DE2144291C

DE2144291C - Vorrichtung fur die elektrolytische Gewinnung von Nichteisenmetallen

Info

Publication number: DE2144291C
Application number: DE19712144291
Authority: DE
Inventors: Victor Alexander Toronto Ontario Ettel (Kanada) GOIb 7 34
Original assignee: The International Nickel Co of Canada, Ltd , Copper Cliff, Ontario (Kanada)
Priority date: 1970-09-04
Filing date: 1971-09-03
Publication date: 1973-08-23

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die elcktrolytische Gewinnung von Nichteisenmetallen durch kathodische Abscheidung aus einem Elektrolyten unter Verwendung unlöslicher Anoden, wobei Anoden und Kathoden vertikal nebeneinander in einer Elektrolysezelle angeordnet sind.

Häufig werden Metallwerto, wie Kupfer, aus Erzen oder Konzentraten bzw. anderen metallurgischen Zwischenprodukten durch hydrometallurgische Arbeitsweisen in sehr wirtschaftlicher Weise gewon- jo nen. Die Kosten für die Auszementierung oder Ausfällung des Metalls aus der Lösung sowie zur weiteren Reinigung für eine handelsübliche Form und Reinheit machen jedoch die hydrometallurgische Gewinnung unwirtschaftlich.

Die gelösten Metallwerte können auch direkt aus der Lösung durch chemische Reduktionsmethoden gewonnen werden, doch erfordert dieses Vorgehen eine Konzentrierung mit oder ohne eine Reinigung, wobei das Kupferprodukt häufig mit Schwefel, Nickel und Eisen verunreinigt ist und wobei ferner eine teuere Einrichtung erforderlich ist.

Die Elektrogewinnung ist auch technisch dazu verwendet worden, um Metallwerte aus Lösungen zu gewinnen. Die elektrolytische Gewinnung von Metall- werten wird mit Vorteil dann verwendet, wenn die elektrische Energie billig ist und wenn die Lösungen einer Elektrolyse unterworfen werden können. Da die Metallwerte aus der Lösung ohne die Zugabe von weiteren Reagenzien gewonnen werden, kann der Elektrolyt zum Zwecke der Auslaugung zurückgeführt werden, wobei die Gesamtkosten für die Reagenzien stark verringert werden.

Die Elektrogewinnung umfaßt die elektrische Abscheidung von Metallwerten auf einer Kathode, wobei der elektrische Stromkreis durch di^ Verwendung einer unlöslichen Anode, bei welcher Sauerstoff oder Ch!i)r freigesetzt wird, vervollständigt wird. Die Geschwindigkeit der Elektroabscheidung ist praktisch durch eine Erscheinung begrenzt, welche oftmals als Konzentrationspc larisation bezeichnet wird. Diese manifestiert sich in der Bildung von rauhen Kathodenabscheidungen, welche den Elektrolyten okkludieren können, wodurch die Kathode verunreinigt wird. Die Konzentrationspolarisation mit der begleitenden Abscheidung von rauhen Abscheidungen wird bei gesteigerten Stromdichten deutlicher. Bei gegenügend hohen Stromdichten erhöht sich das Potential der Elektrogewinnungszelle rasch bis zu einem Wert, bei welchem an der Kathode Wasserstoff freigesetzt wird. Diese Stromdichte, bei welcher Wasserstoff an der Kathode freigesetzt wird, ist als die »Grcnzkathodenstromdichte« bekannt. Selbst vor der Erreichung der Grenzkathodenstromdichte wird die Kathodenabscheidung erkennbar rauh und streifig. Es besteht daher in der Praxis eine etwas willkürliche Stromdichte, bei welcher die Kathodenabscheidung so rauh wird, daß sie nicht mehr im Handel tragbar ist. Diese Stromdichte, weiche von einer Anzahl von Faktoren, wie der Elektrolytzusammensetzung, der Elektrolyttempel atur, Zusatzstoffen zu dem Elektrolyten, der Zellgeometrie u. dgl. abhängt, soll hierin als »Kathodenstromdichtegrenze« bezeichnet werden. So liegt beispielsweise die Kathodenstromdichtegrenze für die Elektrogewinnung von Kupfer meistens zwischen etwa 20 und 4O°,o der Grenzkathodenstromdichte. Als Faustregel kann gelten, daß sie etwa bei 30 ⁰Zo liegt. Etwas anders ausgedrückt, bedeutet dies, daß die Kathodenstromdichtegrenze im Falle der Elektrogewinnung von Kupfer diejenige Stromdichte darstellt, welche ein kathodisches Überpotential von zwischen etwa 40 mV und 90 mV oberhalb des Gleichgewichtspotentials für Kupfer ergibt.

