Für die elektrolytische
Abscheidung von Zinkmetall aus Schwefelsäurezinklauge werden Anodenplatten
aus Blei bzw. Bleilegierungen eingesetzt. Die Bleianodenplatten
haben dabei Abmessungen von ca. 6mm bis 12 mm Dicke, 1 m Breite
und bis zu 2 m Länge.
Da sie aus Bleilegierungen bestehen, besitzen Sie ein erhebliches
Gewicht und sind aufgrund des Werkstoffes relativ weich. Derartige
Bleianoden sind beispielsweise aus der
US 6,224,723 B1 bekannt.
Bei
der industriellen Gewinnung von Zink wird eine große Anzahl
dieser Bleianoden oder Bleiplatten eng benachbart zu Aluminiumkathodenblechen
in ein Bad mit einer schwefelsauren Zinklauge gestellt. In großen Elektrolysehallen
werden hier je nach Größe Anoden-
und Kathodenbleche bis zu 10 000 Stück und mehr angeordnet. Anoden
wie Kathoden stehen dabei senkrecht in den Bädern. Breite und Dicke der
Anoden werden somit zu einer Horizontalabmessung, die Länge der
Anode zu einer Vertikalabmessung.
Die
Anodenplatten operieren als zinklaugeresistente elektrische Leiter
und werden mit einer erheblichen Stromdichte (ca. 400 – 600 Ampere/m2) beaufschlagt. Für die Zinkabscheidung sind
ca. 3400 Kilowattstunden per Tonne notwendig, wovon etwa 1/3 in
Wärme umgewandelt
wird, so dass der Elektrolyt gekühlt
werden muss, um die optimale Badtemperatur von 30°C bis 40°C zu erhalten.
Die Kathodenbleche werden je nach Stromdichte in regelmäßigem Turnus
gezogen und der Zinkbelag von den im Regelfall aus Aluminium bestehenden
Kathodenblechen mechanisch abgetrennt (gestrippt).
In ähnlicher
Form wird mit Bleianodenplatten und Kathodenblechen aus Kupfer (sogenannten "Starterblechen") aus etwa 2 mm dickem
Kupferblech) aus Kupferlauge auf den Kupferkathodenblechen das Kupfer
abgeschieden. Eine mechanische Trennung beziehungsweise ein Strippen
des abgeschiedenen Materials von den Kathodenblechen erübrigt sich
in diesem Fall, die auftretenden Probleme und Vorgehensweisen sind
ansonsten jedoch vergleichbar.
Durch
die sehr enge Anordnung der Anoden zu den Kathodenblechen aus Aluminium
beziehungsweise aus Kupfer kann es über mehrere Mechanismen zu
Kurzschlüssen
kommen.
Entsteht
ein solcher Kurzschluss im Zinklaugenbad, so führt dies natürlich zu
einem erhöhten Stromfluss,
zu noch weiter erhöhten
Temperaturen und aufgrund des außerdem dann zusammenbrechenden
Widerstandes an genau diesem Punkt auch dazu, dass sich die gesamte
Stromversorgung auf eben diesen Kurzschluss konzentriert.
Durch
solche Kurzschlüsse
kann die am Kurzschluss beteiligte Anode im ungünstigsten Fall bis zur Zerstörung überhitzen.
In diesem Fall bricht dann die Leitfähigkeit am Anschluss zusammen,
so dass der Anschluss dieser Anodenplatte unwirksam wird. Gleichzeitig
werden die im Prozess verbliebenen Anodenplatten entsprechend stärker belastet und
das Risiko für
deren Überhitzung
steigt. Auf jeden Fall leidet dabei auch die Gesamtausbeute an Zink
beziehungsweise an Kupfer.
Ein ähnlicher
Effekt kann eintreten, wenn die Zinkschicht auf den Kathodenblechen
beim Ausscheiden auf den Kathodenblechen nicht gleichzeitig anwächst, sondern
wenn sich vorstehende Stacheln bilden, sogenannte Dendriten. Diese
Dendriten können
von dem Kathodenblech bis an die benachbarte Anodenplatte heranwachsen.
Auch in diesem Fall kommt es zu einem Kurzschluss durch diese Zinkablagerung
mit den oben erwähnten
Effekten und anderen unerwünschten
Folgen.
Diese
Gefahren sind durchaus real und in der Praxis bekannt. Um Ihnen
zu begegnen, wird im Stand der Technik mit Wärmebildkameras gearbeitet, sogenannten
Thermokameras. Eine gewisse Anzahl derartiger Wärmebildkameras wird verfahrbar
an denjenigen Apparaturen beziehungsweise Bekranungen angebracht,
die über
das mehrere 100 m2 große Feld fahren und die Kathoden
bzw. Bleianoden in Zeitabständen
herausziehen.
