NO124785B - - Google Patents

Description

Elektrolysecelle for fremstilling av metaller,

særlig mangan eller manganlegering ved smelteelektrolyse.

Denne oppfinnelse vedrører en elektrolysecelle for fremstilling av metaller, særlig mangan eller manganlegeringer ved smelteelektrolyse, omfattende en beholder over hvilken det er anbragt minst en karbonanode og hvor bunnen av beholderen er forsynt med en forsenkning hvori det ender minst en leder for katodestrøm, idet forsenkningen er innrettet til å oppta det som katode tjenende metall som skal utvinnes, og en smelteelektro-

lyse er anbragt over katoden.

Formålet med den foreliggende oppfinnelse er å komme frem

til en elektrolysecelle som er innrettet til å produsere et me-

tall eller en metall-legering av høy renhetsgrad.

Elektrolysecellen ifølge oppfinnelsen er kjennetegnet ved

at lederen for katodestrømmen består av et innvendig kjølt metall-rør som med sin fri ende munner i bunnen av forsenkningen, idet

en avtakbar metalldel er festet til toppenden av det avkjølte metallrør og blir belagt med et beskyttelsessjikt av størknet, ved elektrolysen dannet katodemetall.

De metaller man tar sikte på å produsere ved hjelp av elektrolysecellen ifølge oppfinnelsen er som følger: titan, vanadium, kram, mangan, jern, kobolt, nikkel, kobber, sink, zirkonium, niob, molybden, kadmium, tinn, hafnium, tantal, wolfram, bly, torium, uran, aluminium, magnesium, samt forskjellige legeringer av slike metaller.

I det etterfølgende skal det beskrives en elektrolysecelle ifølge oppfinnelsen under henvisning til de medfølgende tegnin-ger, hvori: Fig. 1 viser et oppriss, delvis gjennomskåret av elektrolysecellen ifølge oppfinnelsen ifølge en første utførelsesform. Fig. 2 viser et oppriss, delvis gjennomskåret av en annen

utførelsesform for elektrolysecellen ifølge oppfinnelsen.

Fig. 1 viser en elektrolysecelle til utførelse av labora-torieforsøk i stor målestokk. Den omfatter et ytre hylster av vanlige stålplater understøttet av en trefot 8, en vegg og en bunn av ildfast stein 7. En karbonfri magnesiabetongforing 7' er anordnet på innsiden av veggen og bunnen av ildfast stein 7. En katodisk strømleder omfattende et kopperrør 10 er innvendig kjølt ved vannsirkulasjon tilført gjennom et rør 16 og bortført gjennom et rør 17. En komponent 18 av bløtt eller rustfritt stål er skrudd inn på toppen av kopperrøret 10. Røret 10 munner med sin fri ende i bunnen av en forsenkning 7'' i foringen 7'. Det er vist et bad av flytende metall 13 som utgjør katoden. I det foreliggende tilfelle består nevnte metall av mangan. Videre er det vist en grafittanode 9 og en varmeskjerm 22 av rustfritt stål forsynt med boringer 20 for progressiv mating av cellen. Tre vin-kelstøtter 23 er montert radialt og bærer på den ene side skjer-men 22 og på den annen side en rørformig hylse 24 som styrer ano-den 9. Et borttakbart stållokk 19 er på innsiden beskyttet av et asbestlag. Det nevnte lokk ble delvis båret av vinklene 23 og ble brukt til å opprettholde en reduserende atmosfære i cellen for å hindre reoksydasjon av manganmon-oksydet i det foreliggende tilfelle.

Cellen omfatter også en elektrolytt 14 i kontakt med det katodiske mangan 13 anbragt i bunnen av cellen. Når cellen er i normal drift, er det mulig å opprettholde et lag av fast elektrolytt 14' i kontakt med foringen 7'. Det er imidlertid tilstrekkelig med bare en svak strømøkning for å smelte elektrolytt-chargen fullstendig. Til slutt skal nevnes at det er anordnet et tappehull 25 for metallet 13 og et annet tappehull 26 er anordnet over det første hull 25 for å fjerne brukt elektrolytt.

Fig. 2 viser en elektrolysecelle som kan brukes ,i industri-ell målestokk. Den omfatter et ytre hylster 6 av vanlige stålplater understøttet av et understell 8 som eksempelvis er utført av betongpilarer, vegger og bunn og ildfast stein 7 og en karbonfri innvendig foring 7' av magnesiabetong. Videre finnes katodiske strømledere som omfatter kopperrør 10 hvor det ved toppen av hver av disse er anordnet en komponent 18 av bløtt eller rustfritt stål skrudd inn på toppenden av rørene 10. Rørene munner med sin frie ende ut i bunnen av foringen 7' i hver sin forsenkning 7''. Rørene blir kjølt innvendig ved vannsirkulasjon. Et bad av flytende metall (i det foreliggende tilfelle mangan) ut-gjør katoden. Et flertall anoder 9 av karbon kan for eksempel være av Søderberg-typen. Det er vist et hvelv 19 fremstillet av kvarts og forsynt med en boring 20 forbundet med rør (ikke vist) for avtrekk av gassene som frigjøres ved anodene. Videre finnes boringer 20' forbundet med matetrakter (ikke vist) samt en boring 20'<*> stengt ved hjelp av en dør for å muliggjøre iakttakelse av cellene drift og synkingen av chargen. Elektrolytten 14 som befinner seg i cellen er i kontakt med det katodiske mangan og med anodene 9. Når cellen er i normal drift er det fordelaktig å opprettholde et lag av fast elektrolytt 14' på overflaten av foringen 7'. Endelig muliggjør et tappehull 25 fjernelsen av metallet som har bygget seg opp på katoden, mens et annet hull 26 blir brukt til å fjerne brukt elektrolytt. Der hvor anodene passerer gjennom hvelvet, er det anordnet passende pakninger 29 mot lekka-sje. Hvelvet 19 opprettholder en reduserende atmosfære inne i ovnen for å hindre gjentatt oksydasjon av manganmonoksydet. I visse tilfeller hvor en svak reoksydasjon av manganmonoksydet er tillatelig, behøver imidlertid et slikt hvelv ikke å være til stede.

Det skal bemerkes at det flytende katodiske mangan bæres

på et fast lag dannet av en eller flere ildfaste oksyder som ikke reagerer med manganet. Den elektriske katodekontakt mellom det flytende mangan og tilførselen av katodestrømmen oppnås ved hjelp av en leder som blir kjølt slik at den blir belagt med et lag av stivnet mangan. Grunnen til dette er at man vil hindre enhver

forurensning av det fremstilte mangan ved katoder fra metallet eller metaller som utgjør den katodiske strømtilførsel. Selv om det ikke absolutt er nødvendig, kan det være praktisk å bygge elektrolysecellen med slike dimensjoner at den flytende elektrolytt aldri er i umiddelbar kontakt med de ildfaste vegger og bunn, men beller er i kontakt med en skorpe av stivnet elektrolytt. Denne foranstaltning kan i virkeligheten lede til en meget betydningsfull besparelse av de ildfaste materialer.

Den anvendte anode kan være av amorft karbon, av grafitt eller mer vanlig av Søderberg-typen.

Tapping av metallet avsatt på katoden på den ene side, og av den brukte elektrolytt på den annen side, reiser ikke noen spesielle problemer og gjennomføres etter alminnelig metallur-gisk praksis.

Metallet fremstillet ved den beskrevne elektrolysecelle ut-merker seg spesielt ved et meget lavt karboninnhold (mindre enn 0, 1%) og ved et lavt siliciuminnhold (mindre enn 2%). Innholdet av andre forurensninger er betinget av elektrolyttens renhet. Så-ledes vil alt jernet som befinner seg i elektrolytten gå inn i manganet som avsetter seg på katoden. Det samme vil være tilfelle 'med hvilket som helst annet element som har en affinitet til oksygen som er mindre enn, lik med eller litt i overkant av man-ganets, det vil si for eksempel trom, kobolt, kopper, nikkel, si-licium og aluminium. Siliciuminnholdet i metallet fremstillet ved katoden er i det vesentlige betinget av basisitetskvotienten til elektrolytten og av sluttutnyttelsesgraden av denne. Hvis denne kvotient blir holdt på en verdi lik eller høyere enn en og elektrolysen blir stoppet på et passende tidspunkt, er det mulig å oppnå siliciuminnhold på under 1$.

Hvis det på den annen side ønskes et mangan med høyere siliciuminnhold, vil det være tilstrekkelig å holde basisitetskvotienten til elektrolytten tilstrekkelig lav, for eksempel under 0,75 og å fortsette elektrolysen inntil en høy utnyttelsesgrad av elektrolytten er nådd.

I det tilfelle hvor en manganmalm eller en blanding av malmer blir brukt til frembringelse av elektrolytten, kan disse malmer på forhånd underkastes en delvis reduksjon eller dekarboni-sering, slik at manganet vil foreligge i elektrolytten i form av monoksydet. Det kan også bli nødvendig å tilsette malmen eller blandingen av malmer de oksyder som behøves for at den totale sammensetning av elektrolytten skal bli tilnærmet lik den ideelle sammensetning. En malm som kan anvendes ved elektrolysecellen etter forhåndsredusering, kan ba følgende analyse:

MnO : 63, 0%

Si02 : 16,596

A1203 : 2, 1%

GaO : 8,4$

MgO : 2, 8%

FeO : 1,4$

idet resten utgjøres av alkali- og jordalkalioksyder samt titan-oksyd. Elektrolytten kan eventuelt inneholde mindre tillegg av andre oksyder eller salter enn dem som omfattes av de ovenfor nevnte, for eksempel BaO, I^O^, NaE og CaS^ som nar "til formål å nedsette smeltetemperaturen til elektrolytten eller øke dens elektriske ledningsevne.

I utførelseseksemplet ovenfor er det tatt utgangspunkt i produksjon av mangan men elektrolysecellen ifølge oppfinnelsen kan i tillegg anvendes for fremstilling av metaller vså som: titan, vanadium, krom, jern, kobolt, nikkel, kopper, sink, zirkonium, niob, molybden, kadmium, tinn, hafnium, tantal, wolfram, bly, torium, uran, aluminium, magnesium og forskjellige legeringer av-slike metaller.

Claims (1)

1. Elektrolysecelle for fremstilling av metaller, særlig mangan eller manganlegeringer ved smelteelektrolyse, omfattende en beholder over hvilken det er anbragt minst en karbonanode og hvor bunnen av beholderen er forsynt med en forsenkning hvori det ender minst en leder for katodestrøm, idet forsenkningen er innrettet til å oppta det som katode tjenende metall som skal utvinnes, og en smelteelektrolytt er anbragt over katoden, karakterisert ved at lederen for katodestrømmen består av et innvendig kjølt metallrør (10) som med sin fri ende munner i bunnen av forsenkningen (7'')f idet en avtakbar metalldel (18) er festet til toppenden av det avkjølte metallrør (10) og blir belagt med et beskyttelsessjikt av størknet, ved elektrolysen dannet katodemetall.