraschend, da der Bau der Zelle für eine sichere Abtrennung von Chlor aus Magnesium äusserst ungeeignet erscheint. Beträchtliche Gaseinschlüsse zwischen den Elektroden müssen auftreten, da nicht nur die Elektroden überhaupt keine Neigung besitzen, sondern auch der Zwischenraum zwischen den Elektroden bis zu und jenseits der Oberfläche der Schmelze eng ist.The cell described in the foregoing U.S. Patents is based on the forced circulation of melt to remove magnesium from the gap between the electrodes in cells in which melts with a higher density than magnesium are used. In these cells the molten metal flows to the surface. The cell is said to operate at 0.43 to 0.45 amps / cm is typical of common practice. However, the current output should be about 75? 6 and it should be noted that no actual operating conditions are described, this low power output is not surprising since the construction of the cell appears extremely unsuitable for a safe separation of chlorine from magnesium. Considerable gas pockets between the electrodes must occur, since not only do the electrodes have no inclination at all, but also the gap between the electrodes is narrow up to and beyond the surface of the melt.

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Die beschriebene Zelle ergibt nicht annähernd die Kompaktheit und Leistung der erfindungsgemäßen Zelle, und zwar wegen der Anwendung geringer Stromdichten und insbesondere wegen des Fehlens von Mitteln zur ausreichenden Chlorabtrennung, was zu der geringen Stromleistung führt. Ferner machen die Kosten der zusätzlich erforderlichen Komponenten weitgehend den behaupteten Vorteil zunichte, daß mehr Elektroden mit kleinerem A.C.D. in dem Elektrolyseraum als in einer üblichen Einrichtung untergebracht werden.The cell described does not even come close to being compact and performance of the cell of the invention, namely because of the use of low current densities and in particular because of the lack of means for adequate chlorine separation, which leads to the low power output. Further make the cost of the additional components required largely negate the claimed benefit that more electrodes with smaller A.C.D. in the electrolysis room than to be housed in a normal facility.

In der US-PS 3 396 094 sind die Längen erläutert, die man erreichen muß, um die Stromleistung in üblichen Zellen durch Modifizierung der Methode zur Ansammlung von Magnesium an der Oberfläche der Schmelze, zu verbessern. Die US-PS 3 418 223 zeigt die Raumverschwendung innerhalb einer Zelle, die sich aus der Verwendung einer zweiteiligen Katode zum Sammeln von Metall an der Oberfläche der Schmelze ergibt und sie zeigt ferner die strukturelle Kompliziertheit der typischen Chlorsammeikammer. In beiden vorstehend beschriebenen Zellen kann nur eine unvollständige Abtrennung von Chlor aus der Schmelze erwartet werden, da eine ausreichende freie Oberfläche für die Gasabtrennung fehlt.U.S. Patent 3,396,094 discloses the lengths that one must achieve the current output in conventional cells by modifying the method of accumulation of magnesium on the surface of the melt. U.S. Patent 3,418,223 shows the wasted space within a cell that results from the use of a two-piece cathode to collect metal on the surface the melt results and it also shows the structural complexity of the typical chlorine collection chamber. In both cells described above can only an incomplete separation of chlorine from the melt can be expected, since sufficient free Surface for gas separation is missing.

Ein wesentliches Merkmal einer Ausführungsform der Erfindung besteht darin, daß die Katodenfläche unter einem positiven Winkel von z.B. +5 bis 30° zur Senkrechten geneigt ist und einer·parallelen oder nahezu parallelen planaren Anode, die in einem negativen Winkel von beispielsweise -5 bis 30° zur Senkrechten geneigt ist, gegenüberliegt. Mit anderen Worten ist es für diese Ausführungsform der Erfindung wichtig, daß die ArbeitsflächeAn essential feature of an embodiment of the invention consists in that the cathode surface is at a positive angle of e.g. +5 to 30 ° to the vertical is inclined and a parallel or nearly parallel planar anode which is at a negative angle of is inclined, for example, -5 to 30 ° to the vertical, opposite. In other words, it is important for this embodiment of the invention that the work surface

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der Katode so angeordnet ist, daß ihre Oberfläche leicht nach oben schaut und daß die entsprechende Oberfläche der Anode leicht nach unten schaut.the cathode is arranged so that its surface is light looks up and that the corresponding surface of the anode looks slightly down.

