DE102004039879B3 - Vorrichtung zur elektrolytischen Abscheidung eines Alkalimetalls aus einer flüssigen Quecksilberlegierung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrolytischen Abscheidung eines Alkalimetalls aus einer flüssigen Quecksilberlegierung mit einer Vielzahl übereinander und nebeneinander angeordneter, im Wesentlichen horizontal liegender Rohre (2, 3, 4, 5, 6). Die Vorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die nebeneinander oder übereinander angeordneten Rohre (2, 3, 4, 5, 6) zumindest gruppenweise in einer Dimension stoffschlüssig miteinander verbunden sind.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur elektrolytischen Abscheidung eines Alkalimetalls aus einer flüssigen Quecksilberlegierung mit einer Vielzahl übereinander und nebeneinander angeordneter, im wesentlichen horizontal liegender Rohre.
• Vorrichtung dieser Art und ihre Funktionsweise sind aus dem Stand der Technik bekannt. Während des Betriebes durchläuft die in die jeweils obersten oder untersten Rohre eingeleitete flüssige Quecksilberlegierung infolge ihrer Schwerkraft bzw. infolge des durch eine Pumpe aufgebauten Drucks die übereinander liegenden und über vertikale Rohrstücke mäanderförmig miteinander verbundenen Rohre. Dabei umspült sie in die Rohre jeweils eingesteckte innere Rohre, welche aus einer ionengängigen Keramik bestehen und in deren innerem Volumen sich das Alkalimetall abscheidet. Derartige Vorrichtungen werden zur Produktion insbesondere von Lithium, Natrium oder Kalium eingesetzt.
• Bei einer aus der Praxis bekannten Vorrichtung sind die übereinander und nebeneinander angeordneter Rohre einzeln in ein regalartiges Gerüst eingelegt, wo sie durch entsprechende mechanische Anschläge in ihrer Position gehalten werden. Eine solche Anlagenrealisierung ist jedoch mit hohem konstruktiven Aufwand verbunden. Zudem hat sich im praktischen Betrieb gezeigt, dass die Rohre beim Durchfluss der flüssigen Quecksilberlegierung zu Schwingungen neigen, was zu einer Beschädigung der empfindlichen keramischen inneren Rohre führen kann. Als Folge ergeben sich hohe Ersatzteilkosten sowie ein hoher Reparaturaufwand.
• Aus der DE 1 667 803 B ist eine Vorrichtung zur elektrolytischen Abtrennung eines Alkalimetalls von einem Alkalimetallamalgam mit einer oder mehreren mit flüssigen Alkalimetallamalgam gefüllten Anodenkammern und mit einer oder mehreren mit flüssigen Alkalimetall gefüllten Kathodenkammern, die durch eine Platte aus einem polykristallinen keramischen Material voneinander getrennt sind, bekannt. Die einzelnen Kammern werden mit Hilfe von Klammern und Dichtungen zusammengehalten. Eine weitere Ausführungsform zeigt eine Anodenkammer in der zwei Kathodenkammern über ein kreisförmiges Loch im Deckel des Behälters der Anodenkammer angeordnet sind, wobei die Kammern über Bolzen miteinander verbunden sind. Nachteilig bei diesen beiden Ausführungsformen der Vorrichtung ist, dass durch die Fixierung der einzelnen Kammern verbunden über Klammern oder Bolzen die Gesamtkonstruktion eine geringe Steifigkeit aufweist, was zu unerwünscht hohen materialschädigenden Schwingungen führen kann.
• Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, welche einfach aufgebaut und damit kostengünstig zu realisieren ist und eine deutlich verbesserte Steifigkeit aufweist.
• Die Aufgabe wird bei einer Anlage gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die nebeneinander oder übereinander angeordneten Rohre zumindest gruppenweise in einer Dimension stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
• Durch die stoffschlüssige Verbindung der Rohre wird die Steifigkeit der Gesamtkonstruktion erheblich verbessert, wodurch die im Betrieb der Vorrichtung auftretenden Schwingungen auf ein vernachlässigbares Maß reduziert werden können. Die stoffschlüssige Verbindung der nebeneinander oder übereinander angeordneten Rohre ist erfindungsgemäß in einer Dimension vorgesehen. Das bedeutet, dass entweder die nebeneinander liegenden oder die übereinander liegenden Rohre der Vorrichtung stoffschlüssig miteinander verbunden sind. Diese Verbindung kann nach der Lehre der Erfindung sämtliche in einer Reihe nebeneinander bzw. übereinander liegenden Rohre oder lediglich Gruppen davon umfassen. Jeweils benachbarte Rohre sind vollständig oder abschnittsweise über ihre Länge stoffschlüssig miteinander verbunden. Hierdurch wie auch durch die Anzahl der jeweils stoffschlüssig miteinander verbundenen Rohre kann die Steifigkeit der Konstruktion sowie ihre konkrete räumliche Ausgestaltung nach den Vorgaben des Anwenders eingestellt werden. Dadurch ergibt sich ein einfacher und kostengünstig zu realisierender Aufbau der Vorrichtung.
