DE86459C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die Legirungen eines Schwermetalles, wie Blei, und eines Alkalimetalles, wie Natrium, werden durch Wasser mit um so gröfserer Heftigkeit zersetzt, je reicher dieselben an Alkalimetallen sind. Die unter solchen Umständen aus einer an Alkalimetall wenig reichen Legirung erhaltenen Producte sind: eine Aetzalkalilösung, sodann ein Rückstand von schwammigem Blei, welches aufgebläht und zertheilt ist infolge der heftigen Oxydation des Natriums auf Kosten des Wassers, welches bei der Zersetzung nothwendig freien Wasserstoff entwickelt.

Indem man eine derartige Legirung (Bleinatrium) um einen geeigneten leitenden Träger formt und indem man das erhaltene Stück in Wasser taucht, beseitigt man das Natrium in Form von gelöstem Alkali und kann man als Rückstand auf dem Träger einen schwammigen Metallkörper erhalten, der als Sammlerelektrode verwendbar ist, d. h. unter der Bedingung, dafs derselbe weder aufgebläht noch zertheilt, .noch physikalisch ungeeignet ist, eine feste und dauerhafte Elektrode zu bilden.

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren, bei welchem man aus einer derartigen Legirung das Alkalimetall als gelöstes Alkali entfernt, und welches Verfahren zum Gegenstand hat:

a) das Blei in schwammigen und festen Zustand überzuführen, indem man verhindert, dafs dasselbe sich aufbläht oder zerfällt, und so für seine Bestimmung, als poröse Elektrode zu dienen, ungeeignet wird, wie dieses eintritt, wenn man entweder mit Wasser allein oder mit einer Alkalilösung oder einer sauren. Flüssigkeit arbeiten würde;

b) und aufserdem stets Alkali zu erhalten, welches infolge der Entfernung des Alkalimetalles aus der Legirung entsteht, sei es ein Alkali, welches aus geeigneten Salzen hervorgeht, seien es Alkaliverbindungen, welche durch Verbindung des Alkalimetalles mit einem geeigneten zusammengesetzten Körper entstehen, welcher ausdrücklich zur Einwirkung auf die Legirung behufs Erzeugung des unter a) bezeichneten Productes - verwendet worden ist.

Weil das vorstehende Verfahren bestimmt ist zur besonderen Erzeugung entweder von Alkali oder einer Alkaliverbindung gemeinsam mit der Erzielung eines schwammigen Metalles, so ist dieses Verfahren genannt worden: die gemeinsame Herstellung von Elektroden und von kaustischen Alkalien oder deren Verbindung.

Das Verfahren, welches nach vorliegender Erfindung zur Erzielung eines haltbaren schwammigen Metalles angewendet werden soll, besteht darin, das Alkalimetall mit Hülfe einer sauerstoffhaltigen Verbindung zu beseitigen, welche geeignet ist, ihren Sauerstoff abzugeben ohne eine Entwidkelung von freiem Gas, mindestens aber unter äufserst schwacher Entwickelung von Gas.

Unter den. Verbindungen, welche zur physikalischen Haltbarmachung des schwammigen Schwermetalles während der Beseitigung des Alkalimetalles aus der Legirung dienen, und

welche aufserdem ein Alkaliderivat bei derselben Operation liefern sollen, mögen beispielsweise die Nitrate, schweflige Säure, Sulfite oder Bisulfite u. s. w., erwähnt werden.

Diese Verbindungen liefern ihren eigenen Sauerstoff dem Alkalimetall ohne eine Gasentwickelung und sie verhindern oder schwächen ganz erheblich die Gasentwickelung ab, welche durch die Einwirkung des Alkalimetalles auf das Lösungswasser bedingt werden würde. Ihre Anwendung führt in der Praxis vollkommen zu dem angegebenen Erfolg.

Zur Ausführung des Verfahrens kann man in folgender Weise vorgehen, wobei die Herstellung von schwammigen Bleielektroden für Secundärbatterien (Accumulatoren) als Beispiel dienen soll.

Man verwendet beispielsweise eine Bleinatriumlegirung, deren Gehalt an Alkalimetall entsprechend der gewünschten Porosität gewählt wird. Man giefst diese geschmolzene Legirung in eine der Gestalt der gewünschten Elektrode entsprechende Form, die erforderlichenfalls ein geeignetes Gitter zum Halten des schwammigen Metalles, nöthigenfalls mit sonstigen für Elektroden etwa gewünschten Anordnungen, enthalten kann.

