DE236804C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

- JVs 236804 KLASSE 40 c. GRUPPE

in BASEL.

auf dem Elektrolyten sammelt.

Patentiert im Deutschen Reiche vom 23. Dezember 1909 ab.

Die Aufgabe, einen technisch brauchbaren Apparat zu bauen, der die Gewinnung von Alkalimetall und Gilor durch Elektrolyse der geschmolzenen Chloride in ökonomischer Weise gestattet, hat bis jetzt noch keine befriedigende Lösung gefunden. Es handelt sich bei der Schmelzflußelektrolyse der Alkalichloride einmal darum, das an der Kathode sich abscheidende Alkalimetall der Einwirkung des gleichzeitig an der Anode auftretenden Chlors zu entziehen, so daß eine günstige Stromausbeute erreicht wird. Weiterhin soll die Konstruktion des Apparates dessen Ausführung in einer für fabrikatorische Zwecke verwendbaren Größe ermöglichen, und es müssen die einzelnen Teile der Einrichtung eine Widerstandsfähigkeit erhalten, die ihr eine gewisse Lebensdauer und damit den gewünschten ökonomischen Effekt gewährleistet.

Das Bestreben, diese verschiedenen Anforderungen in einem Apparat zu vereinigen, stößt auf mancherlei Schwierigkeiten chemischer, physikalischer und konstruktiver Art. Es ist zunächst schwierig, ein Material ausfindig zu machen, daß der Einwirkung von Alkalimetall und Chlor in gleicher Weise Stand hält, so daß die Anwendung" einfacher Trennwände oder Diaphragmen zwischen Kathoden- und Anodenabteilung nur geringen Erfolg verspricht.

So ist es naheliegend, zweierlei Trennwände in Gebrauch zu nehmen, die auf der Kathodenseite aus der Einwirkung des Alkalimetalls widerstehendem, auf der Anodenseite aus chlorbeständigem Material hergestellt sind. Dabei zeigt sich aber als weiterer Übelstand der, daß die in Frage kommenden Materialien entweder von vornherein Leiter der Elektrizität sind oder infolge der notwendig bei der Schmelzflußelektrolyse herrschenden, ziemlich hohen Temperaturen zu Leitern werden. Bei der seither für den Zweck der Alkalichlorid-Schmelzflußelektrolyse üblichen Anordnung der Trennwände werden diese alsdann entweder nach einiger Zeit durch das gebildete Alkalimetall mit der Kathode kurzgeschlossen, selbst als Kathode funktionieren, oder sie werden, von den Stromlinien getroffen, als bipolare Elektroden in den Stromkreis eingeschaltet und jedenfalls damit meist rasch zerstört, so daß das gewünschte Resultat, d. h. einen Apparat zu bekommen, der längere Zeit betriebsfähig bleibt, nicht erreicht wird. Versuche in anderer Richtung, nämlich Kathoden- und Anodenraum durch gekühlte, eventuell hohle, unten geschlossene Zwischenwände, auf denen sich eine isolierende feste Salzschicht bilden sollte, zu trennen oder zwei miteinander kommunizierende, aus chlor- bzw. alkalibeständigen Materialien hergestellte Gefäße zur Elektrolyse zu verwenden, führten ebenfalls

bis jetzt noch nicht zur Konstruktion von Apparaten, in denen eine ökonomische Alkalimetall- und Chlorgewinnung möglich war.

Alle die angeführten, bei der Schmelzflußelektrolyse der Alkalichloride auftretenden Schwierigkeiten sollen durch die den Gegenstand vorliegender Erfindung bildende Vorrichtung" überwunden werden, indem bei derselben einerseits das über der Salzschmelze

ίο stehende Alkalimetall von der Kathode isoliert bleibt und anderseits die Trennung der zum Auffangen der Produkte der Elektrolyse bestimmten Räume in der Weise bewirkt wird, daß von schmelzflüssigen Elektrolyten unangreifbare Trennwände verwendet werden, die auf der Kathodenseite aus alkalimetall beständigem, auf der Anodenseite aus chlorbeständigem Material gebildet sind, und deren physikalische Beschaffenheit derart ist, daß sie für die Stromlinien ohne Ionenentladung durchlässig sind, bzw. deren Anordnung derart ist, daß sie von den Stromlinien überhaupt nicht getroffen werden können.

Auf beiliegender Zeichnung sind verschiedene Ausführungsformen der neuen Vorrichtung zur Darstellung gebracht.

