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Verfahren zur Darstellung von leichten 1Vfetallen durch Schmelzflußelektrolyse.
Es ist bekannt, leichte Metalle durch SchmelzfluBelektrolyse in der Weise zu gewinnen,
daß zunächst kathodischeine Legierung des leichten Metalls mit einem schweren, aber
leichtflüssigen Metall gebildet und darauf die nun als Anode verwendete Legierung
unter Abscheidung des reinen leichten Metalls an der Kathode und Hochsteigen desselben
in dem schweren Elektrolyten zerlegt wird.
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Die Erfindung beruht auf diesem Verfahren. Sie besteht darin, daß
zur Gewinnung von beispielsweise Magnesium aus geschmolzenem Magnesiumchlorid auf
dem Wege der Bildung einer Legierung des Magnesiums mit einem schweren Metall, z.
B. Blei, Zellen mit einer Mehrzahl von doppelpoligen Elektroden nach dem Patent
399697 verwendet werden.
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Bei der Vorrichtung zur Ausführung dieses Verfahrens ist der Behälter
in einem Zellenkörper mit übereinander gelagerten, trogförmige Mulden aufweisenden
Elektroden versehen, welche eine geschmolzene Legierung zu fassen vermögen, in die
das zu gewinnende Metall des Elektrolyten bei dessen Elektrolyse abgelagert wird,
um dann aus der angereicherten Legierung im zweiten Elektrolysiervorgang als freies
Metall ausgeschieden zu werden.
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Das Verfahren kann z. B. mittels zweier gleichartiger, in ein und
demselben Stromkreis liegender Elektrolysierbehälter derart ausgeführt werden, daß
man den elektrischen Strom durch. abwechselnde Umkehr seiner Durchlaufrichtung einmal
in dem einen Behälter eine Anreicherung der Legierung mit dem zu gewinnenden Metall
und im anderen Behälter die Ausscheidung des Metalls aus der Legierung herbeiführen
und dann nach der Umkehr diese Vorgänge in den Behältern vertauscht vor sich gehen
läßt. Der eine Behälter kann so als Primärelektrolysierzelle., der andere als Sekundärelektrolysierzelle
an-2#esprochen werden.
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Es kann aber auch ebenfalls mittels zweier gleichartiger Elektrolysierbehälter
derart vorgenommen werden, daß nach erfolgter An; reicherung der Legierung mit dem
zu gewinnenden Metall in dem einen Behälter dieselbe durch ein Fördermittel nach
dem anderen Behälter geleitet wird, wo sie sich auf dem Wege der Elektrolyse des
zu gewinnenden Metalls in normaler Weise entledigt.
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Die Zeichnung dient zur beispielsweisen Erläuterung der Erfindung
unter der Annahme, daß man Magnesium aus geschmolzenem Magnesiumchlorid zurückzugewinnen
sucht.
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Abb. i zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung mit zwei in ein.
und demselben elektrischen Stromkreis liegenden Elektrolysierbehältern im Schnitt
und mit einem Umschalter zum Umkehren des Stromes im Strom; kreise, so daß durch
Stromumkehr die beiden Behälter abwechselnd als Primär- und Sekundärzelle benutzt
werden können.
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Abb. z zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung mit zwei ebenfalls
im Schnitt gezeichneten Elektrolysierzellen, welche der elektrische Strom in Reihenschaltung
durchfließt, und durch welche die angereicherte Legierung mittels einer Förderpumpe
im Kreislauf hindurchbefördert wird.
Abb.3 und 4. veranschaulichen
in größerem Maßstabe in Draufsicht und im Querschnitt eine der trogförmigen Elektroden.
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Bei beiden Ausführungsformen ist der feuerfeste, rohrförmige Zellenkörper
des einen Behälters mit A, derjenige des anderen Behälters mit A2 bezeichnet. Die
Elektroden des ersten Behälters sind mit B, jene des zweiten mit B2 bezeichnet.
Die plattenförmigen Elektroden sind senkrecht überein; ander gelagert und mit trogartigen
Mulden b= zur Aufnahme einer Legierung von Magnesium mit Blei versehen, während
sie auf ihrer Unterseite nach unten zu konvex gewölbt sind, so daß sie dem wechselweisen
Aufsteigen von Chlorgas und Magnesium durch das geschmolzene Magnesiumchlorid hindurch
möglichst wenig Widerstand. bieten. Die Elektroden sind untereinander durch Zwischenlagen
b3 aus Kieselsäure isoliert. Jeder Behälter A bzw. A2 ist mit einem Füllschacht
a bzw. tt" zur Einführung des Elektrolyten, z. B. Magnesiumchlorid, versehen. Die
Bodenräume d2 mit Ablaßventilen gestatten erforderlichenfalls die Entleerung der
Behälter.
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Bei der Ausführung nach Abb. i befindet sich in den beiden, in ein
und demselben Stromkreis mit Umschalter E liegenden Elektrolysierbehältern in den.
trogartigen Mulden b2 der Elektroden derselben eine Magnesium-Blei-Legierung, die
dauernd darin verbleibt und nur ihren Gehalt an Magnesium wechselt. Wenn der elektrische
Strom die Behälter oder Zellen in der mit ausgezogenen Pfeilen ,angegebenen Richtung
durchfließt, so wirkt der Behälter A2 als Primärzelle; geschmolzenes Magnesiumchlorid
wird durch den Füllschacht a2 eingegeben, während das Chlorgas durch die Öffnungen
b4 der Elektroden B2 emporsteigt und bei austritt. Hat dieser elektrolytische Vorgang
genügend lange angedauert, um in der nachher zu erläuternden Weise ein hinreichendes
Anreichern der Legierung an Magnesium, etwa bis zu :1 Prozent, in den Elektrodenmulden
b2 im Behälter A2 herbeizuführen, und ist der angereicherte Elektrolyt durch irgendeine
geeignete Verbindungsleitung in den Behälter A übergeführt worden, dann wird die
Legierung in den Elektrodenmulden b2 des Behälters A einer gleichwertigen, Menge
Magnesiums entledigt, wobei dieses Magnesium, da es leichter ist als der Elektrolyt,
im Behälter A durch die Öffnungen hl der Elektroden B an die Oberfläche des Elektrolyten
emporsteigt, wo es in geeigneter '\Veise entfernt werden kann, beispielsweise. durch
Einführen einer weiteren Menge Elektrolyt und Abfangen. des. überlaufenden Magnesiums
am Austritt D. Der Elektrolysierbehälter A wirkt also gewissermaßen als Sekundämelle.
Beim Umkehren des elektrischen Stromes mittels des Umschalters E (siehe die gestrichelten
Pfeile) vertauschen die Behälter A2, A ihre Rollen, indem A die Primärzelle
und A2 die Sekundärzelle wird.
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Der elektrolytische Vorgang in den Behältern A, 42 läßt sich etwa
folgendermaßen erklären Bei der einen Stromrichtung bildet sich an den obersten
Teilen der Legierung in den Mulden der elementartig zusammenwirkenden Elektroden
der negative Pol in einem und der positive Pol im anderen Elektrolysierbehälter
aus. Es wird daher im ersten Behälter Chlorgas aus dem Elektrolyten an der Unterseite
jeder Elektrode frei und steigt durch deren Öffnungen in die Höhe, während Magnesium
aus dem Elektrolyten an der Oberfläche der Legierung freigegeben wird und diese
anreichert, wobei der verbrauchte Elektrolyt durch Zufuhr frischer Mengen ersetzt
wird. Gleichzeitig wird im sekundären Elektrolysierhehälter an der Oberfläche der
Legierung Chlorgas erzeugt und mit dem Magnesium der Legierung gekuppelt, während
metallisches Magnesium aus dem Elektrolyten oder Magnesiumchlorid an der Unterseite
der Elektroden ausgeschieden wird und an die Oberfläche der Flüssigkeit im Behälter
steigt, um hier in bekannter Weise entfernt zu werden.
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Ist die Elektrolyse in dieser Weise genügend fortgeschritten, dann
wird der elektrische Strom umgekehrt und die EleL-trolysierbehälter vertauschen
ihre Rollen, so daß die früher primäre jetzt sekundäre und die früher sekundäre
jetzt primäre Zelle wird. Diese Stromumkehr kann beliebig oft wiederholt werden,
und zwar miaEls des von Hand oder selbsttätig gesteuerten Umschalters E. .Sie bewirkt
keine Änderung der Potentialdifferenz in dem Behälterpaar, da das Ansteigen der
Klemmenspannung meinem Behälter das Fallen derselben im anderen Behälter ausgleicht.
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Obwohl in Abb. i in jedem Behälter nur ein Elektrodenstapel vorhanden
ist, ließen sich begreiflicherweise in ein und demselben Behälter mehrere Elektrodenstapel
anordnen. In allen Fällen ist der eine Pol des Stromkreises an die zentralen Hohlstangen
F angeschlossen . die mit der obersten Elektrode elektrisch verbunden sind, während
der andere Pol durch das Metallgehäuse der Zellenkörper mit der untersten Elektrode
in elektrischer Verbindung steht. Der ganze Zellenkörper ist mit einem elektrisch
isolierenden 'N#@'ärmeschutzmangel umgeben.
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Sollen die Elektrolysierhehälter ausschließlich je als Primärzelle
oder Sekundärzelle dienen, dann wird die Legierung aus dem,
einen
Behälter im Kreislauf zum anderen hinbefördert, indem man sie in der Primärzelle
nacheinander von einer Elektrode in die darunterliegende ni:ederlaufen läßt und
dann so angereichert vom Zellenunterteil zur Abgabe der Anreicherung nach der Sekundärzelle
befördert, wobei natürlich eine Stromumkehr nicht .stattfindet.
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Eine in diesem Sinne eingerichtete Ausführungsform ist in Abb.2 dargestellt.
Hier dient der eine Behälter ausschließlich zur Anreicherung der Legierung und der
andere zur Verarmung derselben. Die in einem Behälter sich anreichernde Legierung
läuft kaskadenartig von Elektrode zu Elektrode nieder und wird unten mittels einer
gestrichelt gezeichneten Leitung und einer Fördergruppe C abgezogen und oben in
den anderen Behälter hineingepumpt. So wird z. B. das geschmolzene Magnesiumchlorid
bei a in den Behälter A eingegeben, reichert darin die Legierung mit Magnesium an,
während das Chlor bei D entweicht; die angereicherte Legierung wird mittels der
zugehörigen Pumpe C im Behälter A=' den Elektroden B° zugeleitet,
wo das durch die Elektrolyse in diesem Behälter freigegebene Magnesium nach oben
wandert, während die sich nach und nach verarmende Legierung wieder zur Anreicherung
nach dem Behälter A zurückgefördert wird usf.
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Zum Herablaufen der Legierung sind die Elektroden beider Behälter
mit wechselweise zueinander versetzten Verbindungskanälen b6 versehen, die von den
oberen Teilen der Mulden b°- der Elektroden nach den Mulden der darunterliegenden
Elektroden führen. Die einzelnen Mulden jeder Elektrode stehen durch obere überläufe
b5 (Abb.3 und 4.) untereinander in offener Verbindung, so daß die Legierung in allen
Mulden jeder Elektrode auf der gleichen Höhe steht.
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Auch sind die Elektroden nach dem Vorbilde der ersten Ausführungsform
mit Kanälen (ähnlich den Kanälen b4 von Abb. i ) für das emporsteigende Chlor bzw.
Metall versehen.