DE268727C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Vorliegende Erfindung bezieht sich auf elektrische Öfen, wie sie zur Darstellung von Metallen benutzt werden, die leichter als ihre geschmolzenen als Elektrolyt ,dienenden Salze sind, so daß das erzeugte Metall auf der Elektrolytoberfläche schwimmt.

Derartige Öfen werden in bekannter Weise mit einer zentral von unten aufwärts ragenden Kathode gebaut, die von einer äußeren

ίο Anode oder Mehrzahl von Anoden umgeben ist. Zwischen Anoden und Kathode befindet sich bei den bekannten öfen eine nicht leitende Scheidewand, die von oben in den Elektrolyten so weit eintaucht, um den Anolyten von dem Katholyten vollständig zu scheiden und einen Kathodenraum zu bilden, zwischen dem das Natrium oder anderes Leichtmetall sich sammelt.

Bei dem Betriebe solcher öfen werden Ströme von sehr großer Volumen- oder Amperezahl angewendet; diese Ströme, welche von der Anode durch den Elektrolyten zur Kathode fließen, tauchen zum größeren Teil unter die ringförmige Scheidewand und steigen teilweise in das schwimmende geschmolzene Leichtmetall (das elektrisch einen Teil der Kathode bildet) und fließen dann in konvergierenden Linien durch dieses Metall zur Kathode und dann abwärts durch die Kathode zur negativen Polklemme.

Diese Ströme besitzen, wie in der Praxis festgestellt wurde, gewiß unvorteilhafte magnetische Reaktionen, die zu vermeiden erwünscht ist.

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Die vorliegende Erfindung begegnet praktisch diesem Nachteil dadurch, daß die Kathode mit einem äußeren metallischen Mantel oder einer solchen Umhüllung umgeben wird, wovon mit Ausnahme an dem oberen Teil die Kathode getrennt ist. Der Mantel bzw, die Umhüllung ist nach unten gerichtet, so daß der Teil des Stromes, der direkt durch den Elektrolyten zur Kathode (anstatt aufwärts zu dem schwimmenden Leichtmetall) geht, in diesen äußeren Mantel eintritt und beim Aufsteigen hierdurch den in der inneren Kathode absteigenden Strom parallel macht und dadurch den negativen Effekt des darin abwärts fließenden Stromes neutralisiert und so die geschilderten Nachteile wirksam vermeidet.

In der beiliegenden Zeichnung ist

Fig. ι ein senkrechter Mittelschnitt eines elektrischen Ofens mit Anwendung der vorliegenden Erfindung, -

Fig. 2 ein senkrechter Querschnitt der Kathode in vergrößertem Maßstab,

Fig. 3 ein wagerechter Schnitt von Fig. 2.

In Fig. ι ist α eine metallische Einfassungsschale, b die Kohlenanode, c die eiserne Kathode und d die Scheidewand oder Trennvorrichtung, die Anode und Kathode teilweise trennt und die im Inneren den Kathodenraum e bildet.

Der Strom wird von dem Dynamo oder einer anderen Stromquelle durch Kolbenstäbe V zur Anode und von der Kathodenpolklemmschiene f nach dem negativen Pol des Generators geleitet.

Den Elektrolyten h bildet das geschmolzene Salz des zu erzeugenden Metalles, z. B. Natriumchlorid, wenn Natrium dargestellt werden soll, und i ist das Natrium ot?er sonstige Leichtmetall, das auf dem Elektrolyten in dem Kathodenraum β schwimmt. Die Scheidewand d besteht aus einer Metallröhre, durch die eine kalte Flüssigkeit durch die Röhren ä! zirkuliert, um sie abzukühlen und auf ihr eine

ίο isolierende Lage oder Kruste des den Elektrolyten bildenden Salzes abzusetzen.

Beim Betrieb steigt das Metall, das an der Kathodenoberfläche abgeschieden wird, durch den Elektrolyten und sammelt sich innerhalb der Scheidewand d, wobei es eine Metallpfütze i bildet, die eine seitliche Erweiterung der Kathode darstellt und allmählich in die hohle Kathode überfließt, wobei es durch eine zentrale Röhre oder einen ringförmigen Rand c' geführt und in einem Gefäß / unten gesammelt wird.

Bisher war die Kathode ein einfacher röhrenförmiger Eisengußteil, der vom Boden des Ofens nach oben durch den Elektrolyten innerhalb der Scheidewand d ragte. Nach der vorliegenden Erfindung ist die Kathode mit einer äußeren röhrenförmigen Umhüllung oder einem solchen Mantel k versehen, der an seinem oberen Ende mit dem Eisenzylinder α metallisch verbunden ist, wie z. B. durch Verschraubung; diese Umhüllung ist von der Kathode c unten getrennt und isoliert, so wie es. in den Fig. 1 und 2 klar dargestellt ist. Der Raum zwischen dem Mantel und der Kathode c kann vorteilhaft mit einer isolierenden Packung I, vorzugsweise mit Asbest, angefüllt sein.

Nach dieser neuen Konstruktion ist der innere Teil c nicht mehr die Kathode, sondern die wahre Kathode wird durch den äußeren Mantel k und dem geschmolzenen Metallrest i gebildet. Daher leitet der vertikale Teil k der Kathode jetzt einen aufsteigenden Strom, während vorher der vertikale Teil c einen absteigenden Strom führte.