Nach dem Erkalten und nachdem der so geformte Körper aus der Form herausgenommen ist, wird die Entfernung des Alkalimetalles weder in einfachem Wasser noch in irgend welcher Flüssigkeit, vorgenommen, sondern in einer sauerstoffreichen Flüssigkeit, in welcher die Gasentwickelung entweder vermieden oder doch beträchtlich vermindert sein wird; hierzu eignet sich z. B. eine Lösung von Alkalinitrat oder von schwefliger Säure, oder eines Sulfites, welche Stoffe Sauerstoff an das Alkalimetall abgeben und so dasselbe aus der Legirung entfernen, ohne dabei eine erhebliche Gasentwickelung zu bewirken, welche durch das vorhandene Wasser veranlafst sein könnte; das schwammige Schwermetall wird auf solche Weise haltbar gewonnen und besitzt die für seinen Gebrauch als Elektrode erforderliche Porosität und Festigkeit.

Sobald durch dieses Verfahren alles Alkalimetall in die Lösung übergegangen ist, entfernt man die erhaltene Elektrode, welche gewaschen und getrocknet werden kann. ■

Die Desoxydation des zur Herstellung des haltbaren schwammigen Metalles benutzten chemischen Reagens erzeugt als Rückstand eine Verbindung, welche nach der Beschaffenheit des angewendeten Oxydationsmittels zusammengesetzt sein kann.

Ein wesentlicher Punkt der vorliegenden Erfindung besteht also darin, die desoxydirende Wirkung des Alkalimetalles zur Herstellung von Alkalimetallverbindungen zu benutzen, welche ihre Componenten dem Oxydationsmittel entnehmen, das zur Erzielung eines festen, haltbaren, dabei aber schwammigen Schwermetallkörpers angewendet wurde.

Mit Hülfe von Natriumnitrat erhält man somit:

1. Natron und Ammoniak (durch vollständige Desoxydirung des Nitrates);

2. Alkalinitrit (durch eine theilweise bezw. gemäfsigte Desoxydation des Nitrates).

Mit der schwefligen Säure oder den Bisulfiten erzielt man eine neue Reaction, welche zu einem wichtigen, industriellen Erfolg führt. Dieses ist nämlich die unmittelbare (synthetische) Bildung von Alkalihydrosulfit, durch Vereinigung des metallischen Natriums mit einer Lösung schwefliger Säure.

Diese Beispiele zeigen deutlich den wesentlichen Punkt des Verfahrens und machen es auch verständlich, dafs man eine Anzahl anderer Verbindungen anwenden kann, welche in ähnlicher Weise wirken; denn die Erfindung besteht darin, dafs sowohl die Porosität als auch die Festigkeit des aus Alkalilegirungen erhaltenen schwammigen Metalles dadurch erzielt werden soll, dafs man das Alkalimetall mit Sauerstoff abgebenden Substanzen behandelt, welche die Eigenschaft besitzen, die Gasentwickelung zu verhindern oder stark abzuschwächen.

Zur Förderung dieses Verfahrens kann man die oxydirende Flüssigkeit nöthigenfalls abkühlen, wodurch man die Reaction auf das Alkalimetall und die Entfernung des letzteren mäfsigt und verlangsamt.

Das vorstehende Verfahren wird natürlich angewendet zur Herstellung sämmtlicher schwammartigen oder porösen Metallelektroden, welche für Elemente oder elektrische Sammler oder zur Elektrolytofiltration u. s. w. benutzt werden sollen; es ist hierbei gleichgültig, welches Schwermetall zur Anwendung kommen soll (so z. B. Blei, Kupfer, Silber u. s. w.); auch kann jedes Alkali- oder Alkalierdmetall, welches sich in der beschriebenen Weise beseitigen läfst, Verwendung finden.

Jedoch eins der leichten Metalle läfst sich mit besonderem Vortheil benutzen, und zwar das Barium.

Die Legirungen des Bariums mit dem Blei gestatten die Entfernung des Bariums mit einfachem Wasser und ohne Anwendung des besonderen, oben gekennzeichneten Verfahrens, welcher Vortheil durch seine besonderen Eigenschaften bedingt wird, und führt zur Haltbarmachung des schwammigen Metalles.

In den Fällen, in welchen man eine gröfsere Porosität erzielen will, ist es bei dem Barium wie bei den anderen Leichtmetallen nothwendig, das vorstehende Oxydationsverfahren mit einer geeigneten Flüssigkeit zu verwenden, damit die Gasentwickelung genügend abgeschwächt wird. Aber auch in diesem Falle wird der industrielle Vortheil ' erreicht, " dafs man das Barium in

Form eines unlöslichen Barytsalzes entfernen kann.

Aus diesem Grunde ist die Anwendung des metallischen Bariums ein wichtiger Theil dieser Erfindung, denn es wird eine schwammige Metallelektrode mit der gewünschten physikalischen Festigkeit und aufserdem ein in unlöslichem Zustande leicht abtrennbarer Rückstand erhalten.