Da elektrolytische Zellen große Räume einnehmen und somit große Kapitalinvestitionen erfordern und weiterhin große Materialmengen beim Prozeß enthalten, ist es sehr stark erwünscht, die Geschwindigkeit der Produktion ohne die Vergeudung elektrischer Energie auf einen Maximalwert zu bringen. Höhere Produktionsgeschwindigkeiten werden durch die Verwendung von hohen Stromdichten ermöglicht, weil die Produktivität einer Elektrogewinnungszelle eine direkte Funktion der verwendeten Stromdichte ist.

Die Wirkungen der Konzentrationspolarisation, mit Einschluß von niedrigen Kathodenstromdichtegrenzen, können dadurch auf einen Minimalwert zurückgeführt werden, daß die Diffusionsgeschwindigkeit der Metallwerte zu der an Metallen verarmten Kathodenschicht gesteigert wird. So kann beispielsweise die Temperatur des Elektrolyten erhöht werden, um die Geschwindigkeit der thermischen Diffusion zu erhöhen. Fernerhin kann eine mechanische Rührung oder eine Zirkulierung verwendet werden, um den Massentransport zu erhöhen. Diese Methoden sind jedoch nicht immer vollkommen zufriedenstellend, da die korrodierende Natur der Elektro-

lytcn schwere Begrenzungen hinsichtlich der Materialarten und der verwendbaren Vorrichtungen auferlegt. Eine unabhängige Rührung kann abgesetzte Schlämme u. dgl. aufwirbeln und wieder in Suspension bringen, wodurch sie unvermeidbar in die kathodischen Ablagerungen aufgenommen werden. Es ist auch schon vorgeschlagen worden, daß Lösungen, die an Metallwerten konzentrierter sind, die Verwendung von höheren Stromdichten gestatten würden, doch ist es häufig schwierig oder unpraktisch, solche konzentrierten Lösungen zur Verfügung zu stellen. Obgleich schon viele Anstrengungen gemacht wurden, um die vorstehenden Nachteile und Schwierigkeiten zu überwinden, war jedoch bei der Durchführung in der Praxis noch keine erfolgreich.

Es wurde nun gefunden, daß die Produktivität von Elektrogewinnungsprozessen ohne Erhöhung der Größe oder Anzahl der Zellen erhöht werden kann, wenn man durch Verwendung von speziell ausgebildeten, unlöslichen Anoden hohe Temperaturen oder konzentrierte Lösungen oder eine unabhängige mechanische Durchrührung verwende .

Gegenstand der Erfindung ist daher eine Vorrichtung für die elektrolytische Gewinnung von Nichteisenmetallen durch kathodische Abscheidung aus einem Elektrolyten unter Verwendung unlöslicher Anoden, wobei Anoden und Kathoden vertikal nebeneinander in einer Elektrolysezelle angeordnet sind, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Stärke der Anode in der Zelle von oben nach unten abnimmt, um in dieser Richtung eine Abnahme der Kathodenstromdichte zu bewirken.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung für die elektrolytische Gewinnung von Nichteisenmetallen durch kathodische Abscheidung aus einem Elektrolyten unter Verwendung unlöslicher Anoden, wobei Anoden und Kathoden vertikal nebeneinander in einer Elektrolysezelle angeordnet sinj, die dadurch gekennzeichnet ist, daß sich die wirksame Anodenfläche in der Zelle von oben nach unten verringert, um in dieser Richtung eine Abnahme der Kathodenstromdichte zu bewirken.

Eine weitere bevorzugte Ausführungsform sieht die Verwendung eines Netzmittel im Elektrolyten beim Betrieb der oben beschriebenen Vorrichtung vor.

