DE19142C - Elektrochemische Behandlung von Erzen und metallischen Materialien zum Zweck der ökonomischen Erzeugung von Elektrizität - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Die gegenwärtige Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrochemischen Behandlung von Erzen oder anderen metallischen Materialien zum Zweck der ökonomischen Erzeugung von Elektricität und gründet sich auf folgende Punkte:

1. Die Eigenschaft der Lösungen von Aetznatron und Aetzkali, gewisse Metalle, insbesondere Zink und Blei, unter Entwickelung von Elektricität zu oxydiren und aufzulösen.

2. Die Eigenschaft gewisser metallischer Lösungen, insbesondere derjenigen von Kupfer, Nickel, Kobalt, Blei, Quecksilber, Silber, Gold u. s. "w., in einem galvanischen Element mit zwei Flüssigkeiten unter Freigabe des oder der in ihnen enthaltenen Metalle depolarisirend zu wirken.

3. Die aus der Einwirkung des Natrons oder des Kalis auf eine neutrale Salzlösung oder Säure resultirende elektromotorische Kraft, welche sich mit derjenigen der Zink- oder Bleilösung in der alkalischen Flüssigkeit vereinigt.*)

*) Die während der Functionirung gleichzeitig auftretenden Reactionen sind beispielsweise im Fall der Benutzung von Zink, Natron, schwefelsaurem Kupferoxyd folgende:

1. Zn-\-Na O, HO =. Zn 0', Na O -+- H.

2. H -H Cu O, S O₃ = Cu ■+■ S O₃, HO.

3« SO₃ HO + Na O = Na O, S O₃ -J- HO.
Dies ergiebt schliefslich:

Zn -H 2 Na O ■+■ HO + Cu O, S O₃ =
Zn O, Na O + Cu -J- Na O, S O₃ + HO.
Unabhängig sonach von der Zinklösung mit Reduction des Kupfersulfates ist die Bildung eines Aequivalentes

4. Die Möglichkeit der Ersetzung der gewöhnlichen salinischen Lösungen von Kupfer, Nickel, Kobalt, Blei, Quecksilber etc. in galvanischen Elementen mit zwei Flüssigkeiten, von denen die_v eine eine alkalinische, natron- oder kalihaltige ist, durch die rohen Lösungen solcher Metalle, wie sie aus der Behandlung der betreffenden (je nach Erfordernifs gerösteten) Erze mit Säuren resultireh.

5. Die Möglichkeit der Substitution eines reichen oder angereicherten und leitenden Zinkoder Bleierzes für das Zink oder Blei in den galvanischen Elementen mit alkalischer, natron- oder kalihaltiger Flüssigkeit.

6. Die Möglichkeit der Substitution von Zinkoder Bleikörnerri, Abfällen oder Spänen für das Zink oder Blei in besagten galvanischen Elementen.

7. Ein besonderes System von vielfachen porösen und communicirenden Behältern, welche durch Papierbogen, Gewebe, Filze, Felle, Membranen oder andere biegsame Scheidewände die eine Reduction des Widerstandes und eine Erhöhung der Wirkung der Elemente ermöglichen, gebildet werden.

Die Combination der verschiedenen obigen Daten und die Verwendung der besonderen Behälter gestattet es, ein neues galvanisches Element zu schaffen, welches den Gegenstand

Alkalisalz erzielt worden. Die Menge derjenigen Kraft aber, welche dieser letzteren Reaction entspricht, trägt zur Vermehrung der elektromotorischen Kraft bei, was sich im angeführten Beispiel auf beinahe 1V₂ Volts beläuft. .

der vorliegenden Erfindung verwirklicht und es zuläfst, auf einmal die folgenden industriellen Resultate zu erzielen, welche bisher noch niemals gleichzeitig erreicht worden sind, nämlich:

1. Die Behandlung der Zink- oder Bleierze und deren Verwandlung in brauchbare oder leicht reducirbare Oxyde.

2. Die Fällung gewisser Metalle, besonders des Kupfers, Kobalts, Bleies, Silbers, Quecksilbers und Goldes aus ihren.Lösungen, welche man durch Behandlung ihrer Erze (direct oder nach stattgehabter Röstung) mit Säuren und Chlornatrium etc. erhält.

