DE2011610B2 - Verfahren zur Gewinnung eines Metalls aus einer Spuren des Metallions enthaltenden Lösung mittels Elektrolyse - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung eines Metalls aus einer Spuren des Metallions enthaltenden Lösung mittels ElektrolyseInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung eines Metails aus einer Spuren des Metallions
enthaltenden Lösung, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man die Lösung in einer Elektrolysezelle elektrolysiert,
während man diese Lösung durch eine poröse Kathode zur Abscheidung des Metallions in dieser
Kathode führt und das Metall von der Kathode gewinnt.
Bisher wurden die verschiedensten Verfehren zur
Gewinnung von Metallen aus Lösungen angewandt.
Beispielsweise wurden große Mengen an Kupfer, Silber, Gold, Nickel, Cobalt, Blei, Antimon, Wismuth, Indium,
Quecksilber und Zinn jedes Jahr unter Anwendung von elektrolytischen Refining-Verfahren und Elektrogewinnungsmethoden
hergestellt. Die Elektrogewinnung von Kupfer ist typisch für die Gewinnung solcher Metalle.
Das Kupfer wird elektrolytisch auf unlöslichen Anoden wie beispielsweise solchen aus Antimon-Blei-Legierungen
niedergeschlagen. Jede dieser bekannten Elektrorefining- und Elektrogewinnungsmethoden erfordert die
Verwendung von relativ konzentrierten Lösungen des jeweiligen Metalls. Beispielsweise beträgt bei der
Elektrogewinnung von Kupfer der Kupfergehalt in der Lösung normalerweise 35 g/l.
Die Erfindung stellt ein elektrolytisches Verfahren zur Gewinnung von Lösungen, die nur Spuren der
Metalle enthalten, beispielsweise 1000 bis 10 000 μ/1 bereit, wodurch es ermöglicht wird, das jeweilige Metall
aus zuvor nicht verwendbaren Quellen zu gewinnen. Lösungen, die Spuren solcher Metalle enthalten, stehen
aus den verschiedensten Quellen zur Verfugung. Beispielsweise stehen beachtliche Mengen wäßriger
Lösungen 2:ur Verfugung, die verbrauchte Katalysatoren enthalten, insbesondere palladiumhaltige Lösungen.
Zu den weiteren Quellen gehören verbrauchte Galvanisierungsbäder, Abwässer bei der Erzgewinnung, Seewasser
(insbesondere in Form konzentrierter entsalzter Solen) und Salzlösungen aus Quecksilberzellen (insbesondere
solcher, die dimensionsbeständige Elektroden verwenden wie beispielsweise solche aus Platin oder
Rutheniumoxid).
Die Metallspuren können aus jeder Art von
Die Metallspuren können aus jeder Art von
bo verschiedenen Lösungen entfernt werden. Beispielsweise
können derartige Metalle aus konzentrierten oder verdünnten wäßrigen alkalischen Lösungen wie beispielsweise
Nairiumhydroxid, aus sauren Lösungen wie beispielsweise Salzsäurelösungen oder aus wäßrigen
Salzlösungen entfernt werden. Außerdem kann jedes Metall gewonnen werden, das unter den jeweiligen
Elektrolysebedingungen ein weniger katodisches AbscheideDotential besitzt als das Potential, das an der
Kathode gebildet wurde. Die Metalle können in Spuren vorliegen wie beispielsweise 1000 bis 15 000 μ/l und
selten weniger als 200 oder mehr als 50 000 μ/l. Zu diesen Metallen gehören Quecksilber, Kupfer, Eisen,
Nickel, Blei, Vanadin, Mangan, Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium, Iridium, Platin, Gold und Silber.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die Lösung durch eine Elektrolysezelle geführt, die eine
poröse Kathode besitzt, und das Metall scheidet sich in der porösen Kathode ab. Es können verschiedene ι ο
Verfahren zur Entfernung des Metalls aus der Kathode angewandt werden. Eine der einfachsten Methoden
besteht darin, das Metall zu destillieren, was besonders bei der Quecksilbergewinnung bevorzugt wird. Ferner
kann das Metall von der Kathode dadurch gewonnen werden, daß man die Kathode verbrennt oder die
Kathode selbst auflöst. Dieses Verfahren ist besonders bei seltenen oder wertvollen Metalien wie beispielsweise
Gold, Palladium, Ruthenium und Platin anwendbar. Die Metalle können außerdem chloriert werden, indem
man Chlor durch die Kathode leitet und als Metallchlorid gewonnen werden. Üblicherweise jedoch wird das
Metall aus der Kathode dadurch gewonnen, daß man das Metall als Salz in einer wäßrigen Lösung in
konzentrierter Form wieder auflöst und zwar mit Hilfe chemischer Maßnahmen oder durch Urnkehren der
Zellpolarität. Beispielsweise kann die Konzern ation des Metalls um das 200fache erhöht werden. Das Metall
kann dann aus der konzentrierten Lösung mit Hilfe irgendeines der üblichen Verfahren, wie sie typischerweise
bei der Elektroplattierung. Elektrorefining und Elektrogewinnung angewandt werden, gewonnen werden.
Wahlweise kann das Metall aus der konzentrierten Lösung mit Hilfe irgendeines anderen üblichen Verfahrens
wie Ausfällen oder Ionenaustausch gewonnen werden. Im allgemeinen enthält die ursprüngliche
Lösung das gewünschte Metall zusammen mit anderen Metallen. Es kann erwünscht sein, das gewünschte
Metall aus der Lösung selektiv zu entfernen. Das Metall kann aus der Lösung dadurch selektiv entfernt werden,
daß man das Potential der Kathode kontrolliert und zwar relativ zu einer Slandardelektrode, typischerweise
einer Kalomel- oder Wasserstoffelektrode. Jedes Metall, dessen Abscheidepotential gleich oder geringer
ist als dieser Wert, wird sich in der porösen Kathode abscheiden. Metalle, die ein elektropositiveres Abscheidepotential
besitzen als das gewünschte Metall, werden in der Lösung bleiben und durch die Zelle hindurchströmen.
Wenn man nur Edelmetalle von der Lösung entfernen will, kann das Potential bei einem Punkt
gehalten werden, an dem sich nur Edelmetalle abscheiden und andere elektropositivere Metalle als die
Edelmetalle durch die Zelle hindurchströmen. Außerdem kann die Lösung, wenn sie mehrere Metalle enthält,
durch eine Reihe von Zellen geführt werden, wobei jede eine Kathode mit einem unterschiedlichen Potential
besitzt Dabei wird jede Zelle ein anderes Metall aufnehmen.
In Fig. 1 wird die Zelle IO gezeigt, die zur
Durchführung der Erfindung verwendet werden kann. Diese Zelle besteht aus einem Zellbehälter oder Körper
11 einer porösen Kathode 12 und einer Anode 13. Die erfindungsgemäße Zelle 10 kann jede beliebige Größe
oder Form besitzen. Die abgebildete Zelle 10 besitzt einen zylindrischen Zellkörper 11. Dieser Zellkörper 11
kann aus jedem beliebigen Material konstruiert sein solange die Teile, die mit den Lösungen in Berührung
stehen, d. h. die Innenflächen, gegenüber jeglicher korrosiver Wirkung der Lösungen beständig sind.
Beispielsweise kann Glas verwendet werden oder aber Stahl, der mit Gummi oder Plastik ausgekleidet ist. Der
Zellkörper 11 enthält eine zylindrische Seitenwand 14 und ein Paar Endwände 17 und 18, von denen jede eine
Öffnung 21 bzw. 22 zum Einführen oder Entfernen der Lösung aufweist. Der Zellkörper 11 enthält außerdem
ein Paar Ventile 25 und 26 zur Entfernung der Produktgase aus der Zelle.
Eine Kathode 12 besteht aus einem porösen Elektrodenmaterial und ist innerhalb des Zellkörpers 11
so eingebaut, daß die Lösung nicht um diese Kathode herum sondern durch diese poröse Kathode 12
durchlaufen muß. Zwar kann die Kathode aus unterschiedlichen porösen Materialien mit unterschiedlicher
Porosität bestehen, vorzugsweise besteht sie jedoch aus einem elektroleitfähigem kohleartigem
Material, beispielsweise Graphit oder Kohle. Typische Beispiele eines solchen porösen Graphits oder einer
solchen Kohle werden in Tabelle 1 wiedergegeben.
Tabelle I | Gewidit | Poröse Kohle | 1,025 | 1,025 | Mechanische Eigenschaften | Druck | Biege | %uale | Durch- | Mindest | Durchschnittsdurch | Wasser*) |
kg/cm3 | Typ A | 1,041 | 1,041 | kg/cm2 | festig | festigkeit | Porosi | schnittl. | durchmesser | lässigkeit | ||
Typ B | 1,057 | 1,057 | keit | tät | Poren | der zurückge | 1/nr/Min. | |||||
TypC | Poröser Graphit | 1,057 | Zug | durch | haltenen | Luft**) | ||||||
Typ D | festig | 56,2 | 21,1 | messer | Teilchen | 3,666 | ||||||
Typ E | keit | 63,3 | 35,2 | cm | cm | mVm2/Min. | 1,222 | |||||
Typ F | 70,3 | 42,2 | 407,4 | |||||||||
Typ G | 7,03 | 48 | 0,0119 | 0,0063 | 3,046 | |||||||
14,1 | 28,1 | 14,1 | 48 | 0,0058 | 0,0023 | 0,9138 | 3,666 | |||||
21,1 | 35,2 | 21,1 | 48 | 0,0033 | 0,0013 | - | 1,222 | |||||
42,2 | 28,1 | 407,4 | ||||||||||
4,92 | 35,2 | 17,6 | 48 | 0,0119 | 0,0063 | 3,046 | 1,222 | |||||
10,5 | 48 | O,UO58 | 0,0023 | 0,9138 | ||||||||
14,1 | 48 | 0,0033 | 0,0019 | - | ||||||||
7,73 | 48 | 0,0048 | 0,0020 | - | ||||||||
*) Wasser von 21"C-0,35 atü - Platte 2,54 cm dick
**) Luft von 2TC mit 15% relative Feuchtigkeit - 5,08 cm Wasserdruck - Platte 2,54 cm dick. Luftvolumen gemessen bei
einem Druck von 760 Millimeter Hg und 2 IC.
Anstelle der kohleartigen Materialien können auch andere Materialien verwendet werden wie beispielsweise
gesintertes Metall oder Schwamm, vorausgesetzt, daß diese Materialien die Bedingungen in der Zelle
aushalten ohne sich dabei zu zersetzen und vorausgesetzt, daß diese Materialien sehr kleine Poren oder
Kanäle besitzen, beispielsweise im Bereich von 0,012 bis
0,15 cm und vorzugsweise zwischen 0,0025 und O,O127cm. Beispielsweise können als poröse Kathode
Titan- oder Zirkoniumschwamm verwendet werden und ein Metall aus der Platingruppe kann in diesem
Schwamm abgeschieden werden. Das Metall aus der Platingruppe würde die elektroleitfähige Oberfläche
liefern, wenn die Polarität der Zelle umgekehrt wird, die Kathode sollte außerdem aus einem Material bestehen,
das gegenüber den Bedingungen und Materialien in der Zelle beständig ist und zwar den kathodischen
Bedingungen während des normalen Betriebes als auch den Bedingungen, die vorliegen, wenn die Zelle nicht in
Betrieb ist. Ferner sollte die Kathode vorzugsweise gegenüber den anodischen Bedingungen beständig sein,
die während eines bevorzugten Metallgewinnungsverfahrens, bei dem die Polarität umgekehrt wird,
herrschen. Die erforderliche Dicke der Kathode kann in Abhängigkeit verschiedener Faktoren schwanken wie
beispielsweise vom Kathodenmaterial, Porosität der Kathode und Fließgeschwindigkeit der Lösung. Jedoch
beträgt die Dicke im allgemeinen zwischen 0,63 und 12 cm. Die Kathodendicke kann auch nur 0,16 cm
betragen vorausgesetzt, daß sie aus einem Material konstruiert ist, das die erforderliche Festigkeit und
Starrheit besitzt.
Die Anode 13 kann aus jedem elektroleitfähigen beständigen Material bestehen. Vorzugsweise besitzt
die Anode eine geringe Überspannung und ist gegenüber Korrosion und/oder Zersetzung beständig,
wenn der elektrische Strom unterbrochen wird oder die Polarität umgekehrt wird. Die Anode besteht vorzugsweise
aus einem nichtporösen beständigen elektroleitfähigen kohleartigen Material wie Kohle oder Graphit,
jedoch kann die Anode in gewissen Fällen aus Nickel, einem Metall der Platingruppe oder mit einem Metall
der Platingruppe beschichtetem Titan bestehen. Der hier verwendete Ausdruck Metalle der Platingruppe
umfaßt sämtliche Metalle der Platingruppe, nämlich Ruthenium, Rhodium, Palladium, Osmium. Iridium und
Platin. Außerdem können die Oxide der Platinmetalle oder Gemische aus zwei oder mehreren solcher Oxide
als Beschichtung für Titanmetall verwendet werden.
Die Kathode 12 enthält einen elektrischen Anschluß 23 und Anode 13 enthält einen elektrischen Anschluß 24,
wodurch die Zelle 10 an eine Quelle eines elektrischen Potentials angeschlossen werden kann. Die Zellspannung
sollte 5VoIt oder weniger betragen und die Stromdichte sollte unter derjenigen liegen, bei der sich
die Lösung selbst schnell zersetzt Auf jeden Fall sollte die Kathode mindestens so kathodisch sein, wie das
Abscheidepotential für das gewünschte Metallion unter den jeweiligen Elektrolysebedingungen.
Die Strömungsrichtung durch Zelle 10 kann von der Anode stromaufwärts zur Kathode oder umgekehrt
stromabwärts zur Kathode sein. Wenn Zelle 10 mit der Anode stromaufwärts zur Kathode verbunden ist,
strömt die Lösung durch die Öffnung 22 in die Zelle ein, strömt um die Anode 13 und anschließend durch die
poröse Kathode 12. Die Lösung verläßt die Zeile dann durch Öffnung 21. Die Zelle 10 kann mit der Anode 13
stromabwärts zur Kathode verbunden werden, indem man die Lösung durch öffnung 21 in die Zelle
einströmen läßt. Die Lösung strömt durch die poröse Kathode 12, von da aus in Berührung mit Anode 13 und
durch öffnung 22 wieder aus der Zelle heraus.
