Przedmiotem wynalazku niniejszego jest sposób usuwania z metali zanieczy¬ szczen o wiekszym ciezarze wlasciwym, zwlaszcza przy otrzymywaniu metali lek¬ kich, takich jak sód lub inne metale pota- sowcowe, przez elektrolize stopionych soli lub ich mieszanin.Poniewaz przy otrzymywaniu metali, np. sodu, przez elektrolize cieklego metalu w celu obnizenia punktu topliwosci elektro¬ litu dodaje sie mieszaniny jednej lub kilku soli wydzielanego metalu z jedna lub kil¬ koma solami innego lub innych metali, wo¬ bec tego merfcale otrzymywane w ten spo¬ sób zawieraja czesto znaczne ilosci obcych metali, wydzielonych z dodawanych soli na katodzie obok metalu otrzymywanego. Sód np., wydzielany elektrolitycznie ze stopio¬ nej mieszaniny chlorku sodu i chlorku wap¬ nia, zawiera w temperaturze elektrolitu na ogól okolo 3% lub wiecej rozpuszczonego wapnia. Wapn ten mozna co prawda przez ochlodzenie cieklego metalu do tempera¬ tury stosunkowo niewiele wyzszej od tem¬ peratury topnienia sodu, np. do mniej wiecej 100°C, w wiekszej czesci wy¬ dzielic i przez odfiltrowanie oddzielic od cieklego sodu; sposób taki posiada jed*n^k te niedogodnosc, ze W pozostalosciach pb odfiltrowaniu zatrzymuja sie znaczne ilosci sodu metalicznego, których nie mozna juz odzyskac, a których ilosc wzrasta rów¬ niez i wskutek tego, ze na filtrze pozostaje nie tylko wydzielony wapn, lecz równiez i znaczne ilosci innych zanieczyszczen, pory¬ wanych mechanicznie surowym sodem, ta¬ kich np. jak/czesci elektrolitu oraz zwiaz¬ ki, zawierajace tlen. „Szlam filtracyjny", otrzymywany w ten sposób, stanowi juz chocby z powodu swej wrazliwosci na dzia¬ lanie wilgoci i swej zapalnosci niepozadany produkt uboczny. Inna niedogodnosc obec¬ nosci w elektrolitycznie wydzielanym meta¬ lu obcych metali, wydzielajacych sie w temperaturze wyzszej od punktu krzepnie¬ cia otrzymywanego metalu, jak równiez o- becsnosc innych zanieczyszczen, porywa¬ nych mechanicznie, polega na tym, ze wy¬ dzielane zanieczyszczenia czesto powoduja zatkania tych czesci urzadzenia, przez któ¬ re przeplywa ciekly metal.Wedlug wynalazku z metali, zwlaszcza z metali lekkich, wydzielanych elektroli¬ tycznie ze stopionych soli, usuwa sie za¬ równo zanieczyszczenia metaliczne, rozpu¬ szczone w cieklym metalu w temperaturze elektrolizy, jak i zanieczyszczenia, porwa¬ ne tylko mechanicznie, w ten sposób, ze metal, który ma byc oczyszczony, prze¬ prowadza sie w stanie cieklym przez rure lub inny narzad o odpowiednim przekroju z tak ograniczona szybkoscia, ze zanieczy¬ szczenia, porywane mechanicznie przez me¬ tal, jak równiez i zanieczyszczenia, wydzie¬ lajace sie z metalu, opadaja podczas prze¬ plywu pod dzialaniem sily ciezkosci w kie¬ runku przeciwnym do kierunku przeplywu metalu, tak iz przez górny koniec rury od¬ prowadza sie, np. za pomoca otworu przele¬ wowego, metal praktycznie biorac w stanie czystym. Aby umozliwic przy tym podczas przeplywu metalu w góre wydzielanie sie metali obcych, rozpuszczonych w cieklym metalu, np. wydzielenie sie wapnia z ciekle¬ go sodu surowego, metal poddaje sie We¬ dlug wynalazku po drodze ochladzaniu w ^odpowiednim miejscu i w odpowiednim