Fig. ι und 2 zeigen die erste Ausführungsform durch zwei senkrecht zueinander genommene Vertikalschnitte. In diesen Figuren bezeichnet 1 einen aus feuerfesten Steinen gemauerten Ofen von rechteckigem Querschnitt. In diesem ist von unten die aus Metall bestehende Kathode 2 eingeführt, deren Zuleitungen 3 innerhalb des Ofens von Hülsen 4 aus Magnesit o. dgl. umschlossen sind. 5 sind die Anoden; sie hängen an geeigneten Deckeln, welche die Chlorzellen gasdicht abschließen. In den Ofen sind die aus chlorbeständigem Material hergestellten Scheidewände 6 eingedichtet. Sie können entweder nur so weit von oben in den Ofen eingeführt werden, daß sie nur wenige Zentimeter in die Salzschmelze eintauchen oder aber auch nach unten verlängert werden. In letzterem Falle werden sie in ihren unterhalb des Spiegels der Schmelze liegenden Teilen durchlocht, um den Stromlinien ungehinderten Durchgang zu gestatten. Durch diese Scheidewände wird für das an den Anoden aufsteigende Chlor ein abgeschlossener Raum geschaffen, aus dem das Gas durch geeignete Leitungen 7 im Mauerwerk nach hinten abgeführt wird. Das bei der Elektrolyse an der Kathode sich abscheidende Alkalimetall hat infolge seines niedrigen spezifischen Gewichtes das Bestreben, an die Oberfläche der Salzschmelze aufzusteigen. Da aber durch die an den Anoden sich nach oben bewegenden Clilorblasen im Elektrolyten eine lebhafte Strömung in der Richtung von der Kathode zu den Anoden hin hervorgerufen wird, würde der größte Teil des an der Kathode erzeugten Alkalimetalles nach den Anoden iortgerissen werden und dort mit dem Chlor sich wieder vereinigen. Um dies zu verhindern, sind zwischen den Scheidewänden 6 und der Kathode 2 weitere Trennwände 8 vorgesehen, die aus Drahtnetzen oder perforierten, eventuell auch jalousieförmig gestalteten Blechen bestehen und von zwei isoliert angebracht sind. Zwischen ihnen steigt das gebildete Alkalimetall an die Oberfläche der Schmelze und wird dort unter einer über die Scheidewände 8 gestülpten Glocke 9 aufgefangen, aus der es durch das Rohr 13 abfließt.

Anstatt eine besondere Glocke 9 anzuwenden, kann man auch die Trennungswände 8 durch volle Wände nach oben hin verlängern und so zur Auffangvorrichtung für das erzeugte Alkalimetall ausbilden.

Es hat sich ferner im Interesse einer guten Stromausbeute als vorteilhaft erwiesen, zwischen 8 und 2 noch ein weiteres Drahtnetz o. dgl. 10 isoliert anzubringen. Die Anzahl dieser Netze zwischen 8 und 2 könnte natürlich auch noch beliebig vergrößert werden.

Man kann die Kathode 2 anstatt von unten auch von oben zwischen die Scheidewände 8 einführen. Dabei muß aber vor allem darauf geachtet werden, daß ihre Zuführung, wo sie durch die obenauf schwimmende Alkalimetallschicht hindurchgeht und ungefähr bis zu dem Punkt, wo die Perforierung von 8 beginnt, vollständig isoliert ist.

Bei der Einführung der Kathode von unten, wie in Fig. 1 und 2 angegeben, ist die Isolation der Zuführungen durch die Hülsen 4 nicht absolut notwendig, immerhin ist sie empfehlenswert, um eine direkte Berührung des im Verlauf eines längeren Betriebes auf der Ofensohle sich absetzenden Schlammes mit der Kathode auszuschließen.

Der Betrieb der Einrichtung gestaltet sich folgendermaßen:

Das Salz oder Salzgemisch, durch deren Elektrolyse das betreffende Alkalimetall gewonnen werden soll, wird durch eine geeignete Vorrichtung eingeschmolzen, bis die Füllung des Ofens auf die gewünschte Höhe gekommen ist, d. h. der Spiegel der Schmelze bis auf wenige Zentimeter an das Ablaufrohr n₀ hinanreicht. Dann werden die Deckel mit den Anoden 5 aufgedichtet und die Kathode 2 mit dem negativen und die Anoden 5 mit dem positiven Pol einer Gleichstromquelle verbunden. An 5 scheidet sich Chlor ab, das an den _n5 Elektroden aufsteigt und durch die Leitungen 7 zur Verwendungsstelle abgeleitet wird. Das an 2 entwickelte Alkalimetall löst sich von der Kathode ab, sammelt sich über der Salzschmelze in einer einige Zentimeter dicken Schicht. 14 und fließt durch das Rohr 13 in ein geeignetes Auffanggefäß ab. Das zu elektro-

lysierende Salz, beispielsweise Kochsalz, wird in die Anodenabteilungen oder in die zwischen den Scheidewänden 6 und 8 freibleibenden Räume nachgefüllt. Die Dimensionen des Apparates und die an den Elektroden und im Elektrolyten herrschenden Stromdichten sind so zu bemessen, daß nirgends schädliche Temperaturen auftreten können.