Der Elektrodenzwischenraum beträgt vorzugsweise weniger als etwa 5 cm und zweckmässig zwischen etwa 3 und 4,6 cm (1,2 und 1,8 Zoll). Wie vorstehend im einzelnen besprochen, führt eine Untersuchung des Zirkulationswegs der Schmelze zu der Annahme eines bevorzugten Abstands Anode - Katode 'The gap between the electrodes is preferably less than about 5 cm and expediently between about 3 and 4.6 cm (1.2 and 1.8 inches). As discussed in detail above, an examination of the path of circulation of the melt leads to the assumption of a preferred distance anode - cathode '

von etwa 3,8 cm (1,5 Zoll) bei Stromdichten von 1,5of about 3.8 cm (1.5 inches) at current densities of 1.5

2 22 2

Ampere/cm bis 2,0 Ampere/cm .Amps / cm to 2.0 amps / cm.

Andere wichtige Größen beim Bau der Gasabtrennkammer sind die Tiefe des Elektrolyts oberhalb der Katode und die Breite oder die Oberfläche des Elektrolyts in der Gasabtrennkammer. Es wurde gefunden, daß eine Gasabtrennkammer, die von der Anodenschulter etwa 10 bis 12,5 cm ( 4 bis 5 Zoll) zurück über den Zwischenraum: zwischen den Elektroden und über die Spitze der Katode verläuft, für zwölfzöllige Katoden (30,5 cm) ausreichend ist. Für andere Werte der Zellparameter ist die vorstehende Formel A innerhalb des angegebenen Bereichs der Elektrodenneigungen anwendbar. ·Other important parameters in the construction of the gas separation chamber are the depth of the electrolyte above the cathode and the Width or the surface area of the electrolyte in the gas separation chamber. It was found that a gas separation chamber, that of the anode shoulder about 10 to 12.5 cm (4 to 5 inches) back across the space: between the electrodes and over the tip of the cathode is sufficient for twelve inch cathodes (30.5 cm). For other values of the cell parameters is the above formula A within the specified range of the electrode inclinations applicable. ·

Der sehr beträchtliche und etwas überraschend günstige Effekt der erfindungsgemässen Elektrodenanordnung wird durch einen Vergleich von Fig. 2 und 3 der Zeichnung demonstriert, welche den Betrieb einer weniger günstigen bzw. einer günstigeren Zellkonfiguration erläutern.The very sizeable and somewhat surprisingly cheap one Effect of the inventive electrode arrangement is demonstrated by a comparison of FIGS. 2 and 3 of the drawing, which the operation of a less favorable or explain a more favorable cell configuration.

In Fig. 2 und 3 bezeichnet 1 die Anode mit aktiven Anodenoberflächen 1a, 2 bezeichnet die Katoden mit aktivenIn Figs. 2 and 3, 1 denotes the anode with active anode surfaces 1a, 2 denotes the cathodes with active ones

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Katodenoberflächen 2a, mit 8 ist der Elektrolyt, mit 8a die Oberfläche des Elektrolyts und mit 10 der Elektrodenzwischenraum bezeichnet.Cathode surfaces 2a, with 8 the electrolyte, with 8a the surface of the electrolyte and with 10 the gap between the electrodes designated.

A zeigt den Bereich starker Gasbildung und B zeigt Bereiche von weniger starker Gasbildung. In Fig. 3 bedeutet 9 die Gasabtrennkammer unmittelbar über der Katode 2. :A shows the area of strong gas formation and B shows areas less strong gas formation. In Fig. 3, 9 denotes the gas separation chamber immediately above the Cathode 2.:

In Fig. 2 und 3 betrug die Neigung der aktiven Elektrodenoberflächen zur Senkrechten etwa 10° und der Elektrodenabstand (A.C.D.) betrug etwa 3,8 cm (1,5 Zoll). InIn Figs. 2 and 3, the inclination of the active electrode surfaces was about 10 degrees from normal and the electrode spacing (A.C.D.) was about 3.8 cm (1.5 inches). In

Fig. 2 war die Stromdichte 1 Ampere/cm und in Fig. 3In Fig. 2, the current density was 1 ampere / cm and in Fig. 3

betrug sie 2 Ampere/cm . In Fig. 2 betrug die Tiefe des ruhenden Elektrolyts über der Arbeitsfläche der Katode innerhalb des Elektrodenzwischenraums etwa 5 cm (2 Zoll); in Fig. 3 betrug die Tiefe des ruhenden Elektrolyts über der Arbeitsfläche der Katode innerhalb der Gasabtrennkammer etwa 10 cm (4 Zoll). Die Breite der Elektrolytoberfläche betrug in Fig. 2 3,8 cm (1,5 Zoll) und in Fig. 3 etwa 10 cm (4 Zoll).it was 2 amps / cm. In Figure 2, the depth of static electrolyte above the working surface was Cathode within electrode gap about 5 cm (2 inches); in Figure 3 the depth of the electrolyte at rest was about 10 cm (4 inches) above the working surface of the cathode within the gas separation chamber. The width of the Electrolyte surface area was 3.8 cm (1.5 inches) in Figure 2 and about 10 cm (4 inches) in Figure 3.

