NO164446B

NO164446B - APPARATUS AND PROCEDURE FOR AUTOMATIC FEED OF COPY MACHINE MATERIAL FOR COPY MACHINERY.

Info

Publication number: NO164446B
Application number: NO832953A
Authority: NO
Inventors: Thomas Neil Taylor; John Raymond Ellis; Lawrence Craig Hubler
Original assignee: Xerox Corp
Priority date: 1982-08-23
Filing date: 1983-08-17
Publication date: 1990-06-25
Also published as: NO164446C; NO832953L; JPS5972456A; JPH0634125B2; NO832954L

Description

Elektrolytisk celle til fremstilling av titan. Electrolytic cell for the production of titanium.

Den foreliggende oppfinnelse vedrdrer forbedringer ved elek-trolyseceller for fremstilling av metallisk titan ved smelteelektrolyse av titanklorid. The present invention relates to improvements in electrolysis cells for the production of metallic titanium by melt electrolysis of titanium chloride.

Ved elektrolytisk fremstilling av titanmetall har man hatt vanskeligheter fordi metallproduktet danner krystaller av ubnsket form og stbrrelse. For å oppnå en mest mulig rasjonell titanfrem-stilling ved smelteelektrolyse, er det tilsynelatende nbdvendig at produktet består av individuelle faste krystaller av relativt jevn stbrrelse og fasong, som under sin vekst har forgrenet og filtret seg sammen i hverandre til en dendrittisk struktur. Når titanproduktet fullstendig, eller i det vesentlige har en slik krystallstruktur vil titanproduktet kunne oppnås med den nbdvendige renhet, og produktet vil da også være best skikket for etterfblgendé be-handling som separering av elektrolyttsalter og sammenpressing til smelteelektroder. In the electrolytic production of titanium metal, difficulties have been experienced because the metal product forms crystals of an undesirable shape and crystallinity. In order to achieve the most rational titanium production by melt electrolysis, it is apparently necessary that the product consists of individual solid crystals of relatively uniform grain size and shape, which during their growth have branched and tangled together into a dendritic structure. When the titanium product completely, or essentially has such a crystal structure, the titanium product will be able to be obtained with the necessary purity, and the product will then also be best suited for subsequent treatment such as separation of electrolyte salts and compression into melting electrodes.

Fine pulverforrnete titankrystaller er ubnskete fordi forholdet mellom overflatearealet og vekten er så hbyt at de lett utsettes for oksydering under senere behandlingstrinn. Overflateoksydasjonen kan fore til oket oksygeninnhold i metallet slik at det blir sprbtt og ubrukelig, eller ved ekstremt fine partikler, resultere i nærmest fullstendig oksydasjon av hele krystallen. Nålformete krystaller med meget liten diameter ansees også som uonsket da også disse har meget stor overflate, som igjen resulterer i skadelige oksydasjons-tendenser. Slike fine nåler eller krystaller kan vokse og anta en fast svampstruktur med meget fine porer, hvorfra det kan være uhyre vanskelig fullstendig å fjerne elektrolyttsaltene. Krystaller som har vokset seg store enkeltvis, og danner store faste masser, er i alminnelighet rene, og deres relative overflateareal er lite. Slike masser har imidlertid liten kohesjon når de er pakket sammen og er derfor uegnet for komprimering til briketter for senere anvendelse i forbrukbare smelteelektroder. Det er derfor viktig å fremstille elektrolytisk titan i form av faste krystaller som er vokset sammen til en dendrittisk struktur av ovenfor nevnte type. Slike krystaller er ikke så små at de oksyderes lett, og elektrolyttsaltene kan lett fraskilles ved utluting av krystallaggregatene, samtidig som - de sammenfiltrete grener og klaser av dendritter sorger for en sterk sammenhengende struktur ved sammenpressing til compacts. Fine powdered titanium crystals are undesirable because the ratio between surface area and weight is so high that they are easily exposed to oxidation during later processing steps. The surface oxidation can lead to increased oxygen content in the metal so that it becomes brittle and unusable, or in the case of extremely fine particles, result in almost complete oxidation of the entire crystal. Needle-shaped crystals with a very small diameter are also considered undesirable as these also have a very large surface area, which in turn results in harmful oxidation tendencies. Such fine needles or crystals can grow and assume a solid sponge structure with very fine pores, from which it can be extremely difficult to completely remove the electrolyte salts. Crystals that have grown large individually, forming large solid masses, are generally clean, and their relative surface area is small. However, such masses have little cohesion when they are packed together and are therefore unsuitable for compression into briquettes for later use in consumable melting electrodes. It is therefore important to produce electrolytic titanium in the form of solid crystals which have grown together into a dendritic structure of the above-mentioned type. Such crystals are not so small that they oxidize easily, and the electrolyte salts can be easily separated by leaching the crystal aggregates, at the same time as - the tangled branches and clusters of dendrites ensure a strong coherent structure when compressed into compacts.

