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Downs-Verfahren

Heute erfolgt die Gewinnung von Natrium vorrangig nach dem Downs-Verfahren durch Schmelzflusselektrolyse von wasserfreiem NaCl.

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Abb.1
Downs-Zelle
Abb.2
Elektrolyse von geschmolzenem NaCl in der Downs-Zelle

Mit Ton!

NaCl schmilzt bei 808 °C. Beim Downs-Verfahren wird die Schmelztemperatur von Natriumchlorid durch Zusatz von ca. 60 % CaCl2 auf etwa 600 °C herabgesetzt. Die Arbeitstemperatur im Tiegel beträgt ca. 600 °C. Bei zu hoher Elektrolysetemperatur löst sich das Natrium in der Schmelze auf und kann nicht abgetrennt werden.

Bei der Elektrolyse werden an der Kathode Na+-Ionen zu metallischem Natrium reduziert und an der Anode nur Cl-Ionen zu Chlorgas oxidiert.

2Na++ 2e 2Na Kathode 2Cl Cl2+ 2e Anode 2NaCl 2Na+ Cl2 Gesamtreaktion

Das Chlor wird als Gas entwickelt und entweicht der Schmelze. Natrium scheidet sich als flüssiges Metall ab. Es steigt an der Kathode empor, sammelt sich in dem zu einer Rinne umgebogenen Rand der Glocke und wird von hier aus durch ein eisernes Steigrohr entnommen.

Die Leistung eines Downs-Tiegels beträgt typischerweise 0,5 t Natrium pro Tag bei einer Zellenspannung von 7 V und einer Stromstärke von 35.000 A. Pro kg Na wird eine elektrische Energie von 11 kWh benötigt.