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Verfahren zur Herstellung von Anoden zur Gewinnung von Erd- oder Erdalkalimetallen,
wie Aluminium, Magnesium, Beryllium durch schmelzflüssige Elektrolyse Die Erfindung
betrifft ein Verfahren zur Heustellung von aus einem homogenen Gemisch von Teer
oder Pech und einer entsprechenden Metallverbindung bestehenden Anoden zur Gewinnung
von Erd- .oder Erdalkalimetallen, wie Aluminium, Magnesium, Beryllium; durch schmelzflüssige
Elektrolyse von Halogensalzen dieser Metalle. Die bisher bekannten Verfahren, bei
denen die Anoden durch rein mechanische Mischung von kohlenstoffhaltigen Substanzen
und einer entsprechenden Metallverbindung mit anschließendem einfachem Back- und
Formverfahren hergestellt wurden, lieferten keine zufriedenstellenden Ergebnisse,
da selbst bei sorgfältigster Ausführung der mechanischen Mischung der Bestandteile
-der Anode in dieser keine vollkommene Homogenität bezüglich ihrer physikalischen,
chemischen oder elektrischen Eigenschaften erzielt werden konnte. Infolgedessen
weisen die nach diesen bekannten Verfahren hergestellten Elektroden einen sehr hohen
Ohmschen Widerstand auf, der .außerdem nicht in allen Teilen der Elektrode derselbe
ist. Dies hat zur Folge, daß bei Durchfluß eines Stromes von bestimmter Stärke dieser
Strom an gewissen Stellen der Anode einen Widerstand findet, der größer oder kleiner
:als der durchschnittliche Widerstand der Anode ist. Infolgedessen weist die Temperatur
in- der Nachbarschaft der wirksamen Anodentläche nicht an allen Stellen die gewünschte
Höhe auf, wodurch die Bildung unerwünschter Nebenprodukte, wie namentlich von die
Elektrolyse störenden Oxyhalogeniden, hervorgerufen -wird, deren Anwesenheit.im
allgemeinen auf eine zu niedrige Temperatur zurückzuführen ist. Um die Bildung
dieser
Nebenprodukte wenigstens- im Bereich des Möglichen zu verhüten, mui:i, daher bei
Verwendung solcher unvollkommener Anoden: die Stromstärke erhöht werden. was wiederum
mit einem zusätzlichen Energieverbrauch verbunden ist.
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Die vorliegende Erfindung stellt es sich zur Aufgabe, diese Mängel
zu beheben und schlägt zu diesem Zweck ein Verfahren vor, nach welchem zunächst
Pech oder Teer oder ein Gemisch von Pech und Teer einer Verbindung des durch Elektrolyse
herzustellenden Metalls zugesetzt und somit innig gemischt wird, daß diese Mischung
alsdann einer Destillation unter Luftabschluß'ausgesetzt und schließlich die dabei
entstehende Masse nach ihrer Abkühlung zu einem Pulver zerkleinert wird, das sodann
als Rohstoff für die Herstellung der Anode nach irgendeinem an sich bekannten Verfahren
benutzt wird.
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Ein Teil des Pechs oder Teers kann dabei durch ein Gemisch von Kohlepulver
und Pech und (oder) Teer ersetzt werden.
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Nach einer Ausführungsform wird die notwendige Menge an kohlenstoffhaltigen
Stoffen (Pech, Teer, Kohlepulver ... ) in mehreren Teilen der Metallverbindung
zugefügt, wobei nach jedem Zusatz die Destillation unter Luftabschluß, Abkühlung
und Pulverung der Mischung vorgenommen wird.
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Die nach dem Verfahren nach der Erfindung hergestellten Anoden weisen
gegenüber den in bekannter Weise durch einfaches Mischen der Bestandteile und unmittelbar
anschließendes Pressen, Formen und Brennen gebildeten Anoden eine wesentlich größere
physikalische und chemische Homogenität auf.
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Während beispielsweise die durch eine einfache Mischung von kohlenstoffhaltigen
Stoffen mit einer Metallverbindung und anschließendes Formen und Brennen hergestellten
Elektroden bei Formung durch Stampfen von Hand einen Widerstand vori i 5o ooo bis
i 8o ooo Mikroohm bzw. bei Pressen durch maschinellen Druck einen Widerstand von
i,lo ooo bis i 5o ooo Mikroohm aufweisen, haben die gemäß vorliegender Erfindung
hergestellten Elektroden, bei denen nach der Mischung und vor dem Brennen, Formen
und Pressen noch ein besonderer Brennprozeß unter Luftabschluß mit anschließender
erneuter Zerpulverung vorgesehen ist, nur einen Widerstand von etwa 15 ooo
bis 17 000 Mikroohm, wenn sie durch Stampfen mittels Hand geformt werden
bzw. einen Widerstand von i i ooo bis 15 ooo Mikroohm, wenn sie maschinell
gepreßt werden. Ferner haben Messungen, die an einer gewissen Anzahl von verschiedenen
erfinchingsgemüß hergestellten Anoden mit einem quadratischen Querschnitt ' von
25 cm Seitenlänge und einer Länge vbn i,5o m ausgeführt wurden, gezeigt, daß die
Leitfähigkeit von einer Anode zur andern sich höchstens um 3 °/ß änderte.
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Dieses günstige Ergebnis läßt sich dadurch erklären, daß in den nach
dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten Elektroden der als elektrischer
Leiter wirkende Kohlenstoff vollkommen zusammenhängend und gleichmäßig in der Anode
verteilt ist, wobei jedes Korn der Metallverbindung, das im übrigen möglichst klein
sein soll, vom Teer oder Pech umhüllt ist und auf diese Weise eine Elementaranode
bildet. Alle diese Ele-
mentaranoden, die in inniger Berührung miteinander
stehen, bilden einen gewissermaßen zusammenhängenden elektrischen Leiter; man erhält
also auf diese Weise eine Anode, in welcher die Salzkörner völlig regelmäßig in
einer homogenen Kohlenstoffmasse verteilt sind und sich unter den günstigsten Bedingungen
für den Angriff durch das an ihnen in naszierendem Zustand frei werdende Halogen
befinden. Es ist im übrigen von ausschlaggebender Bedeutung, daP,r die mit dem Salz
in der einen oder anderen Form gemischte #Kohlenstoffmenge derart bemessen ist,
daß das Verhältnis zwischen dem Kohlenstoff und dem Salz in jeder Anode den für
den behandelten Sonderfall günstigsten Wert aufweist.
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Es kann vorkommen, daß ein einziger Arbeitsgang nicht genügt, um in
die zur Herstellung der Anode dienende Mischung die gewünschte Kohlenstoffmenge
einzuführen. Je nachdem mit was für einem Salz man arbeitet, wird man nämlich Schwierigkeiten
bei der Formgebung oder beim Gießen der Anode infolge der geringeren oder größeren
Schmelzbarkeit des Gemisches begegnen. In diesem Falle mischt man das Salz mit einer
ersten Teer- oder Pech- oder Teerpechgemischmenge. Dann kocht oder erhitzt man dieses
Gemisch unter Luftabschluß und mahlt. es nach dem Erkalten fein. Dieser Vorgang
wird so oft wiederholt, wie notwendig ist, um die gewünschte Kohlenstoffmenge in
das pulverige Gemisch einzuführen, das als Rohstoff zur Herstellung der Anode nach
irgendeinem an sich bekannten Verfahren dienen soll.
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Die Reaktion zwischen den Metallverbindungen, dem Kohlenstoff und
dem Halogen zur Rückbildung des Halogensalzes kamt im übrigen gegebenenfalls durch
die Anwesenheit gewisser als Katalysatoren dienender Fremdkörper erleichtert werden,,
beispielsweise durch die Anwesenheit des Eisens in Form von :Metall, Oxyd, Sulfid
oder Car bongt. Erfindungsgemäß wird zu diesem Zweck der lfetallver bindtuig oder
dem aus der Metallverbindung
und kohlenstoffhaltigen Stoffen bestehenden,
zur Herstellung der Anoden dienenden Rohstoffgemisch zu einem beliebigen Zeitpunkt
seiner Herstellung Eisen in Form von Metall, Oxyd, Sulfid oder Carbonat als feines
Pulver zugesetzt. Statt einem besonderen Brennprozeß zur endgültigen Formgebung
unterworfen zu werden, können die nach dem Verfahren gemäß der Erfindung hergestellten
Anoden in bekannter Weise im Elektrolysierofen,. d. h. während der Elektrolyse selbst,
durch sog. Selbstbacken gebrannt werden. Da für diese Anode ein zum Halten dienender
Mantel vorgesehen werden muß; kann diese Umhüllung in ebenfalls an sich bekannter
Weise von einem katalytisch wirkenden Metall, beispielsweise aus Eisen, gebildet
werden.