170773. lajstromszámú szabadalom • Eljárás könnyűfém, így alumínium vagy magnézium elektrolízissel történő előállítására

170773 11 12 ziumkloridot tartalmaz. Az alumíniumklorid-fürdő elektrolízise során a cella anódfelületén klór, katódfelületén pedig alumínium képződik. Az alumíniumot a kisebb fajsúlyú sóolvadékból ülepítéssel elválasztjuk, a klór pedig a cellából kiszellőztethető. A találmány szerint a sóolvadék-fürdőt a képződött klórgáz élénk „gázliff'-hatásával cirkuláltatjuk a cellán át, és a sóolvadékfürdőbe a kívánt alumíniumklorid-koncentráció fenntartása céljából szakaszosan vagy folytonosan alumíniumkloridot táplálunk. A sóolvadék-fürdőt általában alkálifémkloridokból készítjük, de egyéb alkálifém-halogenidek és alkáliföldfém-halogenidek is használhatók. Előnyös összetételű alkálifémklorid alapú fürdő készíthető 50—75 súly% nátriumkloridból és 25—50 súly % lítiumkloridból. Alumínium-elektrolízissel történő előállítása céljából ebben a halogenid sófürdőben olyan mennyiségű alumíniumkloridot oldunk, hogy a fürdő 0,5—10 súly% alumíniumkloridot tartalmazzon. Alkalmas összetételű sófürdő például az alábbi: 53 súly% NaCl, 40 súly% LiCl, 0,5 súly% MgCl2 0,5 súly% KCl, 1 súly7„ CaCl2

, 5 súly% A1C13

. A sófürdőt általában olvadt állapotban, az olvadt alumínium hőfoka feletti, 660 C° és 730 C° közötti — előnyösen körülbelül 700 C° hőmérsékleten használjuk. Magnézium előállítása esetén előnyös sófürdő-összetétel a 80—98,5 súly% lítiumklorid és 1,5—20 súly% magnéziumklorid. A könnyűfém fémkloridból történő előállítási eljárását az alumínium bipoláris elektród-cellában kivitelezett előállításának alább részletezett, előnyös műveleti módszer szerinti leírásával szemléltetjük. Meg kívánjuk jegyezni, hogy a rajzokon ábrázolt cella-konstrukció szemléltető példa csupán. Mint fent említettük, a 7 tartályból a 30 betápláló vezetéken betáplált sófürdőt egy olyan elektrolizáló cella 19 elektródok közti tereiben elektrolizáljuk, mely cella egymás fölött bizonyos távolságra elhelyezett egy darab 14 anódot, legalább egy darab 15 közbenső bipoláris elektródát és egy darab 16 katódot tartalmaz. A cella valamennyi 41 anódfelületén klór és valamennyi 40 katódfelületén alumínium képződik. Az elektród áramsűrűség előnyösen 0,9—3,0 amper/cm2