Die in Fig. 2 gezeigte Zelle 110 ist eine andere Zellenkonstruktion, die zur Durchführung des erfindungsgemäßen
Verfahrens verwendet werden kann. Die Zelle 110 enthält einen Zellbehälter 111, eine poröse
Kathode 112 und eine Anode 113. Der Zellbehälter 111
ίο kann aus jedem Material bestehen, das gegenüber den
verwendeten Lösungen beständig ist wie beispielsweise Stahl mit einer Gummibeschichtung 109. Sie enthält
außerdem eine zylindrische Seitenwand 114 und eine Endwand 117 und einen Deckel 118. Die Seitenwand 114
hat eine öffnung 121 zum Einführen der Lösung in die Zelle 110 und der Deckel 118 hat eine öffnung 122 zum
Entfernen oder Einführen der Lösung in die Zelle 110.
Die Kathode 112 kann aus jedem geeigneten porösen
Elektrodenmaterial bestehen wie es bezüglich Kathode 12 in Zelle 10 beschrieben wurde. Die Kathode 112 der
vorliegenden Ausführungsform enthält ein Rohr mit einer Seitenwand 123 und einer Endwand 124. Ein radial
verlaufender Flansch 130 ist am oberen Ende der Kathode 112 angebracht, um diese Kathode im
Zellkörper 111 zu tragen. Zum Anschluß der Kathode an die Stromquelle befindet sich eine Schraube 131 am
Flansch 130. Die Kathode 112 ist zweckmäßigerweise gegenüber dem Deckel 118 und dem Behälter 111
abisoliert. Die Abmessungen der Kathode 112 können in
Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, mit der die Lösung behandelt werden muß, gewählt werden.
Außerdem können eine Vielzahl parallel geschalteter Zellen verwendet werden, wenn große Mengen an
Lösung zu behandeln sind. Ebenfalls können zwei oder mehrere Zellen in Serie geschaltet sein, insbesondere in
gewissen Situationen, in denen bestimmte Metalle einzeln in jeder dieser Zellen abgeschieden werden
sollen. Die Wände 123 und 124 der Kathode 112 sind vorzugsweise so weit vom Zellbehälter 111 entfernt, daß
die Lösung durch den Zwischenraum 125 frei fließen kann.
Die Anode 113 kann aus jedem Material sein, das gegenüber der vorherrschenden Bedingung beständig
ist. Selbstverständlich muß die Anode 113 die erforderliehe
Elektroleitfähigkeit besitzen, und es kann typischerweise undurchlässiger Graphit verwendet werden. Die
Anode 113 kann mit dem Deckel 118 beispielsweise durch Schraube 127, verbunden sein und kann
gegebenenfalls gegen den Deckel 118 abisoliert sein.
so Die Schraube 127 wird außerdem als Anschluß der
Anode 113 an eine Stromquelle verwendet. Die Anode 113 ist innerhalb der rohrförmigen Kathode 112
konzentrisch angeordnet und ist vorzugsweise von allen Punkten der Kathode 112 so weit entfernt, daß die
Lösung in dem Zwischenraum 126 unbehindert fließen kann. Ein gewindeförmiger Stopfen 133 ist am Boden
der Zelle angebracht um Flüssigkeit abziehen zu können.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren wird die Lösung, die Spuren des Metalls in Form von Ionen enthält, durch
eine poröse Kathodenzelle geführt während die Kathode unter einem ausreichenden elektrischen
Potential steht um das Metall abzuscheiden.
Die Fließgeschwindigkeit der Lösung durch die Zelle kann in Abhängigkeit von bestimmten Faktoren wie
Dicke der Kathode. Porosität der Kathode und Menge
des Metalls, das aus der Lösung zu entfernen ist schwanken. Es erwies sich als zufriedenstellend, eine
Fließgeschwindigkeit von etwa 5 bis 29 kg/Min, der Lösung pro Quadratmeter der Kathodenstirnfläche
stromaufwärts zu verwenden, wenn etwa 4000 μ Quecksilber pro Liter der Salzlösung entfernt werden
sollen. Die verwendete Zelle war im wesentlichen wie die Zelle 10 und besaß eine poröse Graphitkathode vom
Typ E mit einem Durchmesser von 5 cm und einer Stärke von 3,6 cm. Zum erfindungsgemäßen Verfahren
gehört außerdem, die Gewinnung des Metalls aus der Kathode mit Hilfe irgendeines der üblichen Verfahren.
Ein höchst bevorzugtes Verfahren zur Gewinnung des Metalls besteht darin, die Kathode so stark zu erhitzen,
daß das Metall verdampft und anschließend das Metall zu kondensieren. Dieses Verfahren ist zur Gewinnung
von Quecksilber äußerst günstig. Ein anderes bevorzugtes Verfahren besteht darin, die Polarität in der Zelle
umzukehren, während Kathode und Anode mit einer elektroleitfähigen Lösung in Berührung stehen. Das
Metall geht dadurch wieder in Lösung, jedoch in einer konzentrierteren Form. Eine Lösung kann beispielsweise
ein oder mehrere Male im Kreislauf durch die Zelle geführt werden. Ein solches wiederholtes Führen der
Lösung durch die Zelle erhöht die Metallionenkonzentration wesentlich. Beispielsweise kann die Metallionenkonzentration
mehr als 200- oder 300fach gegenüber der ursprünglichen Lösung erhöht werden.
Die Lösung, in der das Metall wieder in Lösung geht, kann irgendeine konzentrierte oder verdünnte elektroleitfähige
Lösung sein, wie wäßrige alkalische Lösungen wie typischerweise Natriumhydroxid, wäßrige saure
Lösungen wie typischerweise Salzsäure oder wäßrige Salzlösungen wit typischerweise Natriumchlorid. Die
Lösung, in der das Metall wieder in Lösung gehen kann, kann eine andere sein als diejenige, aus der das Metall
ursprünglich entfernt worden war. Beispielsweise kann das Metall ursprünglich aus einer Nitratlösung entfernt
worden sein, und in einer Chloridlösung als Chlorid wieder in Lösung gegangen sein. Daher kann das Metpil
in Form seines bevorzugten Salzes gewonnen werden. Gegebenenfalls kann das Elektrodenpotential durch
selektive Entfernung bestimmter Metalle aus der porösen Kathode gesteuert werden. Das Metall kann
aus der konzentrierten Lösung entfernt werden durch übliche Methoden wie beispielsweise Elektroplattieren
auf einer festen Kathode. Ein weiteres Verfahren zur Gewinnung des Metalls besteht darin, daß man eine
verbrennbare Kathode verwendet, und dieselbe verbrennt, wobei nur das Metall als Rückstand übrigbleibt.
Eine Ausführungsform der Erfindung dient zur Reinigung einer Salzlösung, die durch eine Quecksilberkathodenzelle
geführt wurde und betrifft Vorrichtungen, durch die Quecksilber und andere metallische
Verunreinigungen schnell und leicht aus der Salzlösung entfernt werden können, wodurch eine Salzlösung
gewonnen wird, die in anderen Verfahren eingesetzt werden kann. Beispielsweise kann eine solche Salzlösung
in einer Diaphragmazelle elektrolysiert werden und der dabei entstehende Wasserstoff zur Herstellung
von Ammoniak verwendet werden. Die Salzlösung sollte weniger als 20 Mikron Quecksilber/1 enthalten,
kann jedoch 50 Mikron pro Liter enthalten. Die Salzlösung sollte möglichst nicht mehr als 100 Mikron
Quecksilber/1 enthalten.
