DE79435C - Verfahren zur Herstellung von Legirungen der Alkali- oder Erdalkali - Metalle mit I Schwermetallen - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

PATENTSCHRIFT

KLASSE 40: Hüttenwesen.

liON PAUL HULIN in MODANE (Savoie).

Schwermetallen.

Patentirt im Deutschen Reiche vom 15. Juni 1894 ab.

Zur elektrolytischen Herstellung von Legirungen, welche aus einem Schwermetall und einem Leichtmetall bestehen, verfährt man, wie es seit langem für Aluminium und Magnesium üblich ist, in der Weise, dafs man eine Halogenverbindung des Leichtmetalles in schmelzflüssigem Zustand unter Anwendung einer Kathode aus geschmolzenem oder stark erhitztem Schwermetall elektrolysirt.

Mittels eines solchen Verfahrens ist man nicht im Stande, alle Legirungen der Leichtmetalle mit gewissen schwer schmelzbaren Schwermetallen (wie Eisen, Nickel etc. und selbst Kupfer) zu erhalten, welche sich in festem Zustande, sogar bei Rothglut, nur sehr schwer mit Natrium, Kalium, Baryum etc. legiren. Ein solches Verfahren giebt noch weniger ein Mittel, um nach Belieben ohne Weiteres und in ununterbrochener Weise eine Legirung von bestimmter Zusammensetzung zu erzeugen; endlich ist es schwer, daraus an Alkali- bezw. Alkalierdmetall reiche Legirungen mit Schwermetallen zu erhalten, welche geringe oder keine Affinität für die Leichtmetalle haben.

Das den Gegenstand vorliegender Erfindung bildende Verfahren wird den verschiedenen Anforderungen allseitig gerecht.

Für die Herstellung einer aus zwei Metallen bestehenden Legirung beruht das Verfahren, kürz gefafst, in der Benutzung zweier unabhängiger, in demselben Bade arbeitender Anoden, welches aus einem Halogensalz eines Alkalimetalles (Fluorid, Chlorid, Bromid) in schmelzflüssigem Zustande besteht. Die eine Anode besteht aus Kohle, die andere aus dem Schwermetall, welches in die Legirung eingeführt werden soll. Jede dieser Anoden empfängt für sich eine bestimmte und der herzustellenden Legirung entsprechend geregelte Menge Stromes. Während der Elektrolyse tritt das Halogen (z. B. Chlor) theilweise an die Kohlenanode, von wo es entweicht, und theilweise an die Metallanode, von welcher es unter Bildung von Chlorid aufgenommen wird, das sich sofort in dem schmelzflüssigen Alkalibade vertheilt. Durch die gleichzeitig auf letztere Mischung einwirkende Elektrolyse wird zu derselben Zeit am negativen Pol Alkali- und Schwermetall frei; das letztere kommt mit dem ersteren in statu nascendi zusammen und vereinigt sich dabei mit diesem trotz der geringen gegenseitigen Affinität vollständig.

Obgleich die Halogenverbindung des Schwermetalls viel leichter elektrolysirbar ist als die Alkaliverbindung, so wird diese stets zersetzt, denn sie bildet fast für sich allein den ganzen Inhalt des Bades, während die andere doch nur in dem Mafse auftritt, in welchem sie von ihrer Anode beeinflufst wird. Dieser elektrolytische Einflufs der Anode auf das Bad entspricht nur dem Theil des Gesammtstromes, welcher der Anode zu diesem Zwecke zugeführt wurde. Die Menge des Stromes, welche die Kohlenanode passirt, entspricht der Menge des in Freiheit gesetzten Alkalimetalles, während die Menge des die Metallanode passirenden Stromes der Menge des Schwermetalles,

welche man mit dem Alkalimetall vereinigen will, entspricht. Es ist klar, dafs diese Mengen eines jeden Metalles ihren elektrochemischen Aequivalenten proportional sind. Es wird nur eine einzige Kathode angewendet, an welcher sich sowohl Leicht- als auch Schwermetalle niederschlagen.

Durch die Vertheilung des Stromes auf die Anoden wird die Zusammensetzung der Legirung geregelt. Zu diesem Zweck sind daher die Metallanoden mit nach Belieben regelbaren Widerständen und mit Amperemetern verbunden. Für die Kohlenanode ist ein Leitungswiderstand unnöthig.