. Az adott cellakonstrukciónak megfelelő gyakorlati, műveleti áramsűrűség az üzemelési körülmények megfigyelése útján könynyen meghatározható. A termelt klór felfelé hatol, és mozgását (,,gázlift"-hatás) a fürdő cirkuláltatására használjuk fel, az alumíniumot pedig az áramlásban levő sófürdő lesöpri a katódfelületről, majd a fém a cellából kifolyó sófürdőből az alábbiakban leírt módon kiülepszik. Minden 19 elektródák közti térben egy sóolvadék-fürdő be-, át- és kiáramlást hozunk létre, és ez az áramlás a 40 katódfelületeken képződött alumíniumot a 19 elektródák közti terekből kisöpri a sófürdő áramlásával egyenárammal. Ez a kisöprő-hatás meggátolja azt, hogy az alumínium nagyobb cseppek vagy jelentősebb vastagságú réteg alakjában a katódfelületeken felgyűljön. Az elektródák közti tereken keresztüli sófürdő-áramlás sesebessége úgy szabályozható, hogy e terekben jelentős mennyiségű alumínium nem gyűlik fel. Adott berendezésben a cella konstrukciójának és az anód-katód távolságnak leginkább megfelelő gyakorlati fürdőáramlási sebesség a műveleti feltételek megfigyelése útján határoz-5 ható meg. Az egyes 19 elektródák közti terekből kilépő olvadékfürdő a 35 visszatérő-járaton át felfelé szállítódik. Ezt a szállítást előnyösen a képződő és az elektródák közötti térből a sófürdővel egyező irányban haladó, a 35 járat-10 ban felfelé szálló klór végzi. Ez a klór-áramlás indukálja a szelektíven irányított sófürdő-áramlást az elektródok közti tereken át. A 35 járatban felfelé áramló sófürdő a 14 anód feletti 7 tartályba jut, ahol a fürdőből a klór a 12 csonkon át kiszellőztethető és a sófürdő alumínium-15 klorid-tartalma all csonkon át pótolható. Noha a fürdő a 35 járatban felfelé áramlik, a 19 elektródok közti terekből kihordott alumíniumnak ezzel ellenáramban módja van kiülepedni. Meglepő módon az alumínium túlnyomó része ily módon ki is ülepszik anél-20 kül, hogy az egyszer termelődött fém újraklórozódása bekövetkezne. Az alumínium egy kis részét a fürdő esetleg felfelé szállíthatja, s az így a fürdővel együtt újra recirkulál. A kiülepedő alumínium a 16 katód alatti 4 üregben gyűlik össze, és onnan kívánság szerint lecsapolható. 25 Az olvadt alumínium cellából történő eltávolításának egy gyakorlati módja abban áll, hogy azt a 10 csonkon és 30 betápláló járaton a 4 üregbe bevezetett vákuumszippantócsövön át csapoljuk le. Ezek után belátható, hogy az anódfelületek alsó ré-30 szenek harántirányú és kerületmenti járatai (hornyai) nemcsak azt biztosítják, hogy jelentősebb mennyiségű klór gyűljön fel a 41 anódfelületek legalsó pontjain, de a klórt szelektíven és egyirányban is vezetik, és ezzel megakadályozzák, illetve minimálisra csökkentik annak 35 a 30 betápláló-járatba történő visszaáramlását. A 35 „gázlift"-járat felé irányuló szelektív klóráramlás természetesen sima anódfelülettel is biztosítható különféle módszerekkel, így például a betápláló vezeték időszakos fojtásával. 40 A találmány alumíniumra alkalmazott változatában — mint fentiekből kitűnik — olyan eljárást szolgáltat, melynél a fejlődő oxigén az anódszenet nem fogyasztja, melynél alacsonyabb az üzemi hőfok mint a Hali-eljárásnál, és nagy az elektromos-energia-hatásfok. Ezt a 45 cellakonstrukció és a műveleti körülmények teszik lehetővé, melyek kis cella-ellenállást és minimális mértékű alumínium újraklórozódást biztosítanak. Ily módon a találmány jelentős műszaki haladást biztosít alumínium alumíniumkloridból történő gazdaságos előállítására. 50 Mint már jeleztük, a találmány egyéb fémek és ötvözetek előállítására is használható. A fentiekben részletesen leírt cella és eljárás magnézium termelésére is használható. Ebben az esetben a sófürdő magnéziumkloridnál magasabb bomlási potenciálú halogenid olvadékban 55 oldott magnéziumklorid lehet. Megfelelő, kis fajsúlyú fürdő-összetétel a következő: legalább 80 súly% — előnyösen 85 súly% — lítiumklorid és legalább 1,5 súly% — előnyösen 15 súly% — magnéziumklorid. Ebből a fürdőből ugyanazzal az eljárással, amit a fentiekben alu-60 minium termelésére írtunk le, magnéziumfém termelhető. Ha kis mennyiségű alumíniumklorid is jelen van, akkor a termelt fém alumíniumot is tartalmazhat. A kilépő gáz visszatáplálása és regenerálása Az 5. ábra vázlatosan szemlélteti a javított visszatáp-65 lálási és regenerálási eljárás műveleti sorrendjét. Az alu-6