Oppfinnelsen bygger på den observasjon at en jevn og konsen-trert elektrisk strbm fra og til forskjellige elementer i elektrolysecellen i stor utstrekning er ansvarlig for krystalltype, stør-relse og struktur av den oppnådde titanavleiring. For at den spesielle bnskelige krystallstruktur skal oppnås, har det vist seg nbdvendig med nbyaktig kontroll av strømtettheten og med mest mulig jevne strbmmer over elektrodeflåtene mellom anode- og katode-elementene. The invention is based on the observation that a uniform and concentrated electric current from and to different elements in the electrolysis cell is largely responsible for the crystal type, size and structure of the obtained titanium deposit. In order for the particular desirable crystal structure to be achieved, it has proved necessary to closely control the current density and with the most even possible currents across the electrode rafts between the anode and cathode elements.

Med dette i erindring er det i henhold til oppfinnelsen kon-struert en elektrolysecelle for fremstilling av metallisk titan ved elektrolyse av titanklorid som befinner seg i en halogenidsaltsmelte. Cellen omfatter en beholder for saltsmelten, som holder den omgivende atmosfære borte, i hvilken beholder er opphengt en katodekasse i form av en firesidet lukket boks med rektangulært horisontalsnitt, som er utformet for nedsenkning i saltsmelten, hvis fire sider alle er perforerte, mens dens topp og bunn er uperforerte og hvor et tilfbrselsrbr for TiCl^ rager sentralt inn i katodekassen fra dennes overdel og ender nær bunnen av katodekassen med en utlbpsåpning nær den nedre ende, mens et ror for utlufting av klor er anordnet ved With this in mind, according to the invention, an electrolysis cell has been constructed for the production of metallic titanium by electrolysis of titanium chloride which is in a halide salt melt. The cell comprises a container for the salt melt, which keeps the surrounding atmosphere away, in which container is suspended a cathode box in the form of a four-sided closed box of rectangular horizontal section, which is designed for immersion in the salt melt, the four sides of which are all perforated, while its top and bottom are unperforated and where a supply tube for TiCl^ projects centrally into the cathode box from its upper part and ends near the bottom of the cathode box with an outlet opening near the lower end, while a tube for venting chlorine is arranged at

■ Cellen ei- karaktpri b a r ff . vpH , ■ The cell ei- karactpri b a r ff . vph ,

toppen av beholderen."eiT flertall katodestaver med sirkelformet horisontalsnitt opphengt i katodekassen ved at de er festet til dennes topp, idet stavene er anbragt i avstand fra katodekassens sider og fra tilfbrselsrbret og er også symmetrisk anbragt i for-holde til katodekassens sentrum, samt et flertall anodestaver med sirkelformet tverrsnitt, som er nedsenket i saltsmelten, idet anodestavene er symmetrisk anordnet i rekker som vender mot hver sin side av katodekassen i en viss avstand fra denne. the top of the container."a plurality of cathode rods with a circular horizontal section suspended in the cathode box by being attached to its top, the rods being placed at a distance from the sides of the cathode box and from the supply rib and are also symmetrically placed in relation to the center of the cathode box, as well as a a plurality of anode rods with a circular cross-section, which are immersed in the molten salt, the anode rods being symmetrically arranged in rows facing each side of the cathode box at a certain distance from it.

Den firkantete katodeboks sorger for jevnt mellomrom mellom dens sider, og den symmetriske anordning av katodestavene inne i denne gir jevnt fordelte flater for avleiring av titanmetall. Den-' ne anordning av katodestavenes overflate forer til områder med en-hetlig, kontrollert strømtetthet slik at den gunstigste type titankrystaller avleires. Katodestavenes buete overflater bevirker jevn strbmfordeling over flatene, og eliminerer spisseffekter som for eksempel ved plateformete elektroder forårsaker hdye strdmkonsentra-sjoner ved kanter og hjbrner. Utfdreisen av anoden i form av en rekke staver resulterer i anodeflater med hdy strdmtetthet symmetrisk anbragt i forhold" til de respektive sider av katodeboksen som de vender mot, og i forhold til innsiden av katodestavene. Deres buete overflater bevirker også jevn strdmgjennomgang over flatene, hvorved spisseffekter elimineres. The square cathode box ensures even spacing between its sides, and the symmetrical arrangement of the cathode rods inside it provides evenly distributed surfaces for the deposition of titanium metal. This arrangement of the surface of the cathode rods leads to areas of uniform, controlled current density so that the most favorable type of titanium crystals are deposited. The curved surfaces of the cathode rods cause uniform current distribution over the surfaces, and eliminate peak effects which, for example, with plate-shaped electrodes cause high current concentrations at edges and corners. The extrusion of the anode in the form of a series of rods results in anode surfaces of high current density symmetrically arranged in relation to the respective sides of the cathode box which they face, and in relation to the inside of the cathode rods. Their curved surfaces also effect uniform current passage across the surfaces, whereby peak effects are eliminated.

Formålene, fordelene og spesielle trekk ved elektrolysecellen i henhold til oppfinnelsen vil bedre kunne forståes ut fra den fdl-gende beskrivelse og de tilhdrende tegninger, hvor: Fig. 1 viser et sentralt vertikalsnitt gjennom en elektrolysecelle i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 viser et horisontalsnitt langs linjen 2-2 av cellen i fig. 1 . Fig. 3 viser et horisontalsnitt av den samme celle langs linjen 3-3. Fig. h viser en mer detaljert perspektivskisse av katodeboksen. Fig. 5 viser en perspektivskisse av katodeboksen i fig. h i åpnet tilstand for uttak av metallprodukt. Fig. 6 viser et horisontalsnitt tilsvarende det i fig. 35 men med et annet arrangement av katodestavene. Fig. 7 viser et forstdrret horisontalsnitt gjennom TiCl^-tilfdrselsrdret, og viser utldpet nær bunnen av roret. The purposes, advantages and special features of the electrolysis cell according to the invention will be better understood from the following description and the associated drawings, where: Fig. 1 shows a central vertical section through an electrolysis cell according to the invention. Fig. 2 shows a horizontal section along the line 2-2 of the cell in fig. 1. Fig. 3 shows a horizontal section of the same cell along the line 3-3. Fig. h shows a more detailed perspective sketch of the cathode box. Fig. 5 shows a perspective sketch of the cathode box in fig. h in opened condition for withdrawal of metal product. Fig. 6 shows a horizontal section corresponding to that in fig. 35 but with a different arrangement of the cathode rods. Fig. 7 shows an enlarged horizontal section through the TiCl^ supply pipe, and shows the outlet near the bottom of the pipe.

Elektrolysecellen i fig. 1 omfatter en beholder 10, hvor si-deveggene 12 og bunnen 1<*>+ fortrinnsvis er fremstillet av ildfast sten, og hvor i det minste det innerste skift består av et materiale som motstår korroderende angrep fra den smeltete elektrolytt 16 i I lokket 18 over beholderen 10 er det anbragt et klorutluft-ingsrdr 20, og rundt en åpning i midten av lokket befinner det seg en kanal 22 som inneholder et flytende tetningsmetall 2h, som kan være en blylegering eller tinnlegering med lavt smeltepunkt. Yt-terkanten av katodetopplaten 26 er forsynt med en nedadrettet flens 28 , som passer inn i kanalen 22 og danner en skjot som tettes av det flytende metall 2k. Til undersiden av platen 26 er det fast anbragt bærestaver 30, som igjen er fastgjort til toppen 32 av katodeboksen 3*t slik at denne henger ned i beholderen 10. Av fig. 2 fremgår det at katodeboksen 3*+ har kvadratisk horisontaltverrsnitt. Sidene 36 i katodeboksen 3^ er perforert over det hele, mens bunnen 38 og toppen 32 i det vesentlige er uperforert. The electrolysis cell in fig. 1 comprises a container 10, where the side walls 12 and the bottom 1<*>+ are preferably made of refractory stone, and where at least the innermost shift consists of a material that resists corrosive attack from the molten electrolyte 16 in the lid 18 above the container 10 a chlorine venting ring 20 is placed, and around an opening in the middle of the lid there is a channel 22 which contains a liquid sealing metal 2h, which can be a lead alloy or tin alloy with a low melting point. The outer edge of the cathode top plate 26 is provided with a downwardly directed flange 28, which fits into the channel 22 and forms a joint which is sealed by the liquid metal 2k. Support rods 30 are fixed to the underside of the plate 26, which are in turn attached to the top 32 of the cathode box 3*t so that it hangs down in the container 10. From fig. 2 it appears that the cathode box 3*+ has a square horizontal cross-section. The sides 36 of the cathode box 3^ are perforated throughout, while the bottom 38 and the top 32 are essentially unperforated.

Til undersiden av toppen 32 er det fast anbragt sylindriske katodestaver ho som henger loddrett ned inne i katodeboksen 3^f. Katodestavene k0, toppen og bunnen i katodeboksen 3^5 bærestavene Cylindrical cathode rods ho are fixed to the underside of the top 32 and hang vertically down inside the cathode box 3^f. The cathode rods k0, the top and bottom of the cathode box 3^5 the carrier rods

30, platen 26 og beholderlokket 18 er fremstillet av elektrisk le-dende materiale, for eksempel av stål. Den nedre del >+2 av katodestavene <*>+0 har fortrinnsvis mindre diameter enn staven fordvrig for derved å oppnå en mer jevn stromfordeling over stavlengden. Denne nedre diameter skal helst være ca. halvparten av den ovre og utgjore opptil 1/3 av stavenes totallengde. For å unngå skarpe hjbrner og for å fremme jevn strømgjennomgang, bor endene og skulderpartiene av de nedre stavpartier h2 fortrinnsvis være avrundet. Tilfdrselsrdret h6 for titantetraklorid holdes av platen 26, og er isolert fra denne ved hjelp av keramiske bdssinger hh. Roret, som fortrinnsvis består av grafitt, rager sentralt ned i katodeboksen 3<*>+ gjennom toppen 32, hvorfra det er isolert ved keramiske bdssinger k8. Nær bunnen av tilfdrselsrdret M-6, som ender nær bunnen 38 av katodeboksen 3l+j er det anordnet tangentiale utldp 50, som er vist mer detaljert i fig. 7. 30, the plate 26 and the container lid 18 are made of electrically conductive material, for example steel. The lower part >+2 of the cathode rods <*>+0 preferably has a smaller diameter than the rest of the rod in order to thereby achieve a more uniform current distribution over the length of the rod. This lower diameter should preferably be approx. half of the upper one and make up to 1/3 of the rods' total length. In order to avoid sharp edges and to promote even current flow, the ends and shoulder parts of the lower rod parts h2 should preferably be rounded. The supply line h6 for titanium tetrachloride is held by the plate 26, and is isolated from this by means of ceramic bushings hh. The rudder, which preferably consists of graphite, projects centrally down into the cathode box 3<*>+ through the top 32, from which it is isolated by ceramic bdssings k8. Near the bottom of the supply tube M-6, which ends near the bottom 38 of the cathode box 3l+j, there is arranged the tangential outlet 50, which is shown in more detail in fig. 7.

Gjennom bunnen 1 k- av beholderen 10 er det nedenfra fort inn anodestaver 52 slik at disse omgis av elektrolytten 16. De er fortrinnsvis fremstillet av grafitt og har rundt tverrsnitt. Through the bottom 1 k- of the container 10, anode rods 52 are inserted from below so that these are surrounded by the electrolyte 16. They are preferably made of graphite and have a round cross-section.

Den symmetriske anordning av katode- og anodeelementene er vist tydeligere i fig. 3. Det fremgår av denne at de fire katodestaver ho er anbragt symmetrisk i forhold til sentrum av det område som avgrenser av sidene 36 i katodeboksen 3^5 i lik avstand fra det sentrale tilfbrselsrbr k6 og med innbyrdes lik avstand. Det fremgår videre at anodestavene 52 befinner seg i symmetriske rekker av staver (fire i rekken i den illustrerte utfbrelse), hvor hver rekke vender mot sin respektive side 36 av katodeboksen 31+ °g i samme avstand fra denne. The symmetrical arrangement of the cathode and anode elements is shown more clearly in fig. 3. It appears from this that the four cathode rods ho are arranged symmetrically in relation to the center of the area bounded by the sides 36 of the cathode box 3^5 at an equal distance from the central supply tube k6 and at an equal distance from each other. It further appears that the anode rods 52 are located in symmetrical rows of rods (four in a row in the illustrated embodiment), where each row faces its respective side 36 of the cathode box 31+ °g at the same distance from it.

Fig. h og 5 gir et mer detaljert inntrykk av katodeboksen 3h. De perforerte sider 36 er festet permanent, for eksempel ved sveising, til toppen 32 og holdes sammen langs de loddrette kanter av bånd Jh. Bunnen 38 er også festet til den nedre kant av sidene 36 ved liknende bånd Jh. Etter fullfort produksjonssyklus og etterat katodeboksen 3<*>+ er tatt ut fra beholderen 10 og avkjblt, kuttes båndene $ h slik at bunnen 38 faller ut, hvorpå sidene 36 bbyes utover og oppover som vist i fig. 5« Etterat katodeboksens indre er fritt tilgjengelig, kan titankrystaller 62 som er avleiret på katodestavene ho, lett tas ut. Fig. h and 5 give a more detailed impression of the cathode box 3h. The perforated sides 36 are permanently attached, for example by welding, to the top 32 and are held together along the vertical edges by strips Jh. The bottom 38 is also attached to the lower edge of the sides 36 by similar bands Jh. After the production cycle has been completed and after the cathode box 3<*>+ has been removed from the container 10 and disconnected, the strips $ h are cut so that the bottom 38 falls out, whereupon the sides 36 are bent outwards and upwards as shown in fig. 5« After the interior of the cathode box is freely accessible, titanium crystals 62 deposited on the cathode rods ho can be easily removed.

Den ende av anodestavene 52 som befinner seg utenfor beholderen 10, er forbundet med en vanlig strbmskinne J6, som ved 58 kan væ-re koblet til den positive pol på en likestrbmskilde (ikke vist). The end of the anode rods 52, which is located outside the container 10, is connected to an ordinary current rail J6, which at 58 can be connected to the positive pole of a direct current source (not shown).

Den negative pol kan være forbundet via polklemmen 60 med lokket 18 som gir strbmforbindelse til topplaten 26, bærestavene 30 °g toppen 32 av katodeboksen som er forbundet med veggene 36 og katodestavene ko. The negative pole can be connected via the pole clamp 60 to the lid 18 which provides a solid connection to the top plate 26, the support rods 30 and the top 32 of the cathode box which is connected to the walls 36 and the cathode rods ko.

Fig. 6 er en skisse av et annet arrangement av katodestavene hO som forbvrig tilsvarer fig. 3. Katodestavene ho er også her for-delt symmetrisk med like mellomrom, men i denne utfbrelse er hver stav anbragt rett ovenfor midten av en hosliggende side 3° istedet-for nær hjbrnene av boksen. Fig. 6 is a sketch of another arrangement of the cathode rods hO which otherwise corresponds to fig. 3. Here, too, the cathode rods are distributed symmetrically at equal intervals, but in this embodiment each rod is placed directly above the center of an adjacent side 3° instead of near the corners of the box.

Strbmfordelingen til elementene i katodesettet vil i stor utstrekning avhenge av tverrsnittet av disse konstruksjoner. To-talarealet av det horisontale tverrsnitt av sidene 36 bor således stå i et slikt forhold til det totale tverrsareal av katodestavene k0 at den bnskete strbmfordeling oppnås. Disse tverrsnitt bor tas nær det sted hvor elementene stbter sammen med toppen 32 av katodeboksen. Det viser seg å være fordelaktig å sbrge for stbrre strbmtilfbrsel til katodestavene ho enn til sidene 36, og en fordeling på 55 °g 70% til katodestavene ho og resten til veggene 36 har vist seg å være effektiv. The stress distribution of the elements in the cathode set will largely depend on the cross-section of these structures. The two-number area of the horizontal cross-section of the sides 36 should thus be in such a ratio to the total cross-sectional area of the cathode rods k0 that the desired current distribution is achieved. These cross-sections should be taken close to where the elements join the top 32 of the cathode box. It turns out to be advantageous to ensure greater power supply to the cathode rods ho than to the sides 36, and a distribution of 55 °g 70% to the cathode rods ho and the rest to the walls 36 has proven to be effective.

Ved bruk av elektrolysecellen i henhold til oppfinnelsen an-bringes en passende mengde av et smeltet halogenidsalt som elektrolytt 16 i beholderen 10. Saltet kan være natriumklorid, en eutektisk blanding av natrium- og kalium-klorider eller andre eutektiske al-kalikloridblandinger. Tilgang til det indre av beholderen 10 oppnås ved å lbfte platen 26 med den nedsenkete katodeboks 3<*>+ ut gjennom åpningen i lokket 18. Etterat en passende mengde smeltet elektrolytt er anbragt i beholderen 10, settes katodeboksen 3^ på plass igjen i cellen. Flersen 29 i topplaten senkes herunder ned i kanalen 22, hvor smeltet metall tetter toppen av elktrolysecellen og holder den omgivende atmosfære borte. When using the electrolysis cell according to the invention, a suitable amount of a molten halide salt is placed as electrolyte 16 in the container 10. The salt can be sodium chloride, a eutectic mixture of sodium and potassium chlorides or other eutectic alkali-alkali chloride mixtures. Access to the interior of the container 10 is achieved by lifting the plate 26 with the submerged cathode box 3<*>+ out through the opening in the lid 18. After a suitable amount of molten electrolyte has been placed in the container 10, the cathode box 3^ is put back into place in the cell . The flap 29 in the top plate is then lowered into the channel 22, where molten metal seals the top of the electrolysis cell and keeps the surrounding atmosphere away.

Polklemmen 60 i lokket 18 og anodetilkoblingen 58 forbindes med en passende likestrdmskilde. Tilfbrselsrdret h6 forbindes med et forråd av TiCl^, fortrinnsvis i dampform. The pole clamp 60 in the lid 18 and the anode connection 58 are connected to a suitable direct current source. The supplied h6 is connected to a supply of TiCl^, preferably in vapor form.

Innledningsvis ledes TiCl^ langsomt inn gjennom roret >+6, samtidig som tilstrekkelig strbm sendes gjennom cellen til å gi en strømtetthet på mellom 0,19 og 0,32 ampere/cm p katodevegg. Herunder reguleres TiCl^-tilfbrselen slik at det oppnås et forhold på 1 mol TiCl^ pr. 10-20 faraday. Denne periode med lavt forhold mellom TiCl^-tilfbrselen og strommen, forer til avleiring av små titankrystaller på innsiden av veggene 36. Disse krystaller vokser sammen til en mer eller mindre fast, svampaktig, men porbs plate, som dek-ker perforeringene i katodeboksveggene 36. Etterat dette er opp-nådd bkes tilfbrselshastigheten av TiCl^ inntil forholdet mellom TiCl^ og strbmstyrke er ca. 1 mol TiCl^ pr. ^,5-6,5 faraday. Under disse betingelser vil det dannes og opprettholdes en viss titanklorid-konsentrasjon i elektrolytten inne i katodeboksen 3<*>+. Titanme-tallet vil da hovedsakelig avleires på katodestavene ho i form av krystaller av bnsket type som er vokset sammen og forgrenet i hverandre. Etterat elektrolysen er så langt fremskredet at TiCl^ assi-mileringen har begynt å avta og rommet i katodeboksen 3*+ på det nærmeste er fylt med titanmetall, stenges TiCl^-tilfbrselen. Strbm-men slås derimot av forst etter en kort stund for å befri elektrolytten for lbselig titan. Initially, TiCl^ is introduced slowly through the tube >+6, while sufficient strbm is sent through the cell to give a current density of between 0.19 and 0.32 amperes/cm on the cathode wall. Here, the TiCl^ supply is regulated so that a ratio of 1 mol TiCl^ per 10-20 faradays. This period of low ratio between the TiCl 2 supply and the current leads to the deposition of small titanium crystals on the inside of the walls 36. These crystals grow together into a more or less solid, spongy, but porous plate, which covers the perforations in the cathode box walls 36 After this has been achieved, the feed rate of TiCl3 is increased until the ratio between TiCl3 and tensile strength is approx. 1 mol TiCl^ per ^.5-6.5 faradays. Under these conditions, a certain titanium chloride concentration will be formed and maintained in the electrolyte inside the cathode box 3<*>+. The titanium metal will then mainly be deposited on the cathode rods in the form of crystals of the desired type which have grown together and branched into each other. After the electrolysis has progressed so far that the TiCl^ assimilation has begun to decrease and the space in the cathode box 3*+ is almost filled with titanium metal, the TiCl^ supply line is closed. Strbm, on the other hand, is switched off only after a short while to rid the electrolyte of soluble titanium.

Katodeanordningen tas deretter ut fra cellen ved å lbfte topplaten 26 med den nedsenkete katodeboks ut av cellen, hvorpå katodeboksen og dens innhold får anledning til å avkjbles, fortrinnsvis i inert atmosfære. Det apparat som er beskrevet i U.S. patent nr. 2.897.129 er nyttig ved overforingen av katodeboksen 3^ til et kjblekammer for å utstyre cellen med er nytt katodesett uten å ut-sette den for luft. The cathode device is then removed from the cell by lifting the top plate 26 with the submerged cathode box out of the cell, after which the cathode box and its contents are given the opportunity to disconnect, preferably in an inert atmosphere. The apparatus described in U.S. Pat. patent no. 2,897,129 is useful in transferring the cathode box 3^ to a coil chamber to equip the cell with a new cathode set without exposing it to air.

Etter avkjølingen loses bunnen 38 fra katodeboksen 3<*>+ og veggene 36 bbyes opp som vist i fig. 5, hvoretter titankrystallene 62 fjernes fra katodestavene kO og fra katodeboksen 3^ fordvrig. Kry-stallproduktet 62 utlutes deretter med en fortynnet syreoppldsning slik at vedhengende elektrolyttsalter vaskes av, hvorpå produktet tbrkes. After cooling, the base 38 is loosened from the cathode box 3<*>+ and the walls 36 are opened as shown in fig. 5, after which the titanium crystals 62 are removed from the cathode rods kO and from the cathode box 3^ otherwise. The crystal product 62 is then leached with a dilute acid solution so that adhering electrolyte salts are washed off, after which the product is used.

Hele produktet som tas ut fra katodeboksen 3*+» vil nå bestå av minst $ 0% og oftere 80$ eller mer av den tidligere beskrevne bnskete krystallstruktur. Den totale gjennomsnittsrenhet av produktet er meget tilfredsstillende, noe som fremgår av en Brinell-hårdhet på 120 eller mindre. Det svampaktige lag på katodeveggene 36 vil naturligvis være mindre rent og ha stbrre hårdhet enn det materiale som avleires på og vokser ut fra katodestavene kO. Enkelte ut-valgte krystaller som er blitt funnet på katodestavene ho, har vist seg å være ekstremt rene og ha en duktilitet med så lav Brinell-hårdhet som 80. Vi har dessuten testet komprimeringsegenskapene for titanproduktet i katodeboksen 3^ og funnet ut at dette lett kan pres-ses til compacts som er egnet for elektrodefremstilling. Disse var vesentlig sterkere enn tilsvarende compacts fremstillet ved en liknende pressing av svampmetall fremstillet etter den såkalte Kroll-prosessen. The entire product removed from the cathode box 3*+" will now consist of at least 0% and more often 80% or more of the previously described desired crystal structure. The overall average purity of the product is very satisfactory, as evidenced by a Brinell hardness of 120 or less. The spongy layer on the cathode walls 36 will naturally be less clean and have greater hardness than the material which is deposited on and grows out of the cathode rods kO. Certain selected crystals which have been found on the cathode rods ho have been found to be extremely pure and to have a ductility with a Brinell hardness as low as 80. We have also tested the compression properties of the titanium product in the cathode box 3^ and found that this easily can be pressed into compacts that are suitable for electrode production. These were significantly stronger than corresponding compacts produced by a similar pressing of sponge metal produced according to the so-called Kroll process.

Det anodearrangement som her er beskrevet, hvor stavene rager opp fra bunnen av cellen og inn i elektrolytten, er en særegen og fordelaktig trekk som bidrar til å gi jevn strbmgjennomgang. Katodesettet er opphengt i toppen av cellen med elektrisk forbindelse til toppen av katodeboksen gjennom topplaten og de opphengte staver. Som folge av motstanden i de perforerte katodeboksvegger og inne i katodestavene, er det derfor et spenningsfall fra toppen av katodekonstruksjonen og til bunnen. Alene ville denne spenningsgradient fremme en stbrre strbmgjennomgang mellom en anode og toppen av kato-dekonstuksjonen. Når anodestavene er anbragt i henhold til oppfinnelsen, slik at de rager inn i cellen fra bunnen og oppover og er forbundet nedentil med kraftkilden, vil imidlertid spenningsfallet langs disse stavene skje fra bunnen og mot toppen. Spenningsfallet i katoden fra toppen og nedover kompenseres derfor av spenningsfallet nedenfra og oppover i anodestavene. Dette resuleterer i en mer jevn fordeling mellom anodestavene og katodekonstruksjonen i vertikal retning. The anode arrangement described here, where the rods protrude from the bottom of the cell and into the electrolyte, is a distinctive and advantageous feature which helps to provide uniform current flow. The cathode set is suspended from the top of the cell with an electrical connection to the top of the cathode box through the top plate and the suspended rods. As a result of the resistance in the perforated cathode box walls and inside the cathode rods, there is therefore a voltage drop from the top of the cathode structure to the bottom. This voltage gradient alone would promote a better current flow between an anode and the top of the cathode deconstruction. When the anode rods are arranged according to the invention, so that they project into the cell from the bottom upwards and are connected below to the power source, the voltage drop along these rods will, however, occur from the bottom towards the top. The voltage drop in the cathode from the top downwards is therefore compensated by the voltage drop from below upwards in the anode rods. This results in a more even distribution between the anode rods and the cathode structure in the vertical direction.

Claims

1. Electrolysis cell for the production of titanium metal by electrolysis of titanium chloride which is in a halide salt melt, and

which comprises a container for the salt melt, which keeps the surrounding atmosphere away, in which container is suspended a cathode box in the form of a four-sided closed box with a rectangular horizontal section, which is designed for immersion in the salt melt, all four sides of which are perforated, while its top and bottom are imperforate, and where a supply pipe for TiCl^ projects centrally into the cathode box from its upper part and ends near the bottom of the cathode box with an outlet opening near the lower end, while a pipe for venting chlorine is arranged at the top of the container, characterized by a plurality of cathode rods ( ko ) with a circular horizontal section suspended in the cathode box by being attached to its top, the rods ( ho ) being arranged at a distance from the sides of the cathode box and from the supply tube and are also symmetrically arranged in relation to the center of the cathode box , as well as a plurality of anode rods (52) with a circular cross-section, which are immersed in the salt melt, the anode rods being symmetrically arranged in a row r which face each side (36) of the cathode box at a certain distance from this.

2. Electrolysis cell in accordance with claim 1, characterized in that it has four cathode rods (ho) which are arranged so that each of the rods is located directly above the center of a wall (36) in the cathode box (3^).

3. Electrolysis cell in accordance with claim 1, characterized in that the four cathode rods (^0) are arranged in each of their respective heads of the cathode box (3^). h.

Electrolysis cell in accordance with one of the claims 1 - 3* characterized in that each cathode rod (kO) has a reduced diameter over a part (^2) which extends from the end up to one third of the bottom part of the rod.

5. Electrolysis cell in accordance with claim h, characterized in that the diameter in the narrower area (U-2) is approximately half the diameter of the remaining part of the cathode rod.

6. Electrolysis cell in accordance with one of the claims 1-5? characterized in that the anode rods (52) are arranged in rows of four with each row at an equal distance from and facing a side (36) in the cathode box (3<>>+ ).

7. Electrolysis cell in accordance with one of claims 1 - 6, characterized in that the anode rods (52) project upwards into the container (10) through its bottom (1<L>f).