Es ist ersichtlich, dafs das nach diesem Verfahren durch die Elektrolyse erzeugte Halogen, welches ein mit der Legirung zusammenhängendes Product ist, zum Theil wieder freigegeben wird, während der andere Theil für die Zersetzung des Schwermetalles in dem alkalischen Bade nutzbar gemacht wird.

Der Angriff der Metallanode verringert die in der Leitung der elektro motorischen entgegenwirkende Kraft, zu welchem Zwecke der Widerstand angebracht ist. Es entsteht in der That ein Verlust an elektrischer Energie, welcher im Nothfalle dadurch vermieden wird, dafs man zwei unabhängige Stromquellen von verschiedener und nach Belieben regelbarer Spannung benutzt und in diesem Falle die beiden negativen Pole dieser beiden Quellen mit der Kathode verbindet, während der eine der beiden positiven Pole mit der Kohlenanode und der andere (der schwächere) mit der Metallanode, ohne Einschaltung eines Wider-. Standes,, jedoch unter Einschaltung eines Amperemeters verbunden wird.

Man könnte auch jeder Anode die ihr zukommende Elektricitätsmenge zuführen, indem man den Strom abwechselnd durch die eine oder die andere in gegebenen Zeiträumen passiren läfst, oder auch derart, dafs der Strom zur Kohlenanode ununterbrochen und der Ström zur Metallanode in unterbrochener Weise zugeführt wird. Diese Abänderungen haben jedoch wenig praktischen Werth.

Die Metallanoden bestehen gewöhnlich aus Stangen oder Stäben beliebigen Querschnitts; für gewisse Metalle, welche wie Mangan, Chrom und dergl. schwer reducirbar sind, werden nach vorliegendem Verfahren an Stelle des Metalles Stäbe verwendet, die aus einer innigen Mischung eines Oxyds dieses Metalles mit Kohlenstoff in geeigneten Mengen bestehen. Das entstehende Halogen (Fluor, Chlor, Brom) verbindet sich mit dem Metall des Qyxds und Kohlenoxyd wird entwickelt.

Will man Legirungen mit Schwermetallen herstellen, welche bei der Temperatur, bei welcher sich die Elektrolyse vollzieht, schmelzen, dann wird für sie ein besonderer Träger, bestehend aus einer Stange aus Kohlenstoff, welche einen Napf aus demselben Material trägt, angeordnet. In diesen Napf, welcher in das Alkalibad eingetaucht wird, wird alsdann das schmelzbare Metall eingebracht und die von ihm ausgehende Stange mit dem positiven Pol, wie oben erwähnt, verbunden.

Dieser napfförmige Anodenträger kann auch zu demselben Zwecke das schwer schmelzende Metall in zerkleinerter Form oder die Mischung von Oxyd und Kohle in Stücken aufnehmen.

Falls man eine Legirung mit mehr als zwei Schwermetallen bilden will, wird man immer unter denselben Bedingungen und nach demselben Princip verfahren; es werden dann aber ebensoviele unabhängige Anoden mit ihrem Widerstand und ihrem Amperemeter benutzt, wie Metalle in die schliefsliche Legirung eintreten sollen, aufser wenn man indessen schon vorher mehrere dieser Metalle in gewünschten Verhältnissen zu einer einzigen Anode hat vereinigen können.

Setzt man das Bad aus einer Mischung von zwei Halogenalkalien in gewünschten Mengenverhältnissen zusammen, so können die beiden Alkalimetalle in der Legirung erhalten werden.

Es ist verständlich, dafs jede Anodenart (Kohle- oder Metallanode) aus mehreren Stücken, Stäben, Stangen, Näpfen etc. bestehen kann, welche unter einander elektrisch zu einer Gruppe verbunden sind, um so. wie einzelne zu wirken.

Für das vorliegende Verfahren ist demnach erforderlich:

ι. Ersatz der metallhaltigen Anoden für das Schwermetall.

2. Die Zugabe von Halogenalkalisalzen für das Alkalimetall zu dem flüssigen Bade. ' Auch wird nach vorliegendem Verfahren aufser der Legirung ein Halogen (gewöhnlich Chlor) erzeugt, welches bei seinem Austritt aus dem Apparat gesammelt und in irgend einer bekannten Weise nutzbar gemacht werden kann. Es wird vorher in eine Condensationskammer oder in einen Waschapparat geleitet, wo es von den mitgerissenen bezw. mitverflüchtigten Alkalisalzen befreit wird.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des zur Ausführung vorliegenden Verfahrens dienenden Apparates dargestellt, dessen Gestaltung, Gröfsenverhältnisse und Zubehör verschiedene Abänderungen erfahren können.

