DE891027C - Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallen - Google Patents

Description

• Verfahren zur Herstellung von Alkalimetallen Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Alkalimetall, bei welchem zunächst aus einer wäßrigen Lösung einer Alkaliverbindung Alkalimetall an einer flüssigen Kathode abgeschieden und aus der so gewonnenen Alkalimetallegierung das Alkalimetall alsdann in einer zweiten Stufe in einer elektrolytischen Zelle mit einem schmelzflüssigen Elektrolyt gewonnen wird.
• Die Erfindung besteht darin, daß ein mit einer dünnen Amalgamschicht beladener Träger durch Hindurchführen als Kathode durch die wäßrige Lösung mit Alkalimetall beladen und alsdann durch Führen des mit Amalgam -beladenen Trägers durch einen schmelzflüssigen Elektrolyt als Anode diesem Alkalimetall entzogen wird.
• In Ausübung der Erfindung wird etwa wie folgt verfahren: In einer im folgenden als wäßrige Zelle bezeichneten Zelle wird das auf einem beweglichen metallischen Träger, einem endlosen Band aus biegsamem Stahl oder ähnlichem Material, haftende Quecksilber gemäß Erfindung als Kathode durch Elektrolyse einer wäßrigen Lösung eines Alkalimetallsalzes, z. B. Chlornatrium, mit Alkalimetall beladen und der mit Alkaliamalgam beladene Träger alsdann in einem schmelzflüssigen, eine Verbindung des gleichen Alkalimetalls enthaltenden Elektrolyt als Anode verwendet, das Alkalimetall der Anode entzogen und an der Kathode in üblicher Weise zur Abscheidung gebracht.
• Es empfiehlt sich, schon vor dem Einfüllen des Elektrolyts in die wäßrige Zelle das endlose Band mit einem Überzug von Amalgam zu versehen, weil anderenfalls infolge der chemischen Einwirkung der wäßrigen Lösung auf das Metall Wasserstoff entwickelt werden kann, der in Verbindung mit dem später anodisch entbundenen Chlor explosible Gemische bilden könnte. Zweckmäßig löst man daher vor dem Einfüllen des Elektrolyts in dem in der Zelle befindlichen Quecksilber so viel Alkalimetall auf, wie zur Erzielung einer fest anhaftenden Oberflächenschicht auf den Trägern nötig ist, und läßt die Unterlagen so lange in dem Metallsumpf umlaufen, bis sie mit einer Amalgamschicht bedeckt sind, worauf man den Elektrdlyt einfüllen und mit der Elektrolyse beginnen kann. Auf diese Weise kann man auf der gesamten Arbeitsfläche des Bandes eine gleichmäßig anhaftende Amalgamschicht erzielen, die eine Berührung des Grundmetalls mit dem Elektrolyt während der Elektrolyse verhindert. Der ungefähre Mindestgehalt des Amalgams an Alkalimetall beträgt z. B. - bei einer Unterlage aus nichtrostendem Chromstahl 0,5' Gewichtsprozent Natrium bzw. o,r.,5; Gewichtsprozent Kalium. Das mit einem Amalgamüberzug versehene endlose Band wird alsdann durch den Elektrolyt unter kathodischer Schaltung geführt, wobei es in der Oberflächenschicht Alkalimetall aufnimmt, und schließlich mit der alkalibeladenen Oberflächenschicht als Anode in eine im Schmelzfluß- betriebene Zelle eingebracht. An einer geeigneten Stelle seines Weges kann dieses Band durch einen Vorrat von Quecksilber hirndurchgeführt werden, um den kleinen Verlust an Quecksilber durch Vrerdampfung in einer Schmelzflußzelle zu ergänzen. Durch eine solche Arbeitsweise kann der Kraftbedarf für den Umlauf des Quecksilbers und der Verbrauch an Quecksilber noch weiter vermindert werden: Bei Anwendung von Elektroden aus -einem sich leicht mit Quecksilber verbindenden Metall, wie Kupfer oder Messing;, wird es im allgemeinen nicht nötig sein, der flüssigen Metallelektrode in der angegebenen Weise von Anfang an Alkalimetall zuzufügen. Indessen empfiehlt sich mehr die Anwendung von Eisen oder Eisenlegierungen als Unterlage für die flüssigen Elektroden, da diese Metalle von Quecksilber nicht leicht angegriffen werden und daher auch durch Einwirkung des Quecksilbers nicht so leicht wie angreifbare Metalle zerstört werden können. Auch Chromeisenlegierungen, wie z. B. sogenannte rostfreie Stähle, haben sich für diesen Zweck als geeignet erwiesen.. .
• Es ist bereits bekannt, Alkalimetall derart herzustellen, daß zunächst aus einer wäßrigen Lösung einer Alkaliverbindung Alkalimetall an einer flüssigen Amalgamkathode abgeschieden und aus der so gewonnenen Alkalimetallegierung das Alkalimetall sodann in einer zweiten Stufe in einer elektrolytischen Zelle mit einem schmelzflüssigen Elektrolyt gewonnen wird. Gegenüber diesem bekannten Verfahren bietet die Anwendung flüssiger Elektroden in Form einer auf einem bewegten metallischen Träger aufgebrachten Oberflächenschicht den Vorteil des weit geringeren Bedarfs an flüssiger Metallegierung.
• Vorteilhaft läßt man beim Arbeiten gemäß der Erfindung sowohl den wäßrigen Elektrolyt als auch das als Kathode verwendete flüssige Metall laufend vermittels Zu- und Abführungsleitungen durch die Zelle zirkulieren. Es ist hierbei von Vorteil, -das flüssige Metall durch ein Rohr an einer in der Nähe seines Spiegels in der Zelle gelegenen Stelle eintreten zu lassen und es am Boden der Zelle abzuführen. Indessen kann -der Umlauf auch in umgekehrter Richtung erfolgen. Es empfiehlt sich, die Zelle durch einen Deckel abzudecken, um den Zutritt von Luft zu dem Elektrolyt zu verhindern.
• Oft ist es auch zweckmäßig, einen aus Gußstahl bestehenden, oberhalb der Kathoden aufgehängten Sammelbehälter für das an den Kathoden abgeschiedene Alkalimetall, durch den oben die Stromzuleitung für die Kathoden hindurchgeführt ist, zu verwenden. An das obere, durch den Deckel .der Zelle hindurchgeführte Ende dieses Sammelbehälters ist das in einen Behälter für das aufsteigende geschmolzene Alkalimetall einmündende Rohr angeschlossen. Durch einen Hahn kann aus dem Behälter das .darin angesammelte Metall nach Wunsch abgelassen werden. Die Zuführung des flüssigen Anodenmetalls zu der Zelle erfolgt durch Rohrleitungen. Die Abführung kann durch die am Boden von Mulden vorgesehenen Rohre erfolgen.
• Erfindungsgemäß wird zum Betrieb der vorbeschriebenen Schmelzflußzelle,diese im unteren Teil mit dem flüssigen, als Anode dienenden Metall, z. B. Natriumamalgam, angefüllt, während darüber eine geschmolzene Alkaliverbindung oder ein geschmolzenes Gemisch von Alkaliverbindungen als Elektrolyt übergeschichtet wird. Bei Stromdurchgang wird Alkalnmetall aus der Anode herausgelöst und an den Kathoden in Freiheit gesetzt.
• Dort wird es beim Aufsteigen von den- Kathoden im oberen Teil eines Sammelbehälters vereinigt, von wo es über ein Rohr in einen Vorratsbehälter gelangt. Die Temperatur des schmelzflüssigen Elektrolyts kann durch Regulierung der Stromstärke, zusätzlich gegebenenfalls durch Anwendung von Heiz-und/oder Kühlvorrichtungen geregelt werden.
• Es hat sich gezeigt; daß z. B. aus leitendem Material, wie Metall, bestehende, von der Seitenwand der Zelle isolierte Zwischenwände Vorteile bieten gegenüber hitzebeständigen, nichtleitenden Stoffen, die dazu neigen, sich in dem Elektrolyt aufzulösen und ihn zu verschmutzen, wodurch seine Viskosität und sein Schmelzpunkt erhöht sind und die Gefahr einer Verunreinigung des kathodisch abgeschiedenen Alkalimetalls z.B. mit Kalzium gegeben ist.

Claims (2)

1. PATENTANSPRUcIiE: r. Verfahren zur Herstellung von Alkalimetall, bei welchem zunächst aus einer wäßrigen Lösung einer Alkaliverbindüng Alkalimetall an einer flüssigen Kathode abgeschieden und aus .der so gewonnenen Alkalimetallegierung das Älkalimetall sodann in einer zweiten, Stufe in einer elektrolytischen Zelle mit einem schmelzflüssigen Elektrolyt gewonnen wird, dadurch gekennzeichnet, da.ß ein mit einer dünnen Amalgamschicht beladener metallischer Träger durch Hindurchführen als Kathode durch die wäßrige Lösung mit Alkalimetall beladen und alsdann durch Führendes mit Amalgam beladenen Trägers durch einen schmelzflüssigen Elektrolyt als Anode diesem Alkalimetall entzogen wird. 2. Verfahren zur Herstellung von Alkalimetall nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß als metallischer Träger ein endloses umlaufendes Band aus biegsamem Material, z. B. Stahl, verwendet wird. 3. Weitere Ausgestaltung @des'Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die metallischen Träger vor dem Einfüllen des Elektrolyts in die wäßrige Zelle mit einem Überzug aus Alkalimetallamalgam versehen werden. Angezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 73 304, 78 9o6, 158 574, 410 18o, 63o 145; britische Patentschrift Nr. 17 E n g e 1 h a rd, Handbuch der technischen Elektrochemie 183i3', Bd. II, 1. Teil, S. 3"2;5, Abs. 2:; B i l 1 i t e r, Technische Elektrochemie, 2. Aufl, 1924, Bd.
2. 2, S. 219, Abs. 5.