DE575975C - Verfahren zur Darstellung von Magnesium durch Schmelzflusselektrolyse von Magnesiumchlorid - Google Patents

Description

Werden bei den bisherigen Verfahren zur Schmelzflußelektrolyse von Magnesiumchlorid Kathoden aus Eisen oder eisenhaltigen Metallen benutzt, so lassen sich gewisse Störungen nicht mit Sicherheit vermeiden, die den regelmäßigen Gang der Elektrolyse und die Beschaffenheit des gewonnenen Magnesiummetalls ungünstig beeinflussen. Zunächst entsteht bei der Abscheidung des flüssigen Magnesiums auf der Kathode stets eine Lösung des die Elektrode bildenden Metalls im Magnesium, das daher erheblich verunreinigt wird. Überdies wird, in den gebräuchlichen Elektrolyseeinrichtungen, die eine von oben in das Elektrolysegefäß eingeführte Kathode besitzen, das Kathodenmetall durch das frei werdende Chlor angegriffen. Selbst, wenn die Kathode aus Gußeisen besteht, das verhältnismäßig am widerstandsfähigsten ist, entstehen mit der Zeit doch Eisenoxyde, die in das Bad fallen. Diese Verunreinigung des Elektrolyten beeinträchtigt aber die Elektrolyse, weil die abwechselnde Oxydation und Reduktion der Ferro- und Ferriionen Stromverluste verursacht.

Es wurde gefunden, daß man diese Nachteile in einfacher Weise beseitigen kann, wenn man die Elektrolyse mit Hilfe einer in. an sich bekannter Weise unter dem Niveau des Badäs in das Elektrolysiergefäß eingeführten Kathode aus Eisen oder einem eisenhaltigen Metall vornimmt, die an ihrem außerhalb .des Elektrolysiergefäßes befindlichen Teil durch Luft gekühlt wird. Bei dieser Anordnung kommt die Kathode nicht mehr mit der an Chlor reichen Atmosphäre des Gefäßes in Berührung, so daß die Bildung der Eisenoxyde nicht eintreten kann. Zweckmäßig wird dabei die Kathode durch den Boden oder die Seitenwand des Elektrolysiergefäßes eingeführt; dadurch wird gleichzeitig die Kühlung der Kathode am bequemsten möglich. Durch diese Kühlung wird verhindert, daß sich Eisen der Kathode in dem sich abscheidenden Magnesium löst. In dieser Hinsicht wurde festgestellt, daß sich die Menge des Eisens, das in das auf der Kathode abgeschiedene Magnesium übergeht, um so mehr verringert, je niedriger die Temperatur der Elektrode ist. Bei zunehmender Kühlung der Kathode bildet sich eine Umhüllung mit einer Schutzschicht aus Magnesium, die eine Berührung des Kathodenmetalls mit dem Bade und damit eine Verunreinigung verhindert, weil Magnesium dann auf Magnesium und nicht auf Eisen abgeschieden wird. Die Kühlung darf indessen nicht so weit getrieben werden, daß eine feste Umhüllung der Kathode entsteht. Um die Elektrolyse unter günstigen Bedingungen durchführen zu können, muß die Kühlung der Elektrode vielmehr auf eine Temperatur er-

folgen, die noch. oberhalb derjenigen liegt, bei der das Magnesium dauernd fest wird oder gar der Elektrolyt an der Kathode erstarren würde. Unter diesen Verhältnissen bildet sich ein Gleichgewichtszustand aus, bei dem die innere, die Kathode umhüllende Magnesiumschicht dickflüssig oder annähernd fest wird, während die äußere Schicht, die mit dem Bade in Berührung steht, flüssig ίο bleibt.

Es ist bereits vorgeschlagen worden, gekühlte Metallkathoden bei der Schmelzflußelektrolyse von Magnesiumchlorid zu benutzen. Bei diesem bekannten Verfahren wurde indessen die Kathode, die von oben in das Elektrolysegefäß eingeführt war', durch Wasser gekühlt, zu dem ausgesprochenen Zweck, eine feste Schutzschicht auf der Kathode zu bilden. Dadurch wird aber die Elektrolyse gestört, ebenso wie durch die unvermeidliche Bildung von Eisenoxyd an der von oben eingeführten Elektrode. Von diesem bekannten Verfahren unterscheidet sich die Erfindung durch Anwendung von Metallkathoden, die unter dem Niveau des Bades in das Elektrolysiergefäß eingeführt sind und die nicht durch Wasser, sondern durch Luft, und zwar an dem außerhalb des Elektrolysiergefäßes befindlichem Teil gekühlt werden. Die Kühlung der Kathode mit Wasser und selbst mit heißem Wasser ist viel zu kräftig, damit eine Temperatur eingehalten werden kann, bei welcher die innere, die Kathode umhüllende Magnesiumschicht genügend dickflüssig wird, während die äußere Schicht, die mit dem Bade in Berührung steht, vollkommen flüssig bleibt. Unter Anwendung von Wasser als Kühlmittel läßt sich vielmehr die Bildung einer festen, schädlich wirkenden Umhüllung der Kathoden gar nicht vermeiden. Dagegen läßt sich der angestrebte, für die Elektrolyse günstige Zustand leicht einhalten, wenn man die unter dem Badniveau des Elektrolysegefäßes eingeführte Kathode an ihrem außerhalb des Elektrolysegetäßes befindlichen Teil durch Luft kühlt.

Die beiliegende Zeichnung stellt eine beispielsweise Ausführungsform der Erfindung dar. Es zeigt

Abb. ι einen senkrechten Schnitt durch den Boden des Elektrolysiergefäßes mit der Kühleinrichtung für die Kathode,

Abb. 2 einen senkrechten Schnitt durch das Elektrolysiergefäß mit der durch den Boden eintretenden Kathode,

Abb. 3 einen senkrechten Schnitt eines Elektrolysiergefäßes mit der durch die Seitenwand eingeführten Kathode.

Aus Abb. ι ist ersichtlich, daß die Kühlung der Kathode bei langen und verhältnismäßig engen Elektrolysierzellen dadurch erfolgen kann, daß man einen Luftstrom durch den Kanal ι streichen läßt, in den ein vorspringender Teil 2 der metallischen Kathode 3 aus der Zelle hineinragt. Die Wärmeleitfähigkeit des Metalls sichert ein genügendes Temperaturgefälle für den Innenteil der Elektrode im Gefäß, der mit dem Elektrolyten in Berührung steht.

Die Temperatur der Kathode wird zweckmäßig ständig überwacht, damit keine erheblichen Abweichungen von der vorteilhaftesten Höhe unbemerkt eintreten können. Zu diesem Zweck benutzt man vorteilhaft ein thermoelektrisches Pyrometer, dessen Schutzröhre zweckmäßig aus der hohl gestalteten Kathode selbst gebildet wird oder mit ihr aus einem Stück bestehen kann.

Es ist vielfach auch vorteilhaft, die metallischen Einsätze (Zubehörteile), die in die Zelle hineinragen, mit der gekühlten Kathode zu verbinden, beispielsweise die Eisenrohre 7 in Abb. 1, die zur Ableitung des gebildeten Magnesiums dienen. Durch eine derartige Verbindung, die selbstverständlich nur so erfolgen darf, daß dadurch kein Eisen in das gebildete Magnesium gelangen kann, wird eine durch Wärmeleitung herbeigeführte vorteilhafte Kühlung der Rohre erzielt. Die Anordnung bietet überdies den Vorteil, daß den metallischen Zubehörteilen eine Polarität verliehen wird, die ihrer Auflösung durch Einwirkung des Chlors entgegenwirkt. In Abb. 2 ist eine Zelle dargestellt, in welcher die Metallkathode 3 durch den Boden eingeführt ist; sie ist zwischen zwei Längsscheidewände 4 befestigt, die einen Raum bilden, in dem sich das Magnesium sammelt. Diese Anordnung ermöglicht es, den aus der Zelle herausragenden Teil der .Kathode in dem Kanal 1 anzuordnen, der von Luft durchstrichen wird.

Abb. 3 zeigt eine von der Seite aus eingesetzte Metallkathode 6. Auch hier kann der außenliegende Kathoden teil im Kühlkanal 5 gekühlt werden.

Bei der vorgesehenen Einführung der Kathode unter der Oberfläche des Bades fließt das gebildete Metall längs der Kathode nach oben und sammelt sich über ihr in flüssigem "0 Zustand. Die Kathode bleibt vollkommen vom Bad umgeben und kommt mit der" Chloratmosphäre der Zelle nicht in Berührung.

Claims (5)

1. Patentansprüche: "⁵

   i. Verfahren zur Darstellung von Magnesium durch Schmelzflußelektrolyse von Magnesiumchlorid mit gekühlten Metallkathoden, dadurch gekennzeichnet, daß die unter dem Niveau des Bades in das Elektrolysiergefäß eingeführte Kathode

   an ihrem außerhalb des Elektrolysiergefäßes befindlichen Teil durch Luftkühlung nur so weit gekühlt wird, daß das sich abscheidende, in Berührung mit dem Elektrolyten befindliche Magnesium noch nicht erstarrt.
2. 2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i, dadurch gekenneeichnet, daß in an sich bekannten Elektrolysiergefäßen die Metallkathode durch die Gefäßwand nach außen verlängert und der außerhalb des Elektrolysiergefäßes befindliche Teil der Einwirkung von Kühlluft ausgesetzt ist.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkathode durch die Bodenwand des Elektrolysiergefäßes nach außen in einen von Kühlluft durchströmten Kanal verlängert ist. ao
4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Metallkathoden hohl ausgebildet und im Inneren mit Einrichtungen zur Aufnahme von Instrumenten zur dauernden Temperaturkontrolle, wie Thermoelemente usw., versehen sind.
5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode und die metallischen Zubehörteile des Elektrolysiergefäßes und der Entleerungsleitung oder der Leitung für das Magnesium wärmeleitend miteinander verbunden sind.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen