PL7690B1 - Sposób i urzadzenie do elektrolizy soli metali w celu otrzymywania metali i rodników kwasowych oraz cennych skladników z rud i materjalów zawierajacych metale. - Google Patents

Description

Wynalazek niniejszy dotyczy sposobu i urzadzenia do elektrolizy roztopionych so¬ li metalicznych, celem otrzymywania z nich metali i rodników kwasowych. Dotyczy zas w szczególnosci elektrolizy chlorków metalicznych, jak np. chlorku cynku lub chlorku olowiu, w celu otrzymywania z nich metalu i chloru.Niniejszy sposób i urzadzenie mozna równiez uzyc do traktowania rud meta¬ licznych i innych materjalów, które po traktowaniu chlorem zamieniaja sie na chlorki metaliczne; przyczem chlorki te po ewentualnem oczyszczeniu poddaje sie na¬ stepnie elektrolizie celem otrzymania me¬ tali i chloru.Wynalazek opisany ponizej zastosowac ny jest do elektrolizy chlorku cynku, lecz oczywiscie, mozna go równiez uzyc do roz¬ kladu kazdej innej podobnej soli, jak równiez do wytwarzania stopów z miesza¬ niny chlorków lub innych soli.Stosownie do niniejszego wynalazku, elektrolize roztopionej lub roztopionych soli, przeznaczonych do rozkladu i wydzie¬ lenia skladników metalicznych i innych, wykonywa sie w elektrolizatorze wielo- ogniskowym, skladajacym sie z szeregu bli¬ sko s^bie umieszczonych elektrod, zanu¬ rzonych w tej samej masie roztopionego elektrolitu, zawartego w naczyniu nietopli- wem i odpowiednio izolowanem cieplnie, przyczem jedynie pierwsza i ostatnia ze wspomnianych elektrod polaczone sa zprzewodnikami doprowadzajacemi prad e- lektryczny. Scianki wewnetrzne naczynia otaczaja lub obejmuja krawedzie szeregu elektrod, a zwiekszajac izolacje ich kon¬ ców zaipobiegaja przez to zbytnim stratom pradu na krawedziach, przyczem zastoso¬ wane sa kanaly odprowadzajace oddzielnie metaliczne i gazowe produkty elektrolizy.Elektrody moga w razie potrzeby byc wy¬ konane z jednakowego tworzywa, np. z we¬ gla spraisowfcnego lub grafitu, i tworzyc do¬ wolna ilosc ogniw, przyczem przeciwlegle sobie powierzchnie ydwóch elektrod oraz od¬ step pomiedzy niemi, wypelniony elektro¬ litem, tworza tak zwane ogniwo.Na zalaczonych rysunkach przedsta¬ wione jest, jako przyklad, urzadzenie slu¬ zace do wykonywania niniejszego wyna¬ lazku.Fig. 1 przedstawia przekrój pionowy, a fig. 2 — widok zgóry (po zdjeciu po¬ krywki) elektrolizatora, skladajacego sie z jedenastu elektrod w ksztalcie plytek, two¬ rzacych lacznie dziesiec ogniw elektrycz¬ nych ksztaltu prostokatnego, umieszczo¬ nych w naczyniu posiadajacem równiez ksztalt prostokatny. Jak widac na fig. 2, kazda elektroda sklada sie z trzech czesci, celem uproszczenia konstrukcji.Naczynie A (otoczone izolacja zle prze¬ wodzaca cieplo, np. z martwicy krzemion¬ kowej) wykonane jest z tworzywa nietopli- wego i nieprzewodzacego elektrycznosci lub tez w ksztalcie metalowej komory, wylo¬ zonej warstwa nietopliwa i nieprzewodza- ca elektrycznosci. Wewnatrz naczynia A znajduje sie dziesiec ogniw elektrycznych, utworzonych z elektrod IP-B1 rozmieszczo¬ nych pochylo jedna nad druga, przyczem ponad elektrolitem, wypelniajacym naczy¬ nie, znajduje sie komora a, w której gro¬ madzi sie chlor, uchodzacy nastepnie rura D. Na spodzie naczynia A znajduje sie zbiorniczek a2, w którym gromadzi sie wy¬ tworzony roztopiony cynk, usuwany na¬ stepnie co pewien czas przez otwór spu¬ stowy a8.Przewodnik dodatni, biegnacy z odpo¬ wiedniego zródla stalego pradu elektrycz¬ nego, przechodzi przez dobrze uszczelnio¬ ny otwór w pokrywie A2 i laczy sie w do¬ wolny sposób z elektroda szczytowa zapo- moca preta E, wykonanego iz grafitu lub in¬ nego tworzywa, wsrubowanego w plytke, tworzaca wspomniana elektrode. Do zbior¬ niczka a2t zawierajacego cynk roztopiony, wchodzi pret grafitowy E2, tworzac w ten sposób elektryczne polaczenie z elektroda najnizsza, przyczem górny koniec preta E2 wychodzi nazewnatrz przez otwór cy¬ lindryczny e2, utworzony w sciance naczy¬ nia A i daje sie wlaczac, u szczytu elektro¬ lizatora, do bieguna ujemnego doprowadza¬ nego pradu elektrycznego. Elektrody wy¬ konane w ksztalcie plyt z grafitu lub inne¬ go materjalu i umieszczone pochylo (naj¬ lepiej pod znacznym katem) sa rozdzielo¬ ne plytkami lub podkladkami b z krzemion¬ ki, wijtrozilu, obsydjanu lub innego twarde¬ go materjalu ogniotrwalego i nieprzewo¬ dzacego elektrycznosci. Podkladki b1 pod¬ trzymujace plytke najnizsza wykonuje sie najodpowiedniej z grafitu. Scianki we¬ wnetrzne naczynia A scisle przylegaja do plytek B^-B1 celem izolowania krawedzi elektrod. Przez otworki 62, utworzone wpobllizu konców dolnych elektrod, cynk moze splywac do zbiorniczka a2, a przez otworki 63, utworzone wpoblizu konców górnych elektrod, chlor uchodzi do komory a, przyczem jednoczesnie odbywa sie kraj- zenie elektrolitu C.W pokrywce elektrolizatora utworzony jest otwór zamykany a4, który sluzy do wprowadzania roztopionego chlorku cyn¬ ku, posiadajacego zazwyczaj temperature od 350°^00° C, gdyz w ten sposób zapo¬ biega sie „dymieniu" tejze roztopionej soli.Podczas elektrolizy elektrolit utrzymu¬ je sie w temperaturze od 420° — 600° C, a najlepiej od 450° — 500° C. Gdyby cho- — 2 —dzilo o zwiekszenie przewodnictwa elek¬ trycznego, to do chlorku cynku mozna do¬ dac odpowiednia ilosc chlorku potasu, chlorku sodu lub chlorku magnezu. Chlo¬ rek cynku rozlozony przez prad mozna sta¬ le odpowiednio uzupelniac tak, ze elektro- lizator pracowac moze bez przerwy przez dlugi czas. Elektrolit utnzymuje isie w sta¬ nie roztopionym zapomoca pradu elektrycz¬ nego, a cieplo z zewnatrz doprowadzane byc moze do naczynia w sposób opisany poni¬ zej. Cel powyzszy mozna równiez osiagnac, calkowicie lub czesciowo, doprowadzajac dodatkowy prad zmienny do pierwszej i o- statniej elektrody danego elektrolizatora, gdyz prad ten jest znacznie tanszy od pra¬ du stalego potrzebnego do elektrolizy.Elektroliza wywoluje na górnej po¬ wierzchni elektrod wydzielanie sie cynku, a jednoczesnie na ich powierzchni dolnej wywiazuje sie odpowiednia ilosc wagowa chloru. Cynk splywa ku dolowi do zbior¬ niczka a2, a chlor uchodzi ku górze do ko¬ mory a, przyczem ciaia te, po rozdzieleniu n:h pi zet prad, nie stykaja sie ze soba zu¬ pelnie. Podnoszenie sie gazu chlorowego ku górze i splywanie cynku metalicznego ku dolowi wytwarza w stopniu dostatecz¬ nym krazenie elektrolitu w elektrolizato¬ rze.Dzidki zastosowaniu elektrolizatora wie- loogniwowego powyzszego rodzaju, osiaga sie przedewsfzystkiem oszczednosc w zuzy¬ ciu energji elektrycznej, moznosc zastoso¬ wania dogodniejszego woltazu oraz rozmai¬ te korzysci dotyczace kosztu budowy, pracy i konserwacji elektrolizatora. Celem wyja¬ snienia korzysci powyzszej, nalezy rozpa¬ trzyc zasady elektrolizy roztopionych soli metalicznych wogóle, a w szczególnosci chlorku cynku.Teoretycznie biorac, woltaz potrzebny do rozlozenia chlorku cynku bedacego w stanie roztopionym wynosi okolo 1,6 V, a wydajnosc jednego F na ampero-godzine— 1,218 gf wobec czego minimalna energja potrzebna do otrzymania 1 kg cynku wy¬ nosi '1,315 Wh, pominawszy energie pc- trzebna do utrzymania elektrolitu w stanie roztopionym. Ze wzgledów technicznych najlepiej jest utrzymywac elektrolit w sta¬ nie roztopionym zapomoca wewnetrznego ogrzewania elektrycznego, wytworzonego przez dodatkowy woltaz koncówkowy lub dodatkowy prad zmienny.Z powyzszego wynika, ze dobra izolacja cieplna jest waznym czynnikiem ekono¬ micznym, W wypadku znanych dotychczas elektrolizatorów j ednoogniwowych, ko¬ niecznem jest stosowanie duze) ilosci pra¬ du, wskutek czego straty ciepla przez e- lektrody sa znaczne tak, iz w najlepszym nawet elektrolizatorze jednoogniwowym woltaz koncówkowy przypadajacy na o- gniwo jest trzy razy wiekszy od niezbedne¬ go woltazu „chemicznego", tak ze przy wydajnosci pradu równej 90% wydajnosc energji nie moze sie podniesc powyzej 30%.Im mniejsza bedzie wówczas ilosc pradu uzytego w elektrodach, majaca na celu o- trzymanie niskiego woltazu koncówkowe¬ go, tern bardziej wystepuja w praktyce trudnosci zachowania ciepla, które to trudnosci spowodowane sa zwiekszeniem rozmiarów i niedogodna postacia uzytego elektrolizatora. Przekonano sie, ze zazwy¬ czaj ekonomiczna granica dolna natezenia pradu wynosi od 2,6 — 3,9 A na cm2 po¬ wierzchni elektrody, przyczem mozna czesto stosowac jeszcze wieksze natezenie pradu, W wieloogniwowym elektrolizatorze ni¬ niejszym mozna stosowac natezenie pradu wynoszace od 11,3 — 0,65 A na cm2 po¬ wierzchni elektrody, a nawet jeszcze mniej¬ sze. Odstep pomiedzy elektrodami moze wynosic tylko 12 mm lub nawet mniej, wskutek czego otrzymuje sie niski woltaz koncówkowy przypadajacy na jedno ogni¬ wo. Niewielkie straty pradu przez otwory oraz podkladki lub podpórki (umieszczone luzno pomiedzy koncami elektrod i w od¬ powiednich rowkach lub wycieciach) obni- — 3 —zaja nieco wydajnosc pradu w stosunku do wydajnosci otrzymywanej przy uzyciu o- gniwa pojedynczego, ale za to stracona w ten sposób energja zuzytkowana zostaje do podtrzymywania elektrolitu w stanie roztopionym. Stosujac elektrolizator po¬ wyzszy i zuzywajac jedynie 2 V na jedno ogniwo (t. j. 20 V na caly elektrolizator, skladajacy sie z dziesieciu ogniw), osia¬ gnieto wyniki równajace sie 64% wydajno¬ sci w stosunku do calkowitej teoretycznej ilosci energj i, to znaczy wydajnosc dwa rasy wieksza od wydajnosci osiagalnej za- pomoca sposobów i elektrolizatorów stoso¬ wanych dotychczas. < - Obok zaoszczedzenia energji elektrycz¬ nej otrzymuj e sie jednoczesnie pewne korzysci konstrukcyjne, a mianowicie elek¬ trolizator niniejszy ma nietylko mniejsza objetosc i jest prostszy oraz latwiejszy do wykonania i utrzymywania, lecz jednocze¬ snie daje znaczna korzysc ze wzgledu na stosowanie niskiego napiecia, które powodu¬ je odpowiednie zmniejszenie ilosci i rozmia¬ rów polaczen elektrycznych. Jezeli wiec pragnie sie wykorzystac energje elektrycz¬ na, pochodzaca z danego zródla, doprowa¬ dza sie do elektrolizatora stosunkowo male ilosci pradu, lecz o wysokiem napieciu (za¬ miast odwrotnie, jak to ma miejsce w wy* padku instalacji skladajacej sie z elektro¬ lizatora jednoogniwowego), to okolicznosc powyzsza umozliwia zmniejszenie zarówno ilosci uzytych elektrolizatorów jak i po¬ trzebnych zewnetrznych polaczen elek¬ trycznych.Niniejszy elektrolizator wieloogniwowy ma jeszcze te zalete, ze chlor w nim otrzy¬ many jest w stanie bardzo stezonym.Na fig. 3 przedstawiony jest przekrój pionowy, a na fig. 4 — widok zgóry (po zdjeciu pokrywy) elektrolizatora wedlug niniejszego wynalazku, lecz o odmiennej nieco budowie. Elektrolizator ten sklada sie z naczynia A i elektrod B1-B1 o ksztal¬ cie stozkowym lub lejowatym, pochylonych ku srodkowi, przyczem polaczenie ze zbior¬ niczkiem na cynk, znajdujacym sie na spodzie naczynia, wykonane jest za po¬ srednictwem srodkowego preta grafitowe¬ go E2 przechodzacego przez rurke krze¬ mionkowa eL9 zaopatrzona w otwory c4. Po¬ szczególne czesci elektrolizatora na fig. 3 i 4, odpowiadajace czesciom elektrolizato¬ ra przedstawionego na fig. 1 i 2, oznaczone sa temi saonemi literami.Na fig. 5 i .6 przedstawiony jest prze¬ krój pionowy i widok zgóry (po zdjeciu pokrywy) elektrolizatora w jeszcze innej postaci. Elektrolizator ten zawiera pewna ilosc pionowych elektrod siodelkowatych B1-B9, osadzonych na przegródkach roz¬ dzialowych, wykonanych z materjalu nie- topliwego. Cynk gromadzi sie w danym razie w oddzielnych komórkach a2, utwo¬ rzonych w dnie naczynia A i mozna odpro¬ wadzac go przez oddzielne wyloty a3 lub przez kanal wspólny. Wydzielony chlor uchodzi natomiast do komory a pomad po¬ wierzchnia elektrolitu C, a stad rura D do miejsca przeznaczenia. Elektrody B i B10, znajdujace sie po obu koncach naczynia, lacza sie za posrednictwem pretów E i E2, wykonanych z wegla lub innego materjalu, z odpowiedniemi biegunami zródla elek¬ trycznosci.Zamiast elektrod siodelkowych mozna zastosowac plytki grafitowe, rozmieszczane .uwniez jedna przy drugiej i osadzone w rowkach, utworzonych w scianikach naczy¬ nia A lub w warstwie je pokrywajacej.Wynalazek nie ogranicza sie, oczywi¬ scie, do poszczególnych konstrukcyj elek¬ trolizatorów opisanych powyzej, ani tez tyl¬ ko do pewnej okreslonej ilosci ogniw. Na¬ czynie i elektrody elektrolizatora moga miec dowolny ksztalt i tak np. przeciwlegle sobie powierzchnie elektrod mozna pokryc rowkami lub faldami skierowanemi w kie¬ runku przeplywu metali i gazu. W celu zabezpieczenia naczynia od strat ciepla; mozna otoczyc je ze wszystkich stron war- — 4 -stwa zlego przewodnika, np. martwicy krzemionkowe], co zazwyczaj jest zupelnie wystarczajace. Cieplo, doprowadzane do naczynia z zewnatrz, mozna równiez czer¬ pac nie z energji elektrycznej, lecz z dowol¬ nego tanszego zródla, np. zaopatrujac na¬ czynie A w podwójne scianki, pomiedzy któremi moze krazyc przegrzana para wodna, gorace powietrze, olej lub podobny czynnik posiadajacy zasób ciepla wystar¬ czajacy do utrzymywania powierzchni ze¬ wnetrznej naczynia w temperaturze od 200° — 300° C, przyczem scianki naczynia musza posiadac odpowiednia grubosc. PL PL

Claims (6)

1. Zastrzezenia patentowe, 1. Sposób elektrolizy soli metali, szcze¬ gólnie roztopionego chlorku cynku, olowiu lub innej soli metalicznej, albo tez miesza¬ niny soli metalicznych, w celu otrzymania metali i rodników kwasowych, znamienny tern, ze sól lub sole w stanie roztopionym poddaje sie dzialaniu elektrycznosci w e- lektrolizatorze zaopatrzonym w szereg bli¬ skich sobie elektrod, tworzacych pewna i- losc ogniw elektrycznych, zanurzonych w tym samym elektrolicie, przyczem jedynie pierwsza i ostatnia elektroda wspomniane¬ go szeregu sa polaczone elektrycznie z ob¬ wodem zewnetrznym.

2. Sposób wykonania elektrolizy we¬ dlug zastrz. 1, znamienny tern, ze przepro¬ wadza sie go w elektrolizatorze wieloogni- wowym, skladajacym sie z szeregu bli¬ skich sobie elektrod, zanurzonych w tej samej masie roztopionego elektrolitu, za¬ wartego wewnatrz nietopliwego naczynia, izolowanego cieplnie, które obejmuje lub utrzymuje krawedzie zewnetrzne elektrod, przyczem jedynie elektroda pierwsza i o- statnia sa polaczone z przewodnikami do¬ prowadzajacemi elektrycznosc.

3. Sposób wedlug zastrz. 1 i 2, zna¬ mienny tern, ze stosuje sie plaskie, lejo- wate lub siodelkowe elektrody, wykonane z wegla prasowanego lub grafitu, przyczem elektrolit utrzymywany jest w temperatu¬ rze od 450° — 500° C, a natezenie pradu wynosi 1,3 A lub mniej na jeden cm2 po¬ wierzchni elektrody.

4. Sposób wedlug zastrz. 1 — 3 w za¬ stosowaniu do rud metalowych lub innych materjalów zawierajacych metale, zna¬ mienny tern, ze wspomniany materjal traktuje sie najpierw chlorem w celu otrzy¬ mania chlorku lub chlorków metalicznych, które nastepnie (po oczyszczeniu w razie potrzeby) poddaje sie elektrolizie.

5. Urzadzenie do elektrolizy wedlug zastrzel — 4, skladajace sie z elektroliza- tora wieloogniwowego, znamienne tern, ze zawiera nietopliwe naczynie izolowane cieplnie i zaopatrzone w otwory sluzace do doprowadzania soli metalicznych oraz od¬ ciagania otrzymanych produktów roztopio¬ nych i gazowych. 6. Elektrolizator wieloogniwowy we¬ dlug zastrz. 5, znamienny tern, ze jego e- lektrody posiadaja ksztalt plytek, wykona¬ nych z wegla prasowanego, grafitu lub in¬ nego tworzywa, przyczem umieszczone sa w elektrolizatorze pochylo pod znacznym katem, przyczem sa jednoczesnie zaopa¬ trzone w otwory, przez które krazy elektro¬ lit i przechodza produkty elektrolizy, 7. Elektrolizator wieloogniwowy we¬ dlug zastrz*; 5, znamienny tern, ze posiada elektrody lejkowate wykonane z wegla pra¬ sowanego, grafitu lub innego tworzywa, które to elektrody zaopatrzone sa w otwo¬ ry, przez które krazy elektrolit i przecho¬ dza produkty elektrolizy. 8. Elektrolizator wieloogniwowy we¬ dlug zastrz. 5, znamienny tern, ze posiada pionowe elektrody siodelkowate lub plytko- \v e, umieszczone ponad wglebieniami, w których gromadzi sie metal wydzielony przez poszczególne ogniwa. New Metallurgy Limited, Zastepca: Inz. S. Pawlikowski, rzeczmik patentowy.Do opisu patentowego Nr 7690. Ark. i. • Ur •Do opisu patentowego Nr 7690. Ark. 2.Do opisu patentowego Nr 7690. Ark. 3. Qjs y£ ¥~$ Ja^W

6. Druk L. Boguslawskiego, Warszawa. PL PL