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Verfahren und Vorrichtung zur elektrolytischen Gewinnung von Metallen
aus schmelzflüssigen Salzen ' Die Erfindung bezieht sich auf die Gewin-' nung' von
Metallen, welche durch Elektrolyse entsprechender schmelzflüssiger Metallsalze in
fester, vorzugsweise kristallisierter Form anfallen, insbesondere von Beryllium
und Thorium, ferner von Aluminium, Chrom, Mangan, Eisen usw.
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Bei Durchführung. derartiger Verfahren fallen die Metalle teils grob,
teils fein kristallin, teils pulverig an. Häufig sitzen sie wie ein Rasen auf der
Kathode. Versucht man das abgeschiedene Metall abzustreichen und aufzunehmen, so
verteilt es sich in dem schmelzflüssigen Elektrolyten und ist nicht faßbar. Zwecks
Gewinnung des Metalls wird in derartigen Fällen zumeist so verfahren, daß der Elektrolyt
zum Erstarren gebracht und das darin vorhandene Metall durch Maßnahmen, wie Auslaugen
des Elektrolyten usw., gewonnen wird. Diese Arbeitsweise bedingt Nachteile, wie
Betriebsunterbrechung, Verluste an Elektrolyt, Oxydationsgefahr für feinverteiltes
Metall.
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Nach vorliegender Erfindung wird die Elektrolyse unter Verwendung
von zwei oder mehreren zweckmäßig gleich ausgebildeten Elektrolysiergefäßen mit
der Maßgabe durchgeführt, daß zunächst in einem Gefäß gearbeitet, nach Abscheidung
einer genügenden Metallmenge der schmelzflüssige Elektrolyt in das zweite Gefäß
übergeführt, dort gegebenenfalls unter Zugabe von frischem Elektrolyt weiterelektrolysiert,
das in dem ersten Gefäß zurückgebliebene Metall gewonnen, der Elektrolyt nach Beendigung
der Elektrolyse von Gefäß :2 wieder in Gefäß i zurückgeführt und dort gegebenenfalls
unter Zugabe von frischem Elektrolyt weiterelektrolysiert wird, USW. .
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Bei dieser Arbeitsweise ist man in der Lage, die jeweils stattfindende
Elektrolyse so günstig wie möglich zu gestalten; man kann sie abbrechen, bevor Störungen,
z. B. durch Brückenbildung oder durch Anhäufung von Metall auf dem Boden des Gefäßes,
stattfinden und den'Elektrolyten in schmelzflüssigem Zustand unter praktischer Vermeidung
von Wärmeverlusten in der benachbarten Zelle sofort weiterelektrolysieren. Es hat
sich gezeigt, daß es möglich ist, die Elektrolytschmelze derart abzuführen, daß
das ausgeschiedene Metall praktisch vollständig in dem Elektrolysiergefäß zurückbleibt
und - völlig metallfreier Elektrolyt in das Nachbargefäß übergeführt wird. Bei vorsichtiger
Entleerung gelingt es auch, zu vermeiden, daß das lose an der Elektrode sitzende
Metall abfällt und in der Schmelze verteilt wird. Der Sicherheit halber kann man
durch Einschaltung von Sieben o. dgl. dafür Sorge tragen, daß die
Schmelze
frei von 'Metallteilchen in das benachbarte Elektrolvsiergefäß übergeht. Das in
dem entleerten Gefäß zurückgebliebene bzw. durch die Siebe zurückgehaltene Metall
kann in einfachster Weise, z. B. durch Airs= waschen. von den noch anhaftenden gerin
f ügigen Elektrolytinengen befreit und in reih Form gewonnen werden. Das Elektrolysierverfahren
kann nach vorstehendem praktisch kontinuieclich in störungsfreiem Dauerbetrieb in
denkbar einfachster Weise unter Erzielung erheblicher Vorteile durchgeführt werden.
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An Stelle von -zwei Elektrolysiergefäßen lzann nian auch eine größere
Zahl verwenden. Hierbei können gegebenenfalls auch noch nicht als elektrolytische
Zellen ausgebildete Aufnahme- bzw. Sammelgefäße, die zweckmäßig gegen Wärmeverluste
geschützt sind, für den I=_lel,;trolvten vorgesehen sein.
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hie Erfindung sei beispielsweise an Hand der beiliegenden Zeichnung
erläutert: Abb. i veranschaulicht eine Apparatur, bestehend aus zwei nebeneinander
angeordneten Elektrolysiergefäßen I und 1I, deren Boden bei (lern @Ausfiihrungsbeispiel
schräg verläuft, uni eine möglichst vollständige Abführung der Elektrolyten ztt
ermöglichen. Die Gefäßwandung a stellt zugleich die Kathode dar. h ist die zentral
angeordnete Anode. Das Elektrolvsiergefäß ist finit einem gutdichtenden Deckel c
versehen. Zur überführung des Elektrolyten aus einem Gefäß in das andere dient ein
lieberartig ausgebildetes Rohr d, dessen längerer Schenkel an seinem Unterteil gegebenenfalls
etwas erweitert sein kann und durch ein Sieb abgeschlossen sein kann, uni die Mitnahme
von Metallteilchen bei Abführung des Elektrolyten zu verhindern. Die Anode b ist
zweckmäßig an Deckel c aufgehängt, das Hebemohr d kann mit Deckel c fest verbunden
sein oder auch durch einen besonderen Stutzen gutdichtend an das Elektrolvsiergzfäß
angefügt sein.
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Der mit Anode b und Heberrolir d ausgerüstete Deckel c kann
gegebenenfalls für beide Gefäße benutzt werden. Die überführung des Elektrolyten
von einem Gefäß in das andere kann dadurch erfolgen, daß man ein nicht störendes
Druckgas, z. B. Wasserstoff oder Stickstoff, durch einen (nicht gezeichneten) Stutzen
in den Oberteil der zu entleerenden "Zelle eindrückt, oder dadurch, daß nian durch
Erzeugung eines Vakuums in der zu beschikkenden Zelle den Elektrolyten in diese
einsaugt. Ini erstgenannten Falle kann das zti beschickende Gefäß deckellos sein,
ini zweiten Falle muß naturgemäß das andere Gefäß dicht abgeschlossen sein.
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Abb. ? zeigt eine Ausführungsform, bei der die Elektrolysiergefäße
I und 1I übereinander angeordnet sind Die Zellen sind an ihrem Unterteil finit z.
B. durch Ventile verschließbaren Stutzen c vei-selien. Der Verschluß kann z. B.
auch dadurch bewirkt werden, daß der Stutzen von einem Kühlmantel f umgeben ist,
so daß beim Durchleiten von Kühlflüssigkeit Erstarren der Schmelze in dein Stutzen
..stattfindet. Weiterhin ist in dem Stutzen =weckmäßig ein Sieb g vorgesehen.
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Abb. 3 zeigt eine Ausführungsforti der Al)-paratur gemäß Abb. 2, bei
der zwischen Elektrolvsiergefäß I und Elektrolysiergefäß 11 ein Gef;.iß
Ir vorgesehen ist, in dem sich eine Siebtrommel i zum Auffangen von Metall
befindet. Die Siebtrommel i ist zweckmäßig so eingerichtet, daß sie als Zentrifuge
betrieben werden kann. Bei der Ausführungsform ist ein Einsatz k vorgesehen, der
das Einsetzen der Trommel in eine Zentrifuge gestattet. Durch Zentrifugieren ist
man in einfachster Weise in der Lage, das in der Siebtrommel gesaninielte Metall
von noch anhängender Salzschmelze zti befreien und gegebenenfalls auch in der Trommel
auszuwaschen.
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Abb. .I zeigt eine Ausführungsforen, bei der die Elektrolysiergefäße
I und II mittels einer drehbarere Aufhängevorrichtung t derart in ihrer Lage verändert
werden können, daß nach Beendigung der Elektrolyse in dem oberen Gefäß und Ablassen
des Elektrolyten in das untere Gefäß das untere Gefäß zwecks Weiterführung der Elektrolyse
nach oben und das obere Gefäß zwecks Gewinnung des Metalls nach unten gebracht wird.
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Die Elektrolvsiergefäße können selbstvers ti ändlich auch so ausgebildet
sein, daß nicht die Gefäßwand als Kathode dient, sondern ;ine besondere Kathode
vorgesehen ist, z. B. derart, daß die zentral angeordnete Anode von einer ringförmigen
oder mantelförmig ausgebildeten Kathode umgeben ist.
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Die Durchführung des Verfahrens gestaltet sich z. B. wie folgt: Elektrolysiergefäß
I wird finit dein Elektrolyten beschickt und der Elektrolyse unterworfen. Wenn genügend
Metall abgeschieden ist, wird die Salzschmelze in Elektrolysiergefäß II übergeführt
und dort gegebenenfalls unter Ersatz des verbrauchten Elektrolyten elektrolvsiert.
Das ini Gefäß I befindliche Metall wird in geeigneter «'eise, z. B. durch Abschaben
von der Gefäßwandung, gewonnen, durch :Maßnahmen, wie Auswaschen, gereinigt und
Gefäß 1I wieder für die Elektrolyse bereitgemacht.
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Beine Arbeiten finit den Apparaturen gemäß Abb. 2 bis .I kann nian
z. B. so vorgehen, daß nian den Stutzen des oberen Gefäßes I kühlt und durch vorsichtige
Einführung von Salzschmelze einen .pfropfenföriiiigeii Abschluß erzeugt, hierauf
Gefäß I bis zum erforderlichen Grade mit Elektrolyt beschickt und
elektrolysiert.
Nach Abscheidung einer genügenden Menge von Metall wird der Salzpfropfen im Stutzen
durch Wärmezufuhr zurn Schmelzen gebracht und die Schmelze in das darunter befindliche
Gefäß II abgelassen, wobei in dem Elektrolyten befindliches :Metall durch das im
Stutzen vorgesehene Sieb oder in der zwischengeschalteten Siebtrommel zurückgehalten
wird. Beim Arbeiten mit einer Siebtrommel kann man gegebenenfalls auch so verfahren,
daß man das im oberen Gefäß abgeschiedene Metall praktisch vollständig oder weitgehend
in die Siebtrommel einführt, durch Zentrifugieren derselben von noch anhaftendem
Elektrolyten befreit und gegebenenfalls durch Auswaschen in der Siebtrommel reinigt.
Nach Ablauf des Elektrolyten in das untere Gefäß wird dieses durch Einhängung der
Anode für die Elektrolyse bereitgemacht, in die obere Stellung gebracht und elektrolysiert.