Procédé et dispositif pour la fabrication de lithium en continu

Description

[0001] La présente invention concerne un procédé pour la fabrication de lithium en continu par électrolyse du chlorure de lithium dans un mélange de sels fondus puis séparation du lithium produit; elle concerne également un appareillage utilisé pour la mise en oeuvre dudit procédé.

[0002] On a déjà décrit, par exemple dans le cadre des procédés de préparation de silane des brevets US 3 078 218 et 3 163 590, la préparation de lithium par électrolyse du chlorure de lithium contenu dans un mélange de sels fondus à base de chlorure de lithium et d'au moins un chlorure alcalin et/ou alcalino-terreux; lesdits procédés sont caractérisés par la mise en oeuvre d'au moins une des caractéristiques suivantes:

- on opére en semi-continu, c'est-à-dire que l'on charge la cellule d'électrolyse avec un mélange électrolysable et l'on réalise, sur ce mélange, l'électrolyse de la quantité de chlorure de lithium souhaitable, puis on admet dans le mélange restant une nouvelle charge de chlorure de lithium,

- on utilise des dispositifs complexes et délicats pour d'une part séparer, dans

l'électrolyseur lui-même, le lithium obtenu d'avec le mélange des sels fondus et d'autre part éviter les réactions de recombinaison du chlorure gazeux produit avec le lithium, c'est ainsi par exemple que l'on contrôle très soigneusement l'atmosphère de la cellule au-dessus de la couche de lithium et que l'on utilise un diaphragme dans le bain entre l'anode et la cathode.

[0003] Il est également connu de réaliser l'électrolyse du chlorure de lithium en milieu sels fondus dans un électrolyseur muni d'un diaphragme et fonctionnant en continu (brevet US 2.075.150) ou exempt de diaphragme et fonctionnant en discontinu (brevet US 3.392.064) sans séparation dans l'électrolyseur du lithium produit et du mélange de sels fondus; les dispositifs utilisés sont complèxes et nécessitent des moyens techniques particuliers permettant de protéger le lithium métallique obtenu du chlore gazeux formé. Il est connu d'autre part, d'employer dans un procédé de production électrolytique du magnésium, un décanteur permettant de séparer le magnésium formé du chlorure de magnésium (brevet US 3.661.738).

[0004] La demanderesse a décrit dans sa demande de brevet européen n° 107.521 (une demande de brevet européen telle que definie à l'article 54, paragraphe 3 CBE) un procédé de préparation en continu de lithium ou d'alliage lithium-calcium par électrolyse, à niveau constant de bain, de chlorure de lithium ou d'un mélange chlorure de lithium, chlorure de calcium dans un mélange de sels fondus, avec soutirage en continu par surverse au niveau de la surface du bain du lithium ou de l'alliage lithium-calcium formé en mélange avec des sels fondus et récupération en continu du chlore gazeux formé non dilué; les caractéristiques dudit procédé sont les suivantes:

- l'électrolyse est effectuée avec une circulation naturelle du milieu d'électrolyse entre l'anode et la cathode sans utilisation d'un diaphragme entre celles-ci;

- l'anode est entourée par la cathode et gainée dans sa partie surmontant la surface du milieu d'électrolyse et jusqu'au dessous de celle-ci avec un matériau réfractaire électriquement isolant;

- le soutirage du lithium ou de l'alliage lithium-calcium formé en mélange avec des sels fondus est réalisé en présence de chlore gazeux non dilué.

[0005] La présente invention consiste en un perfectionnement du procédé décrit dans la demande européenne ci-dessus cité, perfectionnement qui consiste à effectuer après électrolyse la séparation du lithium des sels fondus.

[0006] Selon l'invention il s'agit d'un procédé de préparation en continu de lithium par électrolyse, à niveau constant de bain, de chlorure de lithium dans un mélange de sels fondus, avec soutirage en continu par surverse au niveau de la surface du bain de lithium formé en mélange avec des sels fondus et récupération en continu du chlore gazeux formé non dilué, ledit procédé étant caractérisé en ce que:

- dans une première étape, l'électrolyse est effectuée avec une circulation naturelle du milieu d' électrolyse entre l'anode et la cathode entourant ladite anode sans utilisation d'un diaphragm entre celles-ci, le soutirage du lithium formé en mélange avec des sels fondus étant réalisé en présence de chlore gazeux non dilué;

- l'anode est entourée par la cathode et gainée dans sa partie surmontant la surface du milieu d'électrolyse et jusqu'audessous de celle-ci avec un matériau réfractaire électriquement isolant;

- dans une deuxième étape, le mélange de lithium métallique et des sels fondus soutiré est soumis à une opération de décantation pour séparer le lithium métallique des sels fondus.