3. Die Entwickelung von für andere Zwecke verwerthbarer Elektricität.

Handelt es sich um die Bildung eines Elementes mit zwei Flüssigkeiten, so wählt man als die eine Flüssigkeit eine Lösung von Aetznatron oder -Kali und führt in dieselbe entweder eine Zink- oder Blei-Anode oder Stücke von reichem, leitendem Bleiglanz oder von Galmei bezw. anderem reichen und leitenden Zinkerz ein. Auf die Erzstücke stellt man sodann eine Blei- oder Zinkplatte, welche aus der Flüssigkeit herausragt und als Leiter dient. Die zweite Flüssigkeit ist eine durch Behandlung eines Kupfererzes mit einer Säure gewonnene Kupfer- oder kupferhaltige Lösung.

Solche Lösungen erhält man nach dem von Becquerel beschriebenen . Verfahren oder je nach der Art und Reichhaltigkeit des Erzes auf irgend eine andere bekannte Weise, wie z. B. bei Malachit nach dessen Zerkleinerung mit Hülfe von Schwefelsäure.

Quarzige Erze werden nach einer oxydirenden Röstung in Schwefelsäure gelöst; man kann dieselben jedoch auch der combinirten Wirkung von schwefliger Säure, Wasserdampf und Luft unterwerfen. Arme oxydirte Erze werden mehrere Tage einer mäfsigen Chlorwasserstofflösung ausgesetzt u. s. w.

Werden derartige Elemente in genügender Gröfse zu einer Batterie vereinigt, so liefern sie einen elektrischen Strom, welcher sowohl direct zur Erzeugung von Licht oder Triebkraft etc. verwendbar ist, als auch indirect für secundäre Batterien oder für chemische Vorgänge u. dergl.

In der Kupferabtheilung gewinnt man metallisches Kupfer, etwa 1,17 g pro Stunde und Weber'sche Einheit entwickelter Elektricität.

In der Natronabtheilung dagegen bildet sich insbesondere Blei oder Zinkoxyd, welches man nach seiner Extraction aus dem Natron durch Behandlung mit Kohle bei Rothglühhitze in metallisches Blei oder Zink verwandeln kann.

Die aufser dem Blei und dem Zink in den Erzen enthaltenen Metalle, wie z. B. das Silber, werden nicht von dem Natron gelöst und bleiben in der Batterie, aus welcher sie leicht gewonnen werden können.

Es scheidet demnach der galvanische Procefs das Blei oder Zink von den übrigen Metallen und vollführt, indem er reductionsfähige Zink- oder Kupferoxyde liefert, eine wirkliche metallurgische Arbeit.

Natürlich lassen sich die Materialien, welche in vorstehendem galvanischen Element als Metalle fungiren, nach Erfordernifs leicht variiren. Dasselbe gilt von der Art und Zusammensetzung der salinischen elektrolytischen Flüssigkeiten, welche bei den Elementen zur Verwendung kommen,*) während die alkalinische, natron- oder kalihaltige Flüssigkeit stets beibehalten wird.

Die Fällung des Blei- oder Zinkoxyds und die Regenerirung der Natronlösung wird auf verschiedene Weise bewerkstelligt. Ist es z. B. Zinkoxyd, welches in der entkräfteten Lösung vertheilt ist, so fällt man dasselbe vortheilhaft durch einen Strom Kohlensäure oder durch die Kohlensäure der Luft, oder besser noch durch die Kohlensäure, welche sich bei der Behänd-Jung von kohlensauren Mineralien mit einer geeigneten Säure, indem man dieselben in den Zustand von depolarisirender, salinischer Lösung überführt, entwickelt. Nach der Fällung ist das Oxyd in Zinkblüthe verwandelt und wird durch Decantirung gewonnen.