Dieser Wechsel ist von sehr wichtigen Wirkungen in der Operation begleitet. Um dieses klar zu machen, ist es notwendig, zunächst festzustellen, was bei der alten Form der Kathode sich ereignete, wie folgt.

Mit einer wie bisher konstruierten Kathode war der Stromlauf in der Kathode abwärts gerichtet, mit dem Ergebnis, daß ein magnetisches Feld erzeugt wurde, welches von oben gesehen eine dem Uhrzeiger entsprechende Richtung um die genannte Kathode hatte. Sobald eine geschmolzene Menge Natrium i sich auf dem Elektrolyten gesammelt hat, bildet sie eine Erweiterung der Kathode, so daß ein Teil des elektrischen Stromes senkrecht von dem Elektrolyten in diese geschmolzene Metall-

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menge emporsteigt und dann horizontal zur Eisenkathode sich wendet.

Die Reaktion des magnetischen Feldes auf die horizontal fließenden Ströme hat die Neigung, das geschmolzene Natrium aufwärts zu treiben, und die Reaktion auf die vertikal fließenden Ströme hat die Neigung, das Natrium von der Kathode zurückzutreiben. Daher wird der Katholyt gehoben und teilweise von der Eisenkathode abgestoßen, so daß der Natriumrest das Bestreben erhält durch den Entleerungsdurchgang in der Kathode abzulaufen. Dieses Ergebnis ist nachteilig, da es erwünscht ist, den Natriumrest als eine Erweiterung der Eisenkathode zu behalten und den Stromfluß hauptsächlich in dem oberen Teil des Elektrolyten zu halten.

Die vorliegende Erfindung hat dadurch, daß der vertikale Teil der Kathode sich in einen Mantel k verwandelt, der die frühere Kathode c (welche jetzt lediglich ein Leiter wird) umgibt und mit ihm lediglich oben leitend verbunden ist, die Wirkung, von dem Elektrolyten alle Stromlinien aufzunehmen, welche nicht aufwärts und in das geschmolzene Natrium i gerichtet sind und veranlaßt die dadurch entstehenden vereinigten elektrischen Ströme, durch diesen Mantel bis.nahe an das oberste Ende der Kathode aufwärts zu steigen.

Auf solche Weise wird die Richtung des elektrischen Stromes im Vergleich zu derjenigen in der früheren Kathode c umgekehrt und folglich wird das resultierende magnetische Feld umgekehrt, welches jetzt von oben gesehen der Uhrzeigerrichtung entgegengesetzt gerichtet ist. Daher ist die Reaktion des magnetischen Feldes auf die horizontal und vertikal fließenden Ströme bestrebt, das geschmolzene Natrium abwärts und der entsprechenden Kathode zuzutreiben. Der Strom, welcher in den inneren Leiter c abwärts fließt, erzeugt natürlich ein magnetisches Feld, aber dieses hat keine Wirkung nach außen, da es vollständig auf den Zylinder oder Mantel k der Eisenelektrode beschränkt ist. Weiter haben die entgegengesetzten Ströme in den inneren und äußeren Teilen c und k die Neigung, sich gegenseitig zu neutralisieren bzw. aufzuheben.

Auf solche Weise wird das schädliche Heben und Zurückstoßen des Elektrolyten von der Kathode beseitigt oder doch so weit verringert, daß diese Wirkungen nicht mehr eine Quelle von Widerwärtigkeiten sind.

Ein anderer erwünschter Effekt, der durch diese Kathodenkonstruktion verwirklicht wird, ist die verhältnismäßige Konzentration des Stromes nach dem oberen Ende der Kathode. Die Verbesserung hat annähernd den gleichen Effekt, als wenn der Strom den Elektrolyten iao

nahe am oberen Ende verlassen würde, wie z. B. durch eine Kathode, die am oberen Ende des Ofens angebracht wäre.

Um diese Resultate zu erhalten, ist es notwendig, den Mantel mit Ausnahme am oberen Ende von der eigentlichen Kathode isoliert zu halten.

Die vorliegende Erfindung ist nicht notwendigerweise auf die genaue Konstruktion und Anordnung des dargestellten elektrischen Ofens oder der gezeichneten Zelle beschränkt. Die konzentrische Anordnung der zentralen Kathode, die umgebende Scheidewand und äußere Anode ist vorzuziehen, aber die Anordnung kann auch abweichend sein.

Das unterscheidende Merkmal der vorliegenden Erfindung ist die Anordnung einer abwärts gerichteten Umhüllung zu der gewöhnlichen, zylindrischen Kathode, mit der sie nur. oben leitend verbunden ist.

Claims (1)

1. Patent-A NSPRu ch:

   Zylindrische Kathode für die elektrolytische Zersetzung von geschmolzenen Metallsalzen, welche im Elektrolyten angeordnet ist und zur Ableitung des gebildeten Metalls dient, dadurch gekennzeichnet, daß sie mit einem metallischen Mantel umgeben ist, der nur am oberen Teile mit der zylindrischen Kathode leitend verbunden ist.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.

   .Berlin. gedruckt in der reichsdruckerei.