[0007] Les sels fondus alimentant le décanteur préférentiellement sont recyclés après une filtration éventuelle dans l'alimentation de l'électrolyseur.

[0008] Le milieu d'électrolyse est constitué d'un mélange de sels fondus à base de chlorure de lithium et d'au moins un autre chlorure alcalin et/ou alcalino-terreux qui, avec le chlorure de lithium, forment un mélange eutectique fondant à une température comprise entre 320 et 360°C environ. Comme mélange binaire utilisable, on peut citer le chlorure de lithium et le chlorure de potassium; comme mélanges ternaires utilisables, on peut citer les mélanges contenant, en plus du chlorure de lithium et du chlorure de potassium, un chlorure choisi parmi les chlorures de sodium, de rubidium, de strontium, de magnésium, de calcium et de baryum.

[0009] Dans tous les cas, on opérera dans un milieu liquide; l'électrolyse devant être réalisée à une température comprise entre 400 et 500° C environ et de préférence aux environs de 450° C, il convient que le mélange de sels fondus alimentant l'électrolyseur ait une composition assez voisine de la composition eutectique du mélange utilisé avec un excès en chlorure de lithium qui sera soumis à l'électrolyse. C'est ainsi (par exemple) que si l'on utilise comme milieu d'électrolyse un mélange de chlorure de lithium et de chlorure de potassium, on considère qu'à 450°C environ, la quantité de chlorure de lithium dudit mélange pourra varier pour l'entrée et la sortie entre 56 et 69 % en mole de LiCI dans le mélange de sels fondus, la concentration à l'entrée étant supérieure à la concentration à la sortie. Dans ce cas, le chlorure de lithium peut être dans un excès allant jusqu'à 10 % en mole par rapport à la composition eutectique du mélange de sels fondus chlorure de lithium- chlorure de potassium.

[0010] La première caractéristique du procédé est qu'il est mis en oeuvre de façon continue; c'est dire que la cellule d'électrolyse est alimentée en continu avec un fluide constitué par le mélange de sels fondus contenant, comme matériau électrolysable, du chlorure de lithum et que l'on enlève également de façon continue de l'électrolyseur les produits de l'électrolyse, c'est-à-dire le chlore d'une part et le mélange de lithium métallique et de sels fondus d'autre part.

[0011] - Comme autre caractéristique, on a signalé le fait que l'on ne sépare pas le lithium du mélange des sels fondus. Cette caractéristique, liée à la recirculation naturelle qui sera discutée plus loin, a comme conséquence que les sels fondus jouent un rôle de protection vis-à-vis de la recombinaison possible du lithium qui surnage à la surface du mélange des sels fondus avec le chlore qui forme l'atmosphère au-dessus de la surface du milieu d'électrolyse. Il n'est donc pas nécessaire de prendre des précautions particulières pour isoler le milieu d'électrolyse de ladite atmosphère de chlore.

[0012] On effectue de plus l'électrolyse sans utilisation d'un diaphragme grâce à l'organisation d'une circulation naturelle rapide du milieu d'électrolyse. Ladite circulation sera dite naturelle parce qu'elle est obtenue simplement par l'effet d'entrainement sur le milieu d'électrolyse des bulles de chlore qui se dégagent à l'anode; il n'est donc pas nécessaire, mais non impossible d'utiliser un moyen de circulation indépendant de ce moyen naturel. Comme le milieu d'électrolyse est entraîné verticalement par le mouvement ascendant des bulles de chlore dans l'espace situé entre l'anode et la cathode, il convient d'organiser une recirculation dudit milieu dans la cellule en faisant en sorte que ledit milieu redescende dans l'espace situé au-delà de la cathode pour pénétrer à nouveau, par des ouvertures convenablement aménagées, dans l'espace situé entre l'anode et la cathode. La vitesse de circulation dudit milieu est élevée puisque si on représente par Vo la vitesse de passage du milieu d'électrolyse dans l'espace entre anode et cathode en absence de recirculation naturelle, la vitesse V réellement atteinte du fait de cette recirculation sera d'environ 100 fois Vo (elle était en moyenne dans les divers essais effectués de 0,5 à 5 cm/sec).

[0013] Pour permettre cette circulation naturelle du milieu d'électrolyse, la partie supérieure de la cathode est immergée et présente de préférence une forme évasée.

[0014] Le mouvement ascensionnel du milieu d'électrolyse lié à la forme de préférence évasée de la cathode permet de repousser le lithium vers les parois de la cellule et de faciliter ainsi son élimination naturelle par surverse en minimisant la recombinaison avec le chlore.

[0015] Par ailleurs, l'anode est avantageusement protégée contre une attaque éventuelle du lithium surnageant par une gaine en matériau réfractaire isolant qui plonge dans le bain d'électrolyse. Par matériau réfractaire, on entend un matériau qui reste inerte, à la température d'électrolyse, vis-à-vis des produits avec lesquels ledit matériau réfractaire est en contact, c'est-à-dire essentiellement le mélange de sels fondus, le chlore et le lithium. Ce matériau doit être isolant électriquement. On utilisera donc le gainage de l'anode par un matériau tel que l'alumine, le quartz, la silice, la thorine, la zircone ou l'oxide de béryllium.

[0016] Une autre caractéristique du procédé de l'invention réside dans l'étape selon laquelle le lithium produit et le mélange des sels fondus sortant de l'électrolyseur sont séparés dans un décanteur. Le décanteur est alimenté par le lithium et les sels fondus sortant de l'électrolyseur et comporte une partie de décantation et un puits d'évacuation, ladite partie de décantation ayant de préférence une surface S telle que 0,1 < 8 < 0,3 si Q est le débit d'alimentation dudit décanteur en m³/h et S la surface en m² de ladite partie de décantation; la phase légère surnageante est le lithium qui est soutiré du décanteur et la phase lourde restante constituée par les sels fondus est, de préférence, recyclée après une éventuelle filtration dans l'alimentation de l'électrolyseur. Lorsque l'on opère ce recyclage il convient d'ajouter du chlorure de lithium dans l'alimentation de l'électrolyseur afin que sa concentration reste dans les limites qui ont été indiquées ci-dessus, la quantité de chlorure de lithium ajoutée correspondant de préférence à celle qui a été consommée du fait de l'électrolyse.

[0017] La filtration éventuelle du mélange de sels fondus est opérée de préférence à travers un matériau poreux métallique comme l'acier inoxydable fritté par exemple.

[0018] La température dans le décanteur est de préférence voisine, sinon identique à celle dans l'électrolyseur.

[0019] Le procédé selon l'invention conduit à réalisation d'une cellule d'électrolyse associée à un décanteur comme défini dans les revendications 6 et 7.

- La cellule comporte une anode gainée entourée d'une cathode; la partie supérieure de la cathode immergée dans le bain présente de préférence une forme évasée et des ouvertures sont ménagées à la base de ladite cathode;

- la cellule est exempte de diaphragme entre l'anode et la cathode;

- l'alimentation de la cellule est réalisée par une amenée du mélange de sels fondus situé en fond de la cellule,

- enfin la cellule est pourvue de dispositifs de sortie, évacuant d'une part le mélange de sels fondus et le lithium métallique dans le décanteur et d'autre part le chlore gazeux; ces dispositifs sont constitués par un trop-plein se déversant dans un décanteur et une évacuation de la phase gazeuse qui surmonte le milieu d'électrolyse;

- le décanteur alimenté avec un débit Q par le mélange provenant de la cellule d'électrolyse comporte:

. une zone de décantation de surface S,

. un dispositif d'évacuation de la phase légère (le lithium) par débordement,

. un dispositif d'évacuation de la phase lourde (le mélange de sels fondus) comportant un puits et un déversoir.

[0020] On donne ci-après de façon non limitative un exemple de réalisation préféré de l'invention en faisant référence à la figure unique annexée:

[0021] La cellule d'électrolyse est décrite ci-après:

- le corps de la cellule (1) est en acier inoxydable.

- la cathode (2), en acier inoxydable également, a une forme cylindrique; cette cathode est soudée au fond de la cellule et comporte, à sa partie inférieure des ouvertures (3) qui permettent la circulation du milieu d'électrolyse dans l'électrolyseur; la partie supérieure (4) de la cathode est disposée de façon à rester sous la surface du milieu d'électrolyse (lorsque la cellule est en fonctionnement) et a une forme évasée;

- l'anode (6) est en graphite, de forme cylindrique et disposée à l'intérieur de la cathode; cette anode est gainée dans sa partie au-dessus du milieu d'électrolyse et jusqu'à une certaine distance au-dessous de la surface dudit milieu (lorsque la cellule est en fonctionnement) par une gaine d'alumine (10).

- l'alimentation en mélange de sels fondus est effectuée par un conduit d'amenée (5) qui débouche à la base de la cellule immédiatement au-dessous de l'espace situé entre l'anode et la cathode.

- la sortie des gaz (chlore) est réalisée à la partie supérieure de la cellule en (9); la sortie du mélange provenant de l'électrolyse est réalisée par le conduit (7) dont le niveau détermine le niveau du milieu d'électrolyse dans la cellule.

[0022] La description qui précède permet de constater que le chlore qui se dégage dans l'électrolyse est extrait de l'électrolyseur sans être dilué avec, par exemple, un gaz inerte. Cette caractéristique est importante dans la mesure où ce chlore peut être utilisé tel quel industriellement.

[0023] Le décanteur est décrit ci-après:

- le décanteur (8) est alimenté (7) avec un débit Q par le mélange provenant de la cellule d'électrolyse, ledit décanteur comportant:

. une zone de décantation (11) de surface S,

. un dispositif d'évacuation de la phase légère (lithium métallique) par débordement (12),

. un dispositif d'évacuation de la phase lourde comportant un puits (13), un déversoir (14) et avantageusement un bac tampon (16).

. la phase lourde qui comporte essentiellement le mélange de sels fondus recyclé (5) dans la cellule (1) après filtration sur le dispositif (15).

[0024] La quantité de chlorure de lithium dans le milieu d'électrolyse est ajustée pour remplacer celle consommée du fait de l'électrolyse par ajout de celui-ci avantageusement dans le bac tampon (16). Par ailleurs, la circulation du milieu fondu est réalisée par une pompe (17) qui par exemple peut être en aval du bac (16).

[0025] On donne ci-après un exemple d'utilisation du dispositif selon l'invention en faisant référence à la figure 1.

Exemple

[0026] La cellule d'électrolyse (1) utilisée a un diamètre de 0,/ m pour une hauteur de un mètre, la cathode (2) a un diamètre intérieur de 0,34 m et l'anode en graphite un diamètre de 0,3 m, sa partie haute étant gainée par un tube d'alumine.

[0027] Le décanteur (8) est de forme cylindrique de 0,5 m de diamètre pour une hauteur de 0,5 m et présente une surface de 0,2 m², le débit d'alimentation étant de 1 m³/h.

[0028] Le réservoir tampon (16) est suivi par une pompe (17) permettant de filtrer les sels sous pression sur un filtre (15) en acier inoxydable fritté.

[0029] Le débit de l'expérience (flux 5) est de 1 m³/h et le courant d'électrolyse de 5000 A. On observe le bilan suivant:

- à l'entrée de l'électrolyseur (flux 5):

. débit de KCI = 11 111 moles/h

. débit de LiCI = 18 518 moles/h (62,5 moles pour 100 dans le sel fondu)

- à la sortie liquide de l'électrolyseur (flux 7):

. débit de KCI = 11 111 moles/h

. débit de LiCI = 18 351 moles/h (62,3 moles pour 100 dans le sel fondu)

. débit de Li = 16/ moles/h

- à la sortie gaz de l'électrolyseur (flux 9):

. débit de CI = 83,5 moles/h

[0030] Le flux 7 est séparé en deux flux par le décanteur (8), le premier flux (14) étant constitué par une phase homogène lourde de sels fondus LiCI et KCI, le second (12) étant une phase légère de lithium correspondant à la production de l'électrolyse.

[0031] Les sels récupérés dans le bac (16) sont pompés en continu pour être recyclés à l'électrolyseur après filtration sur le poreux métallique contenu dans le dispositif repéré (15).

[0032] Dans l'expérience décrite, l'appoint de 167 moles/h de LiCI est effectué dans le réservoir tampon (16).

Revendications

1. Procédé de préparation en continu de lithium par électrolyse, à niveau constant de bain, de chlorure de lithium dans un mélange de sels fondus, avec soutirage en continu par surverse au niveau de la surface du bain du lithium formé en mélange avec des sels fondus et récupération en continu du chlore gazeux formé non dilué, ledit procédé étant caractérisé en ce que:

- dans une première étape, l'électrolyse est effectuée avec une circulation naturelle du milieu d'électrolyse entre l'anode et la cathode entourant ladite anode sans utilisation d'un diaphragm entre celles-ci, le soutirage du lithium formé en mélange avec des sels fondus étant réalisé en présence de chlore gazeux non dilué;

- l'anode est entourée par la cathode et gainée dans sa partie surmontant la surface du milieu d'électrolyse et jusqu'au-dessous de celle-ci avec un matériau réfractaire électriquement isolant;

- dans une deuxième étape, le mélange de lithium métallique et des sels fondus soutiré est soumis à une opération de décantation pour séparer le lithium métallique des sels fondus.

2. Procédé selon la revendications 1, caractérisé en ce qu'après décantation les sels fondus sont recyclés dans le milieu d'électrolyse.

3. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes caractérisé en ce que l'opération de décantation est réalisée dans un décanteur comportant une partie décantation et un puits d'évacuation, le lithium décantant dans la partie décantation puis étant soutiré du décanteur, les sels fondus étant séparés dans le puits puis évacués.

4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le milieu d'électrolyse est constitué par un mélange de chlorure de lithium et de chlorure de potassium, la quantité de chlorure de lithium dudit mélange pouvant varier pour l'entrée et la sortie entre 56 et 69 % en mole de LiCI dans le mélange de sels fondus, la concentration à l'entrée étant supérieure à la concentration à la sortie.

5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que la partie de décantation a une surface S telle que 0,1 < H < 0,3 si Q est le débit d'alimentation dudit décanteur en M³/h et S la surface en m² de ladite partie de décantation.

6. Appareillage pour la préparation en continu du lithium par électrolyse du chlorure de lithium dans un mélange de sels fondus à niveau de bain constant, constitué d'une cellule d'électrolyse comprenant une anode, une cathode immergée dans le bain d'électrolyse, un dispositif d'alimentation en continu du chlorure de lithium en mélange avec les sels fondus situé en fond de cuve, un dispositif de soutirage en continu par surverse du lithium formé en mélange avec les sels fondus situé au niveau de la surface du bain d'électrolyse, un dispositif de soutirage en continu du chlore gazeux formé, ledit appareillage étant caractérisé en ce que:

- la cellule d'électrolyse est exempte de diaphragme entre l'anode et la cathode

- l'anode est gainée dans sa partie surmontant la surface du bain d'électrolyse et jusqu'au-dessous de celle-ci avec un matériau réfractaire électriquement isolant,

- la cellule d'électrolyse est associée à un décanteur alimenté avec un débit Q par le mélange provenant de la cellule d'électrolyse, ledit décanteur comportant:

. une zone de décantation de surface S,

. un dispositif d'évacuation de la phase légère (le lithium) par débordement,

. un dispositif d'évacuation de la phase lourde (le mélange de sels fondus) comportant un puits et un déversoir.

7. Appareillage selon la revendication 6, caractérisé en ce que:

- le corps de la cellule est en acier inoxydable,

- la cathode est en acier inoxydable, a une forme cylindrique, est soudée au fond de la cellule et comporte, à sa partie inférieure des ouvertures qui permettent la circulation du milieu d'électrolyse dans l'électrolyseur, la partie supérieure de la cathode étant disposée de façon à rester sous la surface du milieu d'électrolyse,

- l'anode est en graphite, de forme cylindrique, disposée à l'intérieur de la cathode, et est gainée par une gaine d'alumine,

- l'alimentation en mélange de sels fondus est effectuée par un conduit d'amenée qui débouche à la base de la cellule immédiatement au-dessous de l'espace situé entre l'anode et la cathode,

- la sortie des gaz (chlore) est réalisée à la partie supérieure de la cellule; la sortie du mélange provenant de l'électrolyse est réalisée par un trop-plein se déversant dans le décanteur.

Ansprüche

1. Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Lithium mittels Elektrolyse in einem Bad von Lithiumchlorid im Gemisch einer Salzschmelze mit konstanter Füllhöhe, mit kontinuierlichem Abstich durch Überfließenlassen des im Gemisch der geschmolzenen Salze gebildeten Lithiums auf dem Niveau der Badoberfläche und kontinuierliche Rückgewinnung des gebildeten unverdünnten Chlorgases, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß:

- in einem ersten Schritt die Elektrolyse bei natürlicher Zirkulation des Elektrolysemediums zwischen der Anode und der diese umgebenden Kathode ohne Verwendung eines Diaphragmas zwischen diesen beiden ausgeführt wird, wobei der Abstich des im Gemisch der geschmolzenen Salze gebildeten Lithiums in Gegenwart von unverdünntem Chlorgas durchgeführt wird;

- die Anode von der Kathode umgeben ist und in ihrem die Oberfläche des Elektrolysemediums überragenden Teil und bis unter diese Oberfläche mit einem feuerfesten elektrisch isolierenden Material ummantelt ist;

- in einem zweiten Schritt das abgestochene Gemisch des metallischen Lithiums und der geschmolzenen Salze einem Dekantierungsprozeß unterworfen wird, um das metallische Lithium von der Salzschmelze zu trennen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß nach der Dekantierung die geschmolzenen Salze in das Elektrolysemedium zurückgeführt werden.

3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Dekantierungsprozeß in einem Dekantiergefäß durchgeführt wird, das einen Dekantierbereich und einen Evakuierungsschacht aufweist, wobei das Lithium in dem Dekantierbereich dekantiert und anschließend aus dem Dekantiergefäß abgestochen wird, und wobei die geschmolzenen Salze in dem Schacht getrennt und dann evakuiert werden.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Elektrolysemedium aus einem Gemisch von Lithiumchlorid und Kaliumchlorid besteht, wobei die Menge an Lithiumchlorid in diesem Gemisch am Eingang und Ausgang zwischen 56 und 69 Mol-% Lithiumchlorid im Gemisch der geschmolzenen Salze variieren kann, und wobei die Konzentration am Eingang höher liegt als die Konzentration am Ausgang.

5. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Dekantierbereich eine Oberfläche S aufweist, wobei 0,1 < § < 0,3, wenn Q die Speiserate des Dekantiergefäßes in m³/h ist und S die Oberfläche des Dekantierbereichs in m² ist.

6. Apparatur zur kontinuierlichen Herstellung von Lithium durch Elektrolyse von Lithiumchlorid im Gemisch einer Salzschmelze bei konstanter Füllhöhe des Bades, bestehend aus einer Elektrolysezelle mit einer Anode, einer in das Elektrolysebad eintauchenden Kathode, einer Vorrichtung zur kontinuierlichen Zufuhr von Lithiumchlorid im Gemisch mit den geschmolzenen Salzen, angeordnet am Gefäßboden, einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Abstechen des im Gemisch mit den geschmolzenen Salzen gebildeten Lithiums durch Überfliessenlassen in Höhe der Oberfläche des Elektrolysebads und einer Vorrichtung zum kontinuierlichen Abziehen des gebildeten Chlorgases, wobei die Apparatur dadurch gekennzeichnet ist, daß:

- die Elektrolysezelle kein Diaphragma zwischen Anode und Kathode aufweist,

- die Anode in ihrem die Oberfläche des Elektrolysebads überragenden Teil und bis unter diese Oberfläche mit einem feuerfesten elektrisch isolierenden Material ummantelt ist,

- die Elektrolysezelle mit einem Dekantiergefäß in Verbindung steht, das mit einer Rate Q mit einem Gemisch aus der Elektrolysezelle gespeist wird, wobei dieses Dekantiergefäß umfaßt:

. einen Dekantierbereich mit der Oberfläche S,

. eine Vorrichtung zum Abziehen der leichten Phase (des Lithiums) durch Überströmenlassen

. eine Vorrichtung zum Abziehen der schweren Phase (das Gemisch der geschmolzenen Salze) mit einem Steigschacht und einem Überlauf.