Die decantirte Natronlösung, welche von dem gröfsten Theile des Zinkoxyds befreit ist, kann je nach der Art, wie die Fällung vor sich ging, wenig oder stark kohlensauer geworden sein. In dem ersteren Fall kann man sie als regenerirt betrachten; in. letzterem, dem am häufigsten vorkommenden Fall, genügt es, durch Kalk die Kohlensäure absorbiren zu lassen und ein zweites Mal zu decantiren. Es regenerirt sich dann die Flüssigkeit und ist infolge der Ergänzung der durch die galvanische Wirkung in schwefelsaures Natron übergegangenen Natronquantität auf seinen ursprünglichen Gehalt an Aetznatron zurückgeführt.

Verwendet man anstatt Kohlensäure Schwefelwasserstoff oder Chlor, so würde man das Zink oder Blei in Schwefel- oder Chlorverbindung erhalten.

Endlich kann man den Elektrolyten auch mittelst kohlensauren Natrons oder Kalis behandeln, welches seine Kohlensäure an das Bleioder Zinkoxyd abgiebt, so dafs man gleichzeitig die Fällung des Metalles und die ökonomische Ergänzung des auf elektrolytischem Wege in Sulfat übergegangenen Aetznatronäquivalentes erzielt.

*) Die Elektrode wird dann aus demjenigen Metall, welches die Basis der Salzlösung bildet, angefertigt. Sie besteht mithin aus Kupfer bei einer Kupfersalzlösung, aus Nickel bei einer Nickelsalzlösung u. s. w.

Indefs kann die Elektrode auch (möge das Metall der Salzlösung sein, welches es wolle) aus Pergamentpapier hergestellt werden, welches letztere durch Graphitüberzug leitend gemacht worden ist.

Die Behandlung mit Kohlensäure, Schwefelwasserstoff, Chlor oder alkalischem ν Carbonat ist im allgemeinen anwendbar für die Regeneration von Elektrolyten, deren Base Aetznatron oder -Kali ist, und welche Zink- oder Bleioxyd enthalten.

Das kohlensaure Natron (oder Kali), welches sich in den beiden Abtheilungen bildet, wird durch Krystallisation gewonnen.

Das beschriebene Verfahren der elektrochemischen Behandlung von Erzen oder Metallen mit Hülfe der angegebenen galvanischen Wirkungen gestaltet sich sehr ökonomisch und . gestattet es, mit Erfolg zwei Mineralien auf einmal oder ein Mineral oder Metall unter Entwickelung von Elektricität zu behandeln. Natürlicherweise ist die Erfindung auch ohne geringste Beeinträchtigung ihres Wesens für alle anderen Zink- oder Bleierze einerseits, wie für Kupfer-, Nickel-, Kobalt-, Quecksilber-, Silberund Golderze etc. andererseits anwendbar.

Die durchlässigen Scheidewände, welche die beiden Elektrolyten von einander trennen, müssen den angewendeten Flüssigkeiten gegenüber unangreifbar sein; es sind deshalb die bekannten porösen Gefäfse ausgeschlossen, sowohl die Producte der Töpferei wie auch diejenigen aus geleimtem Papier oder Gewebe etc. Diese alten, quasi prismatischen, porösen Gefäfs§^! aus Papier, Gewebe u. s. w., welche für den Gebrauch in gewöhnlichen galvanischen Batterien ausreichen, sind infolge der unzulänglichen Oberfläche, welche sie für ein gegebenes Volumen bieten, nicht wohl anwendbar für die Behandlung von Erzen und. metallischen Materialien. Es ist daher von Wichtigkeit, die Wirkung der Scheidewände zu vergröfsern, zu vervielfältigen, um den Widerstand der elektrometallurgischen Elemente herabzumindern. Zu dem Ende sind, wie oben schon erwähnt, besondere communicirende Ge-' fäfse zur Anwendung gekommen, welche in sehr vorteilhafter Weise die chemische und elektrische Wirksamkeit der Elemente erhöhen. Diese Gefäfse sind nicht prismatisch, sondern haben eine von einem Dreieck abgeleitete Gestalt, welche fast die ganzen Oberflächen der Scheidewände nutzbar macht und zu deren Erklärung nachstehende Beispiele dienen mögen:

