DE323004C

DE323004C - Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallen oder verwandten Metallen aus dem geschmolzenen Amid oder einer aehnlichen Verbindung des Metalls, die das letztere aus einergeschmolzenen Legierung aufgenommen hat

Info

Publication number: DE323004C
Application number: DE1912323004D
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1912-02-27
Filing date: 1912-02-27
Publication date: 1920-09-01

Description

Gegenstand der Erfindung astrein neues Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallen oder verwandten Metallen durch Elektrolyse einer geschmolzenen Verbindung des Metalles, die eine überschüssige Menge des Metalls frei in Lösung enthält. Als Elektrolyt kommt bei dem Verfahren nach der Erfindung vorzugsweise Amid in Betracht, aber auch Zyanide, Zyanamide und Legierungen

ίο von solchen. Die Anreicherung freien Metalls in dem Elektrolyten erfolgt in bekannter Weise in einem Zweizellenapparat, dessen Zellen durch eine geschmolzene Bleimasse, die in der ersten Zelle die Kathode, in der zweiten die Anode bildet, miteinander in Verbindung stehen. Diese Bleimasse nimmt in der ersten Zelle bei der Elektrolyse des Ausgar gsmaterials frei wer den des Leichtmetall auf, das in der zweiten Zelle in das in dieser

ao Zelle befindliche Amid übergeht.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, das Amid in der zweiten Zelle selbst unter Benutzung der geschmolzenen Bleimasse als Anode zu elektrolysieren. Hierbei wurde aber infolge der Neigung des ausgeschiedenen Leichtmetalls, sich in dem Amid sogleich wieder zu lösen, meist nur eine geringe. Ausbeute erzielt. Auch wurde häufig ein mit Blei verunreinigtes Leichtmetall erhalten, Nach der Erfindung soll nun das Amid aus der Sekundärzelle in eine besondere Zelle übergeführt und dort unter Verwendung fester Körper als Elektroden zerlegt werden. Es ist bereits bekannt, zur Darstellung von Alkalimetallen geschmolzenes Ätzkali oder Ätznatron zwischen festen Elektroden zu zerlegen. Das nach der Erfindung zur Elektrolyse verwendete Amid hat diesem gegenüber den Vorzug, einen geringeren Widerstand sot wie eine geringere Bildungswärme zu besitzen, so daß man mit einer kleineren Spannung auskommt. Auch fließt das Amid in geschmolzenem Zustande leicht und ruhig, so daß sich das abgeschiedene Leichtmetall leichter aus ihm entfernen läßt, als aus dem unruhig fließenden Ätzkali. Das NH₃, das unter Umständen bei der Elektrolyse des Amids an der Anode frei wird, kann nach der Erfindung auf verschiedene Weise wiedergewonnen und für den weiteren Gang des Ver- fahrens verwendet werden. Durch genaue Regelung der Temperatur wird entweder die Elektrolyse so geleitet, daß das ausgeschiedene Leichtmetall sich nicht wieder auflöst, während das freiwerdende Anion sich mit dem frei in der Lösung befindlichen Leichtmetall verbindet und neues Amid bildet; Oder aber man hält die Temperatur so niedrig, daß

das Anion in freiem Zustande entweicht und in ein besonderes Reaktionsgefäß geführt werden kann, wo es zur Bildung von neuem Amid verwendet wird. Das freiwerdende Leichtmetall wird dabei entweder sofort in metallischem Zustande gewonnen oder es löst sich zunächst wieder in der Schmelze auf und wird nachher durch Abkühlung wieder ausgeschieden.

Die Zeichnung stellt eine Zelle zur Ausführung der Elektrolyse dar.

