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

3 170773 4 kus előállítására legalább egy anódot és egy katódot, valamint adott esetben legalább egy közbenső bipoláris elektródot tartalmazó elektrolizáló cellában, az alkalmazott fém bomlási potenciáljának nagyobb bomlási potenciálú, olvadék-oldószerben fémkloridot tartalmazó sófürdő elektrolízise útján, amikoris az anódfelülete(ke)n klór, a katódfelülete(ke)n pedig fém képződik. A találmány szerinti eljárás lényege, hogy az elektródok közti téren (tereken) keresztül fürdőáramoltatást létesítünk és tartunk fenn, ezáltal az elektródok közti térből a fém kimosásával a fém katódfelületen történő felgyülemlését meggátoljuk, és az anód és katód közötti távolságot legalább egy elektródok közti térben 19 mm-en belül tartjuk, miáltal a katódot az anódtermékkel érintkeztetjük. A fürdőáramlást célszerűen szelektíven az elektródok közti térbe, azon keresztül és abból kifelé úgy irányítjuk, hogy a termelt klórt szállítógázként használjuk fel, és segítségével a fürdőt felfelé szállíttatjuk, az elektródok közti térből kihordott olvadt fémet pedig a klór segítségével szállított fürdővel ellenáramban kiülepedni engedjük. Az eljárás gyakorlati kivitelezésénél a fürdőbe részletekben vagy folytonosan további mennyiségű fémklorid táplálható, és a fürdő az elektródok közti tereken keresztül folytonosan visszatáplálható. A találmány szerinti eljárás előnye, hogy kiküszöböli a fémnek a katód felületén réteg vagy cseppek formájában való felgyülemlését és így 19 mm — előnyösen 12,7 mmnél kisebb — anód-katód távolság megvalósítását teszi lehetővé, ami csökkenti a cella ellenállását. Ez kisebb hőmennyiség fejlődésével, jobb feszültséghatásfokkal és ehhez kapcsolódó gazdasági előnyökkel jár együtt különösen nagyméretű, sok elektródot tartalmazó cellák esetében. Az a körülmény, hogy a katód-felületen a fém nem gyűlik fel, egyben azt is jelenti, hogy ezeken a felületeken nincs olyan fémréteg, melyet a mágneses flux deformálhatna, és így azok a nehézségek sem léphetnek fel, melyek az anód-katód távolság változásából olyan esetekben adódnak, amikor a katódon változó vastagságú fémrétegek gyűlhetnek fel. A folytonosan termelt klór szállítóhatásának kifejtése közben az elektródok közti tereken halad át, és így szintén csökkenti a cella ellenállását. Ez az ellenállás megnőne abban az esetben, ha az anódfelületen jelentős mennyiségű klór gyűlhetne fel. A kis anód-katód távolság használata meglepő módon az áram-, valamint a feszültséghatásfok javulásához vezet, noha a szűk elektródok közti térben a klór és az alumínium igen közel vannak egymáshoz. Úgy látszik, hogy a klór a szennyezésekből képződő alumíniumoxidot eltávolítja, és az alumíniumrészecskék egyesülését segíti elő anélkül, hogy a fém újra-klórozását okozná. Meglepetésszerűen azt tapasztaltuk továbbá, hogy a kis —• például 19 mm — anód-katód távolság ellenére a fürdő redukált alkálifémek a szénkatód felületét egyébként károsító hatása minimális. A találmány további előnye, hogy kis hőmennyiség képződik, és alacsony az üzemi hőfok. A találmány szerinti eljárás során tehát valamely nagyobb bomlási potenciálú halogénsó-olvadékban oldott könnyűfémkloridból álló fürdőt legalább egy elektródok közti térben elektrolizálunk, mimellett az anódfelületen egy túlnyomórészt klórból álló anódterméket, a katódfelületen pedig könnyűfémet állítunk elő, A fürdő általában alkálifém-halogenidet