PT90299B

A method for the electrolytic production of a polyvalent metal and equipment for carrying out the method.

Abstract

In a method for the production of a polyvalent metal, particularly titanium, by the cathodic dissolution of a halide of the metal in an electrolyte of alkali or alaline earth metal halides and the electro-extraction of the dissolved metal ions, the electro-extraction stage is carried out with the use of a composite electrode including an anode and a framework surrounding the anode and provided with metal partitions capable of anodic dissolution for confining within the framework a bath of alkali or alkaline earth metal halides which does not contain ions of the metal to be produced, and then applying a potential between the anode and the framework to cause the formation of an accumulation of alkali metal or alkaline earth metal by cathodic reduction, after which a potential is applied between the anode and the cathode to cause the deposition of the metal to be produced at the cathode and the simultaneous anodic dissolution of the partitions. The stage of cathodic dissolution of the halide is carried out separately from the extraction stage with the use of composite electrode similar to that used in the extraction stage.

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13 claims: 3 independent, 10 dependent

  1. 1
    - Eléctrodo compósito para a produção electrolítica de um metal polivalente num electrõlito de halogenetos fundidos incluindo:- pelo menos um ânodo provido com um terminal para a sua ligação eléctrica, - uma estrutura condutora, que é electricamente isolada do ânodo e provida com um.terminal para a sua ligação eléctrica, rodeando o ânodo como um cesto e com porções de parede voltadas para o ânodo, que são permeáveis ao electõlito e adaptadas para suportar um depósito de metal catódico, caracterizado pelo facto de possuir meios de suporte (19,20) associados com as paredes (4,5) da estrutura (3) suportando elementos de vedação do tipo separadores (18) adjacentes às porções de parede permeáveis ao electrõlito, que permitem confinar um banho de electrõlito no interior da estru tura, o qual não contém o metal a produzir, e evitar a infiltração do electrõlito na estrutura através das porções de parede -24L permeáveis, sendo os elementos de vedação do tipo separadores constituídos por um metal susceptivel de dissolução anódica sob as condições operatórias do eléctrodo.
  2. 2
    - Eléctrodo compósito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo facto de as porções de parede permeáveis ao electrólito serem constituídas por membros dispostos em retículo (13) formados por uma pluralidade de elementos em forma de telha (14) dispostos em filas horizontais e definindo passagens (15) para o electrólito.
  3. 3
    - Eléctrodo compósito de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo facto de cada um dos elementos em forma de telha ter uma secção transversal em forma de V.
  4. 4
    - Eléctrodo compósito de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 3, Caracterizado pelo facto de o ânodo ser formado por um membro transversal anódico (1) e por uma pluralidade de barras anõdicas (2) colocadas essencialmente em posição perpendicular em relação ao membro transversal e por o membro transversal ser suportado nas suas extremidades por um primeiro terminal de suporte côncavo (12) que estã ligado electricamente ao membro transversal e por um segundo terminal de suporte côncavo (11) que estã isolado electricamente do membro transversal e ligado electricamente ã estrutura.
  5. 5
    - Eléctrodo compósito de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 4, caracterizado pelo facto de as paredes do suporte da estrutura suportarem uma pluralidade de elementos deflectores (21) nas suas superfícies voltadas para o interior da estrutura.
  6. 6
    - Processo para a produção de um metal polivalente seleccionado do grupo constituído por titânio, zircónio e háfnio, por meio de:dissolução catódica de umhalogeneto do metal num electrólito de halogenetos de um metal alcalino ou· de um metal alcalino-terroso em estado de fusão e electro-extracção do metal numa célula que inclui pelo menos um ânodo e um cátodo e uma estrutura condutora que actua como um eléctrodo intermédio e rodeia o ânodo de modo a definir um compartimento anôdico e um compartimento catódico, tendo a estrutura paredes permeáveis ao-'electrólito e adaptadas para suportar um depósito do metal a produzir na forma de um painel, de modo a permitir a transferência de iões entre os compartimentos anôdico e catódico mas limitando a transferência de iões do metal a produzir do compartimento catódico para o compartimento anôdico, caracterizado pelo facto: a) de se fornecer ã célula de extracção o electrólito contendo iões do metal a produzir na solução, b) de se confinar na estrutura um banho de halogenetos de metal alcalino ou de metal alcalino-terroso, que estã essencialmente isento de iões do metal a produzir, vedando hermeticamente ao electrôlito as paredes permeáveis da estrutura por separadores metálicos que são susceptíveis de dissolução anõdica, c) de se proceder à alimentação de uma corrente eléctrica entre o ânodo e a estrutura para provocar a deposição catódica do metal alcalino ou alcalino-terroso nas paredes permeáveis da estrutura durante um intervalo de tempo suficiente para se obter uma acumulação deste metal, d) de se proceder à alimentação de uma corrente eléctrica entre o ânodo e o cátodo para provocar a deposição do metal a produzir no cátodo e a dissolução anõdica simultânea dos separadores de modo a originar a difusão dos iões do metal a produzir do compartimento catódico para o compartimento anódico com a formação do depósito do metal a produzir sobre as paredes permeáveis da estrutura como resultado da redução dos iões metálicos pelo metal alcalino ou pelo metal alcalino terroso, e) de se manter a alimentação da corrente eléctrica entre o ânodo e o cátodo para se conseguir a deposição do metal no cátodo e simultaneamente f) de se regular a corrente entre o ânodo e o cátodo e a estrutura de modo a conservar essencialmente constantes as características de permeabilidade do depósito.
  7. 7
    - Processo de acordo com a reivindicação 6, caracteri-27- zado pelo facto de durante a fase f) , se regular a intensidade da corrente entre o ânodo e a estrutura para valores que provoquem o deposito do metal alcalino ou alcalino-terroso por redução catódica na interface da estrutura voltada para o compartimento anõdico, com uma velocidade de deposição suficiente para reduzir ao estado metálico os iões do metal a produzir que se difundem a partir do compartimento catódico, e de modo a estabelecer um estado de equilíbrio substancial entre o fluxo de deposição de iões do metal a produzir e o fluxo de dissolução anõdica do metal que se deposita na interface da estrutura voltada para o compartimento catódico.
  8. 8
    - Processo de acordo com as reivindicações 6 ou 7, caracterizado pelo facto de nas fases b) a f) se utilizar um eléctrodo compósito de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 5.
  9. 9
    - Processo dè acordo com uma qualquer das reivindicações 6 a 8, no qual a dissolução catódica do halogeneto do metal a produzir se efectua numa célula que é separada da célula de extracção e que comunica com ela através de uma válvula, enriquecendo com os seus iões o electrólito que vai ser fornecido à célula de extracção, caracterizado pelo facto:g) de se colocar na célula de dissolução um cátodo de dissolução e um eléctrodo compósito de acordo com uma qualquer das reivindicações 1 a 5, confinando na sua estrutura, provida de separado-28- res, um banho de halogenetos de metal alcalino ou alcalino-terroso isento de iões do metal a produzir, h) de se aplicar um potencial entre o ânodo e a estrutura do eléctrodo compósito para provocar a deposição do metal alcalino ou alcalino-terroso sobre as paredes permeáveis da estrutura durante um intervalo de tempo suficiente para originar a acumulação do metal, i) de se aplicar um potencial entre o ânodo e o cátodo de dissolução de modo a provocar a dissolução anõdica dos separadores e a formação do depósito do metal a produzir sobre as paredes permeáveis da estrutura e 1) de se fornecer ao cátodo de dissolução o tetracloreto do metal a produzir com uma velocidade que esteja essencialmente em proporção estequiométrica com a corrente elêctrica fornecida ao cátodo de dissolução de modo a provocar o enriquecimento do electrólito para o valor desejado.
  10. 10
    - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 6 a 8, caracterizado pelo facto de a dissolução catódica do halogeneto do metal a produzir se efectuar numa célula separada da célula de extracçâo e que comunica com esta através de uma válvula, e pelo facto de a dissolução catódica do halogeneto do metal a produzir para enriquecer o electrólito a fornecer ã célula de extracçâo com os iões metálicos dissolvidos se efectuar ........ utilizando um eléctrodo compósito de acordo com uma cualauer das »!l^ -29reivindicações 1 a 5 ;proporcionando a formação do depósito do metal' a produzir nas paredes da estrutura do eléctrodo e injectando o tetracloreto do metal a produzir no banho electrolítico na ausência de uma corrente catódica e fornecendo uma corrente ao eléctrodo compósito entre o. ânodo e a estrutura, tendo a corrente uma intensidade essencialmente igual à soma de uma primeira corrente que corresponde à proporção estequiométrica com o fluxo de tetracloreto injectado no banho, de acordo com a reacção 2Ti +2e”—21% e da corrente necessária para manter a produção suficiente do metal alcalino ou alcalino-terroso na estrutura do eléctrodo compósito.para precipitar o ião metálico divalente.
  11. 11
    - Processo de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo facto de a fase de enriquecimento do electrolito com iões dissolvidos do metal a produzir ser seguida por uma fase de redução da valência média dos iões do metal dissolvido no electrólito, efectuada sem o fornecimento de tetracloreto ã célula de dissolução e com um fornecimento de corrente ao eléctrodo compósito de uma intensidade que mantenha a produção do metal alcalino ou alcalino-terroso na interface anódica da estrutura e a redução do titânio travalente para o estado divalente na interface catódica da estrutura.
  12. 12
    - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 3Q- 6 a 11, caracterizado pelo facto de as fases de dissolução e extracção se efectuarem num ambiente a uma pressão sub-atmosférica.
  13. 13
    - Processo de acordo com uma qualquer das reivindicações 6 a 12, caracterizado pelo facto de o electrólito ser constituído por um banho de cloreto de sódio,