I. Ein Blatt ABCD, Fig. i, wird längs einer seiner Diagonalen A C derartig gefaltet, dafs die Ecke B auf D zu liegen kommt. Das so gebildete Doppeldreieck, Fig. 2, wird dann nach der Linie B-E zusammengebogen, und nun hat man ein Paar mit einander communicirender Behälter, Fig. 3, deren Oberansicht in Fig. 4 und deren Unteransicht in Fig. 5 veranschaulicht ist. Die beiden Ecken A und C werden vortheilhaft irgendwie mit einander verbunden, damit sich das Doppelgefäfs nicht öffnet.

II. Biegt man das Doppelgefäfs nach der Linie R-F, Fig. 6, nochmals zusammen, so erhält man einen vierfachen Behälter wie in den Fig. 7 und 7 a; biegt man diesen wieder nach der Linie F- G, so entsteht ein achtfaches Gefäfs, Fig. 8, u. s. f., so dafs durch jede neue Faltung die Zahl der Abtheilungen verdoppelt wird. Hierbei übersteigen die Oeffnungen der Gefäfse nie die Zahl 4 und befinden sich abwechselnd bald auf der Hypotenuse, bald auf einer der Katheten des Dreiecks.

Die nach diesem Verfahren, welches zur Herstellung von porösen Gefäfsen für Elemente bisher nicht angewendet worden ist, entstandenen vielfachen communicirenden Behälter haben folgende Eigenschaften:

1. Sie bilden poröse Gefäfse ohne Naht, was zwar schon durch die alten porösen, prismatischen Gefäfse des Patentinhabers, jedoch auf eine andere und weniger einfache Art erreicht ist. . .

2. . Sie repräsentiren vielfache communicirende Gefäfse. Es können daher mehrere gleichnamige Elektroden in denselben placirt werden, welche je mit Rücksicht auf eine entgegengesetzte Elektrode- der anderen Flüssigkeiten wirken, wie das z. B. in Fig. 9 erläutert ist, wo ein Doppelgefäfs der beschriebenen Art zwei Platten ζ η (von Zink beispielsweise) enthält, deren Seiten je mit einer Platte c u (von Kupfer beispielsweise) in der äufseren Flüssigkeit correspondiren.

Der elektrische Widerstand eines solchen galvanischen Elementes ist etwa um die Hälfte geringer als der von gewöhnlichen Elementen, da das Doppelgefäfs sich füllt oder entleert durch eine einzige Operation wie ein einfaches poröses Gefäfs. .

3. Bei den neuen Behältern kommt fast die ganze Oberfläche der aus Papier oder anderem Material gefertigten Scheidewände zur Geltung.

4. Die vielfachen Gefäfse lassen sich zwei und zwei, wie in Fig. 10 dargestellt, anordnen. Aus dieser Eigenschaft kann der Vortheil gezogen werden, die schädlichen Reactionen der beiden Flüssigkeiten auf einander bedeutend zu schwächen. Bringt man die Flüssigkeiten in zwei getrennten Behältern unter, die in einem Troge mit einer Lösung des Salzes, welches sich bei den Reactionen bildet, angeordnet sind, so verliert das Element, wenn es an Beständigkeit zunimmt, an Kraft, da sich der Widerstand vermehrt; läfst man jedoch die beiden Gefäfse, wie in Fig. 10, in einander greifen, so wird der Widerstand beträchtlich herabgemindert.

Durch Nebeneinanderreihen einer gröfseren oder geringeren Anzahl Paare von porösen Doppelgefäfsen, Fig. 11, in einem Troge und durch Vereinigung der Platten gleicher Polarität unter einander kann man nach Belieben die

Oberflächen eines elektrometallurgischen Elementes vergröfsern.

5. Die Gefäfse (sollen dieselben nun, nach Fig. 10, in einander greifen oder nicht) können mit oder ohne Elektroden, auch spiralförmig, wie in Fig. 12, oder schlangenförmig, wie in Fig. 13, angeordnet werden.

