DE829504C

DE829504C - Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium

Info

Publication number: DE829504C
Application number: DEP22030D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Hans Grothe
Original assignee: HANS GROTHE DR ING
Current assignee: HANS GROTHE DR ING
Priority date: 1948-11-19
Filing date: 1948-11-19
Publication date: 1952-07-10

Description

Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von Aluminium Es ist bekannt, Aluminium aus Aluminiumchlorid zu erzeugen; jedoch wurde dies bisher nur für Temperaturbereiche vorgeschlagen, die weit unter dem Schmelzpunkt von Aluminium liegen. Dabei kommen Chloridschmelzen zur Anwendung, in denen auf i Mol Alkalichlorid mehr als i Mol Aluminiumchlorid enthalten ist. Das Metall wird bei diesem Verfahren schwammförmig' oder in dendritischen Kristallen abgeschieden. Im besten Fall wurden unter besonderen Bedingungen einige Millimeter dicke Niederschläge erzielt.
Es wurde nun gefunden, daß man auch oberhalb des Schmelzpunktes des Aluminiums, vorzugsweise bei 670 bis 730°, Aluminiumchlorid als Ausgangsstoff für die elektrolytische Gewinnung des Metalls verwenden kann, wenn man Salzgemische als Elektrolyt benutzt, in denen genügendAlkalichlorid vorhanden ist, um das gesamte Aluminiumchlorid komplex zu binden, z. B: als KAI 04. Solche Komplexe haben auch bei höheren Temperaturen einen überraschend niedrigen Dampfdruck.
Die binären Gemische Alkalichlorid-Aluminiumchlorid sind freilich für die Elektrolyse mit unlöslichen Anoden wenig geeignet, weil bei fortschreitender Entarmung an Aluminiumchlorid der Schmelzpunkt derGemische sehr rasch ansteigt und der Elektrolyt nicht mehr ohne lebhafte Verdampfung des Aluminiumchlorids flüssig gehalten werden kann. Wesentlich geeigneter sind ternäre Gemische des Aluminiumchlorids mit den Alkali-Chloriden bzw. mit Alkalichlorid und Erdalkali-Chlorid, z. B. K CI-A1 C13-Na Cl : K Cl-AI C13 -Li Cl : K Cl-AI C13-Mg cl,. Da von allen komplexen Verbindungen des A1 C13 die mit K Cl die temperaturbeständigste ist, ist es 'zweckmäßig; Kaliumchlorid als wesentlichen Bestandteil des -Elektrolyts zu- verwenden: In allen diesen Systemen treten nun Mischungsbücken auf, die sich erst bei Temperaturen über 8oo° schließen. Geht man vom binären System KC1-AICIs aus und setzt das Gewichtsverhältnis K Cl : Al C13 = x und den Gehalt, der Schmelze an NaCl, Li Cl bzw. Mg C12 in Gewichtsprozent jeweils= y, so läßt sich der Höchstgehalt an y, bei dessen Überschreitung Entmischung eintritt, für' den Temperaturbereich von 67o bis 700° angenähert durch folgende Beziehungen angeben: für NaCI zwischen io und 400/0 : y = 50 - 109 x + 20, für Li Cl zwischen 5 und 400/0 : y = 55,6 ' log :r + 5, für -'IgCl2 zwischen io und 4o% : io-g y = 4,26 log x .+ i',28. Bei Anwesenheit von NaCI oder-Erdalkalichlorid geht die Mischungslücke über in das Gebiet des durch Verdampfung von A1 C13 charakterisierten Zerfalls bz,w. in das Gebiet der festen Ausscheidungen.
Wirtschaftlich besser würden solche Elektrolyte sein, in denen neben einer hohen Konzentration an AI CI3 auch ein höherer Gehalt aii Na C1 oder Li C1 ohne Entmischung oder erhebliche Steigerung des ' Dampfdruckes möglich wäre, da solche Schmelzen nicht so schnell entarrnen und bessere Leitfähigkeit besitzen.

Es wurde nun gefunden, claß die Mischungslücken in den ternären Svsteinen durch Zusatz einer vierten Komponente auf ein tieferes Temperaturniveau gedrückt werden können, so däß die für die Elektrolyse bei der genannten Arbeitstemperatur geeigneten Salzgemische mit hohem :11 Cl3-Gehalt eine starke Erweiterung erfahren. _11s vierte Komponente eignen sich sowohl Alkalichloride als auch Erdalkalichloride. Der Effekt ist nach Art und 1lenge des Zusatzes verschieden.

Beispiele

SYeZ.

Lnt- Leit-

AIC13 KCI LiCI NaCI MgCh inischung fäliig-

°C keit

bei 7o1'

47,77 2897 23,26 - - 775 __

3369 51.86 14,45 - - 585 -

28,24 33,86 37,90 - - 775 -

40,00 39,50 - 20,5 - 710 _-

15,0 4500 - 40,0 - 700 -

53,9 34,1 - - 12,0 700 -

23,2 42,6 - - 34,2 700 _-

46,3 3333 1297 - 7,4 61o 1,03

__

37,2 14,88 22,32 - 25,6 590

33,08 13,22 19,84 - 33,86 6oo -

39,3 40,9 - - 21,1 - 0,88

35,45 56,40 7,45 - - - 1,34

20 45 25 - 1o - 2,03

21,22 20,7 22,78 - 35,4 - 1,75

Die Leitfähigkeit der Schmelzen wird besonders durch Li Cl erhöht. Noch größer muß die Wirkung eines Zusatzes von Lithiumfluorid sein. Wegen des hohen Schmelzpunktes ist man aber gezwungen, den Zusatz auf kleine Mengen zu beschränken. Die Anwesenheit von Mg-Ionen in der Schmelze wirkt als Puffer zur Verhinderung der Mitabscheidung der schädlichen Alkalimetalle. Es 'wurde festgestellt, daß in Schmelzen mit 46,3 % A1 C13, 33,33 0/0 K Cl, i 2,97 % Li C1 und 7,4% Mg C12 die Grenzstromdichte höher als 2 Amp/cm= ist und die Polarisationsspannung bei DK= i Ämp/cm2 und 700° = 2,33 Volt beträgt. .

Claims

PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Gewinnung von Aluminium aus akuminiumchloridhaltigen Schmelzen, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyse in einem Elektrolyt, der mindestens i Mol Alkalichlorid auf i Mol Aluminiumchlorid und einen Zusatz von Erdalkalichlorid enthält, oberhalb der Schmelztemperatur des Metalls durchgeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß alsAlkalichlorid vornehmlich Kaliumchlorid verwendet wird.
3. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß als Erdalkalichlorid vornehmlich Magnesiumchlorid verwendet wird.
4. Verfahren nach Anspruch i, 2 und 3, dadurch ' gekennzeichnet, daß dem Elektrolyt als vierte Komponente ein weiteres Alkali- oder Erdalkalichlorid zugesetzt wird.
5. Verfahren nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Schmelze Lithiumchlorid und/oder Lithiumfluorid zugefügt wird.