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Verfahren zur Reinigung von Flüssigkeiten.
Das Verfahren gemäss der Erfindung umfasst eine besondere Ausbildungsform der an sich bereits bekannten Verwendung der Elektrolyse zur Reinigung von Elektrolyten, wie z. B. von Säurelösungen. Da es hiebei darauf ankommt, Lösungen der Elektrolyse zu unterwerfen, welche die als Ionen oder in Ionen leicht überführbare Verbindungen vorliegender gelösten Fremdstoffe in nur sehr geringen Konzentrationen enthalten, beispielsweise 1 g im Liter und darunter bis zu Spuren, ergab sieh die Aufgabe, Mittel zu finden, um trotz der niedrigen Konzentration die Abscheidung bzw. Umwandlung dieser Ionen mit einer technisch vorteilhaften Stromausbeute zu bewirken.
Anwendungsfälle dieser Art liegen beispiels-
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verunreinigenden Schwermetallsalzen oder von zu Metallen reduzierbaren Verbindungen entfernt werden sollen oder wenn geringe Mengen von Stoffen im Elektrolyten vorhanden sind, deren Überführung in eine höhere oder niedrigere Oxydationsstufe die Bedeutung der Beseitigung des Fremdstoffes hat und daher erwünscht ist.
Gemäss der Erfindung wird zur Abscheidung der als Ionen vorhandenen oder in Ionen überfuhr- baren Fremdstoffe oder zur Oxydation bzw. Reduktion von in geringer Konzentration vorhandenen Stoffen so verfahren, dass man den Elektrolyten durch engmaschige Drahtnetze langsam hindurchführt. Dabei bringt man den niedrigen Gehalt der Lösung an dem abzuscheidenden bzw. zu verändernden Fremdstoff zu der Maschenweite des Drahtnetzes derart in bestimmte Beziehung, dass man durch Verengerung der Maschen den Abscheidungsweg des Fremdstoffes zur Elektrode möglichst verkürzt bzw. die Wahrscheinlichkeit der Herbeiführung einer Berührung der Fremdstoffteilchen mit der Elektrode auf ein Höchstmass steigert.
Es ist vorteilhaft, wenn man dabei gleichzeitig auch die Stromdichte der niederen Konzentration der Fremdstoffe angleicht, indem man die der Abscheidung dienende"wirksame"Drahtnetzelektrode mit so niedrigen Stromdichten belastet, wie sie für eine Zersetzung des Elektrolyten selbst als Zweck des Verfahrens betriebstechnisch, d. h. unter Berücksichtigung wirtschaftlicher Gesichtspunkte, nicht in Frage kommen können. Die Gegenelektrode, die für den Fremdstoff unwirksam bleiben soll, kann dabei mit irgendeiner passenden Stromdichte belastet werden.
Das Verfahren sei an folgenden Beispielen erläutert :
1. Entarsenierung von Phosphorsäure.
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Trog, in dem als Kathoden eine Anzahl engmaschiger Kupferdrahtnetze, z. B. aus Tressengev. ebe (ein mehrschichtiges Metallgewebe), mit etwa 450 Maschen pro Quadratzentimeter so eingesetzt sind, dass deren Fläche jeweils den Querschnitt des Troges einnimmt, und zwischen denen einzelne Platindrähte als Anoden aufgehängt sind, führt man die zu behandelnde Säure in derWeise hindurch, dass die Säure durch die einzelnen Drahtnetze mit einer Strömungsgeschwindigkeit von etwa 4 cm. in der Stunde nacheinander hindurchstreicht, während ein Gleichstrom von etwa 2-3 Volt durch das System hindurchgeleitet wird.
An den Anoden, die etwa mit O'l Amp./CH belastet sind, findet eine Sauerstoffentwicklung durch Wasserzersetzung statt. An den Kathoden, an denen die Stromdichte etwa 100-bis 1000mal niedriger ist als an den Anoden, findet eine Abscheidung der Schwermetallionen und durch den abgeschiedenen Wasserstoff im Entstehungszustand eine Reduktion der arsenigen Säure zu Arsen statt, welches sich in feinster Verteilung
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locker metallisch auf der Kathode ausscheidet bzw. als feinstverteiltes Pulver von der Säure abge- schwemmt und in Suspension weitergeführt wird. Nach dem Durchtritt durch sämtliche Drahtnetze wird die Säure vom ausgeschiedenen Arsen abfiltriert und fällt nun als völlig metall-und arsenfreie, wasserklare, reine Phosphorsäure an.
Wie gross im vorliegenden Fall die günstige Beeinflussung der Stromausbeute durch die Hindurchführung des Elektrolyten durch die Kathode gemäss dem neuen Ver-
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Zahlen :
Tabelle 1.
Entarsenierung einer Phosphorsäure (65% P2O5) mit 0-023% Arsen.
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<tb>
<tb>
Elektrolyt <SEP> strömt
<tb> Elektrolyt <SEP> tritt <SEP> Elektrolyt <SEP> strömt <SEP> Elektrolyt <SEP> mit
<tb> durch <SEP> die <SEP> Kathoden- <SEP> den <SEP> Kathodennetzen <SEP> an <SEP> vollwandigen <SEP> Drahtnetzelektrode
<tb> Amp./cmê <SEP> netze <SEP> hindurch <SEP> parallel <SEP> Kathodenblechen <SEP> lebhaft <SEP> gerührt
<tb> Stromdichte <SEP> an <SEP> entlang
<tb> der <SEP> Kathode
<tb> Strom- <SEP> kWh/kg <SEP> Strom- <SEP> kWh/kg <SEP> Strom- <SEP> kWh/kg <SEP> Strom- <SEP> kWh/kg
<tb> ausbeute <SEP> P2O3 <SEP> ausbeute <SEP> P2O3 <SEP> ausbeute <SEP> P2O5 <SEP> ausbeute <SEP> P2O5
<tb> 0#00014 <SEP> 43#0% <SEP> 0#003 <SEP> 4#3% <SEP> 0#03 <SEP> 3#6% <SEP> 0#036 <SEP> zirka <SEP> 4% <SEP> 0#03
<tb> 0-0014 <SEP> 21#0% <SEP> 0#006 <SEP> 2#5% <SEP> 0#05 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb> 0-0028--1-7% <SEP> 0-08----
<tb> 0-007 <SEP> 6#6% <SEP> 0#02 <SEP> 0#9% <SEP>
0#17 <SEP> 0#7% <SEP> 0#2 <SEP> 0#83% <SEP> 0#18
<tb> 0-014 <SEP> 3#5% <SEP> 0#043 <SEP> 0#5% <SEP> 0#28 <SEP> 0#4% <SEP> 0#34 <SEP> 0#5% <SEP> 0#30
<tb>
Tabelle 2.
Entarsenierung einer Phosphorsäure (65% P2O5) mit 0-001% Arsen.
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<tb>
<tb>
Elektrolyt <SEP> strömt
<tb> Elektrolyt <SEP> tritt <SEP> Elektrolyt <SEP> strömt <SEP> Elektrolyt <SEP> mit
<tb> durch <SEP> die <SEP> Kathoden- <SEP> den <SEP> Kathodennetzen <SEP> an <SEP> vollwandigen <SEP> Drahtnetzelektrode
<tb> Amp./cmê <SEP> netze <SEP> hindurch <SEP> parallel <SEP> Kathodenblechen <SEP> lebhaft <SEP> gerührt
<tb> Stromdichte <SEP> an <SEP> entlang
<tb> der <SEP> Kathode
<tb> Strom- <SEP> kWh/kg <SEP> Strom- <SEP> kWh/kg <SEP> Strom- <SEP> kWh/kg <SEP> Strom- <SEP> kWh/kg
<tb> ausbeute <SEP> P2O5 <SEP> ausbeute <SEP> P2O5 <SEP> ausbeute <SEP> P2O5 <SEP> ausbeute <SEP> P2O5
<tb> 0#00014 <SEP> 2#2% <SEP> 0#003 <SEP> 0#22% <SEP> 0#03 <SEP> 0#18 <SEP> 0#036 <SEP> 0#2% <SEP> 0#03
<tb> 0-0014 <SEP> 1-1% <SEP> 0#006 <SEP> 0#13% <SEP> 0#05 <SEP> - <SEP> - <SEP> - <SEP> -
<tb> 0-0028--0-09% <SEP> 0-08---
<tb> 0-007 <SEP> 0-3% <SEP> 0#02 <SEP> 0#046% <SEP> 0#168
<SEP> 0#04 <SEP> 0#2 <SEP> 0#4% <SEP> 0#18
<tb> 0-014 <SEP> 0-2% <SEP> 0-043 <SEP> 0#03% <SEP> 0#480 <SEP> 0#02 <SEP> 0#34 <SEP> 0#3% <SEP> 0#30
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zentimeter als Kathode und gelochten Bleiblechen als Anode hindurchgeführt. Die Stromdichte an der Kathode beträgt 0'0002Amp/cm2. Nach Durchgang von 2'6 Amperestunden pro Kilogramm Schwefelsäure war die Säure arsenfrei. Die Stromausbeute betrug zirka 61 %.
Wird anderseits derart gearbeitet, dass die Säure die Elektrodennetze nicht durchfliesst, sondern in Ruhe der Elektrolyse unterworfen wird, so sind, um die Entarsenierung bis zu dem gleichen Punkte
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von nur 28% ergibt.
3. Entarsenierung von Essigsäure.
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Nach Durchgang von 1 Amperestunde pro Kilogramm ist die Säure arsenfrei. Die Stromausbeute beträgt rund 1%.
Nimmt man den Versuch unter sonst gleichen Bedingungen, jedoch derart vor, dass die Essigsäure an der Kathode lediglich vorbei und nicht durch sie hindurehgeführt wird, so ist die Säure erst nach Durchgang von 8 Amperestunden arsenfrei. Die Stromausbeute beträgt in diesem Falle somit nur 0-12%.
4. Entqueeksilberung von Essigsäure.
Essigsäure (50% ig) mit O'Ol g Hg pro Kilogramm wird durch ein Platindrahtnetz von etwa 10.000 Maschen pro Quadratzentimeter als Kathode mit einer Geschwindigkeit von 1-3 einlh hindurchgeführt. Die Anode besteht aus eingehängten Platindrähten. Die kathodische Stromdichte beträgt 0.0001 Amp./cm ?. Nach Durchgang von 0'24 Amperestunden pro Kilogramm ist die Säure frei von Quecksilber, entsprechend einer Stromausbeute von 1'1 %.
Führt man die Säure unter sonst gleichen Bedindungen nur an dem Drahtnetz vorbei, so gelingt die Entfernung des Quecksilbers nur mit einer Stromausbeute von 0-15%.
Auch in diesen Beispielen erweist sich trotz der geringen Stromausbeute das Verfahren noch als wirtschaftlich.
Das geschilderte Verfahren ist auch anwendbar bei der Reinigung von andern Elektrolyten, sofern diese unter den für die Abscheidung der Verunreinigungen erforderliehen Stromdichteverhältnissen nicht selbst eine Veränderung erfahren. Beispielsweise kann Blei aus Salpetersäure-oder Nitratlösungen als auch Superoxyd an der Anode zur Ausscheidung kommen.
Gegenüber den in der Elektroanalyse vorkommenden Fällen der Verwendung relativ grosser Kathoden und kleiner Anoden wie auch der Verwendung von Blech- oder Drahtnetzrührelektroden, die der Erleichterung der Zufuhr der abzuscheidenden Stoffe an die Elektrode dienen sollen, liegt hier
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artig ausgebildete Elektrode hindurehzutreten. Während in der Elektroanalyse lediglieh in den letzten Stadien die Verarmung von abzuscheidenden Ionen in hohem Masse auftritt, ist bei der Reinigung technischer Lösungen gemäss Erfindung von vornherein mit einem dauernden Durchsatz von Lösungen mit äusserst geringem Gehalt an dem abzuscheidenden Stoff zu rechnen.
Bei den Massnahmen gemäss Erfindung gelangt man daher auch, im Gegensatz zu den Verhältnissen der Elektroanalyse, zu Stromausbeuten, die betriebswirtschaftlich in Betracht kommen, da es möglich ist, die in der Abscheidelektrode einzu-
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sich einstellenden Verhältnisse, zu verkleinern.
Gegenüber bekannten elektrolytischen Verfahren, in denen der Elektrolyt durch Drahtnetzelektroden geführt wird (wie z. B. im Billiterverfahren der Alkalielektrolyse), liegt der wesentliche Unterschied bei dem Verfahren gemäss der Erfindung darin, dass die Stromdiehte nicht auf maximale Belastung eingestellt ist, um eine Höchstleistung an Elektrolytzersetzung herbeizuführen, sondern im Gegenteil auf denjenigen Belastungsbetrag, bei dem die Stromausbeute bezogen auf die unmassgebliche Zersetzung des Elektrolyten beliebig niedrig, jedoch bezogen auf die hier ausschlaggebende Zersetzung der Verunreinigungen möglichst hoch ist. Es liegen daher auch solche Verfahren ausserhalb des Bereichs der Erfindung, bei denen durch Elektrolyse von durch ein Filterdrahtnetz geleiteten Lösungen (z.
B. von
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setzung auszufällen.