DE1935231C3 - Verfahren zur Bestimmung der Stromansbeute elektrolytischer Bäder - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bestimmung der Stromausbeute elektrolytischer Bäder mitteis einer den Elektrolyten des zu untersuchenden Bades enthaltenden Elektrolysezelle mit mindestens einer Anode und mindestens einer Kathode, mit dem nach Beendigung der Elektrolyse die Menge oder Schichtdicke des an der Kathode abgeschiedenen Stoffs gemessen wird.

Bei derartigen Verfahren besteht ein Hauptproblem darin, daß zur Steuerung des Gewichts eines in elektrolytischen Bädern abgeschiedenen bzw. aufgelösten Metalls, d. h. zur Steuerung der Schichtdicke desselben auf dem Bearbeitungsgut, die Stromausbeute des Bades möglichst genau bekannt sein muß. Das Gewicht bzw. die Schichtdicke werden nämlich nicht nur von der geflossenen Elektrizitätsmenge bestimmt, sondern sie hängen z.T. ganz wesentlich von der kathodischen Stromausbeute ab, die auch von der Stromdichte beeinflußt wird. Die Bestimmung der Stromausbeute ist bisher nur im Laboratorium möglich, so daß die praktischen Arbeitsbedingungen der Bäder, beispielsweise die Elektrolytzusammensetzung, die Temperatur und die Stromdichte, bei den bisherigen Stromausbeutemessungen vielfach nur unzulänglich berücksichtigt werden. Die im Laboratorium durchgeführten Messungen sind nicht nur aufwendig und lediglich von geschultem Personal durchführbar, sondern das erzielte Ergebnis ist auch unbefriedigend, da die Stromausbeute nicht mit hinreichender Genauigkeit bestimmt werden kann. Die Folge ist ein ungenau kontrolliertes Arbeiten der elektrolytischen Bäder, und das Gewicht bzw. die Schichtdicke des abgeschiedenen Metalls können nur innerhalb relativ weiter Grenzen vorausbestimmt werden.

In der einschlägigen Fachliteratur sind stets Ausführungen bezüglich der Stromausbeute von elektrolytischen Bädern enthalten. Hierbei wird immer wieder darauf hingewiesen, wie wichtig die genaue Kenntnis der Stromausbeute ist In der Regel schwankt die Stromausbeute während des Ablaufs der elek^olyti-

sehen Prozesse, was insbesondere auf den Einfluß von Nebenreaktionen zurückzuführen ist (Dettner/ Elze). In einer weiteren Druckschrift (Pfanhauser) ist erwähnt, daß zur Erfassung der richtigen Stromausbeute vor Beginn eines elektrolytischen Prozesses eine Messung in einem Versuchsbad aurchgeffinrt werden muß, wobei die Kathode vor der Elektrolyse und nach derselben gewogen wird. Die Bestimmung der Stromausbeute erfolgt danach mit Hilfe eines Coulometers, das nach dem Gesetz von Faraday arbeitet Zur Bestimmung der Stromausbeute kann als Bezug auch ein Kupfercoulometer eingesetzt werden. Bei allen aus der Literatur bekannten Verfahren ist neben einer separaten Messung stets eine zusätzliche Berechnung erforderlich, so daß dieselben nicht geeignet sind, die Stromausbeute elektrolytischer Bäder zu einem beliebigen Zeitpunkt und praxisnahen Bedingungen zu bestimmen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Bestimmung der Stromausbeute elektrolytischer Bäder anzugeben, welches nahezu automatisch durchgeführt und Kiit welchem die Stromausbeute genauestens ermittelt werden kann.

Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren der eingangs geschilderten Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß an die Elektroden eine Konstantstromquelle angeschlossen wird, deren Strom nach Maßgabe der gewünschten Stromdichte eingestellt wird, daß in den Stromkreis der Elektroden ein den fließenden Strom integrierendes Steuergerät eingeschaltet wird, an welchem eine bicktrizitätsmenge eingestellt wird, die einer Stromausbeute von 100% entspricht und daß der Stromkreis, nachdem die am Steuergerät eingestellte Elektrizitätsmenge durch die Elektrolysezelle geflossen ist, durch das Steuergerät unterbrochen wird.

Das Verfahren nach der Erfindung kann unter Einhaltung der vorgebbaren Parameter »Stromdichte« und »Strommenge« direkt am elektrolytischen Bad durchgeführt werden, so daß andere Einflüsse, wie

w beispielsweise Temperaturschwankungen, die Elektrolytbewegung sowie Konzentrationsschwankungen durch Verarmung des Elektrolyten während der Me .sung, ausgeschlossen werden. Die Reproduzierbarkeit der Ergebnisse dieses Meßverfahrens ist deshalb besser als bei allen bisher angewendeten coulometrischen Methoden. Die beiden vorzugebenden Parameter sind für jedes elektrolytische Bad bekannt und können daher einwandfrei eingestellt werden. Das Verfahren kann dementsprechend nach Einstellung der Parameter automatisch ablaufen und die Stromausbeute kann abschließend von jeder angelernten Hilfskraft ohne Umrechnung direkt in Prozent angegeben werden. Das Verfahren nach der Erfindung ist insbesondere bei der Verarbeitung von Edelmetallen von Bedeutung, da nicht nur eine Verbesserung der Qualität sondern auch eine wesentliche größere Genauigkeit der Schichtdicke der abgeschiedenen Schichten erzielt wird.
Das Verfahren nach der Erfindung wird im folgenden

anhand eines in der Zeichnung dargestellten Blockschaltbildes beispielsweise erläutert

Mit 1 ist eine stufenlos verstellbare Konstantstromquelle bezeichnet, welche beispielsweise aus dem 50 Hz-Wechselstromnetz 2 gespeist wird. An die Konstantstromquelle 1 sind die beiden parallel geschalteten Anoden 3 und 4 einerseits sowie die Kathode 5 andererseits angeschlossen. In der Stromzuführung für die Kathode sind ein Widerstand 6 und ein von einem Relais 7 zu betätigender Schalter 8 angeordnet Die Anoden 3 und 4 sowie die Kathode 5 sind in einer Elektrolysezelle 9 angebracht, in welcher sich der Elektrolyt befindet, dessen Stromausbeute zu bestimmen ist Die am Widerstand 6 abfallende Spannung wird an das Steuergerät 10 gegeben, welches somit in Abhängigkeit von der über d«n Widerstand 6 und durch die Elektrolysezelle 9 fließenden Elektrizitätsmenge das Relais 7 betätigt

Die Durchführung des Verfahrens nach der Erfindung geschieht wie folgt:

Die gewünschte Stromdichte wird zunächst an der Konstantstromquellle 1 eingestellt, an welcher sich beispielsweise ein Strom bis zu 2,0 A einstellen läßt An dem Steuergerät 10, welches beispielsweise einen Vorwahlzähler 11 enthält, wird dann mit Hilfe des Vorwahlzählers eine Elektrizitätsmenge eingestellt wie sie erforderlich ist um für das betreffende Metall eine theoretische Schichtdicke auf der Meßkathode von 10 μπι zu erreichen. Bei einer Stromausbeute von 100% würde eine derart dicke Schicht auch tatsächlich auf der Kathode abgeschieden werden. Damit sind für das Verfahren nach der Erfindung die für eine oder beliebig viele Messungen erforderlichen elektrischen Daten festgelegt

Die Elektrolysezelle 9 wird nun mit dem Elektrolyten gefüllt, und die beiden parallel geschalteten Anoden 3 und 4 sowie die Kathode 5 werden in die Elektrolysezelle eingesetzt wobei die Reihenfolge des Füllens der Elektrolysezelle und des Einsetzens der Elektroden auch umgekehrt sein kann. Danach wird der Schalter 8 geschlossen und dadurch die Elektrolyse eingeschaltet. Gleichzeitig beginnt das Vorwahlzählwerk 11 im Steuergerät 10 zurückzulaufen, und zwar in Abhängigkeit von dem über den Widerstand 6 fließenden Strom bzw. der Stromdichte mehr oder weniger schnell. Wenn der Vorwahlzähler seinen Rücklauf beendet hat, ist die an ihm eingestellte Elektrizitätsmenge durch die Elektrolysezelle geflossen, und das Steuergerät 10 öffnet den Schalter 8 über das Relais 7, wodurch die Konstantstromquelle 1 abgeschaltet wird.

Nach Beendigung dieses Vorgangs braucht lediglich noch die Menge des an der Kathode 5 abgeschiedenen Metalls bestimmt zu werden. Hierzu wird beispielsweise mit bekannten Verfahren die Schichtdicke des Element, auf der Kathode 5 gemessen, die zu dieser Messung selbstverständlich aus der Elektrolysezelle herausgenommen wird. Wie schon weiter oben erwähnt, würde eine Schichtdicke von 10 μπι einer Stromausbeute von 100% entsprechen, die allerdings nur in wenigen Elektrolyten wie beispielsweise Silberbädern erreicht wird. Beträgt die Dicke der Schicht 8,2 μίτι, so liegt eine Stromausbeute von 82% vor.

Eine andere Methode zur Auswertung des Verfahrens

to nach der Erfindung besteht darin, daß die Kathode 5 vor ihrem Einsetzen in die Elektrolysezelle 9 — beispielsweise mit einer Analysenwaage — gewogen wird. Das Verfahren läuft dann genauso wie schon beschrieben ab, nur daß jetzt der Vorwahlzähler 11 so eingestellt wird, daß sich nach Beendigung der Elektrolyse eine theoretische Gewichtszunahme der Kathode von 100 mg ergibt entsprechend einer 100%igen Stromausbeute. Nach Beendigung der Elektrolyse wird dann die Kathode 5 wieder auf die Analysenwaage gelegt und es entsprechen dann 82 mg Gewichtszunahme einer Stromausbeute von 82%.

Beide Methoden zur Durchführung dti Verfahrens nach der Erfindung sind denkbar einfach und lassen sich wie schon weiter oben erwähnt von jeder angelernten

Hilfskraft ausführea

Neber, der bereits beschriebenen Füllung der Elektrolysezelle 9 mit dem Elektrolyten des Bades, ist es genauso gut möglich, die Zelle mit ihren Elektroden in das Bad selbst einzutauchen. Auf diese Weise können die Arbeitsbedingungen des entsprechenden Bades bei der Messung der Stromausbeute optimal berücksichtigt werden. Zur weiteren Verbesserung der Genauigkeit der Messung kann noch dafür gesorgt werden, daß der Elektrolyt in der Zelle zirkuliert bzw. durch diese

j5 hindurchtritt indem die ZeUe beispielsweise an verschiedenen Stellen mit Löchern versehen sind.

Statt der beiden parallel geschalteten Anoden und der dazwischen angeordneten Kathode können selbstverständlich auch andere zweckmäßige Elektrodenatiordnungen verwendet werden, wie beispielsweise je eine konzentrisch zueinander angeordnete Anode und Kathode.

Die Speisung der Konstantstromquelle 1 muß nicht unbedingt aus dem 50 Hz-Wechselstromnetz erfolgen.

sondern sie kann auch vorteilhafterweise aus dem sowieso vorhandenen Elektrolysegleichrichter vorgenommen werden.

Der Vollständigkeit halber sei noch erwähnt, daß bei einem umgekehrten Anschluß der Elektroden an die

so Konstantstromqueile 1 — also dann, wenn anstelle der Kathode die Anodt· tritt —, die Gewichts- bzw. Schichtdickenabnahmen der Anode ein Maß für die Stromausbeute ist. Das Verfahren nach der Erfindung läL't sit.j Gann auch auf anodische Prozesse anwenden.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur Bestimmung der Stromausbeute elektrolytischer Bäder mittels einer den Elektrolyten des zu umersuchenden Bades enthaltenden Elektrolysezelle mit mindestens einer Anode und mindestens einer Kathode, mit dem nach Beendigung der Elektrolyse die Menge oder Schichtdicke des an der Kathode abgeschiedenen Stoffs gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß an die Elektroden (3, 4, 5) eine Konstantstromquelle (1) angeschlossen wird, deren Strom nach Maßgabe der gewünschten Stromdichte eingestellt wird, daß in den Stromkreis der Elektroden ein den fließenden Strom integrierendes Steuergerät (10) eingeschaltet wird, an welchem eine Elektrizitätsmenge eingestellt wird, die einer Stromausbeute von 100% entspricht, und daß der Stromkreis, nachdem die am Steuergerät eingestellte Elektrizitätsmenge durch die Elektrolysezelle (9) geflossen ist, durch das Steuergerät unterbrochen wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Gewichtzunahme der Kathode (5) gemessen wird.

3. Verfahren nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, daß die Schichtdicke des Stoffes auf der Kathode (5) gemessen wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Einstellung der Elektrizitätsmenge ein im Steuergerät (10) angeordnetes, von dem Impulsgeber angesteuertes Vorwahlzählwerk (11) irwendet wird, nach dessen Rücklauf die Konstantstromquelle (i) abgeschaltet wird.