Wie man sieht, wird unter den in Fig. 2 dargestellten Bedingungen sehr viel Gas zwischen den Elektroden zurückgehalten, selbst bei einer ziemlich geringen StromdichteAs can be seen, one of those shown in FIG Conditions a lot of gas is retained between the electrodes, even at a fairly low current density

p "p "

von 1 Ampere/cm . Ein Betrieb' unter dieser Be'dingung ergab eine Rückreaktion von etwa 30% des Produkts, mit anderen Worten eine Stromleistung von 10% oder weniger.of 1 amp / cm. Operation under these conditions resulted in a reverse reaction of about 30% of the product, in other words a current output of 10% or less.

Fig. 3 erläutert die Wirkung, die man bei Verwendung einer Zelle und einer Gasabtrennkammer gemäß einer Ausführungs-Fig. 3 illustrates the effect you get when using a Cell and a gas separation chamber according to an embodiment

309 8 4 37 09 38 .309 8 4 37 09 38.

form der Erfindung bei der Elektrolyse erzielt. Ein Betrieb mit verbesserter Gasabtrennung unter den in Fig. 3 dargestellten Bedingungen erhöhte die Stromleistung auf etwa 90%. Ein Merkmal der in Fig. 3 dargestellten Ausführungsform der Erfindung, verglichen mit dem in Fig. 2 dargestellten Zellaufbau besteht darin, daß die Breite und die Tiefe der Gasabtrennkammer 9 unmittelbar oberhalb der Arbeitsfläche der Katode 2a ausreichen, um sicher zu stellen, daß (a) das in dem Elektrodenzwischenraum 10 während der Elektrolyse gebildete Gas weitgehend aus diesem Raum 10 in die Gasabtrennkammer 9 abger führt wird und daß (b) dieses Gas weitgehend in der Gasabtrennkammer 9 aus dem Elektrolyt freigemacht wird. Vorzugsweise betragen die Breite und/oder Tiefe der Gasabtrennkammer 9 mindestens das Zweifache des Elektrodenabstands (A-C.D.).Die vorstehend beschriebene Zellanordnung vermindert die Rückreaktion stark, die sonst zwischen dem Gas und dem Metall in Nähe der Katodenoberfläche 2a (siehe Fig.2) auftreten würde und erhöht somit die Stromleistung der Zelle wesentlich.form of the invention achieved in the electrolysis. Operation with improved gas separation under the conditions shown in FIG. 3 conditions shown increased the power output to about 90%. A feature of the embodiment shown in FIG of the invention, compared with the cell structure shown in Fig. 2 is that the width and the depth of the gas separation chamber 9 immediately above the working surface of the cathode 2a is sufficient to ensure that (a) that in the electrode gap 10 gas formed during the electrolysis largely discharged from this space 10 into the gas separation chamber 9 and that (b) this gas is largely freed in the gas separation chamber 9 from the electrolyte. Preferably the width and / or depth of the gas separation chamber 9 are at least twice the electrode spacing (A-C.D.) The cell arrangement described above greatly reduces the reverse reaction that would otherwise occur between the gas and the metal in the vicinity of the cathode surface 2a (see Fig.2) would occur and thus increases the current output of the cell significantly.

Fig. 4 zeigt einen schematischen Seitenriß einer Form einer erfindungsgemässen Zelle mit mehreren Elektroden. Die Gesamtabmessungen der Zelle sind vorzugsweise die in Tabelle 1 angegebenen. 1 bezeichnet·die Graphitanoden, deren elektrolytisch aktive Oberflächen 1a unter einem negativen Winkel von..etwa 10° zur Senkrechten geneigt sind; diese Anoden besitzen Absätze 4 zur Bildung einer Gasaustrittskammer 5, deren Abmessungen vorzugsweise der Formel A entsprechen und die eine angemessene Geschwindigkeit der Gasentwicklung aus der Oberfläche 8a der Schmelze gewährleistet. 2 bezeichnet die Katoden, die zur Erzeugung von Aluminium aus Graphit und zur ErzeugungFig. 4 shows a schematic side elevation of one form of a cell according to the invention with a plurality of electrodes. The overall dimensions of the cell are preferably those given in Table 1. 1 denotes the graphite anodes, their electrolytically active surfaces 1a inclined at a negative angle of about 10 ° to the vertical are; these anodes have paragraphs 4 to form a gas outlet chamber 5, the dimensions of which are preferred correspond to formula A and which have a reasonable speed the gas development from the surface 8a of the melt guaranteed. 2 denotes the cathodes that for the production of aluminum from graphite and for the production

