NO124433B

NO124433B -

Info

Publication number: NO124433B
Application number: NO495170A
Authority: NO
Inventors: Jomar Brun; Reidar Tunold
Original assignee: Jomar Brun; Reidar Tunold
Priority date: 1970-12-24
Filing date: 1970-12-24
Publication date: 1972-04-17

Description

Katode for smelteelektrolytisk fremstilling av Cathode for melting electrolytic production of

magnesium og natrium. magnesium and sodium.

o o

Foreliggende oppfinnelse vedrører utførelse av katoder for fremstilling av metallene magnesium og natrium ved smelteelektrolyse. ■ The present invention relates to the production of cathodes for the production of the metals magnesium and sodium by melt electrolysis. ■

Disse katoder er vanligvis utført av stål med vertikal These cathodes are usually made of steel with vertical

anordning av den aktive katodéoverflate. arrangement of the active cathode surface.

Det magnesium- eller natriummetall som utskilles i smeltet form på denne aktive .ståloverflate ved elektrolysen går sammen til små metalldråper. Disse metalldråper, som har lavere tetthet enn den anvendte elektrolytt, stiger opp langs katoden og samler seg til et lag smeltet metall oppå elektrolytten, adskilt fra den samtidig med metallutfellingen utviklede klorgass. The magnesium or sodium metal that is separated in molten form on this active steel surface during the electrolysis coalesces into small metal droplets. These metal droplets, which have a lower density than the electrolyte used, rise along the cathode and collect into a layer of molten metal on top of the electrolyte, separated from the chlorine gas developed at the same time as the metal precipitation.

På veien opp langs den aktive katodeoverflate vil de primært dannede meget små metalldråper få anledning til å forene seg til større dråper. Metalldråpene vil ha større oppdrifts-hastighet jo større de er. Det er selvsagt av vesentlig betydning for metall-utbyttet ved elektrolysen at dé oppstigende metalldråper er relativt store og har stor oppdriftshastighet. Herved reduseres mulighetene for at det utskilte metall skal kunne reagere med smeiten eller med komponenter i denne såsom oppløst eller suspendert klor. On the way up along the active cathode surface, the primarily formed very small metal droplets will have the opportunity to unite into larger droplets. The metal drops will have a greater buoyancy speed the larger they are. It is of course of significant importance for the metal yield during electrolysis that the rising metal droplets are relatively large and have a high buoyancy velocity. This reduces the possibility of the separated metal being able to react with the melt or with components in it such as dissolved or suspended chlorine.

Små metalldråper, på den annen side, som man får i større eller mindre grad ved de nåværende tekniske elektrolyseproses- Small metal drops, on the other hand, which are obtained to a greater or lesser extent by the current technical electrolysis processes

ser, vil ha liten oppdriftshastighet og vil lett kunne suspenderes eller løses i den relativt turbulente elektrolytt, resulterende i tilbakereaksjon mellom metall og klor, dvs. i redusert strøm-utbytte. see, will have a low buoyancy speed and will easily be suspended or dissolved in the relatively turbulent electrolyte, resulting in a back reaction between metal and chlorine, i.e. in a reduced current yield.

For magnesium spesielt har man også det forhold at små suspenderte metalldråper vil ha tendens til å agglomereres med slam av hydrolyseprodukter og synke tilbunns i cellen, der man får de velkjente slamansamlinger, bestående av oksyder, oksyklo- For magnesium in particular, there is also the fact that small suspended metal drops will tend to agglomerate with sludge from hydrolysis products and sink to the bottom of the cell, where you get the well-known sludge accumulations, consisting of oxides, oxychloro-

i in

rider samt finfordelt magnesium som altså tapes. ride as well as finely divided magnesium which is therefore lost.

Den foreliggende oppfinnelse har til formål å unngå de The present invention aims to avoid them

nevnte ulemper og mangler, som virker reduserende på strøm-utbyttet, ved anvendelse av et katodeprinsipp som bevirker at metalldråpene som stiger opp fra katoden er relativt store. mentioned disadvantages and shortcomings, which have a reducing effect on the current yield, when using a cathode principle which causes the metal droplets rising from the cathode to be relatively large.

Et annet formål ved oppfinne<«>lsen er reduksjon av den Another object of the invention is its reduction

katodiske overspenning og derved av cellespenningen ved elek-trolyseprosessen. cathodic overvoltage and thereby of the cell voltage during the electrolysis process.

Våre forsøk har vist at både magnesium og natrium krever større overspenning for utskillelse på en katode av jern enn på en katode av vedkommende lettmetall. Årsaken til differ- Our experiments have shown that both magnesium and sodium require a greater overvoltage for separation on an iron cathode than on a cathode of the relevant light metal. The reason for the differ-

ensen er sannsynligvis at jern ikke fuktes hverken av magnesium eller natrium i smeltet tilstand. Denne differense øker relativt sterkt med den katodiske strømtetthet. the difference is probably that iron is not wetted by either magnesium or sodium in the molten state. This difference increases relatively strongly with the cathodic current density.

Den foreliggende oppfinnelse har også til formål å Unngå The present invention also aims to avoid

denne ekstra overspenning på jern ved å utforme katodene slik at det etableres ansamlinger av flytende magnesium eller natrium på katodeoverflaten og i elektrisk ledende kontakt med denne, sliik at det vesentlig blir disse ansamlinger av magnesium eller natrium som danner de aktive katoder. this extra overvoltage on iron by designing the cathodes so that accumulations of liquid magnesium or sodium are established on the cathode surface and in electrically conductive contact with it, so that it is essentially these accumulations of magnesium or sodium that form the active cathodes.

I disse ansamlinger vil det -metall som utfelles akkumu-leres - og overskuddet efterhvert løsne i form av relativt store metalldråper. ■ Man vil altså herved også unngå de oven-nevnte ulemper med små metalldråper.. Angjeldende prinsipper kan utføres praktisk på forskjellige måter. Et eksempel er vist i fig.l. Tegningen viser, sterkt skjematisert, magnesium-elektrolyse mellom en stålkatode 1 og en grafittanode 2, neddykket i en elektrolytt av MgC^ og alkali- og jordalkali-klorider 3. Det utskilles magnesium på katoden og klor på anoden. Stålkatoden er på den side som vender mot anoden tett perforert med skrå fordypninger med bunnen opp 4-, slik at det dannes en mengde små lommer som under elektrolysen fylles med det katodisk utskilte flytende magnesium 5. Da dette har lavere overspenning for katodisk utskillelse av magnesium' enn stålet vil denne utskillelse hovedsakelig finne sted inne i lommene på det derværende flytende magnesium. Etterhvert som lommene herved overfylles med magnesium vil overskuddet løsne fra lommene i form av relativt store magnesiumdråper 6, som stiger så raskt opp til elektro-lyttoverflaten bak den keramiske skillevegg 7 at dråpen under-veis får liten anledning til å reagere med det på anoden utviklede klor 8. At dråpene blir såvidt store medfører dessuten at de vil ha liten tendens til å suspenderes i elektrolytten. In these accumulations, the -metal that is precipitated will accumulate - and the surplus will gradually loosen in the form of relatively large metal drops. ■ One will thus also avoid the above-mentioned disadvantages with small metal drops. The principles in question can be implemented practically in different ways. An example is shown in fig.l. The drawing shows, strongly schematically, magnesium electrolysis between a steel cathode 1 and a graphite anode 2, immersed in an electrolyte of MgC^ and alkali and alkaline earth chlorides 3. Magnesium is separated on the cathode and chlorine on the anode. On the side facing the anode, the steel cathode is tightly perforated with slanted recesses with the bottom up 4-, so that a number of small pockets are formed which during electrolysis are filled with the cathodically separated liquid magnesium 5. As this has a lower overvoltage for cathodic separation of magnesium ' than the steel, this separation will mainly take place inside the pockets of the existing liquid magnesium. As the pockets are thereby overfilled with magnesium, the excess will be released from the pockets in the form of relatively large magnesium droplets 6, which rise so quickly to the electrolytic surface behind the ceramic partition 7 that the drop along the way has little opportunity to react with what has developed on the anode chlorine 8. The fact that the droplets are so large also means that they will have little tendency to be suspended in the electrolyte.

I stedet for den i flg. i. viste perforering av overflaten kan denne tenkes utformet på forskjellige måter med sikte på å oppnå-ansamlinger av flytende magnesium som dekker en vesentlig del av den aktive katodeflate. Ifølge oppfinnelsen kan man er-statte de punktvise fordypninger vist på fig. 1 med utfresete horisontale "spor" eller riller med prcfiltverrsnitt i likhet med de på fig. 1. viste lommer eller av en slik form at de blir delvis fylt med magnesium under elektrolysen. Instead of the perforation of the surface shown in Fig. i, this can be designed in different ways with the aim of achieving accumulations of liquid magnesium that cover a significant part of the active cathode surface. According to the invention, the point-wise depressions shown in fig. 1 with milled horizontal "grooves" or grooves with prcfilt cross-sections similar to those in fig. 1. showed pockets or of such a shape that they are partially filled with magnesium during electrolysis.

Fer bruk ved smelteelektrolytisk fremstilling av natrium kan etablering av katodeoverflater vesentlig bestående av vertikalt anordnede ansamlinger av smeltet natrium oppnåes på lignende vis som beskrevet for magnesium. For use in the electrolytic production of sodium, the establishment of cathode surfaces essentially consisting of vertically arranged accumulations of molten sodium can be achieved in a similar way as described for magnesium.

Claims

Vertical or nearly vertical cathode consisting of metal, preferably of steel or other iron alloys, for use in cells for the molten electrolytic production of magnesium or sodium, characterized in that the surface of the parts of the cathodes immersed in the electrolyte which are closest to the anodes is pre-worked with dense placed depressions or grooves of such a shape that they are partially filled with the precipitated magnesium or sodium.