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Die
Erfindung betrifft eine Kathode zum elektrolytischen Abscheiden
von Zink od. dgl. aus einem Elektrolyt-Bad, welche ein Kathodenblatt,
eine am oberen Rand des plattenförmigen
Kathodenblattes befestigte Trag- und
Kontaktschiene, die eine höhere Stabilität als das
Kathodenblatt hat, und an den seitlichen Rändern und gegebenenfalls dem
unteren Rand des Kathodenblattes angebrachte Randleisten aufweist.
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Zum
Gewinnen von weitgehend reinem Zink ist die bekannte elektrolytische
Abscheidung von Metallionen an einer Kathode geeignet. Hierbei werden Metallionen
in einem Säurebad
aus aufbereitetem Material, beispielsweise Erz, elektrolytisch gelöst und an
einer Kathode abgeschieden. Der Transport der Metallionen durch
den sauren Elektrolyten erfolgt durch zwischen Kathode und Anode
fließendem Gleichstrom.
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Zu
diesem Zweck geeignete Kathoden können in der Regel in zwei Hauptkomponenten
unterteilt werden, nämlich
die Kathodenplatte oder das Kathodenblatt, an der bzw. an dem das
zu gewinnende Metall abgeschieden wird, und den Kontakt-, Trag- oder
auch Kopfschiene genannten Teil, der zum Einleiten des elektrischen
Stromes in das plattenförmige Kathodenblatt
und zum mechanischen Stabilisieren und Bewegen des Kathodenblattes
dient.
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Die
elektrolytische Abscheidung des zu gewinnenden Zinks auf den Oberflächen von
Kathoden folgt der Stromdichteverteilung zwischen Anode und Kathode
und schützt
zugleich das Kathodenblatt vor Korrosion im Säurebad.
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Um
eine gleichförmige
Ablagerung bzw. einen möglichst
gleichförmigen
Metallaufbau auf der Kathode zu erhalten, wird eine möglichst
konstante Stromdichteverteilung über
die Kathodenfläche
angestrebt. Am oberen Flüssigkeitsspiegel
des Säurebades,
der sogenannten Liquidzone, erfolgt normalerweise keine Metallabscheidung,
so dass hier auch kein Schutz des Kathodenblattes gegenüber dem sauren
Elektrolyten durch das abgeschiedene Zink entsteht. Das Kathodenblatt
kann, abhängig
vom eingesetzten Material, daher in der Liquidzone korrodieren und
vorzeitig verschleißen.
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Das
bei der elektrolytischen Abscheidung auf der Kathode abgelagerte
und dort aufgebaute Metall wird außerhalb des Säurebades
beidseitig von der Kathode abgeschält (stripping). Hierbei ist
es hinderlich, wenn das zu gewinnende Material beim Abscheiden im
Säurebad
oder Elektrolyten über
die Ränder
des Kathodenblattes wächst
und somit die beiden Selten des Kathodenblattes mechanisch miteinander
verbindet. Deshalb besteht die Anforderung, die Kathodenränder bei
der elektrolytischen Abscheidung von dem zu gewinnenden Zink frei
zu halten. Zu diesem Zweck ist es bekannt, am bzw. auf dem Kathodenblatt
sogenannte Randleisten anzubringen, die bisher aus elektrisch isolierendem
Material bestehen. Die Randleisten umschließen die Randbereiche oder Kantenbereiche
der Kathode, so dass der durch die Kathode fließende Gleichstrom nicht an
den Rändern
in das Elektrolyt-Bad
eingeleitet wird und somit an diesen Stellen keine Metallionen abgeschieden
und abgelagert werden.
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Die
Randleisten umschließen
entweder nur die beiden vertikal verlaufenden seitlichen Kanten des
Kathodenblattes oder auch die untere, horizontal verlaufende Kante.
Es sind vielfältige
Lösungen
bezüglich
der Art und Weise der Befestigung der Randleisten an dem plattenförmigen Kathodenblatt
bekannt. Allen diesen Lösungen
gemeinsam ist jedoch die Verwendung eines elektrisch isolierenden
Materials wie Kunststoff, Gummi oder Wachs für die Randleisten. Diese bekannten
Kathoden mit Randleisten haben einige Nachteile, die in der Praxis
zu zusätzlichen
Betriebskosten führen.
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Die
bekannten Randleisten sind mechanisch nicht stark belastbar und
können
bei der Bearbeitung der Kathode außerhalb des Elektrolyt-Bades
beschädigt
werden. Dies kann dazu führen,
dass bei erneuter Verwendung der Kathode im Bereich der Randzone
des Kathodenblattes hinderliche Metallablagerungen entstehen. Außerdem können sich
daraus auch Beschädigungen
des Kathodenblattes selbst ergeben.
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Die
bekannten Randleisten sind nicht ausreichend fest mit dem Kathodenblatt
verbunden. Daher kommt es zu Hinterspülungen durch den Elektrolyten.
Dies führt
zu Metallaufbau im Randzonenbereich des Kathodenblattes unter den
Randleisten oder auch zur Lösung
des Kathodenmaterials im Elektrolyten. In beiden Fällen wird
der Randzonenbereich des Kathodenblattes unter den Randleisten zerstört. Die
Einsatzdauer des Kathodenblattes wird dadurch verringert. Unter
Umständen
können
die Randleisten auch Ihren Halt am Kathodenblatt verlieren und im Elektrolyt-Bad
verbleiben. Dies kann im Betrieb erhebliche Störungen verursachen.
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Die
Randleisten verändern
durch den Einsatz im sauren Elektrolyten ihre chemischen und physikalischen
Eigenschaften. Als Folge hiervon wird der Elektrolyt mit Fremdchemie
oder anderen Fremdstoffen belastet. Es besteht auch die Gefahr,
dass die Randleisten vorzeitig verschleißen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die vorstehend erläuterten
Nachteile bei der elektrolytischen Abscheidung von Metallen aus
einem Elektrolyt-Bad zu vermeiden und dementsprechend eine Kathode
für die
Abscheidung von Zink oder ähnlichen Metallen
zu schaffen, welche länger
als bekannte Kathoden einsetzbar ist und somit eine höhere Lebensdauer
hat.
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Diese
Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einer
Kathode gelöst,
welche die Merkmale des Anspruches 1 aufweist. Vorteilhafte Ausgestaltungen und
Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der von Anspruch 1
abhängigen
Unteransprüche.
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Abweichend
von dem oben beschriebenen Stand der Technik bestehen gemäß der vorliegenden Erfindung
die Randleisten nicht aus elektrisch isolierendem Material, sondern
aus einem gegen den Elektrolyten beständigen Metall, das aber eine
deutlich und wesentlich geringere elektrische Leitfähigkeit wie
das Kathodenblatt hat. Die Abscheidung der Metallionen an den metallischen
Randleisten der Kathode wird entsprechend dem Verhältnis der
Leitwerte des für
die Randleisten eingesetzten Metalls zu dem Metall des Kathodenblattes
reduziert. Die Dicke der dadurch auf den Randleisten gebildeten
Metallschicht ist so gering, dass der anschließende Abschälprozess des gewonnenen Zinks
oder ähnlichen Metalls
von den Oberflächen
des Kathodenblattes nicht beeinträchtigt wird.
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Beispielsweise
bestehen gemäß der Erfindung
die Randleisten aus Edelstahl oder Titan, während das Kathodenblatt ein
Aluminium-Blech sein kann.
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Die
metallischen Randleisten können
auf geeignete Weise, beispielsweise durch Nieten, Schrauben, Klemmen
oder Schweißen,
sicher und dauerhaft am Kathodenblatt befestigt werden, so dass
die oben geschilderten Nachteile der bekannten nichtmetallischen
Randleisten vermieden werden.
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Durch
die wesentlich höhere
mechanische Stabilität
der erfindungsgemäß vorzusehenden Randleisten
ist die Gefahr von Beschädigungen
und Verlust deutlich reduziert.
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Die
erfindungsgemäß vorgesehenen
metallischen Randleisten können
mit wesentlich höherem Halt
mit dem Kathodenblatt verbunden werden.
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Die
metallischen Randleisten verhalten sich inert gegenüber dem
Elektrolyten. Eine Veränderung der
chemischen oder physikalischen Struktur der Randleisten erfolgt
bei geeigneter Wahl des metallischen Werkstoffes nicht.
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Zum
Schutz des Bereiches des Kathodenblattes, der sich an der Oberfläche bzw.
dem Spiegel des Elektrolyt-Bades befindet, wird beispielsweise eine
Beschichtung mit Kunststoff vorgenommen. Dieser wird in geeigneter
Weise auf das Kathodenblatt aufgebracht und verhindert eine Korrosion,
solange die Beschichtung aus Kunststoff fest und ohne Trennfuge
am Kathodenblatt anliegt. Ist dies nicht der Fall, kann der Kunststoff
unterspült
werden und die Korrosion schreitet entsprechend schnell fort.
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In
der Liquidzone geschützte
Kathoden sind bekannt. Diesen bekannten Kathoden gemeinsam ist die
Verwendung eines chemisch beständigen
Kunststoffes, der sich jedoch relativ leicht vom Kathodenblatt löst und sodann
seine Funktionen nicht mehr erfüllen
kann. Auch wird der mit einer Kunststoffbeschichtung versehene Bereich
des Kathodenblattes durch den Schälvorgang beim Ablösen des
gewonnenen Metalls mechanisch stark beansprucht, was zu einem vorzeitigen
Verschleiß der
Kunststoffbeschichtung führt.
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Anstelle
von Kunststoff wird erfindungsgemäß ein chemisch beständiges Metall,
beispielsweise Edelstahl oder Titan, als Schutz für das Kathodenblatt
eingesetzt, Derartiges Metall lässt
sich sehr innig mit dem Kathodenblatt verbinden, so dass ein Unterspülen der
Beschichtung des Kathodenblattes mit Elektrolyt verhindert wird.
Da Metalle allgemein eine höhere
mechanische Festigkeit als Kunststoffe aufweisen, ist der Verschleiß beim Abschälen des
gewonnenen Zinks oder sonstigen Metalls auf einen Bruchteil gegenüber Kunststoff
reduziert. Die Haltbarkeit und Lebensdauer des Schutzes der Kathode ist
auch im Bereich der Liquidzone daher deutlich erhöht.
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Um
den Vorgang des Abschälens
des an der Kathode durch die Elektrolyse angelagerten Zinks zu erleichtern,
ist es bekannt, ein sogenanntes Schälmesser einzusetzen. Dieses
schiebt sich von oben zwischen das Kathodenblatt und die darauf
abgelagerte Metallschicht. Als Ansatz für das Schälmesser dienen in vielen Fällen Ansatzscheiben
aus Kunststoff, die am Kathodenblatt in Höhe der Liquidzone bzw. der
Elektrolyt-Oberfläche
an einer oder auch auf beiden Seiten vorgesehen sind. Die bekannten
Ansatzscheiben bestehen aus Kunststoff, da dieser elektrisch nicht
leitend ist und deswegen den Aufbau einer Metallschicht in diesem
Bereich unterbindet. Die Ansatzscheiben werden Jedoch durch das
Aufschlagen des Schälmessers
beim Strippen mechanisch stark beansprucht. Häufig werden die Ansatzscheiben
daher beschädigt
oder sogar herausgeschlagen. Ihre Funktion ist danach nicht mehr
gegeben.
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Erfindungsgemäß bestehen
auch die Ansatzscheiben aus gegen das Säurebad bzw. den Elektrolyten
beständigen
Metallen wie beispielsweise Edelstahl oder Titan. Der Aufbau der
bei der elektrolytischen Abscheidung auf der Kathode entstehenden
Metallschicht erfolgt im Verhältnis
der Leitwerte der verwendeten Metalle für Ansatzscheibe und Kathodenblatt.
Die Dicke der sich auf der Ansatzscheibe bildenden Metallschicht
kann durch den elektrischen Übergang
zwischen Kathodenblatt und Ansatzscheiben beeinflusst werden. Eine
entsprechend dünne abgelagerte
Metallschicht auf der Ansatzscheibe behindert die Funktion des Schälmessers
nicht. Das Aufschlagen des Schälmessers
auf den aus Metall bestehenden Ansatzscheiben kann die Ansatzscheiben
nicht beschädigen
oder zerstören.
Die metallischen Ansatzscheiben haben daher auch eine deutlich höhere Lebensdauer
als bekannte Ansatzscheiben aus Kunststoff.
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Da
die Ansatzscheiben im Bereich der Elektrolyt-Oberfläche bzw.
Liquidzone an der Kathode angeordnet sind, können diese mit dem oben beschriebenen
metallischen Liquidzonenschutz kombiniert und in einer Einheit verbunden
werden. Liquidzonenschutz mit integrierter Ansatzscheibe verlängert auch die
Lebensdauer des Kathodenblattes, in der Zeichnung ist zur weiteren
Erläuterung
der Erfindung ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Kathode
schematisch in einer Ansicht dargestellt.
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Die
Kathode 1 hat ein beispielsweise aus Aluminium-Blech bestehendes
Kathodenblatt 2, das an einer Tragschiene 3 befestigt
ist. Dieses Kathodenblatt 2 kann in der zeichnerisch dargestellten
Position in ein Elektrolytbad eingehängt werden, dessen Oberfläche durch
eine strichpunktierte Linie 4 angedeutet ist.
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Die
Tragschiene 3 ist mit Haken 5 zur Handhabung und
mit Kontakten zur Stromeinleitung 6 versehen.
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An
den senkrechten Kanten 7 des Kathodenblattes 2 sind
Randleisten 8 dauerhaft befestigt, die aus Metall bestehen,
dessen elektrische Leitfähigkeit wesentlich
geringer als die des Kathodenblattes ist. An der unteren Kante des
Kathodenblattes 2 ist beim dargestellten Ausführungsbeispiel
eine weitere Randleiste 9 angebracht, die aus gleichem
Metall wie die Randleiste 8 besteht. Diese Randleiste 9 kann aber
auch entfallen.
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Auf
dem Kathodenblatt 2 sind in Höhe der Oberfläche des
Elektrolytbades (strichpunktierte Linie 4) – einseitig
oder beidseitig – Ansatzscheiben 10 aus
gleichen Material wie die Randleisten 8 und 9 befestigt,
die zum Erleichtern den Ansetzens von Schälmessern dienen.
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Im
Bereich der Liquidzone des Elektrolytbades bzw. dessen Oberfläche (strichpunktierte
Linie 4) ist auf der Vorderseite und der Rückseite
des Kathodenblattes 2 eine Schutzschicht 11 angeordnet,
die aus demselben Material wie die Randleisten 8 und 9 und
die Ansatzscheiben 10 bestehen kann.
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Zwischen
dem Kathodenblatt 2 und den auf dieses aufgesetzten, aus
schlecht leitfähigem
Metall bestehenden Randleiten 8 und 9 sowie den
ebenfalls aus schlecht leitfähigen
Ansatzscheiben 10 kann ggfs. eine elektrische Isolation,
beispielsweise eine isolierende Beschichtung oder eine Isolierende
Zwischenlage, vorgesehen sein, um das Abscheiden von Zink oder sonstigem
Metall auf diesen Zusatzteilen möglichst
gering zu halten.
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Das
Verhältnis
der elektrischen Leitfähigkeit zwischen
dem aus Aluminium bestehenden Kathodenblatt 2 und den aus
Edelstahl bestehenden Randleisten 8 und 9 beträgt etwa
50:1. Bei Verwendung von Titan für
die Randleisten und auch die Ansatzstücke ist dieses Verhältnis noch
viel größer, da
Titan ein sehr schlechter Leiter ist.