Wie aus vorangehendem ersichtlich, kommt

ίο zunächst die auf dem Elektrolyten schwimmende Alkalimetallschicht nicht in leitende Berührung mit der Kathode, so daß ein Kurzschluß zwischen Kathode und den diese umschließenden bzw. den zum Auffangen des Alkalimetalles dienenden Apparatenteilen durch das Alkalimetall ausgeschlossen ist. Es wird also das Abscheiden von Alkalimetall an einer unerwünschten Stelle vermieden. Ferner wird durch Verwendung von zweierlei aus alkalimetall- bzw. chlorbeständigen Materialien hergestellten Trennwänden erreicht, daß diese Apparatenteile nicht durch die Produkte der Elektrolyse angeg'rifren werden können. Endlich sind diese Trennwände an den Stellen im Ofen, an denen der Stromdurchgang durch den Elektrolyten stattfindet, so beschaffen, daß die Stromlinien ungehindert, d. h. ohne Ionenentladung, durch sie hindurch passieren können (8 und 10), oder sind so angeordnet, daß sie von den Stromlinien nicht getroffen werden (6). Es wird also auf die eine oder andere Weise vermieden, daß die Trennwände als bipolare Elektroden in den Stromkreis eingeschaltet werden.

Die beschriebene Einrichtung kann die verschiedensten Formen erhalten. Z. B. kann der in Fig. ι und 2 vorgesehene rechteckige Querschnitt durch einen kreisförmig oder irgendwie anders gestalteten Querschnitt ersetzt werden, wobei die Trennwände z. B. die Form konzentrischer Zylinder erhalten und die Elektroden eine entsprechende Form bekommen würden. Die Anordnung der Elektroden und Scheidewände kann gleichfalls auf verschiedene Weise aligeändert werden, wovon Fig. 3 ein Beispiel gibt. Die in ihr abgebildete Vorrichtung ist mit Heizung von außen gedacht. 2 sind die Kathoden, 5 die Anoden, 6 die chlorbeständigen, 8 und 10 die alkalimetallbeständigen Scheidewände, 14 das auf der Schmelze schwimmende Metall. Bei der in Fig. 4 abgebildeten Vorrichtung sind die Elektroden übereinander angeordnet, und zwar befindet sich Anode 5 unter der Kathode 2. Damit das an 5 entwickelte Chlor nicht in den Kathodenraum eindringen kann, ist der zwischen den Scheidewänden 6 entstehende Raum unten durch ein Asbest- oder sonstiges chlorbeständiges Gewebe 10 abgesperrt, das ein seitliches Entweichen des Gases bewirkt. 6 sind wiederum die chlorbeständigen, 8 die alkalimetallbeständigen Scheidewände, 3 die Stromzuführung zur Kathode, 4 eine isolierende Hülse, die den Kontakt zwischen Kathode bzw. deren Zuführung und dem abgeschiedenen Alkalimetall 14 verhindert. in ähnlicher Weise könnte die Anode oben und die Kathode unten angeordnet sein, wobei das Gewebe 10 durch ein feinmaschiges Drahtnetz ersetzt würde, an dem 'das von der Kathode emporsteigende Alkalimetall seitlich nach oben gleitet.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Vorrichtung zur Gewinnung von freiem Alkalimetall und Chlor durch Elektrolyse der geschmolzenen Alkalichloride oder Gemische solcher mit anderen Salzen, bei der das Metall sich in geschmolzenem Zustande und getrennt von der Kathode auf dem Elektrolyten sammelt, dadurch gekennzeichnet, daß die zum Auffangen der Produkte der Elektrolyse bestimmten Räume getrennt sind durch in der Hauptsache vertikale Scheidewände, die so beschaffen sind, daß sie an den Stellen, wo sie im Hauptstromfeld liegen, für die Stromlinien ohne Ionenentladung durchlässig sind, während diejenigen Teile von ihnen, bei denen eine Ausbildung als Diaphragma o. dgl. nicht angängig ist, infolge ihrer Anordnung den Stromwirkungen überhaupt nicht unterworfen sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.