stopniu; uskutecznia sie to np. w ten spo¬ sób, ze rure, przez która przeplywa od do¬ lu do góry ciekly metal, zaopatruje sie w odpowiednim miejscu lub w kilku miejscach w narzady chlodzace, np. w zebra, ochla¬ dzane powietrzem otaczajacym lub powie¬ trzem przedmuchiwanym, lub tez w plaszcz chlodzacy, przez który przeplywa gaz chlodzacy lub ciecz chlodzaca.W zaleznosci od panujacych w poszcze¬ gólnych przypadkach róznych warunków roboczych, jak równiez od rodzaju metalu poddawanego oczyszczaniu, od rodzaju i ilosci wydzielanych zanieczyszczen, od temperatury elektrolizy i innych warun¬ ków, stosuje sie chlodzenie za pomoca od¬ powiednich narzadów chlodzacych, zarów¬ no na zewnatrz wanny elektrolitycznej jak i wewnatrz niej, ewentualnie ponizej pozio¬ mu stopionego elektrolitu lub tez jedno¬ czesnie w róznych miejscach, ewentualnie stopniowo, W celu wydzielenia wielu meta¬ li, rozpuszczonych w cieklym metalu suro¬ wym.Urzadzenie moze byc równiez wykonane w ten sposób, ze wskutek zwiekszania sie w sposób ciagly lub nieciagly przekroju rury lub innego narzadu, przez który przeplywa ciekly metal od dolu w góre, szybkosc przeplywu w tym samym kierunku zmniej¬ sza sie co raz bardziej.Aby zapobiec wydzielaniu sie metali, rozpuszczonych w cieklym metalu, np* wapnia z cieklego sodu, na sciance rury lub innej czesci, przez która przeplywa metal, ochladzany powyzej wymienionymi urza¬ dzeniami chlodzacymi, korzystnie jest w celu unikniecia zatkania sie przewodu sto¬ sowac odpowiednie narzady do usuwania takich osadów ze sciany rury, np. mieszadla obrotowe z lopatkami.Stosujac wynalazek niniejszy mozna np. zmniejszyc ilosc wapnia, zawartego wcieklym sodzie, wydzielonym elektrolitycz¬ nie z mieszaniny chlorku sodu i chlorku ifcnapnia, z mniej wiecej Z% do 0,15% lub jeszcze mniejszej.Jeszcze dokladniejsze oczyszczenie uzy¬ skuje sie w ten sposób, ze metal, oczyszczo¬ ny wstepnie w powyzej opisany sposób, poddaje sie w temperaturze nieco wyzszej od jego punktu topliwosci, np. w przypad¬ ku cieklego sodu w okolo 100°C, znanemu filtrowaniu, przy czym ilosc pozostalosci po filtrowaniu jest znacznie mniejsza od ilo¬ sci szlamu filtracyjnego, otrzymanego przez bezposrednie filtrowanie surowego metalu w sposób znany.Wznoszenie sie metalu, poddawanego oczyszczaniu wedlug wynalazku, w piono¬ wej rurze lub podobnej czesci uzyskuje sie np. w ten sposób, ze z jakiegokolwiek zbior¬ nika, zawierajacego ciekly metal i polaczo¬ nego z wyzej wymieniona rura, przeprowa¬ dza sie metal do rury pod takim cisnie¬ niem, ze metal wznosi sie stale ku górze az do otworu wylotowego, np. do otworu prze¬ lewowego, znajdujacego sie w górnym kon¬ cu rury.Sposób niniejszy mozna stosowac z ko¬ rzyscia do elektrolitycznego wydzielania metali, zwlaszcza metali lekkich, takich jak sód, ze stopionej soli lub stopionych soli, np. soli chlorowcowych tego metalu, zwla¬ szcza w obecnosci jednej lub kilku soli, np. soli chlorowcowych innego metalu lub in¬ nych metali.Ponizej opisano dla przykladu sposób postepowania oraz urzadzenie, sluzace do wykonywania tego sposobu, przy czym opis ten dotyczy przypadku wydzielania sodu, zawierajacego wapn, ze stopionej mieszani¬ ny chlorku sodu i chlorku wapnia, jak rów¬ niez oczyszczania otrzymanego w ten spo¬ sób surowego sodu w wannie elektrolitycz¬ nej, opisanej w amerykanskim patencie nr 1 501 756 i znanej w technice pod nazwa komórki Downsa.Na rysunku na fig. 1 przedstawiono cze¬ sciowy schematyczny przekrój ptbtK\Aty wanny, zaopatrzonej w urzadzenie wedlug wynalazku, a na fig. 2 <—^ w powiekszonej skali przekrój urzadzenia, sluzacego tfo oczyszczania wydzielonego metalu.Wanna posiada postac walcowego plasz¬ cza metalowego 1, wylozonego wewnatrz ce¬ glami ogniotrwalymi 2 i przykrytego pokry¬ wa 15. Wanna jest zaopatrzona w przecho¬ dzaca przez jej, dno wspólosiowa z nia ano¬ de walcowa 3 z grafitu, otoczona wspólsrod- kowa z nia pierscieniowa katoda 4 ze srtali, zaopatrzona w przewodniki 5 doprowadza¬ jace prad. Ponad katoda znajduje sie ko¬ mora 7 w postaci pierscieniowej rynny o otworze skierowanym w dól; w komorze tej zbiera sie sód, wznoszacy sie z katody ku górze. Pomiedzy anoda i katcda znaj¬ duje sie wspólsrodkowa z nimi dziurkowa¬ na przegroda metalowa 6. Nad anoda znajduje sie helm 10 z rura odlotowa 11, przymocowany do komory zbiorczej 7 i sluzacy do chwytania uchodzacego z anody chloru. Czesci, sluzace do przymocowania komory zbiorczej 7 oraz helmu zbiorczego 10, nie zostaly uwidocznione dla wiekszej jasnosci rysunku. Do komory zbiorczej 7 wchodzi dolny koniec rury 8, 9, przez któ¬ ra przeplywa w góre sód, zebrany w komo¬ rze 7, az do przelewu, polaczonego ze zbiornikiem 12, zaopatrzonym w kurek spustowy 13. Ciekly metal wznosi sie w znany sposób w góre dzieki temu, ze jego ciezar wlasciwy jest mniejszy, niz ciezar wlasciwy stopu soli, przy czym odleglosc przelewu 14 od powierzchni stopu soli jest dobrana odpowiednio do tego stosunku cie* zarów wlasciwych.Górna czesc 9 rury 8, 9, ponizej przele¬ wu (az do jej konca), jest zaopatrzona w zebra chlodzace 14, np. spawane, przed¬ stawione w powiekszonej skali na fig. 2; moga one oczywiscie byc skierowane nie tylko poziomo, lecz równiez i pionowo albo w dowolnym innym kierunku. Zamiast tych zeber chlodzacych, których dzialanie — 3 —mozna spotegowac np. przez przedmuchi¬ wanie zimnego powietrza; mozna równiez stosowac plaszcz chlodzacy lub inne od¬ powiednie urzadzenie chlodzace, przez któ- re przeplywa odpowiedni gazowy lub cie¬ kly srodek chlodzacy.Na fig. 2 przedstawiono przekrój piono¬ wy rury 8, 9, która w celu zapobiezenia osadzaniu sie wydzielonych zanieczyszczen, np. wapnia metalicznego, z elektrolitycz¬ nie wydzielonego metalu surowego jest zaopatrzona w mieszadlo, przechodzace przez pokrywe 16 rury; mieszadlo to skla¬ da sie z walu 17 oraz pewnej liczby lopa¬ tek 18, osadzonych w rozmaitych miej¬ scach na wale. Mieszadlo to posiada nie¬ wielka; szybkosc obrotowa, aby nie prze¬ szkadzalo opadaniu zanieczyszczen, wy¬ dzielonych z cieklego metalu, wznoszacego sie ku górze.Przez odpowiednie dobranie srednicy rury 8, 9 w stosunku do ilosci metalu, wy¬ dzielanego na katodzie w ciagu jednostki czasu i wznoszacego sie w stanie cieklym ku górze, wedlug wynalazku ogranicza sie szybkosc wznoszenia sie metalu tak, ze wydzielajace sie po drodze zanieczyszcze¬ nia metaliczne i niemetaliczne opadaja w kierunku przeciwnym do kierunku prze¬ plywu metalu, powracaja do komory zbior¬ czej 7, a z niej do elektrolitu, w którym wapn ulega przemianie z chlorkiem sodu wedlug równania: Ca + 2NaCl -. 2Na + CaCl2 Chlodzenie górnej czesci 9 rury nalezy przy tym regulowac tak, aby przeplywaja¬ cy metal ochlodzil sie tylko na tyle, ile potrzeba do wydzielenia obcych metali w pozadanym stopniu.Przy otrzymywaniu sodu ze stopionej mieszaniny chlorku sodu i chlorku wapnia o temperaturze okolo 600° korzystnie jest ochladzac górna czesc rury do' temperatu¬ ry od 100 do 250°C, najkorzystniej zas nie przekraczajac 200°C, Przy zastosowaniu mieszadla, przedsta¬ wionego dla przykladu na fig. 2, napedza sie je z niewielka szybkoscia w sposób cia¬ gly lub przerywany, np. co pól godziny, przy czym w kazdym przypadku nalezy sie dostosowac do pozostalych warunków ro¬ boczych. Zamiast mieszadla, przedstawio¬ nego dla przykladu na rysunku, mozna oczywiscie stosowac i inne poziome lub pio¬ nowe urzadzenia odpowiednie, albo tez urzadzenia, dzialajace w obu kierunkach i majace na celu zapobieganie powstawaniu stalych osadów na wewnetrznej scianie ru¬ ry- Jest rzecza jasna, ze w wannach elek¬ trolitycznych opisanego rodzaju lub inne¬ go dowolnego rodzaju zamiast jednej tyl¬ ko rury (8, 9 na fig. 1), polaczonej z ko¬ mora zbiorcza do metalu cieklego, podda¬ wanego oczyszczaniu, mozna zastosowac dwie lub kilka takich rur, których ogólna sprawnosc bylaby taka sama, poszczególne zas przekroje bylyby odpowiednio mniej¬ sze.Przyklad. W wannie przedstawionej na fig. 1, w tak zwanej komórce Downsa poddaje sie elektrolizie stopiona mieszani¬ ne chlorku sodu i chlorku wapnia, przy czym w celu zmniejszenia szybkosci prze¬ plywu sodu, wydzielonego w stanie ciek¬ lym, przez rure 8, 9, zwieksza sie wedlug wynalazku przekrój tej rury prawie piecio¬ krotnie w stosunku do zwyklego przekroju rur, uzywanych w takich wannach. Górna czesc rury chlodzi sie za pomoca spawa¬ nych zeber. Podczas pracy wanny w pew¬ nych okresach czasu stosowano tytulem próby rozmaite plaszczyzny chlodzace lub plaszczyzny promieniujace w górnej czesci rury, przy czym uzyskiwano w tej czesci rozmaite temperatury. Temperature od¬ prowadzanego metalu mierzono w poblizu przelewu w zbiorniku 12. Od czasu do cza¬ su badano analitycznie ilosc wapnia w so¬ dzie, przeplywajacym do zbiornika, i obli¬ czono stad nastepujace wartosci srednie: — 4 —Temperatura metalu cieklego Ca w % 210°C 0,21 170°C 0,20 I160°C 0,20 135°C 0,15 W porównaniu z dotychczasowym spo¬ sobem oczyszczania metali, wydzielanych np. za pomoca elektrolizy soli stopionych, sposób wedlug wynalazku posiada caly szereg zalet. Jest on przede wszystkim ko¬ rzystny z tego wzgledu, ze oczyszczanie moze sie odbywac wewnatrz samej wanny elektrolitycznej, bez potrzeby usuwania metalu z wanny i dodatkowego traktowa¬ nia w oddzielnym aparacie, wymagajacego ewentualnie ponownego stapiania, powo¬ dujacego dalsze zuzycie ciepla, przy któ¬ rym nie mozna uniknac strat materialu.Sposób wedlug wynalazku pozwala zwlasz¬ cza na unikniecie strat materialu i innych niedogodnosci, zwiazanych z tym, ze przy oczyszczaniu surowego metalu przez filtro¬ wanie znaczne ilosci otrzymywanego meta¬ lu pozostawaly w szlamowych pozostalo¬ sciach filtracyjnych w takiej postaci, ze nie mozna bylo z nich odzyskac zawartego w nich metalu. Skoro jednak metal, oczy- $ szczony wedlug wynalazku, zamierza: sie • przez traktowanie dodatkowe, to jest przez i filtrowanie, doprowadzic do szczególnie wysokiego stopnia czystosci, wówczas ilosc pozostajacego po filtrowaniu osadu, a tym samym ilosc metalu, zawartego w tym osa¬ dzie, jest tak mala, ze spowodowane przez to straty nie posiadaja znaczenia. Dzieki znacznie mniejszej ilosci resztek, pozosta¬ jacych po takim dodatkowym traktowaniu, wzrasta w odpowiednim stopniu sprawnosc istniejacych urzadzen filtracyjnych, a sam proces filtrowania zostaje odpowiednio skrócony i uproszczony.Przeprowadzanie sposobu oczyszczania wedlug wynalazku w polaczeniu z elektro¬ litycznym otrzymywaniem poddawanego oczyszczaniu metalu np. sodu posiada te wazna zalete, ze wskutek nawracania za¬ nieczyszczen z pierwotnie wydzielonego metalu z powrotem do elektrolitu, nie tyl¬ ko mozna wykorzystac wydzielony metal obcy, jak np. wapn w przypadku otrzymy¬ wania sodu do otrzymywania zadanego metalu dzieki reakcji z elektrolitem wedlug powyzej podanego równania, lecz mozna równiez spowodowac znaczne ulatwienie i potanienie utrzymywania stalego skladu elektrolitu, koniecznego dla przeprowa¬ dzenia elektrolizy. W przypadku np. otrzy¬ mywania sodu przez elektrolize mieszani¬ ny chlorku sodu i chlorku wapnia, nalezy utrzymywac stala zawartosc chlorku wap¬ nia w odpowiednich granicach, a to w celu utrzymania stalej temperatury topienia sie elektrolitu. W tym celu co pewien czas do¬ daje sie do kapieli swieza ilosc chlorku wapnia dla uzupelnienia strat powstalych podczas elektrolizy. Poniewaz tego chlor¬ ku wapnia nalezy w miare moznosci doda¬ wac w stanie bezwodnym, wiec wymaga to kosztownych procesów odwadniania. We¬ dlug wynalazku zmniejsza sie znacznie do¬ tychczasowe straty wapnia, uzupelniane przez dodawanie swiezego materialu, przez to, ze wapn, zawarty poczatkowo w cie¬ klym sodzie, odprowadzanym z elektroli¬ tu, wydziela sie w rurze pionowej i nawra¬ ca do elektrolitu, w którym, w wyniku re¬ akcji z chlorkiem sodu wedlug powyzej przytoczonego równania, ulega ponownie przemianie na chlorek wapnia uwalniajac jednoczesnie równowartosciowa ilosc sodu metalicznego, co tym samym pozwala na zaoszczedzenie ilosci pradu elektrycznego odpowiadajacej tej ilosci sodu. Wapnia, otrzymanego w znany sposób przez filtro¬ wanie, nie mozna nawracac do elektrolitu, a to z tego powodu, ze nie mozna uniknac zwilgotnienia tego szlamu filtracyjnego na powietrzu.W podobny sposób wedlug wynalazku elektrolit, porwany surowym sodem i wzno¬ szacy sie w pionowej rurze, nawraca sie z — 5 —latwoscia do wanny unikajac przy tym przejsciowego dzialania nan wilgoci lub tlenu powietrza. W ten sposób zmniejsza sie strate soli w metalu, odprowadzanym z wanny, do prawie 0,1 najmniejszej war¬ tosci, uzyskiwanej w znanych dotychczas metodach. PL