170773. lajstromszámú szabadalom • Eljárás könnyűfém, így alumínium vagy magnézium elektrolízissel történő előállítására
7 170773 8 mal lecsapolt olvadék egy részét előolvasztó kamrába vezethetjük, az elektrolizáló cellába való visszavezetés előtti újratisztítás céljából. Az olyan szennyezések, melyek például az alkálifémklorid-olvadék készítése során kerültek az anyagba és nem szilárd halmazállapotúak, szilárd alakban csaphatók ki. Ez lehetővé teszi az olvadékból könnyűszerrel történő eltávolításukat. így például egy vagy több fémklorid kicsapása céljából az olvadékhoz alumíniumot adhatunk. FeCl3 -ként jelenlevő 3 vegyértékű vas esetében a reakció az: Al + FeCl3 -»- A1C13 + Fe egyenlet szerint megy végbe. Az így hozzáadott alumínium egy lassúbb reakció során esetlegesen jelenlevő oxigénnek nehézfém-hidroxid alakjában történő eltávolítására is képes a: 2nAl + 3X(OH)m-nAl 2 0 3 + 3X + 3/2nH 2 reakcióegyenlet értelmében, ahol X jelentése nehézfém, n jelentése a nehézfém vegyértéke. Azt találtuk továbbá, hogy legfeljebb 1—2 súly%-ig terjedő mennyiségű alumíniumkloridnak az előolvadékba történő adagolása tovább könnyíti az oldható oxigén eltávolítását, például valamely oldható alumínium-oxigén-klór komplex képződése közben, mely azután oldhatatlan A120 3 képződése közben reagál. Ha azonban 1—2 súly%-nál több alumíniumkloridot adunk az előolvadékba, akkor az így képződött alumíniumoxidnak legalább egy része valószínűleg oldatba megy vissza, és így — legalábbis részben — értelmetlenné teszi az alumíniumklorid hozzáadását. A kicsapott és egyéb oldhatatlan vagy fel nem oldott anyagok, így oxidok és valószínűleg szén stb., valamint az ezekből képződött iszap a kamra aljára ülepszik ki, és így az elektrolizáló cellába táplált olvadéktól elkülönül. Mint fent említettük, minden, az olvadékban jelenlevő ki nem ülepedett és/vagy a termikus, például konvekciós áramlás révén szuszpendált anyag eltávolítható az olvadék fent leírt szűrőn keresztül történő átszűrése útján. A tisztított olvadékot a kamrából egy, előnyösen felfelé irányuló vezetéken át továbbítjuk a szűrőre. A szűrőközegnek alkálifémkloriddal szemben ellenállónak, és eléggé permeabilisnek kell lennie ahhoz, hogy a folyékony alkálifémkloridot keresztülengedje, de a nem oldott, vagy egyéb szilárd anyagot visszatartsa. A szűrő egy perforált fém-, fémötvözött — (mint nikkelbázisú Inconel ötvözet) vagy tűzálló anyag — perforált lemez vagy csővéget és azt borító, vagy a köré tekert szálas szerkezetű anyagot tartalmaz. A csővég a kamrában az olvadékszint alá nyúlik. A perforált lemez vagy csővég a szűrőközeg alátámasztását szolgálja. Kívánság esetén a szűrőközeg egy vagy több szorítóval vagy hasonlóval rögzíthető a perforált lemezen, illetve csővégen. Ilyen szerkezet lehetővé teszi, hogy a szűrt olvadék könynyűszerrel áramoljon a vezetékben és az elektrolizáló cellába, mely utóbbiba megfelelő mennyiségű alumíniumklorid adagolható. Noha a fentiekben nevezett szűrő csupán egyetlen előnyös kiviteli alakját írtuk le, nyilvánvaló, hogy egyéb szűrő-szerkezet is használható, így a kamrába nyúló csővezetéken gyűrűalakban elrendezett perforációra szerelt, áteresztő-közegből készült szűrőbetét, az előolvasztó kamrából az elektrolizáló cellába vezetett csővezeték valamely nyílására szerelt borított szitaszövet, függetlenül a kamra csonkjainak helyzetétől és az olvadék áramlási irányától. A találmány egy előnyös kiviteli alakjánál egy olyan — több elemből