Wie aus F i g. 4 ersichtlich ist, wird die Salzlösung in
eine Quecksilberkathodenzelle eingespeist, in der die
Elektrolyseprodukte Amalgam und verarmte Salzlösungen sind! Das Amalgam wird in einer Vorrichtung zum
Bloßlegen unter Bildung von Quecksilber, Wasserstoffgas und Natriumhydroxid behandelt. Das Quecksilber
wird in der Quecksilberkathodenzelle im Kreislauf geführt. Die verarmte Salzlösung wird zur Entfernung
von freiem Chlor behandelt, mit einem Alkalimetallhalogenid angereichert und dann zur Entfernung der
metallischen Verunreinigungen in der porösen Kathodenzelle behandelt. Mindestens ein Teil der gereinigten
Salzlösung kann in einer Diaphragmazelle elektrolysiert werden, um Alkalimetallhydroxid oder Natriumhydroxid
und Wasserstoff zu bilden. Der Wasserstoff wird unter Bildung von Ammoniak mit Stickstoff umgesetzt
oder für andere Zwecke verwendet.
Salzlösungen, die 100 bis 350 g Natriumchlorid pro Liter der Lösung enthalten, werden erfolgreich
behandelt. Jedoch können Salzlösungen, die mehr oder weniger Natriumchlorid enthalten, ebenfalls mit Hilfe
des erfindungsgemäßen Verfahrens gereinigt werden. Die Salzlösung wird selten weniger als 50 g Natriumchlorid
pro Liter enthalten. Für praktische Zwecke sollte die Salzlösung vorzugsweise sauer mit einem
pH-Wert von 1 bis 5 sein, obgleich auch Salzlösungen, die alkalisch sind, nach dem erfindungsgemäßen
Verfahren gereinigt werden können. Wenn die Salzlösung wesentliche Mengen, d. h. gelöstes Chlor, enthält,
sollte die Chlormenge, die vorliegt, vorzugsweise vor der Behandlung in der Zelle verringert werden.
Vorzugsweise sollte die Salzlösung weniger als 0,003 g freies Chlor pro Liter enthalten.
Die Salzlösung kann auch 0,01 g freies Chlor pro Liter enthalten, sollte jedoch möglichst nicht 0,1 g freies
Chlor pro Liter enthalten. Das Chlor kann dadurch entfernt werden, daß man die Salzlösung durch einen
üblichen Dechlorierungsturm führt, worin ein Luftstrom, der durch die Salzlösung geblasen wird, das
gelöste Chlorgas davonträgt.
Die Erfindung ist in erster Linie auf die Entfernung metallischer Verunreinigungen, die in einer Salzlösung
vorliegen, gerichtet, insbesondere solcher, die in Form von komplexen Anionen wie HgCU vorliegen. Solche
4ü Anionen, die negativ geladen sind, neigen dazu, die
Kathodenzone üblicher Zellen zu meiden. Die vorliegende Erfindung überwindet dieses Problem dadurch,
daß die Salzlösung durch eine Kathode mit sehr feinen Löchern oder Poren geführt wird. Die negativ
geladenen Anionen werden dadurch in sehr enge Berührung zur negativ geladenen Kathode geführt.
wodurch die elektrolytische Abscheidung des Metalls an der Kathode erleichtert wird.
Andere metallische Verunreinigungen wie Eisen
so werden näher an der Anode abgeschieden, beispielsweise wurde eine wesentliche Menge an der äußeren Fläche
der Kathode, die der Anode benachbart ist, beobachtet. Beispielsweise wurde eine poröse Kathode aus einer
Zelle geprüft, die 230 Stunden lang in einer Stromabwärts-Anordnung
betrieben worden war, indem man die Kathode in 5 gleiche Segmente teilte. Das erste
Segment (d. h. das Segment, das sich der Anode am nächsten befand) enthielt 9,1% der gesamten Quecksilbermenge
und 58,7% der gesamten Eisenmenge, die abgeschieden worden war. Das dritte oder mittlere
Segment enthielt 41,8% der gesamten Quecksilbermenge und nur 4,0% der gesamten Eisenmenge.
Die Salzlösung steht mit der Anode in Berührung, wo sich freies Chlor bildet. Man fand jedoch, daß freies
Chlor die Abscheidung von Quecksilber hemmt und in einigen Fällen sogar Quecksilberabscheidungen von der
Kathode abstreift Aus diesem Grunde sollte im wesentlichen das gesamte freie Chlor aus der Salzlösung
vor der Behandlung in der Zelle entfernt werden. Die Anoden-Stromabwärtsanordnung kann außergewöhnlich
niedrige Quecksilbermengen in der Produktsalzlösung verursachen, aufgrund der Tatsache, daß das
Quecksilber innerhalb der Kathode abgeschieden wurde und das freie Chlor sich anschließend an der Anode
gebildet hatte, wodurch vermieden wurde, daß das freie Chlor die Quecksilberabscheidung störte. Beispielsweise
wird freies Chlor dadurch aus der Anode herausgefegt, daß man einen hydraulischen Strom anwandte und
dadurch die Rückwanderung des Chlors in die Kathode vermieden wurde.
Der Betrieb der Zelle in der Anoden-Stromaufwärtsanordnung ist ähnlich wie der der Anoden-Stromabwärtsanordnung
mit dem Unterschied, daß die Salzlösung erst mit der Anode in Kontakt kommt, wo sich
freies Chlor bildet und die Salzlösung danach durch die poröse Kathode strömt. Es wurde gefunden, daß, wenn
freies Chlor in der Salzlösung bleibt und durch die Kathode strömen mußte, wie es in Zelle 110 der Fall ist,
wenn diese in der Anoden-Stromaufwärtsanordnung angeschlossen ist, sehr geringe Quecksilberentfernung
erzielt wurde. Andererseits wurde eine zufriedenstellende Quecksilberentfernung mit Zelle 10 mit der
Anoden-Stromaufwärtsanordnung erzielt, wenn ein Ventil 25 angebracht war zum Entfernen von freiem
Chlor bevor die Salzlösung durch die Kathode strömt. Ein ähnliches Ventil 26 war zum Entfernen von
Wasserstoffgas aus der Zelle bei der Stromaufwärtsvorrichtung vorgesehen.
Gegebenenfalls können Vorrichtungen in der Zelle 110 angebracht sein, um das an der Anode sich bildende
freie Chlor zu entfernen, so daß das Chlor nicht durch die Kathode strömt.
Die Salzlösung kann mit jeder Fließgeschwindgkeit durch die Zelle strömen. Die bevorzugte Fließgeschwindikgiet
für Zelle 10 lag zwischen ca. 4,88 bis 39,0 kg/Min./m2 der Kathodenoberfläche und sollte
möglicht 48,8 kg/Min./m2 der Kathodenoberfläche nicht übersteigen. Die Stirnfläche der Kathode 12 ist die
Fläche der Stromaufvvärtsseite der Kathode.
Wenn die Zelle für eine wesentliche Zeit in Betrieb ist, kann sie zur Entfernung der Verunreinigungen bis zu
einem zufriedenstellenden Grad abgeschaltet werden. Beispielsweise kann elementares Quecksilber, das an
der Kathode abgeschieden worden ist, in die Produl-.tsalzlösung
hinein abzubrechen beginnen. Ferner kann die Zelle zur Entfernung der Metallionen aus der
Lösung abgeschaltet werden. Wenn dies passiert, sollte die Kathode gereinigt oder regeneriert werden.
Außerdem kann Metallmenge, die auf oder in der Kathode abgeschieden worden ist, ausreichen, um einen
übermäßigen Rückdruck zu verursachen und dadurch die Reinigung und Regenerierung erforderlich machen.
Jedes der üblichen Regenerierungsverfahren kann angewendet werden. Die einfachste Methode besteht
darin, das elektrische Potential unterhalb des Abscheidepotentials zu verringern, und zwar des Potentials der
jeweiligen zu entfernenden Verunreinigungen, und das Durchleiten der entchlorten Salzlösung durch die Zelle
fortzusetzen, wobei verursacht wird, daß die metallischen Verunreinigungen wieder in Lösung gehen. Ein
anderes Verfahren besteht darin, das elektrische Potential umzukehren und entchlorte Salzlösung weiter
durch die Zelle zu führen. In diesem Falle kann das gleiche elektrische Potential aufrechterhalten werden,
das während des normalen Betriebes der Zelle angewandt worden war. Die in der porösen Elektrode
(d. h. nun die Anode) vorliegenden metallischen Abscheidungen werden in großen Mengen in die
Salzlösung freigesetzt. Ein bevorzugtes Verfahren zum Regenerieren, das hochwirksam ist zum Entfernen von
Quecksilber aus der Kathode, besteht darin, daß man eine Salzlösung, die wesentliche Mengen an freiem
Chlor enthält, wie beispielsweise 0,05 bis 0,1 g Chlor/l jedoch vorzugsweise mit Chlor gesättigt ist, durch die
Zelle führt. Die Wirkung dieses Regenerierungsverfahrens wird weiter dadurch gesteigert, daß man das
elektrische Potential umkehrt. Es erwies sich, daß Salzlösung, die direkt aus der Quecksilberzelle entnommen
worden war, ohne durch den Dechlorierungsturm geführt worden zu sein, 0,25 g Chlor/l enthielt und sich
für diesen Zweck als höchst zufriedenstellend erwies. Die Temperatur der Salzlösung sollte vorzugsweise
zwischen 4 und 82°C und am günstigsten zwischen 21 und 400C liegen, obgleich andere Temperaturen
ebenfalls angewendet werden können. Dieses Verfahren ist höchst wirkungsvoll zum Entfernen von Quecksilber
aus der porösen Elektrode. Man fand jedoch, daß dieses Verfahren Eisen nicht vollständig aus der Elektrode
entfernt, insbesondere wenn beachtliche Eisenmengen in der Kathode vorliegen.
Das Eisen kann nach den obenstehenden Verfahren zufriedenstellend entfernt werden, wenn man mit Säure
ausspült. Die Säure kann irgendeine anorganische Säure sein, wobei Salzsäure vorgezogen wird. Die Säure kann
durch die Zelle entweder unter normalem oder umgekehrtem Potential zirkulieren. Eine höchst zufriedenstellende
Ausführungsform der Erfindung wendet die umgekehrte Polarität an und läßt eine mit Chlor
gesättigte Salzlösung durch die Zelle zirkulieren und anschließend eine Salzsäure mit einer Konzentration
von 6—8% HCI ebenfalls durch die Zelle zirkulieren. Die Dauer der Säuredurchspülung ist abhängig von der
zu entfernenden Eisenmenge. Im Anschluß an einen normalen Zellenbetrieb liefert ein einstündiges Durchspülen
zufriedenstellende Ergebnisse.
Das während der Regenerierung in die Salzlösung freigesetzte Quecksilber kann dadurch gewonnen
werden, daß man die Regenerierungssalzlösung einem Salzlösungsstrom zusetzt, der als Beschickung für die
Quecksilberzelle dient. Eine wesentliche Quecksilbermenge in der Regenerationssalzlösung scheidet sich an
der Quecksilberkathode ab.
Aus einer Salzlösung, die Spuren an Quecksilberionen enthielt, wurde Quecksilber dadurch entfernt, daß man
die Salzlösung durch eine Zelle, die im wesentlichen der Zelle 10 entsprach, führte. Die Kathode war eine poröse
Graphitkathode vom Typ E und war etwa 3,6 cm dick und besaß einen Durchmesser von 5 cm. Die Anode
bestand aus undurchlässigem Graphit vom Typ HB 1-17 und war stromabwärts im Abstand von ca. 0,95 cm von
der Kathode angebracht Die Stromdichte betrug ca. 297 A/m2 der Stirnfläche der Kathode. Die Fließgeschwindigkeit
betrug ca. 15,6 kg/Min7m2 der Stirnfläche
der Kathode. Die Temperatur der Zelle wurde zwischen 24 und 27° C gehalten. Die Zelle wurde 231 Stunden lang
betrieben unter Verwendung einer Salzlösung die 320 g Natriumchlorid pro Liter und 3300 μ Quecksilber pro
Liter der Lösung enthielt Die Produktsalzlösung enthielt 273 μ Quecksilber pro Liter der Lösung. Die
Gesamtmenge an Salzlösung, die durch die Zelle strömte betrug 476 kg. Man ermittelte, daß 1,206 g
Quecksilbermetall aus der Salzlösung entfernt worden
waren. Die Kathode wurde der Zelle entnommen und I Stunde lang auf 4300C in einem abgeschlossenen
System unter einem Gesamtdruck von 51 mm Hg erhitzt, wobei das Quecksilber verdampft wurde. Der
Quecksilberdampf wurde kondensiert und 1,205 g gewonnen.
Aus einer Natriumhydroxidlösung wurden Metalle gewonnen und in konzentrierter Form in einer anderen
Natriumhydroxidlösung abgeschieden. Die Zelle war im wesentlichen wie die Zelle 10 konstruiert. Die Kathode
bestand aus porösem Graphit vom Typ G und hatte eine Stärke von 2,54 cm und einen Durchmesser von 5,08 cm.
Die Anode bestand aus einem Nickelnetz und war etwa
0,95 cm stromabwärts der Kathode angebracht. Die Stromdichte betrug etwa 297 A/m2, der im Stromabwärtssystem
sich befindenden Kathodenstirnfläche. Die Natriumhydroxidbeschickungslösung enthielt 50% Natriumhydroxid
und wurde durch die Zelle mit einer Fließgeschwindigkeit von 32 g/Min, geführt. An der
Kathode wurden während eines 66stündigen Betriebes der Zelle Metalle abgeschieden, zu denen Eisen, Nickel,
Kupfer und Blei gehörten. Die Zellpolarität wurde umgekehrt und die Natriumhydroxidlösung wurde eine
Stunde lang durch die Zelle geführt. Während der Umkehrung der Polarität erhöhte sich die Stromdichte
auf ca. 510 A/m2 der in einem Stromabwärtssystem sich
befindenden Kathodenstirnfläche. Die Ergebnisse waren folgende:
Tabelle II | Konzentration | Gesamtgewicht der | Konzentration | Gesamtgewicht |
Metall | der Beschickungs | Beschickungs- | der Regenerations | der Regenera |
lösung | lösung | lösung | tionslösung | |
(g/l) | (g) | (g/l) | (g) | |
0,0025 | 0,191 | 0,107 | 0,184 | |
Eisen | 0,00015 | 0,012 | 0,0021 | 0,006 |
Nickel | 0,00015 | 0,012 | 0,0133 | 0,023 |
Kupfer | 0,0013 | 0,110 | 0,0645 | 0,080 |
Blei | ||||
Aus einer Natriumhydroxidlösung wurden Metalle gewonnen und dann in hochkonzentrierter Form in
einer 5%igen Saizsäürelösung abgeschieden. Die Zeile
war im wesentlichen wie Zelle 10 konstruiert mit dem Unterschied, daß die Kathode aus Graphit vom Typ E
bestand und etwa 3,6 cm dick war. Die Anode bestand aus einem Nickelnetz und war stromaufwärts der
Kathode angeordnet. Durch die Zelle wurde 74 Stunden lang bei 77°C eine Natriumhydroxidlösung geführt. Die
Stromdichte betrug etwa 297 A/m2 der in einem Stromaufwärtssystem sich befindenden Kathodenstirnfläche.
