DE256563C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Gegenstand der Erfindung ist die unmittelbare elektrolytische Darstellung von Amiden, Cyanamiden und Cyaniden der Alkalimetalle (Natrium, Kalium) aus Rohstoffen, wie ChIoride, Jodide, Bromide, Sulfide oder Hydroxyde der Alkalimetalle und Ammoniak bzw. Ammoniak und Kohlenstoff oder kohlenstoffhaltige Gase, je nachdem Amide, Cyanamide oder Cyanide erzeugt werden sollen.

ίο Seit langem ist bekannt, daß, wenn ein stickstoffhaltiger Stoff, wie z. B. gasförmiges Ammoniak, in Berührung mit metallischem Natrium bei einer Temperatur gebracht wird, die zwischen dem Schmelzpunkt des Natriumamids (120 ° C.) und dessen Zersetzungspunkt (etwa 400° C.) liegt, sich rasch Natriumamid gemäß der Gleichung

NH₃ + Na = Na NH₂ + H

in Form einer Schmelze bildet, sowie daß durch Zusammenbringen dieses Amids mit Kohle oder einem kohlenstoffhaltigen Gase, wie z. B. Acetylen, Leuchtgas, bei einer zwischen 350° C. und 6oo° C. liegenden Temperatur Dinatriumcyanamid entsteht gemäß der Gleichung

2 (NaNH₂) + C = Na₂N₂C + H₄.

Es ist ferner bekannt, daß Natriumamid mit Natriumcyanid bei einer 400° C. eben übersteigenden Temperatur unter Bildung von Cyanamid reagiert gemäß der Gleichung

Na NH₂ + NaCN = Na₂N₂C + H₂

sowie daß, wenn Natriumcyänamid mit Kohlenstoff bei einer Temperatur von ungefähr 800 ° C. zusammengebracht wird, sich Cyanid bildet gemäß der Gleichung

Na₂N₂C + C — 2 (NaCN).

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Es ist auch bekannt, daß diese sämtlichen Reaktionen mit fast quantitativer Ausbeute ausgeführt werden können, und daß ähnliche Reaktionen auch mit Kalium und einigen anderen Metallen stattfinden.

Ferner wurde vorgeschlagen, bei der Darstellung von Natriumamid das metallische Natrium durch Natriumblei und andere Legierungen zu ersetzen und Ammoniak in die geschmolzene Legierung zu blasen und in Verbindung mit dieser Ausführung die Legierung kontinuierlich auf elektrolytischem Wege herzustellen; dieses Verfahren hat sich jedoch mit so schweren praktischen Ubelständen behaftet erwiesen, daß es keine Aufnahme gefunden hat.

Nach einem bekannten Verfahren (britische Patentschrift 12377/03) wird in der zweiten äußeren Zelle als Elektrolyt das Natronhydrat benutzt, und es wird in ihr das Natrium der Bleinatriumanode von der Kathode abgeschieden und gewonnen. Es ist also der Elektrolyt dieser Zelle eine andere Substanz als die in ihr herzustellende. Nach der vorliegenden Erfindung soll nun das Alkaliamid, Cyanamid oder Cyanid der Elektrolyt der zweiten Zelle sein. Das Alkalimetall aber, welches aus der Bleilegierunganode abgeschieden wird, soll sofort durch Einblasen von Ammoniak oder Ammoniak und Kohle in das Endprodukt, das Amid, Cyanamid oder Cyanid verwandelt werden, also in dieselbe Substanz, aus welcher

der Elektrolyt besteht. Nach dem Verfahren ist es möglich, mit derselben Substanz als Ausgangselektrolyt, z. B. mit Natriumamid, sowohl Amid als auch Cyanamid als auch Cyanid herzustellen, während das Verfahren der britischen Patentschrift an die Herstellung von Natrium gebunden ist.