30984 3/092830984 3/0928

von Magnesium aus hohlen Stahlgebilden oder aus kompakten Stahlblechen bestehen können; 2a sind die Katodenoberflächen, welche unter einem positiven Winkel von etwa 10° zur Senkrechten geneigt sind und etwa parallel zu; den Anodenoberflächen 1a verlaufen und 3 bedeutet den mit feuerfestem Material ausgekleideten Stahlbehälter. 8 ist der Elektrolyt und 6 sind die elektrischen Stromanschlüße für die Anoden. Anschlüße für die Katoden sind nicht dargestellt; diese können gegebenenfalls direkt an den Behälter 3 angelegt werden. Es sei bemerkt, daß bei jedem Zelltyp die Anode (n) in senkrechter oder fast senkrechter Richtung zur Einstellung oder Wiedereinstellung des A.CD. verstellbar sind. of magnesium can consist of hollow steel structures or compact steel sheets; 2a are the cathode surfaces, which are inclined at a positive angle of approximately 10 ° to the vertical and approximately parallel to; the anode surfaces 1a run and 3 means the steel container lined with refractory material. 8 is the electrolyte and 6 are the electrical power connections for the anodes. Connections for the cathodes are not shown; these can optionally be applied directly to the container 3. It should be noted that in each cell type, the anode (s) must be positioned vertically or almost vertically to adjust or re-adjust the A.CD. are adjustable.

Fig. 5 zeigt einen schematischen Seitenriß einer kompakteren Elektrodenanordnung, nämlich der bipolare Elektroden verwendenden Anordnung. Die verwendeten Bezugszeichen bezeichnen nicht die gleichen Teile wie in Fig. 4. 1 ist die Graphitanode, deren Arbeitsflächen 1a gemäß. der Erfindung geneigt sind, 2 sind die bipolaren Elektroden mit Arbeitsflächen 2a; diese Elektroden 2 können aus monolithischen Graphitblöcken bestehen, die an ihren Enden auf den isolierenden Wänden der Zelle ruhen. 3 bezeichnet die Kollektorkätoden, die im Fall von Magnesium aus Stahl, jedoch im ^aIl von Aluminium aus Graphit sind und 3a bedeutet die Arbeitsoberflächen der Katoden 3. Mit 4 ist der mit feuerfestem Material ausgekleidete äussere Stahlbehälter und mit 5 ist die Gasaustrittskammer bezeichnet, die vorzugsweise gemäß Formel A bemessen ist". Die isolierenden unteren Stützen 6 für die bipolaren Elektroden 2 dienen als Bremsen für reduzierenden Kriechstrom.Fig. 5 shows a schematic side elevation of a more compact one Electrode arrangement, namely the one using bipolar electrodes Arrangement. The reference symbols used do not denote the same parts as in FIG. 4. 1 is the graphite anode whose working surfaces 1a according to FIG. of the invention, 2 are the bipolar electrodes with working surfaces 2a; these electrodes 2 can be made from consist of monolithic graphite blocks resting at their ends on the insulating walls of the cell. 3 denotes the collector cathodes, which in the case of magnesium are made of steel, but in the case of aluminum are made of graphite and 3a means the work surfaces the cathodes 3. With 4 is the outer steel container lined with refractory material and with 5 is the Designates gas outlet chamber, which is preferably dimensioned according to formula A. "The insulating lower supports 6 for the bipolar electrodes 2 serve as brakes for reducing leakage current.