Die Fließgeschwindigkeit betrug etwa 15,6 kg/ MinVm2 der sich in einem Stromaufwärtssystem
befindenden Kathodenstirnfläche. Die Beschickungslösung enthielt etwa 50% Natriumhydroxid und außerdem
etwa 2600 μ Eisen, 1050 μ Nickel, 100 μ Kupfer und 1400 μ Blei pro Liter der Lösung. Die Zelle wurde unter
einem elektrischen Potential gehalten, während sie zur Entfernung von Natriumhydroxid entleert und mit
j5 Wasser gewaschen wurde. Die Polarität wurde umgekehrt
und die Zelle umgehend mit 450 ml einer 5%igen Salzsäurelösung gefüllt. Es wurde eine Stromdichte von
etwa 297 A/m2 der sich im Stromaufwärtssystem
befindenden Kathodenstirnfläche 25 Minuten lang aufrechterhalten. Die Zelle wurde entleert und mit
450 ml einer 5%igen Salzsäure'ösung durchspült. Danach wurde die Zelle mit 450 ml einer 5%igen
Salzsäureiösung gefüllt und die gleiche Stromdichte wurde 35 Minuten lang aufrechterhalten. Nachstehende
Tabelle zeigt die erhaltenen Ergebnisse:
Tabelle III | In die Lösung | In HCl abgeschiedene | In die Lösung abge |
Metall | abgeschiedene Menge | Menge während der | schiedene %uale Menge |
während 1 Std. 25 Min. | nächsten 35 Min. | während 1 Std. 25 Min. | |
(g) | (g) | ||
0,28 | 0,014 | 95 | |
Eisen | 0,035 | 0,0089 | 80 |
Nickel | 0,0027 | 0,00027 | 91 |
Kupfer | 0,067 | 0,010 | 87 |
Blei | |||
Unter Verwendung einer Zelle, die im wesentlichen wie Zelle 10 konstruiert war, wurde Palladium aus einer
Lösung gewonnen. Die Kathode bestand aus porösem Graphit vom Typ E und war 3,6 cm dick und hatte einen
Durchmesser von 5 cm. Die Anode bestand aus undurchlässigem Graphit, die 035 cm stromabwärts der
Kathode angeordnet war. Die Zellspannung betrug 1,95 Volt und die Kathodenstromdichte betrug etwa
297 A/m2 der in einem Stromabwärtssystem sich befindenden Kathodenstirnfläche. Die Beschickungsgeschwindigkeit
der Lösung betrug 8 kg/Min7m2 der in einem Stromabwärtssystem sich befindenden Kathodenstirnfläche.
Die Lösung enthielt etwa 192 g Natriumnitrit,
106 g Natriumcarbonat, 43 g Natriumnitrat und 43 g Natriumsulfat pro Liter. Ferner enthielt die Lösung
22 000 μ Palladium pro Liter. Die Zelle wurde 30 Stunden lang betrieben. Es wurde eine Gesamtmenge
von etwa über 0,1 g Palladium aus der Losung entfernt.
Das Palladium wurde aus der Kathode dadurch entfernt, daß man eine Stunde lang 1110 ml einer 5°/oigen
Saizsäurelösung durch die Zelle zirkulieren ließ,
während die Zelle mit umgekehrter Polarität betrieben wurde mit einer Stromdichte von etwa 297 A/m2 der
sich in einem Stromabwärtssystem befindenden Kathodenstirnfläche. Die Salzsäuregewinnungslösung enthielt
! 110 μ Palladium pro Liter.
Unter Verwendung einer Zelle, die mit der im Beispiel 4 beschriebenen identisch war, wurde aus einer 20%igen
Salzsäurelösung Kupfer gewonnen. Die Zellspannung
betrug 2,5 Volt und die Stromdichte etwa 297 k/m2 der
in einem Stromabwärtssystem sich befindenden Kathodenstirnfläche. Die Lösung wurde durch die Zelle mit
einer Geschwindigkeit von 6,1 kg/MinVm2 der Kathodenstirnfläche
geführt. Die Zelle wurde 47 Stunden lang betrieben. Die in die Zelle einströmende Lösung enthielt
2800 μ Kupfer pro Liter. Die aus der Zelle ausströmende Lösung enthielt weniger als 100 μ Kupfer pro Liter. Das
Kupfer wurde aus der Kathode entfernt und in 970 ml einer I0°/oigen Salzsäurelösung dadurch abgeschieden,
daß man die Polarität umkehrte und soviel Spannung anlegte, daß eine Stromdichte von etwa 297 A/m2 dei
Kathodenstirnfläche vorlag. Die Gewinnungslösunj nahm 90 000 μ Kupfer pro Liter der Lösung auf. D. h.
daß etwa 0,89 g Kupfer aus der ursprünglichen Lösung
entfernt worden waren und 0,875 g von der Kathode ir die Gewinnungslösung gelangt waren.
Nachstehend wird die Wirkung der Erfindung bei dei
ίο Entfernung von Quecksilber aus einer Salzlösung
erläutert. Die Zelltemperatur betrug etwa 24° C. Di« Zelle wurde 148 Stunden betrieben, wobei die Anode
stromabwärts der Kathode angeordnet war. Di« Kathode wurde dadurch regeneriert, daß das elektrisch«
Potential umgekehrt wurde, wobei eine Salzlösung, di< wesentliche Mengen freies Chlor enthielt, vier Stunder
lang durch die Zelle strömte und danach eine Stund« lang eine 5%ige Salzsäurelösung durch die Zelle geführ
wurde. Danach wurde die Zelle 70 Stunden lang norma betrieben unter Verwendung einer Stromaufwärtsan
Ordnung.
Nachstehende Tabelle zeigt die Wirkung der Zelle nach dem Betrieb während unterschiedlicher Zeitabschnitte.
Die Zelle entfernte durchschnittlich mehr al« 99% Quecksilber.
Anordnung von der Anode stromabwärts zur Kathode (Beschickung enthaltend
5870 μ/l. Hg
Betriebsstunden 19 40 56 64
Produkt (μ/l. Hg) 2 6 6 8
Anordnung stromaufwärts zur Kathode (Beschickung enthaltend 4900 μ/l. Hg)
Betriebsstunden 8 24 32 40
Produkt (μ/l. Hg)
8
59
24
54
32 48
40 20
100 | 140 | 148 |
5 | 6 | 6 |
'00 μ/1. | Hg) | |
56 | 64 | 70 |
39 | 28 | 29 |
Nachstehend wird die Wirkung von Chlor beim Entfernen von Quecksilber erläutert. In diesem Beispiel
wurde Zelle 10 mit einer Anode, die sich stromabwärts zur Kathode befand, betrieben. Wie aus Tabelle V
ersichtlich ist, wurde die Zelle 10 20 Stunden lang unter Verwendung einer undurchlässigen Graphitanode vom
Typ HB 1-17 betrieben. Die Graphitanode wurde dann 2
Stunden lang durch eine Platinanode ersetzt. Die Beschickungssalzlösung enthielt weniger als 0,003 r
freies Chlor und 4050 μ Quecksilber pro Liter der Lösung. Die Produktsalzlösung enthielt weniger als
100 μ Quecksilber pro Liter. Die Zelle wurde weitere 2 Stunden betrieben unter Verwendung einer Beschikkungssalzlösung.
die eine große Menge an freiem Chloi enthielt. Die Produktsalzlösung enthielt 180 000 |.
