DE1964661A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines aluminiumhaltigen Koagulierungsmittels - Google Patents

Description

• Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines aluminiumbaltigen Koagulierungsmittels Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines aluminiumhaltigen Koagulierungsmittels durch Elektrolyse sowie eine Vorrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens. Ein solches Koagulierungsmittel läßt sich beispielsweise bei der Wasserbehandlung verwenden.
• insbesondere betrifft die Erfindung ein Koagulierungsmittel zur Verwendung bei der Wasserbehandlung, das dadurch hergestellt wird, daß eine Lösung einer Elektrolyse zwischen Elektroden unterworfen wird, von denen mindestens eine aus aluminium besteht und als Anode wirkt. Die Lösung enthält ein stark elektrolytisohes Salz und eine starke Säure, in welcher sich Aluminium durch Elektrolyse löst Zur Verwendung als Koagulierungsmittel fur unreines Wasser geeignete, Aluminium enthaltende Lösungen sind an sich bekannt, und es gibt bereits mehrere Vorschläge zur Herstellung derartiger Lösungen durch Elektrolyse unter Verwendung von liunnium al Anode. Infolge der hierbei auftretenden Zunderbildung und der mangelhaften Koagulationsfähigkeit des erhaltenen Koagulierungsmittels fanden diese Vorschläge jedoch bishex wenig praktische Anwendung. Es ist auch bereits ein Elektrolyseverfahren unter Verwendung siner Membran zwischen den Elektroden vorgeschlagen worden, doch erforderte dieses Verfahren komplizierte Arbeitsgänge, um das Verstopfen der Poren der Membran zu verhindern und den Elektrolytfluß zwischen den beiden durch die Membran voneinander getrennten Räumen ständig zu steuern; aus diesem Grund war auch dieses Verfahren nicht zweckmäßig.
• Aufgabe der Erfindung ist demgegenüber die Ausschaltung der vorgenannten Nachteile der herkömmlichen Verfahren und die Schaffung eines Verfahrens zur wirksamen Herstellung eines Koagulierungsmittels hoher Koagulationsfähigkeit sowie einer Vorrichtung zur DurchftShrullg dieses Verfahrens. Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Mischlösung aus einem stark elektrolytischen Salz und einer starken Säure unter Verwendung von Aluminium als Anode einer Elektrolyse unterworfen und hierdurch das Aluminium im Elektrolyten gelöst wird. Dabei sollten die Aluminium-Elektroden zwecks Verhinderung einer Zunderbildung zu beiden Seiten der Kathode angeordnet sein.
• Eine Vergrößerung der Vorrichtung läßt sich dadurch erreichen, daß sie mittels Trennwänden in eine Anzahl von Elektrolytzellen unterteilt wird, von denen jede Anoden und eine Kathode enthält.
• Besondere Merkmale der Erfindung betreffen die Verbesserung der Einrichtungen zum Einbau der Aluminium-Anodenplatten en in die Elektrolyse-Vorrichtung, um dergestalt die Herstellung und das Einbauverfahren der Elektrodenplatten zu vereinfachen, sowie Maßnahmen zur Aufrechterhaltung einer festen Konzentration der Aluminiumlösung durch Regulierung des Füllstande der Lösungen innerhalb des Elektrolytbehälters und der Elektrolyse-Vorrichtungen.
• Die Verwendung eines stark elektrolytischen Salzes garantiert die Aufrechterhaltung der Leitfähigkeit des erfindungsgemäßen Elektrolyten. Brauchbare Salze sind beispielsweise Natriumchlorid und Natriumsulfat, deren Konzentration im Bereich von 0,4 - 0,5 Gew.-% liegen sollte. Als starke Säure kann Salzsäure, Schwefelsäure oder dgl, in einer Konzentration von 0,05 - 1 Gew.-% verwendet werden.
• Die Anoden bestehen aus Aluminiumplatten, während als Kathode denmaterial allgemein elektrisch leitfähige Werkstoffe, wie Aluminium, Nickel, Blei, Kohlenstoff, brauchbar sind. Die Elektrolyse wird durch Anordnung von Anode bzw. Anoden und Kathode in Abständen von 10 ¢ 40 mm in der Elektrolyse-Vorrichtung und durch Anlegung eines elektrischen Stroms herbeigeführt, der eine Spannung von 2 - 3Q V und eine Stromdichte von 1 - 2 A/dm2 besitzt. Bei Verwendung einer Mischlösung aus Natriumchlorid und Salzsäure als Elektrolyt wird durch elektrolytische Zersetzung an der Kathode H+-Wasserstoffgas erzeugt, während an der Anode Aluminium-Ionen in Lösung gehen.
• Genauer gesagt, wandeln sich in der Anfangsatufe der Elektrolyse die gelösten Aluminium-Ionen infolge des Vorhandenseins einer großen Menge an Salzsäure im Elektrolyten in C13 um und wird mit fortschreitender Elektrolyse die gesamte Salz säure für die Bildung von AlCl3 verbraucht. Im weiteren Verlauf der Elektrolyse wird dann, wie erwannt, an der Kathode durch Zersetzung des Wassers Wasserstoffgas freigesetzt, während das Aluminium als Polyaluminium an der Anode in Lösung geht. Dieses Polyaluminium wird als Produkt polynuklearer Koordination von Al+ und OH angesehen. Diese Substanz fällt nicht aus, sondern verbleibt im Lösungszustand und besitzt sinzigartige Struktur und aus diesem Grund ausgezeichnetes Koagulierungsvermögen. Ein herkömmliches Verfahren zur Bildung von Polyaluminium besteht darin, daß der Al0l3-Lösung allmählich eine starke Lauge, wie Calciumhydroxyd, zugesetzt wird, so daß dem in der Lösung befindlichen Aluminium äqulvalente Cl-Anionen vorhanden sind, welche jedoch für die Koagulierung schädlich sind0 Beim erfindungsgemäßen Verfahren übersteigt demgegenüber die zu lösende Aluminiummenge das dem Elektrolyten zugegebene Äquivalent an Salzsäure und Natriumchlorid, so daß das gleichzeitige Vorhandensein von Anionen beider Elemente stark vermindert wird. Die Zugabe von Natriumchlorid zum Elektrolyten dient zur Aufrechterhaltung der Deitfähigkeit desselben. Genauer gesagt, wurde bei Weglassung der Natriumchlorid-Zugabe die Leitfähigkeit des Elektrolyten im Verlauf der Elektrolyse und mit dem Verbrauch an Salzsäure abnehmen; bei Zugabe von Natriumchlorid kann dieser Leitfähigkeitsverlust jedoch verhindert werden.
• Im folgenden sind die Versuchsergebnisse eines Vergleichs zwischen dem erfindungsgemäßen Verfahren und den herkömmlichen Verfahren aufgeführt.
• Unter Verwendung von drei verschiedenen Elektrolyten, nämlich 1.) 0,05 N-Salzsäure, 2.) 0,05 N-Natriumchlorid und 3.) 0,05 N-Salzsäure und 0705 N-Natriumchlorid, sowie unter Verwendung von zwei Aluminiumplatten von je 30 x 30 mm Größe als Elektroden wurden Elektrolysen durchgeführt, indem die Platten in Abständen von 10 mm angeordnet surden; die Menge des Elektrolyten betrug 200 ml und die Stromdichte 20 mA/cm2. Hierbei waren die in der folgenden Tabelle 1 aufgeführten Spannungsänderungen zu beobachten: Tabelle 1 Dauer der Elektrolysa (min) 0 20 60 90 Elektrolyt 1 0,7 V 2 V 11 V 27 V Elektrolyt 2 3V 3 V 3 V 3 V Elektrolyt 3 4 V 4 V 4V 4V Wie aus der vorstehenden Tabelle 1 ersichtlich ist, wurde im Fall des 1. Elektrolyten, d.h. Salzsäure allein, eine kontinuierliche Elektrolyse wegen des schnellen Anstiegs des Flüssigkeitswiderstands unmöglich. Obgleich im Fall des 2. Elektrolyten, d.h. Natriumchlorid allein, keine Änderung des Flüssigkeitswiderstands zu beobachten war, wurde das Aluminium als Hydroxyd ausgefällt und war als Koagulierungsmittel unbrauchbar. Beim 3. Elektrolyten, d.h. bei Anwendung des vorher genannten Gemisches, änderte sich der Flüssigkeitswiderstand nicht und war das gelöste Aluminium vollkommen löslich und der Elektrolyt durchsichtig. Das auf diese Weise hergestellte Koagulierungsmittel besitzt hohes Hoagulierungsvermögen und kann verunreinigtem oder gefärbtem Wasser zugesetzt werden, um die darin suspendierten stoffe zu koagulieren, Suszuflocken und auszufällen. Die unreinem Wasser zuzugebende Menge an Koagulierungsmittel dieser Art liegt im Bereich von 1 - 5 ppm (Teile Je Million Teile) auf Al-Basis. Das Koagulierungsmittel wird auf gleiche Weise wie bei herkömmlichen $Koagulierungs- und Ausflockungeverfahren eingesetzt, bei welchen eine pH-Steuerung sowie heftiges und langsames Rühren vorgenommen werden, um Flocken zu bilden, die sich niederschlagen oder durch Filtrieren abgetrennt werden können.
• Das nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellte Koagulierungsmittel besitzt hohes Koagulierurgsvermögen, und zudem ist das Verfahren zur Herstellung dieses Mittels so einfach, daß das Mittel nach diesem einfachen Verfahren zur Verwendung an Ort und Stelle hergestellt werden kann. Die Elektrolyse kann bei Konstant Spannung durchgeführt werden, so daß eine stabile Herstellung des Koagulierungsmittels erwartet werden kann. Infolge der Verwendung einer Säure als Elektrolyt wird außerdem auch die Zunderbildung aiif der Kathode vermindert. Es besteht keine Notwendigkeit fit die Anordnung einer Membran in der Elektrolyse-Vorrichtung, so daß die Elektrolyse bei niedriger Spannung durch Verkleinerung des Abstands zwischen den Elektroden und ohne Gefahr eines Spannungsanstiegs infolge des Verstopfens der Poren der Membran durchgeführt werden kann. Die Herstellung des Koagulierungsmittels kann entweder durch chargenweise oder kontinuierliche Elektrolyse erfolgen.
• Obgleich erfindungsgemäß die Zunderbildung an der Kathode wegen der Verwendung von Säure als Elektrolyt vergleichsweise gering ist, steht dem im Elektrolyten enthaltenen Aluminium eine große Menge an OH zur Verführung, was zu hoher Basität des Elektrolyten führt, so daß sich die Aluminium-Ionen in einem Zustand befinden, in welchem sie leicht abgetrennt werden können. Aus diesem Grund würde bai Verwendung einer Elektrolyse-Vorrichtung herkömmlicher Bauart, d.h. einer nur mit Aluminiumelektroden ausgerüsteten Vorrichtung, sin Anhaften von Zunder an der Kathode Auftreten, was für längere Betrisbszeitspannen ungüstig ist.
• In den Zeichnungen sind einige Ausführungsformen von Elektrolyse-Vorrichtungen, wie sie vorteilhaft beim erfindungsgemäßen Verfahren angewandt werden können, sowie ein das Verständnis der Erfindung förderndes iagraznni dargestellt. Es zeigen: Fig. 1 eine graphische Darstellung zur Veranschaulichung des Versuchsergebnisses des Koagulierungsvermögens von Aluminium gemäß Beispiel 1, Fig. 2, 3, 4 und 6 Querschnitte durch Elektrolyse-Vorrichtungen, die andere leitfähige Materialien als Aluminium für die Kathode verwenden, wobei die Vorrichtungen gemäß den Fig. 2 bis 4 für Langzeitbetrïab ausgelegt sind und die Vorrichtung gemäß Fig. 6 für Massenherstellung vorgesehen ist, Fig. 5 eine Darstellung des elektrischen Stromflusses in der Vorrichtung gemäß Fig. 3, Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer Einrichtung zur Halterung der bei der Vorrichtung gemäß Fig. 6 angewandten Trennwand, Fig. 8 eine perspektivische Darstellung eines verbesserten Elektrodenhalters, Fig. 9 eine perspektivische Darstellung eines für herkömmliche Vorrichtungen angewandten Elektrodenhalters und Fig. 10 ein Durchflußschema zur Erläuterung des Aufbaus einer beispielhaften Ausführungsform einer elektrolytischen Vorrichtung zur Herstellung einer Koagulierungsmittel-Lösung mit gleichbleibender Konzentration.
• Die in den Fig. 2 bis 4 dargestellten Vorrichtungen weisen jeweils eine plattenförmige Aluminium-Anode 1 und eine plattenförmige Eisen-Kathode 2 auf. Der Elektrolyt ist mit 3 bezeichnet. Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 ist die kleinste Einheit einer für langzeitigen Betrieb geeigneten Vorrichtung; ihre Kathode 2 besteht aus einer Eisenplatte, zu deren beiden Seiten Je eine Aluminium-Anode 1 angeordnet ist, während die Vorrichtungen gemäß den Fig. 3 und 4 jeweils mehrere Elektroden-Gruppen enthalten, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß sich auf jeder Seite einer Kathode 2 jeweils eine Aluminium-Anode 1 befindet. In Fig. 3 ist außerdem eine Leitung a zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen den Elektroden eingezeichnet, über welche, wie bei (+) und (-) angedeutet, eine Spannung zur Hervorbringung der Elektrolyse angelegt werden kann. Zur Herstellung eines Koagulierungsmittels wird die Elektrolyse durch Anlegung von elektrischem Strom während einer festen Zeitspanne durchgeführt, worauf die durch die Elektrolyse hergestellte Aluminiumlösung entnommen und als Koagulierungsmittel verwendet wird. Wenn die Aluminium-Anode nach mehreren aufeinanderfolgenden Elektrolysen vollstandig aufgebraucht ist, werden zu beiden Seiten jeder Kathodenplatte neue Anodenplatten eingestzt und wird erneut Strom an diese Platten angelegt, wodurch die Elektrolyse wieder aufgenommen wird. Die Kathoden 2 werden nicht verbraucht und können daher ständig benutzt werden. Der Elektrolyt kann entweder chargenweise zugeführt und für jeden Elektrolyse-Zyklus erneuert oder durch ein kontinuierlich arbeitendes System eingeleitet werden, bei welchem der Elektrolyt ununterbrochen zufließt. Als Kathodenplatte für eine für Langzeitbetrieb vorgesehene Vorrichtung kann Jedes andere leitfähige Material außer Aluminium, also beispielsweise Eisen, Nickel, Kohle, Blei, Verwendung finden.
• Bei den für Langzeitbetrieb vorgesehenen Vorrichtungen wird infolge der Anordnung von Anoden 1 zu beiden Seiten jeder Kathode 2 auch an der Rückseite der Kathode eine gleichmäßige Stromdichte aufrechterhalten, so daß die Zunderbildung verhindert wird und ein Langzeitbetrieb möglich ist. Dies bedeutet, daß im Gegensatz zu den Vorrichtungen, die ausschließlich Aluminiumelektroden aufweisen oder deren Anoden und Kathoden einander abwechselnd angeordnet sind{, weder eine Gefahr einer Betriebsunterbrechung durch das Anhaften von Zunder an der Kathode noch eine Notwendigkeit für ein tU8-wechseln der Kathode besteht so daß die Verfahrensführung verbessert und fortlaufend über einen langen Zeitraum hinweg eine Aluminiumlö sung mit ausgezeichnetem Koaguli erungsvermö gen hergestellt werden kann.
• Selbstverständlich erfordert eine Massenherstellung des Aluminium-Koagulierungsmittels nach dem erfindungsgemäßen Verfahren eine große Elektrolyae-Vorrichtung sowie eine Vielzahl von liuminium-Anoden. In diesem Fall wird zur Verbesserung des Wirkungsgrads ein Elektrolyseverfahren durch Reihenschaltung der Elektrodeneinheiten angewandt, wobei sich die Aluminium-Anoden 1 Jeweils zu beiden Seiten einer Kathode 2 befinden. Bei einer Reihenschaltung der vorstehend anhand von Fig. 5 erläuterten Art fließt der größte Teil des Stroms in der in Fig. 5, in welcher die Aluminium-Anoden mit 1-a, 1-a', 1-b und 1-b und die Eisen-Kathoden mit 2 und 2' bezeichnet sind, durch die ausgezogenen Pfeile angedeuteten Richtung, wrend ein geringerer Teil anoh in der durch die gestrichelton Pfeile angedeuteten Richtung abfließt , was zu ungleichmäßiger Auflösung der Aluminiumplatten führt und es schwierig macht, eine gleichmäßige Lösung des Aluminiums zu erreichen; aus diesem Grund besteht beispielsweise an der neben der Kathode 2r befindlichen Anode 1-b die Tendenz zur Zunderbildung. Zur Vermeidung dieser Tendenz können selbstverständlich mehrere Gruppen von Anoden mit zugehörigen Kathoden als voneinander unabhängige Elektrolyse-Vorrichtungen eingesetzt werden, doch ist es äußerst unwirtschaftlich, ao viele getrennte Vorrichtungen anzuwenden. Für die Massenherstellung von alllminiumhaltigem Koaguli erungsmaterial empfiehlt es sich vielmehr9 eine Elektrolyse-Vorrichtung einzusetzen, deren inneres durch einfache Trennwände in mehrere hintereinander angeordnete elektrolytische Zellen unterteilt ist, derart, daß zwar ein freier Durchfluß des in der Vorrichtung enthaltenen Elektrolyten ermöglicht wird, Jedoch praktisch keine gegenseitige elektrische Beeinflussung zwischen den einzelnen Zellen auftritt; diese elektrolytischen Zellen sind mit Elektrodeneinheiten versehen, die elektrisch in Reihe geschaltet sind.
• Genauer gesagt, wird das Innere der Elektrolyse-Vorrichtung durch Trennwände von größeren Abmessungen als die Elektrodenplatten in mehrere miteinander kommunizierende elektrolytische Zellen unterteilt, die jeweils mit einer Elektrodeneinheit in Form von zwei zu beiden Seiten einer Kathode angeordneten Aluminium-Elektroden versehen sind, wobei alle Elektrodeneinheiten gemeinsam in Reihe geschaltet sind. Eine derartige Vorrichtung ist in fig. 6 dargestellt, In Fig. 6 sind die Aluminium-Anoden mit 1-a, 1-a'; 1-b, 1-b' bzw. 1-c, 1-c', die Eisen-Kathoden mit 2, 2' bzw. 2" und der Elektrolyt wiederum mit 3 bezeichnet. Die bei dieser Ausführungsform vorgesehenen Trennwände sind mit 4 bzw. 42 und die einzelnen elektrolytischen Zellen sind mit A, B bzw. C bezeichnet.
• Fü:r die Trennwände 4, 4' eignet sich ein elektrisches Isolier material, wie Polyvinylchlorid. Die Trennwand muß größer sein als die Elektrodenplatten, um Jede einzelne elektrolytische Zelle praktisch frei von elektrischen Störeinflüssen zu machen. Die erforderliche Größe der Trennwände beträgt mehr als etwa das 1,5-fache der Fläche der Elektrodenplatten, falls die Länge und Breite der Anoden und Kathoden Jeweils gleich sind; Länge und Breite der Trennwände sind Jedoch größer als die entsprechenden Maße der Elektrodenplatten.
• Es ist daher nicht erforderlich, die Trennwände 4, 4' entsprechend der Größe der Elektrolyse-Vorrichtung zu bemessen, um die einzelnen elektrolytischen Zellen vollständig durch die Trennwände voneinander zu trennen, vielmehr reicht es aus, wenn die Trennwände etwas kleiner sind als der Querschnitt der Vorrichtung, ao daß sich die Trennwände leicht herstellen lassen.
• Zur Einpassung der Trennwände reicht es, diese mit dem Halter 5 für die Elektroden zusammenzusetzen und die so entstandene einstuckige Einheit in die Vorrichtung einzuhängen, wie dies in Fig. 7 beispielhaft dargestellt ist. Der Elektrodenhalter 5 weist Nuten 6 auf, in welche die Elektrodenplatten 1, 2 eingeführt werden könnens und durch Festlegung von Einsteokplätzen für die Trennwände 4 und 4t zwischen Jeweils der erforderlichen Anzahl von Nuten 6 können die einzelnen Elektroden und Trennwände 4, 45 in festem Abstand voneinander gehaltert werden.
• Fig. B zeigt eine vorteilhafte Einrichtung zur Einpassung der Elektrodenplatten, In dieser Figur ist eine Elektrodenplatte 8, die an einer oder an zwei Stellen ihrer Oberkante mit Anschlüssen 9 für die elektrischen Zuleitungen sowie an ihren beiden Seitenkanten nahe der Oberkante mit hakenförmigen Griffen 10 versehen ist, in zwei Elektrodenhalter 11 eingesetzt, wobei die Griffe 10 auf den Haltern 11 aufliegen.
• Die Halter 11 sind mit Führungen 12 zur Verhinderung einer gegenseitigen Beruhrung zwischen den einzelnen Elektrodenplatten 8 versehen. Wenn die Elektrodenplatte 8 als Anode Verwendung finden soll, besteht sie aus Aluminium; wenn sie dagegen als Kathode eingesetzt werden soll, besteht sie aus Eisen, Nickel, Blei, Kohle o.dgl. Die Anschlüsse 9 und die Griffe 10 können aus einem Metall, wie Aluminium, Tupfer oder Eisen, bestahen.
• Die Elektrodenplatten 8 werden wie folgt hergestellt: Zunächst wird ein Materialstück, beispielsweise eine Aluminiumplatte auf die für die Elektrodenplatte gewünschte Größe geschnitten. Der dem Anschluß 9 gemäß Fig. 8 entsprechende Punkt bzw. die den Anschlüssen 9 entsprechenden Punkte wird bzw. werden mit einer Gewindebohrung versehen, worauf eine an eine Zuleitung angeschlossene Klemme(n) in die Gewindebohrung eingeschraubt wird bzw. werden. Schließlich werden die hakenförmigen Griffe 40 an den der Schmalkante, welche die Anschlüsse 9 trägt. benachbarten Enden der beiden Seiten kanten durch Ausbildung von Bohrungen oder Gewindebohrungen und Festlegung der Griffe mit Hilfe von Klebmittel oder Schrauben befestigt. Obgleich die Griffe 10 vorstehend als hakenförmig bezeichnet sind, können selbstverständlich auch Griffe Jeder beliebigen anderen Form verwendet werden, mit deren Hilfe die Elektrodenplatte 8 durch Festhalten mit den Fingern oder einem Werkzeug angehoben werden kann. Die Elektrodenhalter sind aus einem elektrisch isolierenden Material, wie Holz, Kunststoff, hergestellt, in welches mehrere Nuten 12 mit der Dicke der Elektrodenplatten entsprechender Breite als Führung eingestochen sind.
• Zum Vergleich ist in Fig. 9 eine herkömmliche Halterungsvor richtung dieser Art dargestellt, bei welcher die Elektrodenplatte 8, welche an einer oder zwei Stellen ihrer Oberkante mit Anschlüssen 91 sowie an beiden Enden der diese Anschlüsse aufweisenden Seite mit Griffen 10' versehen ist, mit Hilfe der durch die Griffe lOt gebildeten Abschnitte durch zwei Elektrodenhalter 11 in der Elektrolyse-Vorrichtung gehaltert ist. Die Anschlüsse 9t und die Griffe 10' sind durch An,schweissen eines Aluminiumstücks entsprechender Größe an der Elektrodenplatte 8t befestigt, weshalb diese Platte nicht nur beträchtliche Fertigungskosten erfordert, sondern beim Wechseln der Elektrode auch unbequem zu handhaben ist. Da sich außerdem die Aluminium-Anode durch Elektrolyse in Form von Aluminium-Ionen im Elektrolyten auflöst, was üblicherweise innerhalb etwa einer Woche oder eines Monats erfolgt, wurde es bisher als unklug betrachtet, enorme Fertigungskosten für solche Verbrauchsgegenstände auf zuwenden, während gleichzeitig seit langem die Entwicklung von für das Auswechseln geeigneten Elektrodenplatten angestrebt wurde.
• Demgegenüber kann die Elektrodenplatte gemäß Fig. 8 durch einfache Arbeitsgänge hergestellt werden und ist daher billiger als die herkömmlichen Elektrodenplatten 8t gemäß Fig. 9.
• Da die an beiden Oberseiten der Seitenkanten der Elektrodenplatte 8 befestigten Griffe 10 eine ein Erfassen der Platte von Hand begünstigende Form besitzen, sind für das Auswechseln der Elektrodenplatten keine komplizierten Arbeitsgänge erforderlich, und die FUhrung des Halters, welcher die Elektrodenplatten unter Einnahme eines Mindestraume festlegt, gewährleistet den Vorteil, daß die Elektrodenplatten daran gehindert werden1 in gegenseitige Berührung zu gelangen.
• Im folgenden ist eine andere vorteilhafte Elektrolyse-Vor richtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens anhand von Fig. 10 näher erläutert. Diese Vorrichtung zur Herstellung eines Koaguliernngsmittels arbeitet ohargenweise, d.h. sie ist dafür ausgelegt, daß der Elektrolyt für Jeden Arbeitszyklus zugeführt und dann nach Elektrolyse während einer festen Zeitspanne, während der sich das Aluminium der Anode auflöst, die Aluminiumlösung ausgetragen wird. Sooft die Aluminium-Anodenplatte verbraucht ist, wird sie erneuert und wird der Vorgang fortgesetzt. Bei der Herstellung eines Koagulierungsmittels nach dem vorstehend genannten Chargen-Verfahren muß eine elektrolysierte Lösung, d.h. eine Lösung des Koagulierungsmittels, mit stets gleicher Konzentration erzeugt werden.
• Da Jedoch bei den herkömmlichen Elektrolyse-Vorrichtungen die Auflösung der Aluminium-Anodenplatte im Verlauf der Elektrolyse mit einer Abnahme des Plattenvolumens verbunden ist und der Elektrolyt bis zu einer festen füllhöhe in die Vorrichtung eingefüllt wird, treten bei diesen bekannten Vorw richtungen bei jedem Arbeitszyklus Schwankungen des Volumens des ersetzten Elektrolyten auf, so daß keine feste Konzentration einer Koagulierungsmittel-Lösung erreicht werden kann, selbst wenn die Elektrolyse mit fester Btromstärko durchgeführt wird.
• Demgegenüber gestattet die Erfindung die Herstellung einer ohargenweise arbeitenden elektrolytischen Vorrichtung, mit deren Hilfe eine Koagulierungsmittel-Lösung mit eiohbleibonder Konzentration hergestellt werden kann.
• Die Vorrichtung gemäß Fig. 10 weist einen Elektrolyt-Behälter 20, eine Elektrolyse-Vorrichtung 26, in welche der Elektrolyt aus dem Behälter 20 eingebracht wird, um die Aluminium-Anoden 1 durch Elektrolyse aufzulösen, eine Einrichtung zur Steuerung der Elektrolyteingabe in die Elektrolyse-Vorrich tung auf einen festen Lösungs-Füllstand, einen Lösungs-Behälter 31, in welchen die elektrolysierte Lösung aus der Elektrolyse-Vorrichtung 26 ausgetragen wird, und eine Sinrichtung zur Einführung des im Elektrolyt-Behälter 20 verbliebenen Elektrolyten sowie der elektrolysierten Lösung aus der Elektrolyse-Vorri¢htung nach Beendigung der Elektrolyse auf.
• Die Vorrichtung gemäß fig. 10 ist so ausgelegt, daß sie eine elektrolysierte Aluminium-Lösung gleichbleibender Konzentraktion liefert.
• Genauer gesagt wird bei der Ausführungsform gemäß Fige 10 ein hochkonzentrierter Elektrolyt, der in einem Elektrolyt-Vorratsbehälter 13 gespeichert ist, mit Hilfe einer Pumpe 14 über eine Leitung 15 in einen Meßbehälter 16 gefördert.
• Wenn die im Meßbehälter 16 enthaltene Elektrolytmenge einen vorbestimmten Wert erreicht, wird ein Füllstand-Schalter 17 betätigt, welcher die Pumpe 14 abschaltet. Eine feste Menge des auf diese Weise bemessenen, hochkonzentrierten Elektrolyten wird durch Öffnen eines Ventils 18 über eine Leitung 19 in einen Elektrolyt-Behälter 2Q überführt. Im Augenblick der Beendigung des Einfüllens dieser Menge öffnet sich ein Ventil 21 und wird über eine Leitung 22 Verdünnungswasser in den Elektrolyt-Behälter 20 eingeführt, bis ein vorgeschriebener Flüssigkeitaspiegel erreicht ist, der durch Schließen des Ventils 21 durch Betätigung eines Füllstandschalters 23 geregelt wird. Der in den Elektrolyt-Behälter 20 eingefüllte hochkonzentrierte Elektrolyt wird hierdurch auf eine sorgsschriebene Konzentration verdünnt. Sodann wird der verdünnte Elektrolyt durch öffnen eines Ventils 24 über eine Leitung 25 in die Elektrolyse-Vorrichtung 26 eingefüllt, bis in letzterer ein vorbestimmter Flüssigkeitspegel erreicht ist, woraufhin ein Füllstand-Schalter 27 anspricht, welcher das Ventil 24 schließt, sooft die Elektrolytmenge einen vorgeschriebenen Füllstand erreicht. Die Elektrolyse-Vorrichtung 26 ist mit Aluminium-Anoden 1 und Eisen-Kathoden 2 versehen, die so nebeneinander angeordnet sind, daß in dem Augenblick, in welchem der Füllstand-Schalter 27 das Ventil 24 schließt, eine kleine Elektrolytmenge im Elet=lyt-3ehälter zurüchbleibt. Hierauf wird die Elektrolyse in der Elektrolyse-Vorrichtung während einer festen Zeitspanne und mit einer festen.
• Stromstärke durchgeführt, wobei die Aluminium-Anode 1 aufgelöst und ein Koagulierungsmittel erzeugt wird. Die Trennwand ist mit 4 und die den betrieb der Vorrichtung ermöglichende Gleichspannungsquelle ist mit 28 bezeichnet. Bei Betätigung eines Ventils 29 fließt die gesamte elektrolysierte Lösung über eine Leitung 3Q in einen Lösungs-Behälter 31 hinein Gleichzeitig öffnet sich das dem Elektrolyt-Behilter 20 zugeordnete Ventil 24 und fließt der restliche Elektrolyt aus diesem Behälter über die Elektrolyse-Vorrichtung 26 in den Lösungs-Behälter 31, um mit der vorher hergestellten elektrolyeierten Lösung vermischt zu werden.
• Wenn die Elektrolyse auf diese Weise wiederholt durohgeführt wird und sich das von der Aluminium-Anode 1 in der Elektrolyse-Vorrichtung eingenommene Volumen infolge ihrer Auflösung verringert, wird der Elektrolyt weiterhin bis zu einem festgelegten Füllstand in die Elektrolyse-Vorrichtung eingeftillt, um die Elektrolyse forzuführen. Hierbei treten elbstverständlich Schwankungen der Menge des in der Elektrolyse-Vorriohtung enthaltenen Elektrolyten auf. Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird jedoch das aufzulösende Aluminiumvolumen geregelt und die Menge der bei jedem Arbeitszyklus zu:verbrauchenden Lösung stets auf einem festen Wert gehalten, beispielsweise das Volumen bis zur Höhe des Füllstand-Schalters 23 im Elektrolyt-Behälter 20 gemäß Fig. 10, indem die elektrolysierte Lösung mit dem restlichen Elektrolyten aus dem Elektrolyt-Behälter 20 vermischt wird, so daß gewährleistet werden kann, daß die im Lösungs-Behälter 31 befindliche elektrolysierte Lösung infolge der Elektrolyse mit fester Stromstärke eine gleichbleibende Konzentration besitzt.
• Die auf gleichbleibende Konzentration eingestellte elektrolyvierte Lösung wird im Lösunges-Bhälter 31 aufbewahrt und nach Bedarf über eine Abfluß-Leitung 32 abgeleitet, um als Koagulierungsmittel einem Wasserstrom o.dglO zugesetzt zu werden.
• Die Erfindung ist Jedoch nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Beispielsweise können der hochkonzentrierte Elektrolyt und das Verdünnungswasser vor der Einführung in den Elektrolyt-Behälter 20 auf vorbestimmte Konzentration eingestellt werden. Außerdem braucht auch nicht immer der Füllstand-Schalter 23 für den Elektrolyt-Behälter 20 vorgesehen zu sein und kann die Zufuhr des Elektrolyten in vorbestimmter Menge zum Elektrolyt-Behälter 20 durch Verwendung eines mit Zeitgeber ausgerüsteten elektromagnetirohen Ventils während einer festgelegten Zeitspanne erfolgen.
• Für die in der Elektrolyse-Vorrichtung befindliche Kathode wird außerdem das vorher genannte leitfähige Material, wie Eisen, verwendet, und es spielt keine Rolle, ob die Trennwand 4 vorhanden ist oder nicht.
• Falls die elektrolytische Auflösung der Aluminiuni-Anode unter Anwendung dieser elektrolytischen Vorrichtung in einer wässrigen Lösung mit einem stark elektrolytischen Salz erfolgt, wird eine Lösung des elektrolysierten Aluminium-Koagulierungsmittels mit gleichbleibender Konzentration unabhängig vom Verbrauch der Aluminium-Anode erhalten und mithin die Regulierung der Zusammensetzung des Koagulierungsmittels außerordentlich vereinfacht. Außerdem kann Jedes Ventil nebst Füllstandschalter zur Regelung der Elektrolyse mit Hilfe eines Programm-Zeitgebers eingesetzt werden, und die elektrolytische Vorrichtung kann auch so ausgelegt sein, daß sie automatisch arbeitet.
• Die erfindungsgemäße elektrolytische Vorrichtung eignet sich mithin für die Herstellung einer Lösung eines Aluminium-Koagulierungsmittels mit fester Konzentration.
• Die folgenden Beispiele dienen zur Erläuterung der Erfindung.
• Beispiel 1 Eins Lösung aus 0,2 % Natriumchlorid und 0,2 % Salzsäure als Elektrolyt wurde in einer Elektrolyse-Vorrichtung mit zwei Sätzen von Elektroden einer Elektrolyse unterworfen, von denen Jeder aus vier auf Abstände von 10 mm angeordneten, 30 x 30 cm großen Aluminiumplatten bestand, wobei die beiden äußeren Platten an eine elektrisohe Stromquelle angeschlossen waren. Nachdem die Elektrolyse 40 min lang mit einer Spannung von 8,5 V durchgeführt worden war, hatte sich die Stromstärke auf einen Wert von 23 - 25 A stabilisiert. Die AufltSsung des Aluminiums infolge der Blelstrolye erfolgte mit der in Tabelle 2 angegebenen Geschwindigkeit, woraus ersichtlich ist, daß bei Fortsetzung der Elektrolyse Aber 30 min hinau- eine starke Herauslösung von nicht-ionisiertem Aluminium auftrat.
• Tabelle 2 Dauer der Elektrolyse (min) 30 60 120 Gesamt-Aluminium (ppm) 630 1200 2400 Ionisiertes Aluminium (ppm) 420 360 360 Die durch 60 min lange Elektrolyse hergestellte Aluminiumlösung wurde einem Rüttel-Versuch $Jar-test) unterworfen, bei welchem die Al-Lösung gefärbtem Wasser in solcher Menge zugesetzt wurde, daß die Aluminiumkonzentration 237 ppm betrug, worauf das Wasser 5 min lang heftig und 15 min lang langsam gerührt bzw. gerüttelt wurde. Das Ergebnis dieses Versuchs ist in Fig. 1 veranschaulicht. Das bei diesem Versuch benutzte gefärbte Wasser wurde durch Zugabe von Fulvensäure (fulvic acid) zu Leitungswasser hergestellt und besaß einen Farbskalenwert von 50 Grad. Zur weiteren Veranschaulichung zeigt Fig. 1 auch die Ergebnisse von Versuchen mit Aluminiumsulfat und, -chlorid unter denselben Bedingungen wie vorstehend beschrieben. In Fig. 1 zeigt die Abzisse den pH-Wert der Lösung, Während die Ordinate den Rest-Farbwert (in,') der W-sung veranschaulicht, wobei ersichtlich ist, daß der Bereich der koagulierenden pH-Werte im Fall des durch Elektrolyse behandelten Aluminiums breit ist. Beobachtungen zum Zeitpunkt des Rüttelversuchs offanbarten, daß durch das erfindungsgemäße elektroclysierte Aluminium die Zeitspanne zur Flockenbildung verkürzt wird und die Flocken im Vergleich zu anderen Flooken groß sind0 Beispiel 2 Die Elektrolyse wurde mit Hilfe eines Behälters gemäß Fig. 2 durchgeführt, der mit Elektrodenplatten von 300 x 500 x 6 mm Größe unter Verwendung von Eisen als Kathode versehen, mit einer Mischlösung aus 0,2 NaCl und 0,2 HCl'gefüllt und an eine Gleichstromquelle der in Fig. 2 angedeuteten Polarität angelegt war, die im Behälter eine Stromdichte von 16,7 mA/cm2 erzeugte. Selbst nach wiederholter Elektrolyse, die mehr als 20 Tage lang Jeweils mit einer Dauer von 2 Stunden wiederholt wurde, zeigte sich keinerlei Zunderbildung und die Vorrichtung erwies sich als für Langzeitbetrieb bei 130%-igem Stromwirkungsgrad brauchbar.
• BeisDiel 3 Die Elektrolyse wurde auf dieselbe Weise durchgeführt wie in Beispiel 2, nur mit dem Unterschied, daß die Vorrichtung von Beispiel 2 durch diejenige gemäß Fig. 3 oder 4 ersetzt wurde.
• Es zeigte sich keinerlei Zunderbildung und die Vorrichtung konnte, wie beim vorangegangenen Beispiel, ohne jegliche.
• Störung während einer langen Zeitspanne in Betrieb gehalten werden.
• Beispiel 4 Die Elektrolyse wurde für eine Gesamtdauer von 115 ßtunden in einer Vorrichtung mit sechs Aluminium-odenplatten von Je 300 x 300 x tO mm Größe und drei Eisen-Kathodenplatten von je 300 x 300 x 4,5 mm Größe durchgeführt. Diese Elektroden waren auf die in Fig. 6 gezeigte Weise in Abständen von jeweils 10 mm voneinander angeordnet und elektrisch in Reihe geschaltet. Hierauf wurden Trennwände aus Polyvinylchlorid von je 500 x 360 x 5 mm Größe der Art gemäß Fig. 6 eingesetzt und wurde die Vorrichtung mit einer Mischlösung aus 0,2,' NaCl und P,2 HCL gefüllt, worauf eine Stromdichte von 1,667 A/dm² eingestellt wurde. Die Ergebnisse der Elektrolyse sind in Tabelle 3 aufgeführt.
• Tabelle 3 Elektro- $Elektrode Elektrodengewicht (g) Nutz-Wirkungslysezelle vor der nach der grad (%) Elektro- Elektrolyse lyse A 1-a 1495 199 86,3 1-a' 1485 263 82,3 1-b 1485 220 85,2 1-b' 1490 290 8026 C 1-c 1495 296 80,2 1-c' 1495 223 85,2 Aus der vorstehenden Tabelle ist ersichtlich, daß alle Aluminium-Elektrodenplatten nahezu gleichmäßige Auflösung zeigten und daß kein Leckstrom auftrat. Weiterhin war auch keine Zunderbildung an einer der Anodenplatten zu beobachten.

Claims (10)

Patent ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines aluminiumhaltigen Koagulierungsmittels durch Elektrolyse einer Lösung zwischen Elektroden, von denen mindestens eine eine aus Aluminium bestehende Anode darstellt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Lösung verwendet wird, die ein stark elektrolytisches Salz und eine starke Säure enthält.

20 Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß als Salz Natriumchlorid verwendet wird0

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet daß als Säure Salzsäure oder Schwefelsäure verwendet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein Elektrolyt aus Natriumchlorid und Salzsäure verwendet wird0

5. Verfahren nach. einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyße unter Verwendung einer Kathode durchgeführt wird, die aus einem anderen leitfähigen Material als Aluminium besteht und zwischen zwei Aluminium-Elektroden angeordnet ist.

6. Verfahren nach Anspruch 59 dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode aus Eisen besteht.

7. Vorrichtung zur Herstellung eines aluminiumhaltigen Kolierungsmittels nach dem Verfahren gemäß einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie durch mindestens eine Trennwand (4), welche eine größere Fläche besitzt als die Elektrodenplatten, in mindestens zwei elektrolytische Zellen unterteilt ist, die durch einen Elektrolyten (3) aus einem stark elektrolytischen Salz und einer starken Säure untereinander verbunden und Jeweils mit einer Elektrodenanordnung versehen sind, die aus zu beiden Seiten einer Kathodenplatte g2) angeordneten Aluminium-Anoden (1) besteht, wobei die einzelnen Elektrodenanordnungen elektrisch in Reihe geschaltet sind.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die zwischen je zwei elektrolytischen Zellen vorgesehenen Trennwände (4) durch einen Elektroden-Halter (5, 11) gehaltert sind, der mit einer Anzahl von eingestochenen FUh-ungen bzw. Nuten (6, 12) zur Ausrichtung und Seatlegung der Elektrodenplatten und Trennwände versehen ist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (1, 2) Jeweils aus einem Plattenkörper (8) bestehen, in dessen Oberkante Anschluß-Klemmen (9) eingeschraubt und an dessen Seitenkanten nahe der die Klemmen aufweisenden Oberkante durch Einschrauben oder mit Hilfe eines Klebmittels befestigte hekenförmige Griffe (10) vorgesehen sinkt und daß Elektrodenplatt'en-Halter (11) zur Halterung der Elektroden (8) in der elektrolytischen Zelle vorgesehen sind, in welche Führungen bzw. Nuten (12) zur Festlegung der Elektrodenplatten eingestochen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 7, 8 oder 9 zur Herstellung einer elektrolysierten Aluminiumlösung mit gleichbleibender Konzentration, gekennzeichnet durch einen Elektrolyt-Behälter (20) zur Speicherung einer festen Menge eines Elektrolyten aus einem stark elektrolytischen Salz und einer starken Säure, eine Elektrolysezelle (26), in welche der Elektrolyt aus dem Elektrolyt-Behälter eingebracht und in welchem die Auflösung einer Aluminium-Anode durch Elektrolyse hervorgebracht wird, eine Einrichtung (24, 27) zur Einstellung eines festen Elektrolyt-Flüssigkeitsspiegels in der Elektrolysezelle, einen Behälter (31) für die elektrolysierte Lösung, in welchen die elektrolysierte Lösung aus der Elektrolysezelle überführbar ist, und eine Einrichtung (29) zur Einführung der elektrolysierten Lösung aus der Elektrolysezelle und des im Elektrolyt-Behälter befindlichen Rest-Elektrolyten in den die elektrolysierte Lösung aufnehmenden Behälter nach der Elektrolyse.

L e e r s e i t e