összetett — szűrőközeget használunk, mely legalább egy, szálas szilíciumdioxidot tartalmazó anyagból áll. Különösen hatásos szűrőanyag az olvasztott kvarcból előállított szövetből és porózus szénből készült közeg. Különösen jól bevált az olyan négyréteges, összetett szűrőközeg, melynek a szűrendő olvadék 5 felé eső első rétege olvasztott szilícium-tartalmú anyagból készült szövet, például olvasztott kvarcból készült szövet, további rétegei pedig egy alumíniumoxid-szilíciumoxid papír, szén- vagy grafitpaplan, és egy belső, olvasztott szilícium-tartalmú anyagból, például kvarc-10 ból készült szövet. A szén- vagy grafitpaplan nem feltétlenül szükséges. Az olvasztott kvarcból készült szövet amellett, hogy igen jó szűrőanyag, a szűrőközegnek jó alaktartást is biztosít, és így megnöveli annak élettartamát. Az alumíniumoxid-szilíciumoxid papírréteg nagy 15 szűrési ellenállást idéz elő, és segíti a ki nem ülepedett, kisebb részecskék kiszűrését. Aszénpaplanta sóolvadékfürdő nem nedvesíti, s így abban az esetben, ha a fürdő szintje a szűrőfelület alá csökken, és a szűrőbetét a gázfázisba kerül, nem töredezik vagy repedezik. 20 A találmány fenti kiviteli alakja nagy-tisztaságú alkálifémklorid-olvadék szolgáltatását biztosítja, az alumíniumklorid folytonos és gazdaságos elektrolízise céljára. A fent részletezett, különféle előnyök biztosítása út-25 ján az alumínium alumíniumklorid elektrolízissel történő redukciója iparilag realizálható eljárássá válik. A találmány révén elért műszaki haladás megoldotta azokat az alapvető problémákat, melyeknek fennállása hosszú időn át megakadályozta a fejlődést ezen a terü-30 léten és gazdaságos, iparilag realizálható eljárás szolgáltatását tette lehetővé, különösen alumíniumnak alumíniumkloridból történő előállítására. A leírás 1. ábrája a találmány szerinti, fém előállítására szolgáló, egy sor egymás fölött elhelyezett elektró-35 dot tartalmazó elektrolizáló cella metszeti képe. A 2. ábra az 1. ábra 2—2 síkja mentén készített metszetének nagyított képe, mely az 1. ábrán ábrázolt cellában használt bipoláris elektród alsó oldalát (anód-felületét) szemlélteti. 40 A3, ábra a 2. ábrán bemutatott bipoláris elektródnak a 3—3 sík mentén készített függőleges metszeti képe. A 4. ábra a 2. ábrán szemléltetett bipoláris elektród baloldali végének a 2. ábra 4—4 síkja mentén készített metszeti képe. 45 Az 5. ábra a távozó klór, alumíniumklorid, alkálifémklorid és alkáliföldfémklorid regenerálási műveletének sorrendjét és nevezett anyagoknak az elektrolizáló cellába történő visszatáplálását szemlélteti. A 6. ábra az alkálifémklorid előtisztítás találmány 50 szerinti kiviteli alakjának vázlatos folyamatábrája. A 7. ábra az alkálifémklorid-olvadék előtisztításánál használható szűrőszerkezet vázlatos, hosszmetszeti képe. A rajzok az alumíniumnak a találmány elvei szerinti 55 előállításánál előnyösen használt cella-konstrukciót ábrázolják. Az 1. ábrán szemléltetett cella egy olyan 1 külső acélburkolattal van ellátva, melyet 3 tűzálló-anyagból készült fal- és fenékbélés bélel. A tűzálló-anyag hőszigetelő, elektromosan nem vezet, és az alumíniumklorid-60 olvadékot tartalmazó halogenid-fürdővel, valamint annak bomlástermékeivel szemben ellenálló. A cellatér alsó része az előállított alumíniumfém gyűjtésére egy 4 üreget foglal magában. Az üreg feneke és falai előnyösen grafitból készülnek. A cellatér felső része egy 7 fürdő-65 tartályt is magában foglal. A cellát 8 tűzálló tető és 9 4