6. Die Ecken eines dreieckförmigen Behälters lassen sich ebenfalls umlegen, so dafs sich mehr oder weniger annähernd eine Trapezform, wie durch Fig. 14 und 15 im Aufrifs veranschaulicht, ergiebt.

7. Die neuen Gefafse können ganz wie die früheren prismatischen aus zwei oder mehreren Blättern von gleichen oder verschiedenen Materialien gebildet werden.

Die Spitze der unteren Ecke der Gefäfse ist leicht Beschädigungen ausgesetzt; es empfiehlt sich daher, dieselbe durch Verdoppelung des Materials an dieser Stelle oder durch ein Stückchen Glas oder Holz, durch Wachs oder Kitt u. s. w. zu schützen.

Die Weite der Gefäfse läfst sich durch aufsen oder innen angebrachte Keilstücke, durch Aufstecken von Klemmen, durch Verlegung des Spiegels der inneren und äufseren Flüssigkeiten u. s. w. leicht variiren.

III. Es sei Fig. 18 ein Doppelgefäfs, gebildet durch die Faltung, Fig. 17 und 16, aus dem Blatt ABCD, Fig. 16. Biegt man dieses Gefäfs nach der Linie E-F, so erhält man den vierfachen Behälter, Fig. 19. Faltet man Fig. 19 wieder nach E-G, so entsteht das achtfache Gefäfs, Fig. 20, welches von neuem nach E-H gebogen werden kann, um ein Gefäfs, Fig. 21, mit 16 Abtheilungen zu ergeben u. s. f. Bei dieser Modification der Anfertigung von Behältern empfiehlt es sich, zur Entfernung der hervorstehenden Spitzen einen Schnitt nach H-J zu führen, wodurch man die in Fig. 2 2 in geöffneter Position gezeigte Form erhält.

Anstatt der beschriebenen Art der Anfertigung der Gefäfse durch Beginnen mit zwei Faltungen kann man auch von vorn herein dreimal zusammenfalten, um Gefäfse mit drei, sechs, neun etc. Abtheilungen herzustellen. Ueberdies ist . es zur Erzeugung des Behälters, Fig. 21, nicht erforderlich, das Quadrat, Fig. 16, zu benutzen ; es empfiehlt sich sogar, hierfür ein Blatt zu wählen, welches eine polygonale, der Fig. 22 möglichst nahekommende Gestalt hat.

Claims (4)

Patent-An Sprüche: Die elektrochemische Behandlung von Erzen oder metallischen Materialien zum Zweck der ökonomischen Erzeugung von Elektricität, welche sich charakterisirt durch:

1. die neue Anwendung von Elektrolyten mit Aetznatron oder -Kali zur Base für die elektrochemische Behandlung von Kupfer-, Nickel-, Blei-, Quecksilber-, Silber-, Golderzen etc.;

2. die Substitution eines leitenden reichen oder angereicherten Zink- oder Bleierzes für das Zink oder Blei in galvanischen Elementen mit alkalinischer, natron- oder kalihaltiger Flüssigkeit;

3. die Art und Weise der Regenerirung der Elektrolyten, welche Aetznatron oder -Kali zur Base haben und Zink- oder Bleioxyd enthalten, durch einen Strom Kohlensäure oder Chlor oder Schwefelwasserstoff, der die Oxyde als Carbonat bezw. in Chloroder Schwefelverbindung fällt, oder durch ein kohlensaures Alkali, welches das Metall ausscheidet unter Ersetzung des fehlenden Alkaliäquivalentes;

4. die neuen porösen, vielfachen, communicirenden Gefäfse aus Papier, Gewebe, Filz, Häuten, Membranen oder anderen biegsamen Scheidewänden, welche in der durch die Fig. 1 bis 22 angegebenen Weise durch mehrfache Faltungen entstehen und doppelt, vier-, achtfach u. s. f. gemacht und in einander greifend angeordnet werden können.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen.