154227. lajstromszámú szabadalom • Alumínium és alumíniumötvözetek előállítása alumíniumkloridból

154227 3 4 vadáspontja alatti hőmérsékleten. Az alumíniumklorid olvadék-oldatai az eljárás során alkalmazott hőmérsékleteken a grafitra és a szénre — amelyek lényegében az egyedüli alkalmas anódmasszák, melyek a képződő klórnak ellenállnak — korróziós hatást gyakorolnak. Alacsony hőmérsékleteken az alumínium szilárd alakban kiválik, keveredve az elektrolittal, amit a fémkristályoktól csak nehezen lehet elválasztani, és a cella feszültsége a szokásos áramsűrűség esetén igen megnő. Magas hőmérsékleteken a cella feszültségét csökkenteni lehet és folyékony fém nyerhető, de az ehhez szükséges, nyomás alatt működő berendezés költséges és erős korrózió lép fel. A találmány célja olyan eljárás kidolgozása, mely az alumíniumklorid-tartalmú elektrolit használatának hátrányait kiküszöböli, az alumíniumklorid, mint üzemanyag előnyös tulajdonságainak megtartása mellett, oly módon, hogy alumíniumklorid az elektrolitban az eljárás során egyáltalában nem, vagy csak kis mennyiségben lehet jelen. A találmány szerinti eljárással alumínium és alumíniumötvözetek elektrolízissel előállíthatók, elektrolitként olyan sóolvadékot használva, mely legalább egy alkálifém-, alkáliföldfém- és/vagy ritka földfém-halogenidet tartalmaz, fém- vagy fémötvözetolvadék-katódot használva, mely az elektrolitból kivált fémes redukálószert tartalmaz oldva, s a fémes redukálószert tartalmazó fém vagy ötvözetolvadékot az alumíniumkloriddal reagáltatjuk. Az alumíniumkloridot a fémvagy ötvözetolvadékkal előnyösen oly módon visszük reakcióba, hogy az alumíniumklorid és az elektrolit reakciója elhanyagolható legyen. Közelebbről megvilágítva, a találmány tárgya eljárás alumínium elektrolízissel történő előállítására oly módon, hogy az elektrolizáló kamrában vagy cellában legalább egy alkálifémés/vagy alkáliföldfiémhalogenid-sóolvadékot tartalmazó elektrolitot elektrolizálunk. A katód az elektrolízis során az elektrolitból kivált fémes redukálószert tartalmazó alumínium- vagy alumíniumotvözet-olvadék. Az elektrolízis során az alumínium- vagy alumíniumötvözet-olvadékot és a redukálószert egy reaktorkamrába vagy edénybe átvisszük, az alumíniumkloridot a fémes redukálószerrel a reaktorkamrában vagy edényben reakcióba visszük, a fémes redukálószer így nyert kloridját az elektrolizáló kamrába vagy cellába átvisszük, a fémes redukálószert kisebb koncentrációban tartalmazó alumíniumolvadékot az elektrolizáló kamrába vagy cellába visszavisszük és a fémolvadék-terméket a reaktorkamrából vagy kádból kiürítjük. A találmány szerinti eljárás egyik fontos jellemző vonása abban áll, hogy a fémes redukálószer és az alumíniumklorid — mely utóbbi előnyösen gőzállapotban van — közötti reakciót olyan kamrában vagy edényben hajtjuk végre, mely az elektrolizáló kamrától el van különítve, úgy, hogy az elektrolizáló kamrába alumíniumklorid csak csekély mennyiségben vagy egyáltalán ne jusson, s ily módon az alumíniumkloridnak az elektrolízis folyamán képződő klórral történő szennyeződése vagy az azzal előálló vesztesége, és az anódmasszára gyakorolt korróziója nagymértékben megelőzhető. A találmány szerinti eljárás egy másik lehetséges kiviteli módja abban áll, hogy az elektrolit egy fémhalogenidet tartalmaz, amely fém a fémolvadék-katódon kiválik és amely, ha a fémolvadékkal a reakciós kamrába átvisszük fémes redukálószerként viselkedik, mely redukálószer az alümíniumkloriddal reagálva fémalumíniumot és a fémes redukálószer kloridját eredményezi, s a kloridot (amely csak elhanyagolható mennyiségű alumíniumkloridot tartalmaz) az elektrolitot tartalmazó elektrolizáló cellába átvisszük. A fémes katód olyan fém vagy fémötvözet, amely az alkalmazott hőmérséklettartományban olvadék, a felhasznált fémes redukálószernek elég jó oldószere, az alumíniumkloridgőzökkel szemben nagymértékben közömbös és amelyet az előállítandó fém-végterméktől el lehet különíteni vagy azzal szilárd elegyet alkot. Az alumínium és azok az alumíniumötvözetek, melyek fenti követelményeknek megfelelnek előnyösen alkalmazhatók. A találmány szerinti eljárás további új jellemvonása, hogy a sóolvadék-elektrolit komponenseiként alkálifém-, alkáliföldfém- vagy ritka földfémhalogenidet, vagy alkálifém-, alkáliföldfém- és/vagy ritka földfémhalogenidek keverékét alkalmazzuk, amelyek az eljárás fent említett céljainak elérését és a folyamat kivitelezését lehetővé teszik. Az elektrolit-olvadék összetételének olyannak kell lenni, hogy az elektrolízis folyamán a katódon kiváló fém vagy fémek ((vagyis a fémes redukálószer) a fémolvadék-katódban (vagyis alumínium- vagy alumíniumötvözet-olvadékban) elég jól, a sós fázisban kevéssé oldódjék, és ha a fém a fémolvadékkatódban feloldódott, még kis koncentráció esetében is elég reakcióképes legyen, hogy az alumíniumklorid gőzöket jó hatásfokkal redukálja. A katódon kiváló fémnek vagy fémeknek megfelelő kloridsó vagy -sók sűrűségének a fémolvadék-katód sűrűségénél kisebbnek, és olvadáspontjának a katód olvadáspontjánál nem sakkal magasabbnak kell lennie. Azt tapasztaltuk, a) hogy a magnézium ezeknek a követelményeknek igen jól megfelel és ezért redukálószerként előnyösen használható, és b)- hogy a magnéziumklorid a találmány szerinti eljárás céljára szolgáló elektrolit kiváló alkotórésze. A találmány szerinti eljárás oltalmi körébe tartozik más alkáliföldfémek (pl. kalcium), ritka földfémek és lítium, mint redukálószer használata is, és a sóolvadék-elektrolit összetevőiként más alkáliföldfém-, alkálifém- vagy ritka földfémhalogenidek és kiváltképpen ezek keverékének alkalmazása. Az elektrolit sűrűségének előnyösen kisebbnek és olvadáspontjának nem sok-10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 2