Das vorstehende Verfahren kann selbstverständlich zur Herstellung von geformten schwammigen Metallen jeder Gestalt und jeder Verwendung (auch anderer Verwendung als für Elektroden) benutzt werden, für welche schwammiges Metall im agglomerirten Zustande erforderlich ist. Aufser und unabhängig von den rein chemischen Wirkungen, die zu den unter a) und b) bezeichneten Ergebnissen führen, erzielt man mit diesem Verfahren zur Herstellung von Elektroden auch eine Gewinnung des elektrischen Stromes, der durch die Oxydation des Alkalimetalles aus der Legirung erzeugt wird, und der zur elektrolytischen Peroxydirung der Elektroden beiträgt, welche man zur Bildung von elektrischen Sammlern in positive Elektroden umwandeln mufs, in anderen Worten, der durch die Oxydirung des Alkalimetalles erzeugte elektrische Strom wird zur Formirung der positiven Elektroden in bekannter Weise benutzt. Die Elektroden, welche man so elektrolytisch peroxydirt, um dieselben in positive zu verwandeln, sind natürlich frei von Alkalimetall; letzteres ist vorher entfernt worden und lediglich das allein anwesende schwammige Blei wird dieser elektrolytischen Ueberoxydirung unterworfen.

Um den elektrischen Strom zu erzeugen, bringt man die Legirungskörper, welche beispielsweise Plattenform haben, in eine Reihe von Behältern, und zwar mit gleich grofsen Kohlenplatten abwechselnd. In jedem Behälter sind die Platten gleicher Art unter einander durch einen gemeinsamen Leiter derart verbunden, dafs die gleichnamigen Polaritäten mit einander vereinigt sind, und eine elektrochemische Batterie gebildet wird.

Auf der anderen Seite wird mit den Bleischwammelektroden (aus denen das Alkalimetall vorher entfernt war) in anderen Behältern eine ganz ähnliche Elementenreihe hergerichtet; diese beiden Reihen werden derart mit einander in elektrische Verbindung gesetzt, dafs die Legirungsplattenreihe der ersten Batterie mit der Kohlenplattenreihe der zweiten verbunden ist, und umgekehrt die Metallschwammplatten der zweiten Reihe mit der Kohlenplattenreihe der ersten Batterie in Verbindung stehen.

Auf solche Weise ist ein vollständiger elektrischer Kreislauf geschaffen.

In der ersten Behälterreihe bewirkt die Oxydation des dabei beseitigten Alkalimetalles einen elektrischen Strom, welcher in die zweite Behälterreihe übertritt, wo er das darin enthaltene angesäuerte Wasser zersetzt; die Bleischwammelektroden, welche mit dem positiven Pol der Elektricitätsquelle verbunden sind, werden durch den elektrolytisch freigemachten Sauerstoff in Bleisuperoxyd verwandelt, wie dieses bei agglomerirten Bleioxydelektroden stattfindet.

Claims (4)

Patent-Ansprüche:

1. Bei der Herstellung von schwammigen Schwermetallelektroden durch Anwendung

> von Legirungen dieses Metalles mit einem durch eine Flüssigkeit zu beseitigenden Alkali- oder Alkalierdmetall das Verfahren dieser Beseitigung —r behufs gleichzeitiger Erzielung der Porosität und der mechanischen Haltbarkeit des schwammigen Schwermetalles —, darin bestehend, dafs man das Alkalimetall in einer sauerstoffhaltigen Flüssigkeit oxydirt, welche ihren Sauerstoff ohne Entwickelung oder mit nur geringer Entwickelung oder unter genügender Herabminderung dieser Entwickelung von Gas abgiebt.

2. Für die praktische Ausführung des Verfahrens nach Anspruch ι die Anwendung von sauerstoffhaltigen Verbindungen — wie die·Nitrate und besonders schweflige Säuren, Sulfite und Bisulfite.—, welche geeignet sind, aufser ihrem Sauerstoff entweder ein Alkali oder eine Alkaliverbindung zu erzeugen oder hierbei mitzuwirken.

3. Die Verwendung des bei dem Verfahren nach Anspruch 1 bezw. 2 erzeugten elektrischen Stromes zur elektrolytischen Peroxydirung des schwammigen Schwermetalles, welches die positiven Elektroden liefern soll.

4. Bei der Herstellung von schwammigen Schwermetallelektroden mit Hülfe von Legirungen dieses Metalles mit einem durch eine Flüssigkeit zu beseitigenden Alkalimetalle die besondere Anwendung des Bariummetalles für diese Legirungen, aus welchen dasselbe in der nach Anspruch 1 bezw. 2 gekennzeichneten Weise beseitigt wird.