Der geschmolzene Elektrolyt i, der freies Metall in Lösung enthält, befindet sich in einem Gefäß 8. Die Anode 2 besteht aus einem Metallring, z. B. einem solchen aus Nickel oder'Stahl, und wird von drei Armen getragen. Sie steht in Verbindung mit dem positiven Pol 3 einer Elektrizitätsquelle. Die Kathode 4, die aus Kupfer bestehen kann, ist von zylindrischer Form und mit dem negativen Pol 5 einer Elektrizitätsquelle verbunden. Ein Trichter 9 dient zum Einfüllen des Elektrolyten und das Rohr 10 als Auslaß für die gebildeten Gase. Das Gefäß 8 ist mit einem Deckel 13 verschlossen. Zwischen der Kathode und der Anode befindet sich ein Drahtnetz 14, das an einem isolierten Metallrohr 15 befestigt ist und dazu dient, das gebildete Leichtmetall nach oben zu führen.

Hier sammelt sich dasselbe bei 7 an und kann dort von Zeit zu Zeit durch eine Schöpfvorrichtung o. dgl. entfernt werden. Mit 11 und 12 sind Isolierschichten bezeichnet. Um den Hals der Kathode ist gleichfalls eine Isolierschicht 6 gelegt, die das angesammelte Metall von einer Berührung mit der Kathode abhält, so daß es keine Brücke zwischen dem Kathodenhals und dem isolierten Rohr 15 bilden kann.

Statt den Hals der Kathode von oben einzuführen, kann man denselben auch in bekannter Weise durch den Boden der Zelle gehen lassen und ihn mit einem Wassermantel zur künstlichen Kühlung umgeben. Eine derartige Anordnung des Kathodenhalses läßt die obere Seite der Zelle frei, so daß an dieser eine beliebige selbsttätige Vorrichtung angebracht werden kann, um das Metall entweder durch Ablaufenlassen oder durch Abheben oder in anderer Weise zu entfernen und zu sammeln.

Nach der Erfindung soll nun bei der Elektrolyse, wie vorher erwähnt, entweder die Temperatur niedrig gehalten werden, so daß an der Anode NH₃ in freiem Zustande wiedergewonnen wird, das zur Bildung von neuem Amid verwendet werden kann, oder durch Höherhalten der Temperatur eine sofortige Verbindung des an der Anode auftre-

6p tenden Radikals NH, mit dem in der Schmelze gelösten Leichtmetall zu Amid herbeigeführt werden. Es sind demnach folgende Ausführungsformen· des Verfahrens möglich:

I. '

Die Temperatur bei der Elektrolyse des Amids wird so niedrig gehalten, daß das Ammoniak sich mit dem abgeschiedenen oder dem noch in Lösung befindlichen Leichtmetall gar nicht oder doch nur in sehr schwachem Maße verbindet. Diese Temperatur beträgt für Natrium 300 bis 340° oder weniger, bei Kalium etwa 250⁰ oder darunter.

Von dem in. dem Amid enthaltenen Stick- ^5 stoff werden ²/₃ in der Form von Ammoniak wiedergewonnen, das wiederum zur Erzeugung von Amid verwendet wird. Die Reaktion verläuft folgendermaßen:

3 Na NH₂ = 3 Na + 2 NH₃ + N Kathode Anode

Ist nun während der Elektrolyse Wasserstoff, namentlich im status nascendi zugegen, beispielsweise der vorher an das Natrium in der Schmelze gebundene, so wird fast der gesamte Stickstoff nach folgender Gleichung zu Ammoniak regeneriert:

Na NH₂ + H = Na + NH₃ Kathode Anode

Im allgemeinen ist Wasserstoff zugegen, und gewöhnlich ist der- Raum in der Zelle über dem Natrium davon erfüllt.

Wird dieses Verfahren in dem vorstehend beschriebenen Apparat ausgeführt, dessen Kathode eine verhältnismäßig kleine Oberfläche besitzt, so daß die Stromdichte an der Kathode groß ist, so wird in der Zeiteinheit mehr Natrium an der Kathode frei, als sich in der gleichen Zeit in dem Elektrolyten lösen kann. Es sammelt sich daher metallisches Natrium innerhalb des Zylinders 15 an. Falls das Amid freies Natrium in Lösung enthält, so wird dieses allmählich in dem Maße, in dem der Elektrolyt zersetzt wird, in Freiheit gesetzt und findet ebenfalls seinen Weg zu dem an der Sammelstelle angesammelten Natrium.

TI.

Bei einer Abart des unter I beschriebenen Verfahrens elektrolysiert man ebenfalls bei den dort angegebenen niedrigen Temperaturen, so daß man an der Anode freies NH₃ erhält, verwendet aber eine Kathode von großer Oberfläche. Statt des in der Zeichnung dargestellten Apparats verwendet man zweck-

mäßig einen solchen, dessen Kathode aus einer Stahlplatte oder einem Stahlring und dessen Anode aus einer Anzahl von Stäben besteht, die nur wenig in den Elektrolyten eintauchen. Infolge der an der Kathode herrschenden geringen Stromdichte löst sich das frei Averdende Natrium sogleich wieder in der Schmelze auf. Die' Schmelze wird in ständigem Umlauf gehalten und fließt über einen

ίο Überlauf in eine Kammer, die auf niedrigerer Temperatur erhalten wird, als die Schmelze in der Zelle. Infolgedessen scheidet sich in der Kammer das gelöste Na wieder aus und sammelt sich nebst dem etwa noch !

X5 ungelöst gebliebenen Na dort an. Dieses Ver- | fahren hat den Vorzug, daß das gebildete Ammoniak freier entweichen kann und überhaupt nicht mit dem Natrium in Berührung· kommt. Die Gegenreaktionen, die die ökonomie beeinträchtigen, sind auf diese Weise auf das kleinste Maß zurückgeführt.

III.

Die andere Ausführungsform des Veras fahrens besteht darin, daß durch Höherhalten der Temperatur die Elektrolyse so geführt wird, daß sich das Radikal NH₂ an der Anode mit dem in der Schmelze gelösten Natrium wieder verbindet, wobei dann nur ein entsprechender Betrag von Natrium an der Kathode frei wird. In diesem Fall muß die Temperatur bei Natriumamid mehr als 300⁰ und bei Kaliumamid mehr als 250⁰ betragen. Das Amid wird kontinuierlich zur zweiten Zelle des Apparates, in dem die Legierung hergestellt wird, zurückgeführt und dort in innige Berührung mit der durch dieselbe fließenden, Natrium enthaltenden Legierung gebracht, so daß es sich wieder mit aufgelöstem Natrium sättigt.

Claims

Patent-Ansprüche:
ι . Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallen oder verwandten Metallen aus dem geschmolzenen Amid oder einer ähnlichen Verbindung des Metalles, die das letztere aus einer geschmolzenen Legierung aufgenommen hat, dadurch gekennzeichnet, daß die überschüssiges Alkalimetall enthaltende Schmelze aus der Bildungszelle in eine besondere Zelle übergeführt und in dieser der Elektrolyse unterworfen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur an der Anode so hoch gehalten wird, daß sich lediglichAlkalimetall, aber keinAmmoniak oder anderes dem Ausgangsstoffe entsprechendes Anion abscheidet, worauf zum Ersatz des überschüssigen Metalles die Amidschmelze zur Aufnahme von neuem Alkalimetall wieder über die Legierung geführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperatur der Schmelze so niedrig gehalten wird (für Natrium unter 300 bis 350°, für Kalium unter 250°), daß das frei werdende Anion sich nicht oder doch nur in geringem Maße mit dem in der Schmelze gelösten'Leichtmetall verbindet und frei entweicht.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der geschmolzene Elektrolyt zwischen einer Kathode von großer und einer Anode von kleiner Oberfläche elektrolysiert wird, so daß das Anion frei entweicht und das naszierende Alkalimetall sich ganz oder zum Teil wieder in der Schmelze löst, worauf es durch Abkühlen der letzteren ausgeschieden wird.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen.