DE409431C - Verfahren zur Darstellung von leichten Metallen durch Schmelzflusselektrolyse - Google Patents

Verfahren zur Darstellung von leichten Metallen durch Schmelzflusselektrolyse

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DE409431C
DE409431C DEA41607D DEA0041607D DE409431C DE 409431 C DE409431 C DE 409431C DE A41607 D DEA41607 D DE A41607D DE A0041607 D DEA0041607 D DE A0041607D DE 409431 C DE409431 C DE 409431C
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/005Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells of cells for the electrolysis of melts

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  • Materials Engineering (AREA)
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  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Description

  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • Die Zeichnung dient zur beispielsweisen Erläuterung der Erfindung unter der Annahme, daß man Magnesium aus geschmolzenem Magnesiumchlorid zurückzugewinnen sucht.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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.
  • 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 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.
  • 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.
  • 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.

Claims (6)

  1. PATENT-ANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Darstellung von leichten Metallen durch Schmelzflußelektrolyse, bei dem zunächst kathodisch eine Legierung des leichten Metalls mit einem schweren, aber leichtflüssigen Metall gebildet und darauf eine Zerlegung der nun als Anode dienenden Legierung unter Hochsteigen des kathodisch sich abscheidenden reinen leichten Metalls in dem schwereren geschmolzenen Elektrolyten bewirkt wird, gekennzeichnet durch die Verwendung von Zellen mit einer Mehrzahl von doppelpoligen Elektroden nach Patent 399693
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß dasselbe mittels zweier gleichartiger, in ein und demselben Stromkreis liegender Elektrolysierbehälter (A, Az) derart ausgeführt wird, 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.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß unter Benutzung zweier gleichartiger Elektrolysierbehälter (A, A'-) nach ,erfolgter Anreicherung 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.
  4. 4. Vorrichtung zur Ausführung des Verfahrens gemäß Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß in einem Zellenkörper des Behälters (A bzw. A2) mit tr.ogförmigen Mulden (b2) versehene Elektroden (B bzw. B=) übereinander gelagert sind, 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 Metallausgeschieden zu werden.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch q., dadurch gekennzeichnet, daß unter gleichzeitiger Verwendung zweier Behälter der dort gekennzeichneten Art diese in ein und denselben Stromkreis mit einem Umschalter (E) zur Stromumkehr eingeschaltet sind.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch ¢, dadurch gekennzeichnet, daß unter gleichzeitiger Verwendung zweier Behälter der dort gekennzeichneten Art die Mulden der Elektrodengruppen derselben in einen Kreislauf (C) zur fortlaufenden Umleitung der geschmolzenen Legierung geschaltet sind.
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