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Beispiel 1 - . - Example 1 -. -

Ein Versuch wurde in einer Zelle mit einer einzigen geneigten Elektrode mit der in Fig. 3 gezeigten allgemeinen Form gefahren. Die wirksame ElektrodenflächeAn experiment was carried out in a single inclined electrode cell of the general type shown in FIG Form driven. The effective electrode area

2 "2 "

betrug etwa 1,000 cm . Die Elektrolytzusammensetzung war 21% MgCl2 - 75% KCl - 4% LiCl und ein Gesamtzellstrom von von 400 Ampere wurde bei einer Temperatur von 850 C angewendet. Die Anoden/Katodenneigung betrug 9 zur Senkrechten und lag somit innerhalb des für einen wirksamen Betrieb empfohlenen Bereichs. Die anderen Parameter wurden so gewählt, daß einige der weniger günstigen Bedingungen für die Gasabgabe getestet werden konnten. Am ungünstigsten erwies sich die Verwendung einer Schmelztiefe von nur 3,8 cm oberhalb der Katode zusammen mit einer Stromdichte von nur 0,36 Ampere/cm . Unter diesen Bedingungen war eine beträchtliche Rückreaktion vorherzusehen, da Chlor in den Elektrodenzwischenraum zurückströmt.was about 1,000 cm. The electrolyte composition was 21% MgCl 2 - 75% KCl - 4% LiCl and a total cell current of 400 amps was applied at a temperature of 850 ° C. The anode / cathode incline was 9 from vertical, which is within the recommended range for effective operation. The other parameters were chosen so that some of the less favorable conditions for gassing could be tested. The use of a melt depth of only 3.8 cm above the cathode together with a current density of only 0.36 amperes / cm turned out to be the worst. Under these conditions, a considerable reverse reaction was to be foreseen, since chlorine flows back into the space between the electrodes.

Während eines 61—Minutigen Betriebs wurden 404 g Cl erzeugt und 543 g MgCIp verbraucht.During a 61-minute operation, 404 g of Cl generated and consumed 543 g of MgClp.

Die Stromleistung betrug 75%The power output was 75%

Beispiel 2-MagnesiumExample 2-Magnesium

Ein Versuch wurde unter Verwendung einer Zelle mit einer einzigen Anode und mit der in Fig.3 dargestellten allgemeinen Ausbildung, bei einer wirksamen Elektrodenober- An experiment was carried out using a cell with a single anode and with the general design shown in FIG.

3098 43/09 3 83098 43/09 3 8

ρ
fläche von etwa 1000 cm gefahren.
ρ
area of about 1000 cm.

Die Elektrolytzusammensetzung war= 21% MgCIp, 75% K Cl und 4% LiCl.The electrolyte composition was = 21% MgClp, 75% K Cl and 4% LiCl.

Die Anoden/Katodenneigung betrug 9° zur Senkrechten und lag somit innerhalb des für einen wirksamen Betrieb empfohlenen Bereichs. Die Katodenlänge L betrug 30,5 cm, S und D betrugen jeweils 10 cm. Die Betriebstemperatür war 850°C, die Stromdichte betrug 0,64 Ampere/cm und ein Gesamtzellstrom von 700 Ampere wurde während der 60-minutigen Betriebsdauer aufrechterhalten.The anode / cathode inclination was 9 ° to the vertical and was within the recommended range for effective operation. The cathode length L was 30.5 cm, S and D were each 10 cm. The operating temperature was 850 ° C, the current density was 0.64 amps / cm and a total cell current of 700 amps was during the Maintain 60 minutes of operation.

801 g CIp wurden erzeugt und 1077 g MgCIp wurden verbraucht, so daß die Stromleistung 88% betrug.801 g CIp were generated and 1077 g MgClp were consumed, so that the power output was 88%.

Beispiel 3-MagnesiumExample 3-Magnesium

Ein zweiter Versuch wurde in der gleichen Zelle wie' in Beispiel 2 unter Verwendung eines aus 22% MgCIp, 29% KCl und 50% LiCl bestehenden Elektrolyts gefahren. Die Betriebsbedingungen wurden so gewählt, daß sich eine optimale Kombination von Zellparametern ergab.A second experiment was carried out in the same cell as in Example 2 using a 22% MgClp, 29% KCl and 50% LiCl existing electrolyte driven. The operating conditions were chosen so that resulted in an optimal combination of cell parameters.

Die Stromdichte wurde auf 1,5 Ampere/cm erhöht und die Zelle wurde mit einer Schmelztiefe von 10 cm über der Katode bei einer Temperatur von 85Ö°C betrieben. L war 30,5 cm und S und D betrugen jeweils 10 cm. Während des 45-minutigen Betriebs wurde ein stetiger Zellstrom von 1650 Ampere verwendet*The current density was increased to 1.5 amps / cm and the cell was provided with a melting depth of 10 cm the cathode operated at a temperature of 85 ° C. L was 30.5 cm and S and D were each 10 cm. During the 45-minute operation, a steady Cell current of 1650 amps used *

1477 g Cl2 wurden gewonnen und 1981 g MgCl2 wurden verbraucht, so daß die Stromleistung 90% betrug.1477 g of Cl 2 were recovered and 1981 g of MgCl 2 were consumed so that the current output was 90%.