Quecksilber pro Liter.
Die Kathode wurde regeneriert und die Zelle 22
Stunden lang unter Verwendung einer Beschickungs salzlösung, die eine große Menge an freiem Chloi
enthielt, betrieben. Die Produktsalzlösurig enthielt 700 \.,
Quecksilber pro Liter. Die Zelle wurde weitere 21 Stunden betrieben unter Behandlung einer Salzlösung
die einen geringen Gehalt an freiem Chlor besaß, unc
so der Quecksilbergehalt der Produktsalzlösung betruf
250 μ pro Liter. Das gelöste Chlorgas hemmt offensicht lieh die Quecksilberabscheidung und/oder streift da;
Quecksilber von der Kathode ab.
Tabelle | V | pH Be schickung |
Produkt | g/l Cl2 in der Be schickung |
Zelltempera tur ( C) |
Zell spannung |
Betriebs stunden |
Analyse der Be schickung |
Salzlösung Produkt |
Ver such |
Anoden- material |
1,7 | 6,95 | 0,003 | 60-71° | 3,0 | 20 | 4050 | 92 |
1 | Graphit | - | - | 0,003 | 60° | 3,5 | 2 | 4050 | 80 |
2 | Platin | - | - | 0,1 | 54-60° | - | 2 | 4050 | 180000 |
3 | Platin | 1,7 | 3,85 | 0,1 | 71° | 2,6 | 23 | 5145 | 700 |
4 | Graphit | 1.7 | 7.4 | 0.003 | 71° | 3.0 | 23 | 5145 | 240 |
Granhit | |||||||||
Im nachfolgenden wird die Wirkung der Stromdichte,
der Fließgeschwindigkeit der Salzlösung und der Temperatur auf den Grad der Quecksilbergewinnung
erläutert. Die Zelle wurde etwa -tOO Stunden betrieben
mit einer Anode, die sich stromabwärts zur Kathode befand. Die Stromdichte schwankte zwischen etwa 49,5
und etwa 297 A/m2 der Kathodenstirnfläche. Die Fließgeschwindigkeit der Salzlösung schwankte zwischen
etwa 3,27 und 25,8 kg/Min7m2 der Kathodenstirnfläche.
Die Temperatur der Salzlösung schwankte zwischen 37,8° C und 77° C. Die Wirkung der schwankenden
Stromdichte und der Fließgeschwindigkeit der Salzlösung war innerhalb der festgestellten Bereiche
kein statistisch' wesentlicher Faktor. Die Temperaturveränderung
jedoch hatte einen sehr materiellen Effekt wie aus F i g. 3 ersichtlich ist Bei niederen Temperaturen
war die Quecksilberentfernung viel wirksamer. Beispielsweise, wenn die Zelle bei 37,8° C betrieben
wurde, enthielt die Produktsalzlösung etwas über 60 μ Quecksilber pro Liter, während, wenn die Zelle bei 71 ° C
betrieben wurde, die Produktsalzlösung etwa 290 μ Quecksilber pro Liter, enthielt.
Die Zelle wurde 24 Stunden betrieben, wobei die Anode stromabwärts der Kathode angeordnet war. Die
Zelltemperatur wurde auf 71°C gehalten. Die Beschikkungssalzlösung
enthielt 4400 μ Quecksilber pro Liter und die Produktsalzlösung 44 μ Quecksilber pro Liter.
Die Zelle wurde weitere 26 Stunden bei 26,7° C betrieben. Die Bcschickungssalzlösung enthielt 4400 μ
Quecksilber pro Liter und das Produkt 36 μ Quecksilber pro Liter. Beim Betreiben der Zelle mit einer Anode
stromaufwärts zur Kathode hatte die Temperatur nur eine geringe Einwirkung,' wenn überhaupt, auf die
Ausbeute.
Salzlösungen mit geringen Quecksilbermengen können unter Verwendung der Zelle entweder mit einer
Anodenanordnung stromaufwärts oder stromabwärts zur Kathode hergestellt werden. Die Stromaufwärtsanordnung
der Anode liefert die besten Ergebnisse, erfordert jedoch eine niedrigere Temperatur wie
beispielsweise 24° C, um derartige Ergebnisse zu erzielen. Die Stromaufwärtsanordnung der Anode ist
andererseits offensichtlich temperaturunabhängig zumindest innerhalb eines Bereiches von etwa 26,7 bis
71°C.
Nachstehend wird erläutert, daß sowohl neutrale als auch alkalische Salzlösung mit Hilfe der Erfindung
behandelt verden kann. Durch die Zelle, wie sie vorstehend beschrieben wurde, wurde eine Salzlösung
geführt, mit dem Unterschied, daß der pH-Wert wie in nachstehender Tabelle wiedergegeben wird, eingestellt
wurde.
Es wurden im wesentlichen die gleichen Ergebnisse erzielt ohne Rücksicht darauf, ob die Salzlösung sauer,
basisch oder neutral war.
Tabelle Vl | Dauer des Versuchs |
Analyse Beschickung |
pH | Produkt | pH |
Ver such |
(Std.) | μ/l. Hg | 10,7 7,0 3,0 |
μ/l. Hg | 10,7 8,0 7,6 |
63 44 46 |
5575 5480 5480 |
24 22 24 |
|||
1 2 3 |
|||||
Die in den Beispielen 10 und 11 verwendete Zelle ist
eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung und war im wesentlichen genau so wie die vorstehend
beschriebene Zeile 110 konstruiert. Die Zelle enthielt eine Kathode mit einem Außendurchmesser von etwa
16,8 cm und eine Gesamtlänge von 91,4 cm. Die Wandstärke betrug etwa 3,6 cm und der Innendurchmesser
etwa 9,5 cm. Die äußere Stirnfläche betrug 0,474 m2 und die innere Stirnfläche 0,269 m2. Die
Kathode bestand aus dem vorstehend beschriebenen porösen Graphit vom Typ E. Die Anode bestand aus
einem undurchlässigen Graphitstab mit einem Durchmesser von etwa 3,3 cm und einer Länge von etwa
85 cm. Die undurchlässige Graphitanode bestand aus
is dem Graphittyp HB 1-17. Der Zellkörper war ein mit
Gummi ausgekleidetes Stahlrohr mit einem Innendurchmesser von etwa 20,3 cm.
Beispiel 10
F i g. 4 zeig! die Wirkung unterschiedlicher Fließgeschwindigkeiten
der Salzlösung auf den Grad der Quecksilberentfernung durch die rohrförmige Zelle. Die
Zelle wurde mit einer Anode, die stromabwärts zur Kathode angeordnet war, und bei etwa 26,7° C
betrieben. Die Fließgeschwindigkeiten, die angewendet wurden, betrugen etwa 3,78; 7,56 und 11,34 I/Min. Die
Salzlösung hatte eine Dichte von etwa 1,1 kg/l. Um eine Salzlösung herzustellen, die weniger als 30 μ Quecksilber
pro Liter der Lösung enthielt, war es erforderlich, den Betrieb nach 24 Stunden zu beenden, wenn eine
Fließgeschwindigkeit von 11,34 l/Min, angewendet
wurde, während niedrige Ergebnisse bei 5 Tagen erzielt wurden, wenn eine Fließgeschwindigkeit von etwa
3,78 l/Min, angewendet wurde.
Beispiel 11
Nachstehend wird die Regenerierung einer Zelle nach einer bestimmten Betriebsdauer erläutert
Die Zelle wurde so lange betrieben bis wesentliche Mengen an Quecksilber in die Produktsalzlösung hineinzubrechen begannen. Das Zellpotential von 4 Volt wurde umgekehrt und eine Salzlösung, die weniger als 0,003 g/l Chlor enthielt, wurde mit einer FlieCigeschwindigkeit von etwa 3,4 l/Min, durch die Zelle geführt. Die Salzlösung hatte eine Temperatur von 35° C und wurde 4 Stunden lang durch die Zelle geführt Die Zelle wurde wieder unter normalen Bedingungen betrieben, wobei sie zufriedenstellend arbeitete. Die Beschickungssalzlösung enthielt eine durchschnittliche Mense von etwa
Die Zelle wurde so lange betrieben bis wesentliche Mengen an Quecksilber in die Produktsalzlösung hineinzubrechen begannen. Das Zellpotential von 4 Volt wurde umgekehrt und eine Salzlösung, die weniger als 0,003 g/l Chlor enthielt, wurde mit einer FlieCigeschwindigkeit von etwa 3,4 l/Min, durch die Zelle geführt. Die Salzlösung hatte eine Temperatur von 35° C und wurde 4 Stunden lang durch die Zelle geführt Die Zelle wurde wieder unter normalen Bedingungen betrieben, wobei sie zufriedenstellend arbeitete. Die Beschickungssalzlösung enthielt eine durchschnittliche Mense von etwa
so 3500 μ Quecksilber pro Liter und die Produktsalzlösung enthielt eine durchschnittliche Menge von 79 μ das
Quecksilber in die Produktsalzlösung wieder hineinzubrechen.
Die Zelle wurde wieder regeneriert, nachdem das Quecksilber begann abzubrechen. Diesmal bestand die
Regenerierung darin, daß man das Potential umkehrte und.eine mit freiem Chlor gesättigte Salzlösung durch
die Zelle mit einer Fließgeschwindigkeit von etwa 3,4 l/Min, zirkulieren ließ. Diese Salzlösung wurde direkt
aus einer Quecksilberzelle entnommen ohne Entchlorierung. Jedoch wurde die Salzlösung wieder mit
Natriumchlorid gesättigt. Die Salzlösung hatte eine Temperatur von 35° C und wurde 2'/2 Stunden durch die
Zelle geführt. Die Untersuchung der porösen Kathode nach der Regenerierung zeigte an, daß das Quecksilber
in zufriedenstellender Weise entfernt worden war, daß jedoch die Entfernung des Eisens unvollständig war. Die
Zelle wurde wieder normal betrieben, wobei Quecksil-
ber zufriedenstellend aus der Salzlösung entfernt wurde. Die Zelle wurde 70 Stunden betrieben und der Betrieb
wurde abgebrochen, obgleich noch kein Quecksilber begonnen hatte abzubröseln. Die Produktsalzlösung
enthielt eine durchschnittliche Menge von 37 μ Quecksilber pro Liter.
Nach dem Abbröseln des Quecksilbers wurde eine Zelle dadurch regeneriert, daß der Strom umgekehrt
wurde und eine mit Chlor gesättigte Salzlösung 4 Stunden lang durch die Zelle geführt wurde. Die
Salzlösung hatte eine Temperatur von 25,6° C. Eine saure Lösung, die zwischen 6 und 8% HCI enthielt,
wurde eine Stunde lang durch die Zelle geführt Die Unters" ichung der Kathode zeigte an, daß sowohl
Quecksilber als auch Eisen auf zufriedenstellende Weise entfernt worden waren. Anschließend wurde die Zelle
225 Stunden mit zufriedenstellendem Ergebnis betrieben. Die Produktsalzlösung enthielt eine durchschnittliche
Menge von 19 μ Quecksilber pro Liter.
Hierzu 3 Blatt Zeichnungen
Claims (18)
1. Verfahren zur Gewinnung eines Metalls aus einer Spuren des Metailions enthaltenden Lösung,
dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung in einer Elektrolysezelle elektrolysiert,
während man diese Lösung durch eine poröse Kathode zur Abscheidung des Metailions in dieser
Kathode führt und das Metall von der Kathode gewinnt.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man das Potential der Elektrolysezelle
umkehrt und die Lösung durch die Zelle führt, wobei sich das Metall als Salz in konzentrierterer Form
wieder auflöst.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man das Salz aus der Lösung entfernt
und zu Metall reduziert.
4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß man die Gewinnungslösung mindestens
zweimal durch eine das Metall enthaltende poröse Kathode führt.
5. Verfahren nach Anspruch 1,
zeichnet, daß man das Metall
Kathode verdampft.
zeichnet, daß man das Metall
Kathode verdampft.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Kathode aus kohleartigem
Material verwendet und zur Gewinnung des Metalls das kohleartige Material verbrennt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung verwendet, die
mindestens zwei Arten von Metallionen enthält und die Metallionen selektiv aus dieser Lösung entfernt.
8. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung verwendet, die
zwischen 1000 bis 15 000 μ Spuren Metall pro Liter enthält.
9. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Kathode verwendet, die aus
einem porösen Material wie Graphit oder Kohle besteht.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß man eine poröse Kathode verwendet,
deren Poren einen Durchmesser zwischen 0,00127 und 0,1524 cm aufweisen.
11. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man eine poröse Graphitkathode verwendet, die eine Porosität von 48%, einen
durchschnittlichen Porendurchmesser von etwa 0,0058 cm, eine Wasserdurchlässigkeit von etwa
1261/m2/Min. unter einem Druck von 0,35 atü
aufweist.
12. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß man als Lösung eine wäßrige Lösung
eines Alkalimetallchlorids verwendet und freies Chlor aus der wäßrigen Lösung abstreift bevor man
dieselbe durch die Elektrolysezelle führt.
13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Anode stromabwärts
von der Kathode anordnet.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Temperatur von etwa
15 bis etwa 38° C anwendet.
15. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man die Anode stromaufwärts
von der Kathode anordnet, und das an der Anode sich bildende freie Chlor aus der Salzlösung entfernt
bevor dieselbe durch die Kathode geführt wird.
16. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Lösung verwendet,
die mindestens eines der Verunreinigungen wie Quecksilber, Kupfer, Eisen, Nickel, Blei, Vanadin
oder Mangan enthält
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man die Salzlösung durch eine
erste Elektrolysezelle führt, die im wesentlichen sämtliche Eisenverunreinigungen entfernt, und dann
zur Entfernung von Quecksilber durch eine zweite Elektrolysezelle führt
18. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man eine Salzlösung verwendet,
worin die Verunreinigung in Form eines Komplexions vorliegt
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