• Als stoffschlüssige Verbindung kommen prinzipiell sämtliche aus dem Stand der Technik bekannte Arten in Betracht. Als besonders vorteilhaft erweist es sich, wenn die miteinander verbundenen Rohre als Gussteil ausgebildet sind. Diese können mit hoher Steifigkeit kostengünstig in hoher Stückzahl gefertigt werden. Vorzugsweise sind die Rohre aus V2A-Stahl gegossen. Dieses Metall ist hochgradig inert und damit für ein elektrolytisches Verfahren sehr gut geeignet.
• Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:
• 1a, b eine als Gussteil ausgebildete Gruppe von fünf Rohren in zwei verschiedenen perspektivischen Ansichten,
• 2 das Gussteil der 1 im Querschnitt gemäß Linie A-A aus 1a,
• 3 das Gussteil der 1 in Stirnansicht und
• 4 das Gussteil der 1 im Längsschnitt gemäß Linie B-B aus 3
• In den 1a und 1b ist eine Gruppe von Rohren 2, 3, 4, 5, 6 als Teil einer – nicht dargestellten – Vorrichtung zur elektrolytischen Abscheidung eines Alkalimetalls, vorliegend Natrium, aus einer flüssigen Quecksilberlegierung dargestellt. Erfindungsgemäß sind die Rohre 2–6 stoffschlüssig miteinander verbunden.
• Vorliegend sind sie in Form eines einstückigen Gussteils 1 ausgebildet, so dass die stoffschlüssige Verbindung sich über die gesamte Rohrlänge erstreckt. Das Gussteil 1 besteht vorzugsweise aus V2A-Stahl und ist in die Vorrichtung derart eingebaut, dass die Rohre 2–6 im wesentlichen horizontal liegend übereinander angeordnet sind. Das Gussteil 1 weist weiterhin an seinen beiden Stirnseiten jeweils einen Flansch 7 mit entsprechenden Bohrungen zur Befestigung weiterer nicht dargestellter Anlagenkomponenten auf (s. 3).
• In 2 ist eine Querschnittansicht des Gussteils 1 dargestellt. Deutlich erkennbar ist, dass die Oberfläche des Gussteils auf der einen Seite 1a gießtechnisch bedingt gewellt ausgeführt ist, während die gegenüberliegende Oberfläche 1b eben ist.
• In 4 ist das Gussteil 1 im Längsschnitt dargestellt. Es weist an den gekrümmten Seitenflächen der beiden Flansche 7 insgesamt zwei sich diametral gegenüberliegende Einfüll- bzw. Ausströmöffnungen 8a, b für die im Betrieb der Vorrichtung das Gussteil 1 durchströmende flüssige Quecksilberlegierung auf. Wie der Längsschnittansicht gemäß 4 weiter zu entnehmen ist, sind die Rohre 2–6 im Bereich ihrer offenen Enden paarweise über senkrecht zu den Rohrlängsachsen verlaufende Rohrstücke 9 miteinander verbunden, wobei die Rohrstücke 9 von oben nach unten abwechselnd an den beiden Enden der Rohre 2–6 angeordnet sind. Mittels dieser Anordnung kann im Betrieb die über die obere Öffnung 8 eingefüllte flüssige Quecksilberlegierung mäanderförmig durch die Rohre 2–6 des Gussteils 1 strömen und tritt an der unteren Öffnung 8 wieder aus dem Gussteil 1 aus.
• Der besondere Vorteil der in Form eines Gussteils 1 stoffschlüssig miteinander verbundenen Rohre ist die hohe Steifigkeit, durch welche im Betrieb normalerweise auftretende Schwingungen fast vollständig unterbunden werden.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur elektrolytischen Abscheidung eines Alkalimetalls aus einer flüssigen Quecksilberlegierung mit einer Vielzahl übereinander und nebeneinander angeordneter, im wesentlichen horizontal liegender Rohre (2, 3, 4, 5, 6), dadurch gekennzeichnet, dass die nebeneinander oder übereinander angeordneten Rohre (2, 3, 4, 5, 6) zumindest gruppenweise in einer Dimension stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das die miteinander verbundenen Rohre (2, 3, 4, 5, 6) als Gussteil (1) ausgebildet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, das die Rohre (2, 3, 4, 5, 6) aus V2A-Stahl gegossen sind.