Zwar
können
diese Wärmebildkameras
ein relativ exaktes Bild erzeugen, an welchen Anoden Temperaturerhöhungen bestehen,
können
dies jedoch nur in zeitlicher Abhängigkeit zu den Notwendigkeiten
des Strippens. Demzufolge werden entsprechende Auswertungen nur
ein- bis dreimal in 24 Stunden erzeugt. Deshalb können die
beschriebenen Überhitzungen
mit entsprechenden schädigenden Effekten über mehrere
Stunden unentdeckt bestehen.
Im
Hinblick auf die Wirtschaftlichkeit der gesamtem Anlage, ebenso
aber auch auf die entstehenden möglichen
Gefahren bei zeitlich nicht entdeckten Effekten wäre es wünschenswert,
wenn hier eine andere Möglichkeit
geschaffen würde.
Aufgabe
der Erfindung ist es daher, eine solche Möglichkeit zu schaffen.
Diese
Aufgabe wird durch eine Bleianode gelöst, die mit einem Wärmeerkennungselement
ausgerüstet
ist.
Besonders
vorteilhaft ist es dabei, wenn das Wärmeerkennungselement ein Oberflächenbereich ist,
der mit einem thermochromen Lack versehen ist.
Thermochromer
Lack als solcher ist in anderem Zusammenhang schon bekannt. Er wird
unter anderem für
die Lebensmittelindustrie verwendet, um dort als Farbindikator für die Temperaturindikation von
kalten oder heißen
Getränken
zu dienen und anzuzeigen, wann ein Getränk eine gewünschte Temperatur erreicht
hat.
Anders
als bei dem herkömmlichen
Vorgehen mit Wärmebildkameras,
also Infrarotkameras beziehungsweise Thermokameras, ist erfindungsgemäß ein direkter
gezielter Zugriff auf die konkret genau dieses Wärmeerkennungselement tragende Bleianodenplatte
möglich.
Diese
Aufgabe wird ferner gelöst
durch eine Anordnung zur Gewinnung von Zink aus Zinklauge und/oder
von Kupfer aus Kupferlauge, mit einem Bad aus einer Vielzahl von
parallel und abwechselnd zueinander angeordneten Bleianodenplatten
und Kathodenblechen, bei der die Bleianodenplatten nach einem der
vorstehenden Ansprüche
ausgerüstet sind.
Durch
das Wärmeerkennungselement,
insbesondere durch den Oberflächenbereich
mit der Beschichtung mit thermochromen Lack, kann nun in der Erfindung
festgestellt werden, dass eine bestimmte Partie einer Bleianodenplatte
eine bestimmte Temperatur besitzt oder jedenfalls einen bestimmten
vorgegebenen Temperaturwert übersteigt.
Aus
diesem angezeigten Indiz für
eine bestimmte Temperatur kann dann ein impliziter Hinweis auf einen
bestimmten Stromfluss an oder in dieser Bleianodenplatte gefolgert
werden.
Bevorzugt
wird für
diesen Anwendungszweck ein thermochromer Lack eingesetzt, bei dem der
Farbumschlag reversibel ist. Das bedeutet, dass der durch eine Temperaturänderung
erfolgte Farbumschlag bei einer wieder abgefallenen oder wieder
in den Normalbereich zurückgekehrten
Temperatur auch wieder den vorherigen Wert annimmt. Nach dem Instandsetzen
der Bleianodenplatte oder dem Erkennen und Reparieren des Defektes
soll ja der Betrieb der Bleiplatte bei der Gewinnung von Zink aus
einem Zinklaugenbad beziehungsweise von Kupfer aus einem Kupferlaugenbad
unverändert
weitergeführt
werden.
Bevorzugt
ist es ferner, wenn die Umschlagstemperatur, bei der der Farbumschlag
des thermochromen Lacks erfolgt, deutlich oberhalb von 55 °C liegt,
also deutlich oberhalb der normalen Betriebstemperatur. Andererseits
ist es bevor zugt, wenn diese Umschlagstemperatur auch deutlich unterhalb von
80 °C liegt,
da dort schon erste negative Effekte auf die Bleianodenplatten eintreten
können.
Eine besonders bevorzugte Umschlagstemperatur hat sich in Tests
mit etwa 65 °C
bis 70 °C,
ganz besonders von 68 °C
ergeben.
Weiter
bevorzugt ist es, wenn das Wärmeerkennungselement
einen thermochromen Lack mit Pigmenten aufweist, und wenn die Pigmente
mit einem gegen Zinklauge beziehungsweise Kupferlauge resistenten
oder jedenfalls widerstandsfähigen,
insbesondere durchsichtigen Überzug
versehen sind. Dies erhöht
ihre voraussichtliche Lebensdauer beträchtlich, auch wenn die Pigmente
im thermochromen Lack an sich mit der Zinklauge gar nicht in Berührung kommen
sollen, sondern sich außerhalb
des Zinklaugenbades befinden. Zumindest liegen sie jedoch im Bereich
des Säurenebels
und können
auch gelegentlich von Spritzern berührt werden. Daher ist die Pigmentbeschichtung
bevorzugt mit einer durchsichtigen laugen- und/oder säureresistenten
Beschichtung versehen.
Der
besondere Vorteil der erfindungsgemäßen Maßnahmen liegt darin, dass jede
Bleianodenplatte mit einem solchen thermochromen Lack versehen werden
kann.
Bevorzugt
wird dabei jede Bleianodenplatte mit einem gleichartigen Wärmeerkennungselement versehen.
Dadurch wird die Erkennung eines vom tolerierbaren Zustand abweichenden
Verhaltens sehr vereinfacht, da aus einer Menge gleichartiger Wärmeerkennungselemente
an ordnungsgemäß arbeitenden
Bleianodenplatten ein einzelnes oder jedenfalls wenige Wärmeerkennungselemente
an Bleianodenplatten mit zu hoher Temperatur sofort auffallen.
Durch
eine beispielsweise sehr grelle Farbgebung in gelb kann weithin
angezeigt werden, dass die Stromzufuhr und daraus folgend die Temperatur dieser
konkreten Bleianodenplatte zu hoch ist und sich von den Nachbarplatten
unterscheidet.
Es
entsteht also eine Defektanzeige für Bleianodenplatten, die die
herkömmlichen
Wärmebildkameras
vollständig
ersetzen kann. Aber auch eine Kombination mit diesen Wärmebildkameras
ist möglich,
um beispielsweise den Sicherheitseffekt noch weiter zu steigern
oder Groberkennungen mit Feinerkennungen durch entsprechende Kreuzauswertungen
zu ermöglichen.
Bevorzugt
werden die Wärmeerkennungselemente
der jeweiligen Bleianodenplatten jeweils an der gleichen Stelle
angeordnet. Diese Position kann so gewählt werden, dass das Wärmeerkennungselement
insbesondere nach einem Farbumschlag, also in dem relevanten Temperaturbereich,
besonders gut durch Ferndiagnose optisch erkannt werden kann. Diese
Erkennung muss nicht durch eine Wärmebildkamera erfolgen, sondern
kann durch übliche
optische Erkennungseinrichtungen, etwa mittels Kameras, überwacht
werden. Hierzu würde
eine Kamera für
eine Vielzahl von Bleianodenplatten gleichzeitig genügen, um
etwa die Bleianodenplatten in einer Reihe angeordnet gleichzeitig
aufzunehmen. Wenn eines der Wärmeerkennungselemente
den Farbumschlag zeigt, kann die Kamera dieses insbesondere bei
einer grellen Farbgebung sofort und sehr leicht aufnehmen, einer
Zentrale weiter übermitteln
und dort zu entsprechender Aufmerksamkeit der Betreuer führen, die
gezielt Maßnahmen
einleiten können
Da das Wärmeerkennungselement
sehr präzise
arbeitet und eindeutig zu identifizieren ist, können auftretende Störungen durch
das in der Elektrolysehalle anwesende Wartungspersonal sofort erkannt
und behoben werden.
Die
Aluminiumkathodenbleche 11 ebenso wie die Bleianodenplatten 21, 22, 23 sind
jeweils mit einer Stromversorgung 30 verbunden, die für einen kontinuierlichen
Strom mit einer relativ hohen Stromstärke sorgt, der über die
Bleianodenplatten 21, 22, 23 in die Zinklauge 10 und
von dort zu den jeweils zugeordneten Aluminiumkathodenblechen 11 und
wieder zurückführt. Dadurch
wird aus der Zinklauge 10, Zink ausgeschieden und auf den
Aluminiumkathodenblechen 11 abgeschieden. Dieses Zink kann dazu
führen,
dass sich Zinkdendriten 15 auf den Aluminiumkathodenblechen 11 bilden.
Dargestellt ist ein Zinkdendrit 15, der soweit gewachsen
ist, dass er von dem Aluminiumkathodenblech 11 auf die
benachbarte Bleianodenplatte 21 führt und damit einen Kurzschluss
verursacht.
Außerhalb
und oberhalb des Zinklaugenbades 10 ist auf einem dort
befindlichen Oberflächenabschnitt
der Bleianodenplatten 21, 22, 23 jeweils
ein Wärmeerken nungselement 41, 42, 43 vorgesehen. Dieses
Wärmeerkennungselement 41, 42, 43 ist
in dem dargestellten Ausführungsbeispiel
eine Beschichtung des Oberflächenbereichs
mit einem thermochromen Lack. Dieser thermochrome Lack ist so ausgewählt, dass
er einen Farbumschlag bei 68 °C durchführt, seine
Umschlagstemperatur beträgt
also 68 °C.
Unterhalb dieser Temperatur besitzt er eine erste Farbe a, die einen
relativ geringen Aufmerksamkeitsgrad bei einem Beobachter erreicht.
Oberhalb der Umschlagstemperatur wechselt der thermochrome Lack
zu einer insbesonderen grellen zweiten Farbe b, beispielsweise einem
grellen Gelb oder Orange. Diese zweite Farbe besitzt demzufolge
eine höheren
Aufmerksamkeitswert bei einem Betrachter.