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73188577318857

j Beispiel 4 - Aluminium. j Example 4 - aluminum.

Ein Versuch wurde in der Zelle mit der in Fig. 3 gezeigten allgemeinen Bauart unter Verwendung einer Schmelze durchgeführt, die im Schnitt aus 10% Al Cl,, 45/0 Na Cl und" 45% K Cl bestand. Die·Abmessungen der Zelle waren die in Beispiel 3 angegebenen. Die Temperatur betrug 73O0C. Während des 1-stündigen Betriebs der Zelle betrug der Zellstrom 1400 Ampere.An experiment was carried out in the cell of the general design shown in Fig. 3 using a melt which on average consisted of 10% Al Cl, 45/0 Na Cl and 45% K Cl. The dimensions of the cell were those given in example 3. the temperature was 73O 0 C. During the 1-hour operation of the cell, the cell current was 1400 amperes.

1857 g CIp wurden gewonnen und 2323g Al Cl-* wurden verbraucht.1857 g of CIp were recovered and 2323 g of Al Cl- * became consumed.

Die mittlere Stromleistung betrug somit 89%.The average power output was thus 89%.

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Claims (28)

Patentansprüche 'Claims' 1. Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von Metallen aus geschmolzenen Halogenidsystemen, dadurch gekennzeichnet, daß Metall auf einer von einem Paar in einem etwa parallelen Abstand befindlichen Elektroden abgeschieden wird, wobei die einander gegenüberliegenden Oberflächen ^- der Elektroden unter einem Winkel zwischen 5 und 30 zur Senkrechten geneigt sind, und daß in dem Elektrodenzwischenraum in Freiheit gesetztes Gas nach oben in eine Gasabtrennkammer abgeführt wird, die sich über dem Elektrodenzwischenraum befindet*1. Process for the electrowinning of metals molten halide systems, characterized in that metal on one of a pair in an approximately parallel spaced electrodes is deposited, with the opposing surfaces ^ - of the electrodes are inclined at an angle between 5 and 30 to the vertical, and that in the electrode gap released gas is discharged upwards into a gas separation chamber, which is located above the space between the electrodes located * 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Katodenoberfläche, auf welcher das Metall abgeschieden wird, unter einem positiven Winkel zur Senkrechten und daß die davon im Abstand befindliche Anodenoberfläche in einem gleichen negativen Winkel zur Senkrechten geneigt ist.2. The method according to claim 1, characterized in that the cathode surface on which the metal is deposited at a positive angle to the vertical and that the anode surface located therefrom inclined at an equal negative angle to the vertical is. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden planar und keine Aufbrauchanoden sind und einen engen Abstand voneinander besitzen.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the electrodes are planar and no consumption anodes and are closely spaced from each other. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die einander gegenüberliegenden Elektrodenoberflächen unter einem Winkel zwischen 7 und 20° zur Senkrechten geneigt sind.4. The method according to any one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the opposing electrode surfaces are at an angle between 7 and Are inclined by 20 ° to the vertical. 30 9843/09 3830 9843/09 38 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Schmelze und die Tiefe des flüssigen"Elektrolyts in der Gasabtrennkammer zur Abführung von Gas aus dem Elektrolyt in die Gasabtrennkammer mit etwa der gleichen Geschwindigkeit mit der das Gas in dem Elektrodenzwischenraum erzeugt wird, ausreichen.5. The method according to any one of claims 1 to 4, characterized in that that the surface of the melt and the depth of the liquid "electrolyte in the gas separation chamber to discharge gas from the electrolyte into the gas separation chamber at approximately the same speed that the gas is generated in the electrode gap are sufficient. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Oberfläche der Schmelze in der Gasabtrennkammer nicht weniger als6. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the width of the surface of the melt in the gas separation chamber is not less than LGLG 3M3M beträgt, wobei (1) die Elektroden unter einem Winkelwhere (1) the electrodes are at an angle zwischen 7 u: geneigt sindbetween 7 u: are inclined zwischen 7 und 15° zur Senkrechtenbetween 7 and 15 ° to the vertical (2) C die Stromdichte in Ampere/cm bedeutet(2) C is the current density in amperes / cm (3) L die Katodenlänge in Zoll ist und'(3) L is the cathode length in inches and ' (4) M der Elektrodenabstand in Zoll ist.(4) M is the electrode gap in inches. 