7. Apparatur gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß:

- der Körper der Zelle aus nichtoxydierbarem Stahl ist,

- die Kathode aus nichtoxydierbarem Stahl ist, eine zylindrische Form hat, am Boden der Zelle angeschweißt ist und in ihrem unteren Abschnitt Öffnungen aufweist, die die Zirkulation des Elektrolysemediums in der Elektrolysevorrichtung ermöglichen, wobei der obere Teil der Kathode so angeordnet ist, daß dieser unter der Oberfläche des Elektrolysemediums bleibt,

- die Anode aus Graphit ist, zylindrisch geformt ist, angeordnet ist im Inneren der Kathode, und ummantelt ist mit einer Ummantelung aus Aluminium,

- die Zufuhr des Gemischs der geschmolzenen Salze über eine Zufuhrleitung erfolgt, die an der Basis der Zelle einmündet, unmittelbar unterhalb des zwischen der Anode und der Kathode gelegenen Raums,

- das Entweichen des Gases (Chlor) im oberen Teil der Zelle erfolgt, und der Abfluß des aus der Elektrolyse hervorgehenden Gemischs über einen Überlauf erfolgt, der sich in das Dekantiergefäß ergießt.

Claims

1. Process for the continuous preparation of Lithium by electrolysis, at constant bath level, of lithium chloride in a mixture of holten salts, the lithium formed mixed with molten salts being continuously extracted by overflow at the surface level of the bath and the undiluted chlorine gas formed being continuously recovered, the said process being characterized in that:

in a first stage, the electrolysis is carried out with a natural circulation of the electrolysis medium between the anode and the cathode surrounding the said anode without using a diaphragm between them, the extraction of the lithium formed mixed with molten salts being carried out in the presence of undiluted chlorine gas;

the anode is surrounded by the cathode and is sheathed in its part above the surface of the electrolysis medium and as far as below the latter with an electrically insulating refractory material; and

in a second stage, the mixture of lithium metal and molten salts extracted is subjected to a decantation operation in order to separate the lithium metal from the molten salts.

2. Process according to Claim 1, characterized in that, after decantation, the molten salts are recycled into the electrolysis medium.

3. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the decantation operation is carried out in a decanter which comprises a decantation part and an evacuation well, the lithium decanting into the decantation part and then being drawn off from the decanter, the molten salts being separated in the well and then evacuated.

4. Process according to any one of the preceding claims, characterized in that the electrolysis medium consists of a mixture of lithium chloride and potassium chloride, it being possible for the quantity of lithium chloride in the said mixture at the inlet and at the outlet to vary between 56 and 69 mole % LiCL in the mixture of molten salts, the concentration at the inlet being higher than the concentration at the outlet.

5. Process according to Claim 3, characterized in that the decantation part has a surface areas such that 0.1 < § < 0.3 where Q is the feed flow of the said decanter in m³/h and S the surface area in m² of the said decantation part.

6. Apparatus for the continuous preparation of lithium by electrolysis of lithium chloride in a mixture of molten salts at constant bath level, consisting of an electrolysis cell which comprises an anode, a cathode immersed in the electrolysis bath, a device for the continuous supply of lithium chloride mixed with the molten salts, located at the bottom of the tank, a device for the continuous extraction by overflow of the lithium formed mixed with the molten salts, located at the surface level of the electrolysis bath, a device for the continuous extraction of the chlorine gas formed, the said equipment being characterized in that:

the electrolysis cell is without a diaphragm between the anode and the cathode;

the anode is sheathed in its part above the surface of the electrolysis bath and as far as below the latter with an electrically insulating refractory material; and

the electrolysis cell is connected to a decanter fed with a flow Q of the mixture originating from the electrolysis cell, the said decanter comprising:

a decantation zone with a surface area S;

a device for the evacuation of the light phase (lithium) by overflow; and

a device for the evacuation of the heavy phase (the mixture of molten salts), which comprises a well and a weir.

7. Apparatus according to Claim 6, characterized in that:

the body of the cell is made of stainless steel; the cathode is made of stainless steel, is cylindrical in shape, is welded onto the bottom of the cell and comprises, at its lower part, openings which enable the electrolysis medium to circulate freely in the electrolysis outfit, the upper part of the cathode being arranged so as to remain below the surface of the electrolysis medium;

the anode is made of graphite, is cylindrical in shape, is arranged within the cathode, and is sheathed with an aluminium sheath;

the supply of the mixture of molten salts is carried out by means of a supply pipe which opens out at the base of the cell immediately below the space between the anode and the cathode; and

the removal of gases (chlorine) is carried out at the upper part of the cell; the outflow of the mixture originating from the electrolysis is carried out by an overflow flowing into the decanter.

Dessins