Gemäß der vorliegenden Erfindung wird — die Darstellung von Natriumderivaten als Beispiel genommen — eine Doppelzelle mit Zwischenelektrode aus flüssigem oder geschmolzenem Metall, wie Blei, Quecksilber oder Zinn, oder einer geschmolzenen Legierung dieser Metalle je mit oder ohne Zusatz von Wismuth

o. dgl. benutzt, mit welcher das in der ersten Zelle hergestellte Natrium sich legiert, worauf die mit Natrium legierte Elektrode in der zweiten Zelle anodischen Reaktionen unterworfen wird. Es wird in der zweiten Zelle als Elektrolyt geschmolzenes Amid, Cyanamid oder Cyanid usw. des in Betracht stehenden Metalles angewendet, z. B. Natriumamid allein oder in verschiedenen Mischungen, je nach . dem darzustellenden Produkt. Wird Quecksilber als Zwischenelektrode benutzt, so kann man in der ersten Zelle als Elektrolyt eine Lösung des Ausgangsstoffes, z. B. Chlornatrium, benutzen.

Soll das Endprodukt z. B. in Natriumamid bestehen, so wird wasserfreies Ammoniak in Gasform in die zweite Zelle geleitet, entweder mittels eines Rohres oder einer hohlen Kathode. Durch Zusammentreffen des Ammoniaks mit dem nascierenden Natrium bildet sich NaNH₂ unter Entwicklung von Wasserstoff, der entweicht, so daß der Elektrolyt andauernd Vermehrung erfährt; er wird von Zeit zu Zeit bis auf die zur Fortführung des Prozesses erforderliche Menge abgelassen.

Um die Höchstleistung zu erreichen und Ammoniakverluste zu vermeiden, ist es zweckmäßig, die Temperatur der zweiten Zelle so niedrig zu halten, als mit, der freien Beweglichkeit der die Anode bildenden Legierung vereinbar ist. Geeignet sind Temperaturen zwischen 120 ° C. und 350 ° C. Die höheren Temperaturen sind erforderlich, wenn in der ersten Zelle ein schmelzflüssiger Elektrolyt benutzt wird und die Zwischenelektrode aus einer Bleilegierung besteht; die niederen Temperaturen werden erforderlich, wenn in der ersten Zelle eine Lösung des Ausgangsstoffes und als Zwischenelektrode Quecksilber benutzt wird. Zur Darstellung von Cyanamid wird in ähnlicher Weise verfahren, nur daß in der zweiten Zelle dem Elektrolyten außer Ammoniak auch Kohlenstoff in geeigneter Form zugeführt und die Operation so geleitet wird, daß der Kohlenstoff so rasch mit dem Amid reagieren kann, als dieses sich bildet; ferner wird in der ersten Zelle ein schmelzflüssiger Elektrolyt statt der Lösung benutzt. Auch eignet sich in diesem Falle Quecksilber nicht als Zwischenelektrode. Zu Beginn kann der Elektrolyt in Form von fertigem Cyanamid in die (zweite) Zelle eingeführt oder in dieser Cyanamid vermittels Ammoniak und Kohlenstoff gebildet werden. Die Temperatur der zweiten Zelle muß in diesem Falle etwas höher (etwa 500⁰ C.) sein, insbesondere gegen Ende der Reaktion und vor dem Ablassen, damit das erzeugte Cyanamid flüssig und beweglich bleibt und von Zeit zu Zeit abgestochen werden kann.

Zur Herstellung von Cyanid ist das Verfahren das gleiche wie für die Herstellung von Cyanamid, mit dem einzigen Unterschied, daß die Temperatur (insbesondere gegen Ende der Reaktion und vor dem Abstechen) noch höher, auf etwa 800⁰C, gesteigert und entsprechend mehr Kohlenstoff zugeführt wird. Zu Beginn kann der Elektrolyt in Form von fertigem Cyanid in die Zelle eingeführt oder in der Zelle durch Reaktion des nascierenden Natriums mit Ammoniak und Kohlenstoff gebildet werden.

Die Bildung des Cyanids vollzieht sich nach folgenden Gleichungen:

1. Na + NH₃ = NaNH₂ + H, Temperatur zwischen 120 ° bis 350 ° C,

2. 2 (NaNH₂) + C = Na₂N₂C + H_it Temperatur zwischen 350 ° bis 600⁰C,

3. Na₂N₂C +C = 2(NaCN), Temperatur zwischen 600 ° bis 850° C.

Die dritte Reaktion kann auch in der Weise ausgeführt werden, daß man das Cyanamid (Produkt der zweiten Reaktion) in einen Tiegel absticht und in ihm der bekannten Behandlung mit Kohlenstoff unterzieht, oder man steigert von Zeit zu Zeit die Temperatur in der zweiten Zelle (im Falle der Elektrolyse von Chlornatrium auf annähernd 800 ° C), wobei man zweckmäßig zugleich die Zuführung von Ammoniak und Strom aussetzt; nach dem Abstechen des Cyanids, wobei man eine genügende Menge davon zur Weiterbenutzung als Elektrolyt in der Zelle beläßt, nimmt man die Herstellung von Cyanamid wieder auf. Bei der weiteren Bildung von Natriumamid aus dem Metall und Ammoniak veranlaßt dies Cyanid die Bildung von Cyanamid; die Temperatur der Zelle wird unter Abstellung des Zuflusses der Legierung auf 500 ° herabgesetzt und damit die Bildung von Cyanamid bei der die höchste Ausbeute liefernden Temperatur wieder aufgenommen.

Selbst bei Benutzung von kaustischem Natron als Ausgangsprodukt können die gewünschten Endprodukte in weit wirtschaftlicherer Weise als vermittels der bekannten Verfahren gewonnen werden, teils wegen der höheren Ausnutzung der elektrischen Energie in der ersten Zelle und teils wegen Verringerung der

Arbeit und anderer Kostenursachen, die, wie bereits angeführt, mit der getrennten Darstellung des Natriums, seiner Aufsammlung, Verpackung usw. verknüpft ■ sind.

Eine Vorrichtung, welche sich zur Ausführung des beschriebenen Verfahrens eignet, ist auf der Zeichnung in Fig. ι und 2 dargestellt, und zwar stellt Fig. 1 eine Vorrichtung dar, welche sich für den Fall eignet, daß. ein geschmolzener Elektrolyt in der ersten Zelle benutzt und eine Zwischenelektrode, z. B. aus Blei-Natriumlegierung, gebildet wird. Fig. 2 . dagegen ist ein Querschnitt durch eine Vorrichtung für den Fall, daß als Elektrolyt eine Lösung in der ersten Zelle benutzt wird und eine von Natrium-Quecksilber-Amalgam z. B. als Zwischenelektrode.

In beiden Figuren bedeutet 1 die erste und 2 die zweite Zelle. 3 sind die Wege, durch welche die Zwischenelektrode zirkuliert, 4 die Vorrichtung, welche die Zirkulation bewirkt. 5 ist die Anode in der ersten Zelle und 6 die Kathode in der zweiten Zelle. Das Einlaßrohr für Ammoniak ist mit 7 bezeichnet und die Richtung der elektrischen Ströme durch Pfeile angedeutet. In Fig. 1 wird der Strom um die erste Zelle durch die Spule 8 geführt. 9 ist der Auslaß für das Chlor von der ersten Zelle und 10 derjenige für das

,30 Produkt der zweiten Zelle.

Die Vorrichtung selbst ist nicht Gegenstand der Erfindung, und ihre Darstellung geschieht lediglich zum Zwecke der Erläuterung des Verfahrens.

Besteht das Ausgangsmaterial aus einem geschmolzenen Halogensalz oder einem Sulfid, so erhält, weil dabei Chlor oder Schwefel frei wird, die erste Zelle zweckmäßig Anoden aus Graphit oder Kohle. Im Falle von kaustischem Natron als Ausgangsstoff sind Anoden aus Nickel am vorteilhaftesten. Werden die Ausgangsstoffe in Form von Lösungen benutzt, z. B. eine Kochsalzlösung, so kann man Anoden aus Platin, z. B. in Form von Drahtgaze, anwenden. Die Kathode der zweiten Zelle kann aus Kupfer, Nickel oder anderem Metall bestehen, und der Behälter kann aus Kupfer, Nickel, Eisen o. dgl. hergestellt sein.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Amiden, Cyanamiden und Cyaniden der Alkalimetalle in einer Doppelzelle, in welcher die Kathode der ersten Zelle nach Aufnahme des Alkalimetalls zur Anode der zweiten Zelle wird, gekennzeichnet durch die Behandlung des in der zweiten Zelle durch den elektrischen Strom aus der Anode dieser Zelle abgeschiedenen Alkalimetalls mit Ammoniak oder Ammoniak und Kohlenstoff, wobei der Elektrolyt der zweiten Zelle das Amid, Cyanamid oder Cyanid des Alkalimetalls der Ausgangsverbindung ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.