tartalmaz. Ez az alkálifém-halogenid származhat adott esetben redukció útján végzett alkálifém-termelésből is. A fent említett előnyök mellett a tényleges anód-katód távolság kisebb kell legyen mint 19 mm, és előnyösen kisebb mint 12,7 mm. Ez a távolság az említett előnyök biztosítása érde-5 kében lényegbevágó. Ilyen anód-katód távolság betartása mellett az anód-termék (egy bizonyos mennyiségű klórt is tartalmaz) az elektródok közti keskeny, hosszú résen keresztüláramló fürdőben oldódik, diszpergálódik, és érintkezik a tényleges katód-felületteL Az eljárás 10 magában foglalja egy, az elektródok közötti téren átáramló fürdőáramlás létrehozását és fenntartását. Ez az áramlás minden ilyen térbe friss fürdőt juttat, és kihordja onnan a kimerült fürdőt, a képződött klórt és fémet. 15 Az alumínium-termelő elektrolizáló fürdő előnyösen 1,5—10 súly% közötti mennyiségű alumíniumkloridot tartalmaz az alkálifémkloridok mellett. A magnéziumtermelő elektrolizáló fürdő előnyösen 1,5—20 súly% közötti mennyiségű magnéziumkloridot tartalmaz. A ki-20 merült fürdőbe szakaszosan vagy folytonosan további mennyiségű könnyűfémklorid táplálható, és az így felerősített fürdő az elektródok közötti terekbe folytonosan visszavezethető. A fürdő hőfokát célszerűen az előállított könnyűfém dermedéspontja feletti hőmérsék-25 léten, előnyösen annak olvadáspontja feletti hőmérsékleten tartjuk. Függetlenül attól, hogy a könnyűfém a katód-felületen réteg vagy cseppek alakjában felgyűlik-e vagy sem, a találmány előnyei közé tartozik az, hogy 19 mm-nél, 30 célszerűen 12,7 mm-nél kisebb anód-katód távolság megvalósítása esetén nemcsak cella-ellenállás csökken, de meglepő módon a könnyűfém gazdasági szempontból hátrányos újra-klórozódása sem következik be. Ez azt jelenti, hogy az áram-hatásfok nem várt mértékben meg-35 nő. Azt is jelenti továbbá, hogy a hőfejlődés kisebb, és a feszültség-hatásfok javul, ami — különösen nagyméretű, sok cellát tartalmazó elektrolizáló celláknál — szintén gazdasági előnyökkel jár. A fém felgyűlése a katód-felületen megengedhető. Ilyen esetben a tényleges 40 anód-katód távolságtulajdonképpenazanódésakönnyűfém-réteg közötti távolság. Az anód-termék, mely túlnyomórészt klór, elárasztja a fürdőt, felfelé emelkedik, és folytonos áramban áthalad az elektródok közti tereken. A fürdőt elárasztó anód-termék azonban folytono-45 san érintkezik a tényleges katód-felülettel, így átöblíti az alumíniumot vagy magnéziumot, és egyúttal az alkálifémnek a katód szénfelületével történő reakcióját inhibiálja. Megjegyezzük, hogy a kis anód-katód távolság a klór 50 és a könnyűfém közelsége ellenére meglepő módon az áram-hatásfok javulásához vezet. Mint említettük, a fürdőben levő anód-termék hozzáfér a katód-felülethez, a fürdőben jelenlevő oxid-szennyezések dacára átöblíti az alumíniumot, és elősegíti az olvadt fémrészecskék 55 egyesülését meglepő módon anélkül, hogy a fém újraklórozása fellépne, és ezzel az eljárás gazdaságosságát rontaná. Megjegyezzük, hogy sok, fluorid elektrolitra — mint például a timföld elektrolízisnél használt elektrolitra — 60 aránylag érzéketlen tűzálló cella szerkezeti anyag igen érzékeny a klorid-alapú elektrolitokra és az alumíniumklorid elektrolízisnél képződő klórgázra. Az alumíniumklorid elektrolízisnél a tűzálló anyagok ilyen — kémiai reakció következtében fellépő — károsodásának egyik 65 következménye a cellákban tapasztalható iszapképző-2