DE574434C

DE574434C - Elektrolytische Zelle zur Herstellung von Magnesium

Info

Publication number: DE574434C
Application number: DEI36972D
Authority: DE
Original assignee: IG Farbenindustrie AG
Current assignee: IG Farbenindustrie AG
Priority date: 1929-02-07
Filing date: 1929-02-07
Publication date: 1933-04-28

Description

Bei der elektrolytischen Herstellung von Magnesium aus Chlormagnesium oder "aus chlormagnesiumhaltigen Schmelzen kann man entweder einen Elektrolyten verwenden, der spezifisch leichter oder spezifisch schwerer als das kathodisch abgeschiedene Magnesiummetall ist. Die letztere Arbeitsweise hat den Vorzug, daß das an der Oberfläche des Elektrolyten sich ansammelnde Magnesiummetall

to von Verunreinigungen völlig frei ist. Bei diesem Verfahren ergibt sich jedoch die Schwierigkeit, die beiden Produkte, nämlich das anodisch entwickelte Chlor und das kathodisch entwickelte Magnesiummetall, voneinander quantitativ zu trennen. Diese Schwierigkeit der Durchführung einer quantitativen Trennung der Elektrolysenprodukte' zeigt sich in verstärktem Maße, wenn, wie z. B. in einem ausgemauerten Behälter, der elektrolysierende Strom gleichzeitig die Beheizung des Bades übernehmen soll, weil hierbei infolge der erhöhten Belastung des Bades auch relativ größere Chlormengen entwickelt werden und aufzufangen sind.

Es liegt nahe, die Trennung mit Hilfe eines stromdurchlässigen, durchgehenden Diaphragmas durchzuführen. Es hat sich aber gezeigt, daß der strukturelle Zusammenhang aller Diaphragmen, aus welchen Stoffen sie auch itnmer hergestellt sein mögen, in kurzer Zeit durch die starke Überhitzung infolge des erhöhten Widerstandes derart gelockert wird, daß eine praktische Verwendung solcher Diaphragmen ausgeschlossen ist. Auch wird z. B. eine Trennwand, die nur aus einem Drahtnetz besteht, wie sie in der NaCl-Elektrotyse verwendet wird, in kurzer Zeit zerstört.

Ein anderer Weg zur Trennung der Elektrolysenprodukte besteht darin, daß zwischen den Elektroden unter Verzicht auf die Stromdurchlässigkeit eine massive Trennwand aus nicht leitendem Material angebracht wird, die mindestens ebenso tief wie die Elektroden in den Elektrolyten eintaucht. Auch auf diese Weise gelingt es, die Produkte der Elektrolyse vollständig voneinander zu trennen; dabei ergibt sich jedoch eine hohe Badspannung und irisbesondere auch ein starkes Spannungsgefälle" zwischen beiden Seiten der Trennwand, da die Stromlinien gezwungen werden, ihren Weg um die untere Kante der Trennwand herum zu nehmen. Nun besitzen aber alle Materialien, die für eine derartige isolierende Trennwand in Frage kommen, wie z. B. feuerfeste keramische Stoffe, eine gewisse Porosität und saugen sich infolgedessen mit dem Elektrolyten voll. Es tritt daher auch hier ein beträchtlicher Anteil des Stromes durch die Trennwand hindurch und führt alsbald ihre Zerstörung herbei. Am gefährdetsten ist diejenige Stelle der Trennwand, an der diese aus der Schmelze herausragt. Hier lagert sich im Kathodenraum das abgeschiedene kathodisch polarisierte Magnesium ab und liegt unmittelbar an der Trennwand an,_ Dort ist also die Kathode durch das abge-

schiedene Magnesium der Trennwand und damit auch der Anode sehr stark genähert. Infolgedessen fließt ein beträchtlicher Anteil des Stromes dort hindurch, so daß diese Stelle der Trennwand besonders stark erwärmt wird, wobei das abgeschiedene Magnesium in heftiger Weise die kieselsauren Bestandteile der Trennwand unter Reduktion angreift.