7. Verfahren nach einem der Ansprüche.1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Oberfläche7. The method according to any one of claims 1 to 5, characterized characterized in that the width of the surface der Schmelze und die Tiefe des flüssigen Elektrolyts in der*Gasabtrennkammer jeweils nicht weniger als das Doppelte des Elektrodenabstands betragen.the melt and the depth of the liquid electrolyte in the * gas separation chamber are each not less than that Be twice the electrode spacing. 8. Verfahren nach" einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Oberfläche der Schmelze8. The method according to "one of claims 1 to 5, characterized in that the width of the surface of the melt 309843/0938309843/0938 und die Tiefe des flüssigen Elektrolyts in der Gäsab-and the depth of the liquid electrolyte in the gas outlet trennkammer jeweils nicht weniger als etwa 10cm betragen.separation chamber should not be less than 10 cm each. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Elektroden ein Pool aus geschmolzenem Metall gebildet wird, der jedoch nicht als Katode dient, auf welchem Metall abgeschieden wird.9. The method according to any one of claims 1 to 8, characterized in that that a pool of molten metal is formed under the electrodes, but not as Cathode is used on which metal is deposited. 10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Metall Aluminium oder Magnesium abgeschieden wird..10. The method according to any one of claims 1 to 9, characterized in, that deposited as metal aluminum or magnesium will.. IT. Verfahren nach .einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch
gekennzeichnet, daß das Metall durch Elektrolyse seines in einer Alkalihalogenidschmelze enthaltenen Halogenide abgeschieden wird.
IT. Method according to one of Claims 1 to 10, characterized in that
characterized in that the metal is deposited by electrolysis of its halides contained in an alkali halide melt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Metall auf den Katoden einer Vielzahl von parallel angeordneten Elektrodenpaaren abgeschieden wird. _ . · 12. The method according to any one of claims 1 to 11, characterized in that that the metal is deposited on the cathodes of a plurality of pairs of electrodes arranged in parallel. _. · 13. Verfahren nach einem der Ansprüche ί bis 12, dadurch13. The method according to any one of claims ί to 12, characterized gekennzeichnet, daß die Elektrolyse bei einer Stromdichtecharacterized in that the electrolysis occurs at a current density 2
von nicht unter 1 Ampere/cm durchgeführt wird.
2
of not less than 1 ampere / cm.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13» dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenabstand weniger als 5 cm beträgt. '14. The method according to any one of claims 1 to 13 »thereby characterized in that the electrode spacing is less than 5 cm. ' 15. Verfahren nach Anspruch 145 dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenabstand zwischen etwa 3s0 und 4,6 cm beträgt.15. The method according to claim 14 5, characterized in that the electrode spacing is between about 3 s 0 and 4.6 cm. 309843/0938309843/0938 16. Elektrolysezelle zur Gewinnung von Metall aus geschmolzenen Halogenidsystemen, enthaltend ein Paar etwa paralleler, in einem Abstand "befindlicher und unter einem Winkel zwischen 5 und 30° zur Senkrechten geneigter Elektroden und eine über dein Elektrodenzwischenraum angeordnete Gasabtrennkammer, in welche Gas aus dem Elektrodenzwischenraum nach oben abgeführt wird.16. An electrolytic cell for recovering metal from molten halide systems, comprising a pair approximately parallel, at a distance "located and at an angle between 5 and 30 ° to the vertical inclined electrodes and one over the gap between the electrodes arranged gas separation chamber, into which gas is discharged from the electrode gap upwards. 17. Elektrolysezelle nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Katodenoberfläche unter einem positiven Winkel zur Senkrechten und die Anodenoberfläche unter einem etwa gleichen negativen Winkel zur Senkrechten geneigt ist.17. Electrolysis cell according to claim 16, characterized in that that the cathode surface is at a positive angle to the vertical and the anode surface is inclined at an approximately equal negative angle to the vertical. 18. Elektrolysezelle nach Anspruch 16 oder 1?» dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden planar und keine Aufbrauchanoden sind und einen engen Abstand voneinander haben.18. Electrolysis cell according to claim 16 or 1? » through this characterized in that the electrodes are planar and not consuming anodes and are closely spaced from one another to have. 19. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 16 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden unter einem Winkel zwischen 7 und 20° zur Senkrechten geneigt sind.19. Electrolytic cell according to one of claims 16 to 18, characterized in that the electrodes are inclined at an angle between 7 and 20 ° to the vertical are. 20. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 16 bis 19, ,dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche der Schmelze und die Tiefe des flüssigen Elektrolyts in.der Gasabtrennkammer ausreichen, das Gas aus dem Elektrolyt mit etwa der gleichen Geschwindigkeit, mit der es20. Electrolysis cell according to one of claims 16 to 19, , characterized in that the surface of the melt and the depth of the liquid electrolyte in the gas separation chamber is sufficient to remove the gas from the electrolyte at about the same speed as it is in dem Elektrodenzwischenraum erzeugt wird, in die Gasabtrennkammer austreten kann.is generated in the electrode gap, can exit into the gas separation chamber. 309843/0938309843/0938 21. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Oberfläche der Schmelze in der Gasabtrennkammer nicht weniger als21. Electrolytic cell according to one of claims 16 to 20, characterized in that the width of the surface of the melt in the gas separation chamber is not less as LCLC beträgt, wobeiis, where (1) die Elektroden unter einem Winkel zwischen 7 und 15° zur Senkrechten geneigt sind(1) the electrodes are inclined at an angle between 7 and 15 ° to the vertical (2) C die Stromdichte in Ampere/cm bedeutet(2) C is the current density in amperes / cm (3) L die Katodenlänge· in Zoll ist und ·,(3) L is the cathode length in inches and, (4) M der Elektrodenabstand in Zoll ist.(4) M is the electrode gap in inches. 22. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet daß die Breite der Oberfläche der Schmelze und die Tiefe des flüssigen Elektrolyts in der Gasabtrennkammer jeweils nicht weniger als das Doppelte des Elektrodenabstands betragen.22. Electrolytic cell according to one of claims 16 to 20, characterized in that the width of the surface the melt and the depth of the liquid electrolyte in the gas separation chamber each time not less than twice the distance between the electrodes. 23. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 16 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Breite der Oberfläche der Schmelze und die Tiefe des flüssigen Elektrolyts in der Gasabtrennkammer jeweils nicht weniger als etwa 10cm betragen.23. Electrolytic cell according to one of claims 16 to 20, characterized in that the width of the surface the melt and the depth of the liquid electrolyte in the gas separation chamber are each not less than about 10 cm. 24. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 16 bis 23, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenabstand weniger als etwa 5 cm beträgt.24. Electrolytic cell according to one of claims 16 to 23, characterized in that the electrode spacing is less than about 5 cm. 30 9843/093830 9843/0938 25· Elektrolysezelle nach. Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrodenabstand zwischen etwa 3,0 und 4,6 cm beträgt.25 · Electrolysis cell after. Claim 24, characterized in that that the electrode spacing is between about 3.0 and 4.6 cm. 26. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 16 bis 25, gekennzeichnet durch mehrere parallel angeordnete Elektrodenpaare.26. Electrolytic cell according to one of claims 16 to 25, characterized by several arranged in parallel Pairs of electrodes. 27. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 16 bis 26, dadurch gekennzeichnet, daß unter den Elektroden ein Pool aus geschmolzenem Metall gebildet wird, der jedoch nicht als Katode dient, auf welcher Metall abgeschieden wird.27. Electrolysis cell according to one of claims 16 to 26, characterized in that a pool of molten metal is formed under the electrodes, which however does not serve as a cathode on which metal is deposited. 28. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 16 bis 27, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyse bei einer Stromdichte von nicht unter 1 Ampere/cm durchgeführt wird.28. Electrolytic cell according to one of claims 16 to 27, characterized in that the electrolysis at a Current density of not less than 1 amp / cm is carried out will. 303843/0938303843/0938
DE19732318857 1972-04-17 1973-04-13 Electrolysis cell for the extraction of metals, especially aluminum and magnesium, from molten halide systems Expired DE2318857C3 (en)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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DE2903661A1 (en) * 1978-01-31 1979-08-02 Girling Ltd PEDAL-ACTUATED BRAKING BOOSTER FOR VEHICLE BRAKING SYSTEMS
WO1988002793A1 (en) * 1986-10-14 1988-04-21 The British Petroleum Company P.L.C. Metal separation process

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE2903661A1 (en) * 1978-01-31 1979-08-02 Girling Ltd PEDAL-ACTUATED BRAKING BOOSTER FOR VEHICLE BRAKING SYSTEMS
WO1988002793A1 (en) * 1986-10-14 1988-04-21 The British Petroleum Company P.L.C. Metal separation process

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