DE2823888C2 - Elektrolyseeinrichtung zur Gewinnung von Magnesium - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrolyseeinrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Elektrolyseeir.richtung dieser Art ist nach der US-PS 36 76 323 bekannt. Bei ihr sind die Querkathoden benachbarter Längskathoden einstückig zu durchgehenden Querkathoden verbunden. Auf diese Weise entstehen ringsum geschlossene Anodenräume, in die die Anoden eingesetzt sind.

Entsprechende Elektrolyseeinrichtungen sind auch nach der US-PS 37 49 660 und nach der UdSSR-PS 2 46 070 bekannt. Da die die Anodenräume begrenzenden Längskathoden und Querkathoden fest miteinander verbunden sind, ergeben sich Deformationen der Wände der Anodenräume durch Wärmeausdehnung der Längskathoden und Querkathoden. Außerdem sind die aus den Längskathoden und Querkathoden zusammengesetzten Gebilde sehr schwer und lassen sich daher nur mühsam handhaben.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Deformation der Anodenräume durch Wärmeausdehnung der Kathodenelemente zu beseitigen und die Effektivität der Elektrolyse zu erhöhen.

Die Lösung dieser Aufgabe ist im Kennzeichen des Anspruchs 1 angegeben.

Die Schlitze gestatten eine Wärmeausdehnung der Querkathoden, ohne daß die Anodenräume defomiert werden. Die Schlitze können dabei verhältnismäßig eng gemacht werden, nämlich so, daß sie sich selbst bei den maximal auftretenden Arbeitstemperaturen nicht schließen. Die Schlitze erhöhen überdies die Effektivität der Elektrolyse, da sich durch sie der Elektrolyt austauschen kann.

Die Erfindung wird im folgenden an Ausführungsbei

spielen unter Hinweis auf die Zeichnungen beschrieben.

F i g. 1 zeigt eine erste Ausführungsform ohne Kathodeneinheit in perspektivischer Ansicht;

F i g. la zeigt eine zweite Ausführungsform einer Kathodeneinheit in perspektivischer Ansicht;

F i g. 2 zeigt einen Horizontalschnitt durch einen Teil einer Elektrolyseeinrichtung, bei der die Kathodensinheiten nach F i g. 1 verwendet sind;

F i g. 3 zeigt einen HorizoDtalschnitt durch einen Teil einer Elektrolyseeinrichtung mit Kathodeneinheiten, die denen der F i g. 1 ähnlich, jedoch ergänzt sind;

F i g. 4 zeigt einen Horizontalschnitt durch einen Teil einer Elektrolyseeinrichtung, wiederum mit Kathodeneinheiten, die denen der Fig. 1 ähnlich, jedoch ergänzt sind;

F i g. 5a zeigt einen Horizontalschnitt durch einen Teil einer Elektrolyseeinrichtung mit Kathodeneinheiten, die denen der F i g. 1 ähnlich, jedoch ergänzt sind;

F i g. 5b zeigt einen Vertikalschnitt durch den Teil der Elektrolyseeinrichtung nach F i g. 5a.

Fig. 1 zeigt einen Modul mit einer Längskathode 1, die aus Stahl besteht und beidseitig aktiv ist Das eine Ende der Längskathode ist mit einer beidseitig aktiven Querkathode 2 versehen. Nächst dem anderen Ende der Längskathode 1 sind an die Seiten der Längskathode 1 Elemente einer zweiten beidseitig aktiven Querkathode 3 angesetzt Beide Querkathoden 2, 3 sind mit der Längskathode 1 verschweißt oder mit inr in anderer geeigneter Weise fest verbunden und verlaufen rechtwinklig zur Längsrichtung der Längskathode 1. Die Querkathoden 2, 3 haben gerade verlaufende Enden und sind in bezug auf die Längskathode 1 symmetrisch angeordnet, so daß sie sich nach beiden Richtungen von der Längskathode I fort mit gleicher Länge erstrecken. F i g. 1 a zeigt einen Modul, bei dem die Querkathoden 2a und 3a in bezug auf die Längskathode la asymmetrisch angeordnet sind und von der Längskathode nur in eine Richtung ausgehen. Diese Moduln werden derart zusammengesetzt, daß Schlitze zwischen jeweils einer Seitenfläche einer Längskathode 1 und den äußeren Enden von Querkathoden 3a entstehen. Der Hauptvorteil dieser Moduln besteht darin, daß zu ihrer Herstellung die Anzahl der Schweißvorgänge zwischen der Längskathode t und den Querkathoden 2a, Za auf praktisch die Hälfte reduziert werden kann.

F i g. 2 zeigt Moduln der F i g. 1 nach ihrem Einsetzen in eine Elektrolyseeinrichtung, die durch eine feuerfeste Trennwand 10 in eine Elektrolysezone 11 und eine Metallsammelzone 12 unterteilt ist, und eine feuerfeste Rückwand 8 sowie zwei feuerfeste, in Längsrichtung der Längskathoden 1 verlaufende Endwände 9 aufweist. Die Längskathoden 1 sind durch die Wand 8 geführt und mit flexiblen Kathodenzuleitungen 6 aus Aluminium über Stahl/Aluminium-Sprengverbindungen 5 kontaktiert. Die Wände 8,9 sind von einem Stahlmantel 7 umschlossen.

F i g. 3 zeigt eine Elektrolyseeinrichtung mit Moduln, die nahe der Mitte ihrer Längskathoden 1 mit Querkathoden 3' versehen sind. Die Anoden 4 sind geteilt und liegen zwischen den Querkathoden 2, 3' bzw. 3', 3. Bei dieser Anordnung kann die Breite der Elektrolysezone 11 erheblich vergrößert werden, weil sich die zwischengeordneten Querkathoden 3' in ihrer Wirkung gegenseitig unterstützen.

Bei Einfügung mehrerer Querkathoden 3' läßt sich dieses Prinzip fortführen, bis man im Querschnitt vierekkige, stangenförmige Anoden 4 in den freien Räumen zwischen den Querkathoden 2, 3' bzw. 3', 3' bzw. 3', 3

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unterbringen kann. Die Querkathoden 2,3,3' sind dann so angeordnet, daß ihr gegenseitiger Abstand etwa der Entfernung zwischen benachbarten Längskathoden 1 entspricht Auf diese Weise lassen sich Elektrolyseeinrichtungen mit hohem Wirkungsgrad und großer Stabi- lität aufbauen.

Bei den bisher beschriebenen Auaführungsbeispielen erstrecken sich die Querkathoden genau Ober die Seiten der Längskathoden. Die Querkathoden können jedoch in dieser Richtung kürzer oder langer sein. Es ist nur darauf zu achten, daß die Querkathoden einer gewissen mechanischen Belastung standhalten. Wegen der Schlitze zwischen den Moduln ist es möglich, daß sich die Moduln bei Erwärmung deformieren. Solche Deformationen werden durch die Querkathoden, wenn sie mit ihren gerade geschnittenen Endflächen aneinanderstoßen, begrenzt Unter diesem Gesichtspunkt sind Schlitzweiten zwischen 2$ und 5 mm und Kathodenstärken zwischen 20 und 50 mm vorteilhaft

In der Praxis gelingt es nicht, die Längskathoden und die Querkathoden mit derart engen Toleranzen zu fertigen, daß die Endflächen der Querkathoden exakt justiert aneinanderstoßen, wenn sich die Kathoden bei Erwärmung auf Arbeitstemperaturen ausdehnen. Dies ist jedoch nicht notwendig, weil man nicht auf eine Stromverbindung zwischen den Querkathoden angewiesen ist Selbst Schlitze von mehreren Millimetern Breite wirken sich noch nicht schädlich auf die Elektrolyse aus.

Eine besondere Formgebung der Moduln ermöglicht es, eine Stromverbindung zu den Längskathoden ! herzustellen, ohne daß Endstücke an den Längskathoden 1 durch die Rückwand 8 der Elektrolyseeinrichtung hindurchgefühlt werden. Eine solche Konstruktion ist in den F i g. 5a und 5b dargestellt Endständige Querkatho- 3s den 3" sind in einem Bereich, der dem Stahlmantel 7 benachbart ist, mit den Längskathoden 1 verbunden. Die Querkathoden 3" erstrecken sich nach oben über die Oberkante des Stahlmantels 7 hinaus und sind dort mit flexiblen Kathodenzuleitungen 6 kontaktiert Die Räume zwischen den endständigen Querkathoden 3" und den nächstliegenden, aktiven Querkathoden 3 sind mit einer feuerfesten Masse ausgefüllt Wird diese feuerfeste Masse erhitzt so härtet sie aus und bildet somit eine feuerfeste Rückwand 8' zwischen den aktiven Querkathoden 3 und dem Stahlmantel 7. Auf diese Weise ergibt sich eine einfache, dabei robuste und starke Stromverbindung zu den flexiblen Kathodenzuleitungen 6. Die geschilderte Bauweise führt zu einer einfacheren Konstruktion und Montage der Moduln, ohne daß dadurch die Gesamtstärke der Rückwand 8' vermindert wird.

Der Stahlmantel 7 kann im Bereich der endständigen Querkathoden 3" vollständig entfallen, wenn die Querkathoden 3" in diesem Bereich die Funktion des Stahl- mantels 7 übernehmen. Die Querkathoden 3" brauchen dann nicht über die Oberkante des restlichen Stahlmantels 7 hinauszuragen; dementsprechend werden die Enden der Längskathoden 1 mit den flexiblen Kathodenzuleitungen 6, etwa wie in F i g. 2 dargestellt, verbunden. Da die Querkathoden 3" Strom führen, müssen sie von dem restlichen Stahlmantel 7 isoliert sein. Andererseits sind sie miteinander zu verbinden und gegenseitig zu stützen. Dies kann beispielsweise durch Bügel oder andere Halterungs- und Verbindungselemente geschehen.

Hierzu 5 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Elektrolyseeinrichtung zur Gewinnung von Magnesium, die eine Elektrolysezone und eine von der Elektrolysezone durch eine Trennwand mit öffnungen getrennte Metallsammeizone aufweist, bei der Kathoden und Anoden abwechselnd nebeneinander angeordnet und beidseitig aktiv sind und die Kathoden Moduln aus Längskathoden und jeweils zu mehreren an diesen Längskathoden gehaltenen Querkathoden sind, die die Anoden umgebende Kathodengehäuse bilden, dadurch gekennzeichnet, daß in jedem Modul jede Querkathode (2,3,3') mit nur einer einzigen Längskathode (1) verbunden und durch einen Schlitz von im wesentlichen konstanter Breite mechanisch und elektrisch von der Längskathode (1) oder einer an dieser Längskathode gehaltenen Querkathode eines benachbarten Moduls getrennt ist

2. Elektrolyseeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längskathoden (1) durch eine die Elektrolysezone (11) begrenzende, feuerfeste Wand (8) eines von einem äußeren Stahlmantel (7) umschlossenen Behälters treten und außerhalb der feuerfesten Wand nicht aktive Querkathoden (3") tragen, die nach oben über den Stahlmantel hinausragen und hier an flexible Kathodenzuleitungen (6) angeschlossen sind.

3. Elektrolyseeinrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die nicht aktiven Querka thoden (3") einen Teil des Stahlmantels (7) bilden.