A ist der zur Ausübung des Verfahrens dienende eiserne Schmelztiegel. Um das Alkalisalz wenigstens bei Einleitung der Operation zu schmelzen, bringt man ihn in einen Ofen.

B ist das im schmelzflüssigen Zustande befindliche, beispielsweise aus Natriumchlorid bestehende Alkalibad und C ein Rohrstutzen für den Austritt des frei werdenden Halogens (z. B. Clor).

Der Deckel D aus feuerfestem Material hat Oeffnungen erhalten, durch welche die Elektroden hindurchgeführt sind, derart, dafs die Oeffnungen möglichst gut abgedichtet sind. -E ist ein Rohr am Boden des Tiegels zum Abstich der gebildeten Legirung, F die Verschlufsvorrichtung für dieses Rohr und G der Sammelbehälter. H ist ein gröfseres seitliches Rohr, dessen untere Oeffnung vollständig im Bade liegt, so dafs· man das Alkalisalz ohne Oeffnung der das Chlor enthaltenden Kammer / und infolge dessen ohne Gasverlust . und üblen Geruch einbringen kann.

J ist die Kohlenelektrode, an welcher das Halogen in Freiheit gesetzt wird; dieselbe kann nöthigenfalls an einer Metallstange N aufgehängt sein, während K K die zweitheilige, beispielsweise aus zwei Eisenstangen bestehende Metallanode darstellen.

L ist ein Anodenträger aus Kohle mit das flüssige Schwermetall enthaltendem Napf, welches Metall durch die oben erweiterte, in der Achse der Anode befindliche Bohrung eingeführt werden' kann und durch zwei seitliche Löcher unten am Napf in diesen gelangt.

Mi M^k M¹ sind metallische Träger für die Anoden. Dieselben dienen zur Zuführung des Stromes nach dessen Theilung und sind mit Druckschraube ausgestattet, welche den Stromschlufs herstellt und vermittelst welcher die Anoden nach Belieben gehoben und gesenkt werden können.

Zur Controlirung der Stromstärke in jeder der drei Anoden dienen die Amperemeter O O^k O¹, während behufs Vertheilung des Stromes in -den Anoden je ein Amperemeter und eine Metallanode durch regelbare Widerstände P^k P¹ verbunden ist.

Q. und R sind die beiden von der Stromquelle kommenden Hauptleiter, von denen der negative Stromleiter R mit dem die Kathode bildenden Tiegel in Verbindung steht.

5 ist ein Tiegelfutter, welches je nach Bedarf aus verschiedenem Material bestehen kann, bei Chlorid beispielsweise aus Magnesia.

T bezeichnet die Alkalimetalllegirung.

V ist eine, gewöhnlich aus Eisen bestehende Rührvorrichtung, welche an einer senkrechten Achse angebracht ist und benutzt wird, falls man eine. Legirung herstellen will, deren Metalle nur wenig oder keine gegenseitige Affinität haben. Mittels dieser Vorrichtung, welche auch mechanisch bewegt werden kann, wird auch die Homogenität der Legirung während der Operation aufrecht erhalten.

Das vorliegende Verfahren überwindet die Schwierigkeiten bei der Elektrolyse geschmolzener Alkalisalze, besonders der Chloride, vollständig; es vermeidet in vollkommener Weise die Ausbreitung des Alkalimetalles in dem Elektrolyten durch die Vereinigung mit dem Schwermetall in statu nascendi.

Wenn die Bildung der Legirung in einer Operation nur bezweckt, das Alkalimetall aufzufangen, dann wird ein Schwermetall gewählt, dessen elektrochemisches Aequivalent und Dichtigkeit so grofs wie möglich ist, um der Legirung eine genügende Dichtheit bei geringstem Stromverbrauch auf der Metallanode zu geben.

In der Zeichnung sind die drei Anoden KKL gleichzeitig in dem Tiegel hängend gezeigt; es ist indessen klar, dafs gegebenenfalls nur die eine oder die, andere Verwendung zu finden braucht.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zur Herstellung von Legirungen der Alkali- oder Erdalkali-Metalle mit Schwermetallen, darin bestehend, dafs man Halogensalz der Alkali- oder Alkalierd-Metalle im schmelzflüssigen Zustande unter Anwendung mehrerer Anoden elektrolysirt, von denen die eine aus Kohle, die anderen aus den Schwermetallen oder aus Oxyden derselben und Kohle bestehen.

   Hierzu ι Blatt Zeichnungen.