Es wurde nun gefunden, daß diese Zerstörung massiver Trennwände geringer wird, wenn man beide Elektroden über die Trennwand hinaus in den Elektrolyten eintauchen läßt. Es ist weiterhin gefunden worden, daß man diese Zerstörung fast gänzlich beseitigen kann, wenn man beide Elektroden in solchen Ausmaßen, daß sie fast den ganzen Querschnitt des Bades einnehmen, bis nahe an den Boden des Bades, und zwar so weit über die Trennwand hinaus in den Elektrolyten eintauchen läßt, daß der Abstand der Trennwand vom Boden ein Vielfaches des Abstandes der Elektroden vom Boden des Bades beträgt. Alsdann wird nämlich der Widerstand des in den Poren der Trennwand befindlichen Elektrolyten ein so vielfach größerer als der des darunter befindlichen freien Elektrolyten, daß der Anteil des durch die Trennwand unter dem Einfluß des jetzt viel geringeren Spannungsgefälles fließenden Stromes so niedrig ist, daß eine Zerstörung durch, thermische oder durch elektrolytische Einwirkung nicht mehr eintritt.

Dabei hat sich überraschenderweise gezeigt,

daß der Auftrieb des an der Anode entbundenen Chlors in dem spezifisch viel schwereren Elektrolyten so groß ist, daß das Chlor fast senkrecht an der Anode hochsteigt.

Der Abstand der Trennwand von der Anode muß zwecks restloser Erfassung des Chlors 4.0 hierbei um so größer gewählt werden, je tiefer die Anode in das Bad eintaucht. Bei Verwendung eines geschmolzenen, wasserfreien und insbesondere auch kohle- und kieselsäurefreien Chlormagnesiums zur Speisung des Elektrolyten ist das Streufeld der aufsteigenden Blasen so gering, daß der Abstand nur einen geringen Bruchteil der Eintauchtiefe der Elektroden zu betragen braucht.

Da auch das Magnesium trotz des geringen

gegen das des Elektrolyten im Bade senkrecht zur Oberfläche steigt, ist es möglich, auch die Kathode sehr nahe an die Trennwand heranzuführen oder sogar unter dieser anzuordnen, wenn dem aufsteigenden Magnesium durch entsprechende Abschrägung der Trennwand eine gewisse Führung nach dem Kathodenraum zu gegeben wird. Andererseits braucht die Trennwand selbst nur so tief in den Elektrolyten einzutauchen, daß ein sicherer Gasabschluß des Anodenraumes erfolgt.

Durch die Anordnung gemäß Erfindung wird die Zerstörung der Trennwand praktisch völlig vermieden, gleichzeitig aber auch eine wesentlich niedrigere Spannung des Bades erreicht, die die Belastung mit höherer Stromstärke und dadurch eine bessere Ausnutzung der Badeinheit ermöglicht.

In den schematisch gehaltenen Zeichnungen ist eine Badkonstruktion gemäß Erfindung beispielsweise dargestellt, wobei Abb. 1 einen Vertikalschnitt und Abb. 2 einen Grundriß der Vorrichtung wiedergibt. Der eiserne Behälter a, der mit einer Ausmauerung b versehen ist, umschließt den Raum c von rechteckigem Querschnitt für die Aufnahme des Elektrolyten. Ein Deckel d, der beiderseits auf dem Trogrand aufliegt, ist an seinen äußeren Längsseiten mit den beiden in der Trogwand geführten und weit vom Boden abstehenden, unten geraden oder abgeschrägten Trennwänden e versehen. Die Kathoden f sind dicht an der Trennwand oder unterhalb der Trennwand angeordnet. Durch den Deckel ist die Anode g gasdicht hindurchgeführt. In dem hierdurch gebildeten Anodenraum wird das aufsteigende Chlor gesammelt und durch das Gasableitungsrohr // seiner Weiterverwendung zugeführt.

Abb. 3 gibt ein Beispiel für den Aufbau go einer größeren Ofeneinheit durch Aneinanderreihung einer größeren Anzahl der oben beschriebenen einfachen Badelemente.

Die durch die Anordnung gemäß Erfindung erreichte quantitative Trennung der Elektrolysenprodukte läßt eine Metallausbeute von 90 °/₀ und darüber bei niedrigem Verbrauch erreichen und gleichzeitig ein Chlorgas von 97 bis 98 °/₀ gewinnen. Die erzielte Haltbarkeit einfacher massiver Trenn- 100, wände gestattet, wirtschaftliche Ofeneinheiten tfj in großtechnischem Maßstabe ohne mecha- >'· nisch oder thermisch gefährdete komplizierte Hilfsmittel zu bauen.

Unter den zahlreichen für die elektrolytische Darstellung von Magnesium vorgeschlagenen Vorrichtungen befinden sich manche, die bezüglich des einen oder anderen Merkmals der vorliegenden Erfindung nahekommen. Alle diese Vorschläge gestatten no

Joch nicht, die '.'^-.,.luui vorteilhaften Wirkungen der vorliegenden Erfindung zu erzielen, da ihnen die Bedeutung des Verhältnisses der gegenseitigen Abstände und Eintauchtiefen im Zusammenhang mit der übrigen Anordnung für den Wirkungsgrad des Verfahrens unbekannt war und es unter diesen Umständen daher auch nicht nahelag, sie zur Erzielung eines Optimums desselben in planmäßiger Weise aufeinander abzustimmen.

Unter anderem wurde vorgeschlagen, die Kathode wesentlich tiefer als die Trennwand

Claims

bis nahe an den Boden des Badgefäßes eintauchen zu lassen, aber dabei .das letztere selbst, einschließlich seines Bodens, als Anode zu verwenden. Dadurch wird aber die Wi rkung der Trennwand für die Trennung des Chlors von dem abgeschiedenen Metall fast völlig gegenstandslos.

Eine weitere bekannte Anordnung sieht eine in ihrer Höhenlage verstellbare glockenförmige Trennwand mit in ihrer Mitte angeordneter, ebenfalls nach oben und unten verschiebbarer Kathode vor, während die Anode in die Seitenwand des Bades eingelassen ist. Aus der Tatsache aber, daß dort ausdrücklich angegeben ist, man könne die Kathode in der bekannten Weise auch am Boden des Gefäßes anordnen, ergibt sich, daß diesem Vorschlag d^e Erkenntnis von dem Einfluß der Anordnung der einzelnen Badelemente auf den Wirkungsgrad des Verfahrens fernlag.

Endlich zeigen zahlreiche Vorschläge zwar von oben in das Bad eintauchende Elektroden und eine zwischen ihnen angeordnete Trennwand ; aber das Verhältnis der Eintauchtiefen bewegt sich dort nicht in den. für die vorliegende Erfindung ~ kennzeichnenden Grenzen, deren besondere- vorteilhafte Wirkung daher mit diesen bekannten Anordnungen auch nicht erreicht werden kann.

• Patentansprüche:

ι. Elektrolytische Zelle zur Herstellung von Magnesium durch Elektrolyse von Chlormagnesium in einem schmelzflüssigen Elektrolyten, der spezifisch schwerer ist als Magnesium, und wobei die Elektrolyse in einem Bad durchgeführt wird, in dem zwischen Anode und Kathode eine in den Elektrolyten von oben eintauchende Trennwand aus nicht leitendem Material vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß Anode und Kathode nahezu den ganzen Querschnitt des Bades einnehmen, von oben her bis nahe an den nicht leitenden Boden des Bades eintauchen und der Abstand der Unterkante der Trennwand vom Boden des Bades mehr als das Doppelte des Abstandes der Elektroden vom Boden beträgt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,- daß der Abstand _g0 der Trennwand von der Anode weniger als die Hälfte der Eintauchtiefe der Elektroden beträgt.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode näher als die Anode an der Trennwand, zweckmäßigerweise unterhalb der abgeschrägten Trennwand, angeordnet ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen