PL24324B1 - Sposób otrzymywania metali lekkich, zwlaszcza metali potasowcowych, za pomoca elektrolizy mieszanin ich stopionych cieklych soli oraz urzadzenie sluzace do tego celu. - Google Patents

Description

Wynalazek dotyczy otrzymywania me¬ tali lekkich, zwlaszcza metali potasowco¬ wych oraz ich stopionych cieklych soli, a zwlaszcza soli chlorowcowych, w odpo¬ wiednich komorach, w których posrodku umieszczona anoda jest otoczona pierscie¬ niowo katoda, przy czym pomiedzy elek¬ trodami znajduje sie przepona w ksztal¬ cie pierscienia, a znajdujace sie nad elek¬ trodami, zanurzajace sie w stopie helmy zbiorcze sluza do zbierania produktów elektrolizy.Przy pracy w takich naczyniach jest rzecza niezbedna, aby pomiedzy elektroda¬ mi byla stosunkowo nieznaczna odleglosc w celu zapobiezenia zbednemu zuzyciu energii elektrycznej.Do otrzymania metalu, np. sodu, za po¬ moca elektrolizy np. chlorku sodu stosuje sie zwykle mieszanine soli, np. chlorku sodu i chlorku wapnia, w tym celu, aby elektrolit nastawic na pozadana i korzyst¬ na dla przeprowadzenia elektrolizy tem¬ perature topliwosci.Wskutek stosunkowo nieznacznej odle¬ glosci pomiedzy elektrodami nie wystar- zwykla dyfuzja wzglednie krazenie cza elektrolitu, aby sól rozlozona za pomocaelektrolizy mozna bylo dostatecznie szyb¬ ko w obrebie elektrolizy zamienic na sól nie rozlozona. W przestrzeni miedzy elek¬ trodami nastepuje wskutek tego zmiana w skladzie danej solif co wywoluje zaklóce¬ nia w pracy i niedokladnosci w przebiegu elektrolizy. Jezeli np. podda sie elektroli¬ zie roztopiona mieszanine chlorku sodu i chlorku wapnia w celu uzyskania sodu, to otrzymuje sie na katodzie sód metaliczny zawierajacy pewna ilosc rozpuszczonego w nim wapnia. Jezeli jednak zawartosc chlor¬ ku wapnia w obrebie elektrolizy wskutek zmiany skladu elektrolitów przekroczy mniej wiecej 70%, to otrzymuje sie ilosc wapnia wieksza niz ilosc, jaka sód mógl¬ by w sobie rozpuscic. Wytworzony w nad¬ miarze wapn, który w zwyklych tempera¬ turach pracy osiada w postaci stalej, po¬ siada sklonnosc osiadania na katodzie i tworzenia mostków, laczacych ja z prze¬ pona wzglednie anoda, wskutek czego po¬ wstaja zaklócenia w pracy, jak np. krótkie spiecia, i wreszcie zahamowanie przebiegu procesu. Zaklócenia w elektrolizie moga równiez powstac np. wskutek tego, ze zmia¬ ny skladu soli w obrebie elektrolizy wy¬ woluja podniesienie sie temperatury topli^ wosci, przez co ograniczona zostaje wy¬ dajnosc pradu.Wynalazek niniejszy umozliwia prze¬ prowadzanie elektrolizy roztopionych mie¬ szanin solnych przy unikaniu niepozada¬ nych zmian w skladzie elektrolitów w ob¬ rebie przeprowadzanej elektrolizy. Poza tym wynalazek umozliwia prace przy sto¬ sowaniu takich odleglosci pomiedzy elek¬ trodami, które sa mniejsze o 10 do 25% od odleglosci uwazanych dotychczas za dopuszczalne, oraz przeprowadzanie elek¬ trolizy w temperaturach nizszych.Korzysci te osiaga sie zgodnie z wyna¬ lazkiem przez to, ze elektrolit zuzyty w ko¬ morze elektrolitycznej zastepuje sie w taki sposób, azeby nie mogly powstac zmiany w skladzie elektrolitu w obrebie przeprowa¬ dzanej elektrolizy. Moze sie to odbywac np. w ten sposób, ze umozliwia sie doplyw elektrolitu do obrebu elektrolizy na roz¬ maitych poziomach albo tez elektrolit prze¬ prowadza sie przez obreb elektrolizy za pomoca sztucznie wytwarzanego krazenia.Wynalazek wyjasnia w postaci przy¬ kladu rysunek, na którym fig. 1 przedsta¬ wia komore elektrolityczna stosowana we¬ dlug wynalazku. Komora ta jest utworzo¬ na z cylindrycznego plaszcza stalowego 1, wylozonego kamieniem szamotowym. Cy¬ lindryczna anoda grafitowa 2 umieszczona posrodku komory przechodzi przez dno tej komory. Katode 3 stanowi cylinder stalo¬ wy z dwoma przeciwleglymi ramionami 4.Dziurkowana przepona stalowa 6 jest za¬ wieszona posrodku przestrzeni pierscienio¬ wej pomiedzy anoda 2 i katoda 3. Prze¬ strzen pierscieniowa 7 sluzy do zbierania stopionego metalu tworzacego sie na kato¬ dzie 3, który przy wspóludziale przepony 6 zostaje odprowadzony do przewodu 8, podczas gdy przez oslone 9 odprowadza sie produkty gazowe.Wedlug wynalazku w sciankach katody 3 wykonane sa otwory 5, rozmieszczone równomiernie na powierzchni katody.Otwory 5 przebiegaja ukosnie ku górze wzgledem komory elektrolitycznej. Ta po¬ stac wykonania jest korzystna zwlaszcza przy stosowaniu katod grubszych. W przed¬ stawionym przykladzie wykonania otwory 5 przebiegaja pod katem 45°.Fig. 2 przedstawia perspektywiczna po¬ stac wykonania katody zaopatrzonej w o- twory zgodnie z wynalazkiem.Przy pracy z katodami dziurkowanymi ma stale miejsce równomierny przeplyw swiezego elektrolitu poprzez otwory 5 do wszystkich poszczególnych czesci strefy elektrolizy, dzieki czemu, jak stwierdzono, zapobiega sie niepozadanym zmianom w skladzie elektrolitu w strefie elektrolizy.Liczba i wielkosc tych otworów w kato¬ dzie zalezy od warunków pracy i od apa- — 2 —ratury, np. od skladu elektrolitu, od odle¬ glosci miedzy elektrodami, od czynnych powierzchni katody, szybkosci elektroli¬ tycznego przeplywu i podobnych warun¬ ków. W praktyce okazalo sie zupelnie nie¬ spodziewanie, iz pomimo zmniejszenia po¬ wierzchni katody przez wykonanie w niej otworów wydajnosc komory nie zmniejsza sie. Praca z katodami dziurkowanymi daje jeszcze i te korzysc, iz urzadzenie nie wy¬ maga w czasie ruchu specjalnego dozoru, gdyz proces odbywa sie samoczynnie.Zamiast dziurkowanej katody mozna równiez stosowac anode zaopatrzona w o- twory, sluzace do doprowadzania swiezego elektrolitu do obrebu elektrolizy. Równiez obie elektrody moga posiadac otwory.Zamiast elektrod dziurkowanych mozna np. stosowac takie elektrody, które sklada¬ ja sie z szeregu pierscieni ulozonych po¬ ziomo jedne na drugich, miedzy którymi zachowane sa przestrzenie wolne. Elektro¬ dy moga byc równiez wykonane np. w po¬ staci zwojów, pod warunkiem, iz zachowa¬ na zostanie wolna przestrzen miedzy po¬ szczególnymi zwojami srubowymi. Wresz¬ cie moga byc równiez stosowane elektrody wykonane z plecionki z drutu lub z siatki.Doplyw elektrolitu do obrebu elektrolizy poprzez szczeliny czy tez innego rodzaju otwory w elektrodach wzglednie krazenie elektrolitu moze byc przyspieszane np. za pomoca pompy lub w podobny siposób.Okazalo sie jednak, iz przy wlasciwym wykonaniu elektrod takie srodki pomocni¬ cze sa zbedne.Fig. 3 przedstawia komore odpowiada¬ jaca w zasadzie komorze wedlug fig. 1 z ta tylko róznica, iz katoda 10 nie posiada otworów. W komorze tej zawieszone sa w równych odleglosciach dokola katody 10 pompy cyrkulacyjne w wiekszej liczbie.Kazda pompa cyrkulacyjna sklada sie z przewodu wpustowego 12 do gazu wpro¬ wadzonego do otwartej na obu koncach rury 11. Pompy te sa napedzane za pomo¬ ca strumienia powietrza lub innego gazu doprowadzanego przez przewód 12. Dopro¬ wadzanie gazu przewodem 12 przez dlu¬ gie ramie wygietej u dolu rury 11 powo¬ duje szybki przeplyw elektrolitu przez ru¬ re 11. Poniewaz dolny koniec rury 11 znaj¬ duje sie ponizej przestrzeni miedzy elek¬ trodami 2 i 10, przeplyw elektrolitu przez rure 11 powoduje szybki przeplyw powrot¬ ny elektrolitu w obrebie elektrolizy. Szyb¬ kosc przeplywu elektrolitu w obrebie elek¬ trolizy reguluje sie tak, aby uniknac nie¬ pozadanej zmiany w jego skladzie. Prze¬ plyw ten nie moze byc jednak tak silny, aby hamowal unoszenie sie produktów elektrolizy w przestrzeni 7 wzglednie w oslonie 9.Przy wytwarzaniu np. sodu z. mieszani¬ ny chlorku sodu i chlorku wapnia w komo¬ rach, przedstawionych na fig. 1 i 3, przy zaniechaniu srodków majacych na celu za¬ pobieganie niepozadanej zmianie w skla¬ dzie elektrolitu i przy stosunkowo waskiej przestrzeni miedzy elektrodami moga, jak to wyzej wspomniano, powstac zaklócenia, np. przy osadzaniu sie wapnia, co moze po¬ wodowac krótkie spiecie. Krótkie spiecia powoduja wahania w napieciu np. do 0,6 W oraz nagryzanie przepony, co wy¬ maga jej czestej wymiany.Przy pracy z dziurkowanymi katodami wedlug wynalazku napiecie w komorze jest praktycznie biorac stale; waha sie ono naj¬ wyzej w granicach 0,02 W; wymiana prze¬ pon jest wiec rzadko tylko niezbedna, przy czym przecietna wydajnosc jednej ko¬ mory w ciagu jednostki czasu jest znacz¬ nie zwiekszona.Podobne korzysci uzyskuje sie przy stosowaniu powietrznych pomp cyrkulacyj- nych przedstawionych na fig. 3.Obok wymienionych korzysci wynala¬ zek umozliwia prace przy stosowaniu znacznie mniejszej przestrzeni miedzy elektrodami, niz bylo to dopuszczalne do¬ tychczas, Przes to wydajnosc elektrolizy — 3 -na kilow*t-jgodzine i ogólna wydajnosc pra- du w komorze zostaje jeszcze bardziej po¬ wiekszona. Przy wytwarzaniu sodu mozli¬ we jest przy pracy ciaglej otrzymywanie produktu jednolitego skladajacego sie z sodu o niewielkiej zawartosci wapnia.Równiez przy przerabianiu mieszanin za¬ wierajacych znaczne ilosci chlorku wapnia calkowita ilosc tworzacego sie wapnia zo¬ staje rozpuszczona w sodzie, Osadzanie sia wapnia w postaci stalej na katodzie i powodowane przez to zahamowanie pracy zostaje w ten sposób usuniete. Inna ko¬ rzysc wynalazku polega na tym, ze mozna prowadzic elektrolize w nizszych tempera¬ turach, niz to bylo mozliwe dotychczas, gdyz mozna przerabiac mieszaniny solne, których punkt topliwosci znajduje sie bli¬ zej punktu eutektycznego, bez wytwarza¬ nia sie np. wapnia w ilosciach mogacych wywolac zaklócenie pracy. PL

Claims (2)

1. Zastrzezenia patentowe. 1. , Sposób otrzymywania metali lek¬ kich, zwlaszcza metali potasowcowych, za pomoca elektrolizy mieszanin ich stopio¬ nych cieklych soli, a zwlaszcza soli chlo¬ rowcowych, np. chlorku sodu i chlorku wapnia, w komorach, w których anode u- mieszczona posrodku otacza katoda pier-i scieniowa, a miedzy elektrodami znaj duj ef sie pierscieniowa przepona, przy czym do zbierania produktów elektrolizy sluza hel¬ my zbiorcze, znajdujace sie ponad elektro¬ dami i zanurzajace sie w stopie, znamien¬ ny tym, ze stosuje sie wzmozony doplyw elektrolitu do komory pierscieniowej mie¬ dzy elektrodami wzglednie przeplyw elek¬ trolitu przez te komore w celu zapobieze¬ nia szkodliwym zmianom w skladzie elek¬ trolitu w obrebie elektrolizy, 2. Sposób wedlug zastrz. 1 w zasto¬ sowaniu do metali potasowcowych, zna¬ mienny tym, ze przerabia sie mieszanine chlorku sodu i chlorku wapnia, w której zawartosc chlorku wapnia nie przekracza 71%. 3. Sposób wedlug zastrz. 1 — 2, zna¬ mienny tym, ze elektrolit wprowadza sie do obrebu elektrolizy na rozmaitych po¬ ziomach* 4. Sposób wedlug zastrz, 1 — 2, zna¬ mienny tym, ze elektrolit prowadzi sie przez obreb elektrolizy za pomoca sztucz¬ nie wytwarzanego krazenia. 5. Urzadzenie do wykonywania sposo¬ bu wedlug zastrz. 1 —3, znamienne tym, ze zawiera katode pierscieniowa (3) ota¬ czajaca anode, przy czym katoda ta jest zaopatrzona w pewna liczbe otworów, szczelin lub podobnych wyciec (5) równo¬ miernie rozmieszczonych na jej powierzch¬ ni, które umozliwiaja wprowadzenie elek¬ trolitu z komory do obrebu elektrolizy, 6. Urzadzenie do wykonywania sposo¬ bu wedlug zastrz. 1 — 2 i 4, znamienne tym, ze zawiera rury, np. rury (11) zagiete w ksztalcie litery U, których krótsze ko¬ lana znajduja sie ponizej obrebu elektro¬ lizy, a w ich dluzszych kolanach wywoluje sie przez wdmuchiwanie powietrza lub in¬ nych gazów krazenia elektrolitu, który przeplywa z góry na dól przez obreb elek¬ trolizy. 7. Urzadzenie wedlug zastrz. 5 — 6, znamienne tym, ze odleglosc miedzy elek¬ trodami jest mniejsza o 10 do 25% od odleglosci, jaka bylaby niezbedna do nor¬ malnej pracy ze zwyklymi elektrodami niedziurkowanymi i bez wywolywania sztucznego krazenia. E. L Du Pont de Nemours & Company, I ncorpor a t e d. Zastepca: Inz. J. Wyganowski, rzecznik patentowy.Do opisu patentowego Nr 24324. Ark. 1. A LD SIO CM fi JJ IDDo opisu patentowego Nr 24324. Ark.
2. 2. Fiy.5 Druk L. Boguslawskiego i Ski, Warszawa. PL