Die Erfindung wird an Hand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Ansicht einer Elektrogewinnungszelle mit einer Anodenkonstruktion gemäß einer Ausführungsform der Erfindung, wobei eine einzige Anoden-Kathoden-Kombination gezeigt wird,

Fig. 2 einen Querschnitt der Fig. 1, aufgenommen entlang der Linie 2-2,

F i g. 3 eine Ansicht einer weiteren Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anode,

F i g. 4 eine weitere Ausiuhrungsform einer erfindungsgemäßen Anode,

Fig. 5 eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Anode und

F i g. 6 einen Querschnitt einer Zelle, welche eine weitere Anodenkonstruktion gemäß der Erfindung aufweist.

Bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird eine elektrolytische Zelle ausgebildet, indem im allgemeinen in vertikaler Richtung eine Kathode mit einer Arbeitsoberfläche, die durch untere und obere Zonen definiert ist, und eine unlösliche Anode in den Elektrolyten eingetaucht werden. Das Metall wird in größeren Mengen an der oberen Region der Kathode als an der unteren Region der Kathode elektrisch abgeschieden, weil an den oberen Regionen höhere Kathodenstromdichten angewandt werden als an den unteren Regionen, wodurch die Produktivität der elektrolytischen Zelle um mindestens etwa l()^u'o gesteigert werden kann.

Bei Elektrogewinnungsverfahren werden im Unterschied zu Elektroreinigungs- oder Elektrorafiinations-'•erfaiiren Gase, gewöhnlich Sauerstoff, als Blasen an der Anodenoberfläche freigesetzt, wenn wäßrige Elektrolyten verwendet werden. Wenn diese Blasen von der Anode sich ablösen und durch den Elektrolyten aufsteigen, dann wird der Elektrolyt wirksam durchbewegt, und der Massentransport wird erleichtert. Die Bewegung der Gasblasen ist so. daß die induzierte Durchbewegung sowohl an der Anoden- als auch an der Kathodenohertläche wirksam ist. Im Gegensatz zu den Erwartungen steigen die Blasen nicht nur auf und ber :n an der Oberfläche des Elektrolyten, sondern zirkulieren im allgemeinen nach oben nach der Anodenoberfläche, quer zu dem Elektrolyten, zu der Kathode und nach unten nach der Kathodenoberfläche. Die durch die Blasen induzierte Durchbevvegung sowohl an der Anode als auch an der Kathode ist in den flacheren Regionen des Elektrolyten, d. h. an der Oberseite des Bades, heftiger, weil ein kumulativer Effekt sämtlicher Blasen vorliegt, die in den tiefer eingetauchten Teilen der Anode gebildet werden. Die durch die Blasen in den flacheren Regionen des Elektrolyten bewirkte heftige Durchbewegung führt die Konzentrationspolarisation in den oberen Regionen der Kathode auf einen Minimalwert zurück, doch hat man es nach wie vor mit dem Phänomen der Konzentrationspolarisation in den unteren, d. h. tiefer eingetauchten Teilen der Kathode zu tun. Das Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung macht sich die Vorteile der durch die Blasen bewirkten Durchmischung zunutze, indem höhere Kathodenstromdichten in den oberen Regionen der Kathode benutzt werden, wo diese Durchbewegung stark wirksam ist, und indem niedrigere Kathodenstromdichten in den unteren Regionen der Kathode verwendet werden, wo die durch Blasen induzierte Durchbewegung weniger wirksam oder sogar minimal ist.

Lokalisierte Stromdichten zwischen der Anode und der Kathode können durch verschiedene Methoden kontrolliert werden. Im Effekt nimmt der Gesamtwiderstand des Stromweges, der von der Oberseite der Anode zu einem jeweiligen vertikalen Punkt auf der Anode, sodann horizontal durch den Elektrolyten zu einem entsprechenden vertikalen Punkt auf der Kathode gemessen wird, von der Oberseite zu dem Boden der Anode ab. Die Zunahme in dem Gesamtwiderstand wird so reguliert, daß sie genügend groß ist, so daß die praktische Kathodcnstromdichtcgrcnze in jeder Tiefe nicht überschritten wird. Die difTerentielle Zunahme des Gesamtwiderstands, d. h. die Differenz des Gesamtwiderstands an verschiedenen Elektrolythöhen, kann erhalten werden, indem man Anod^pnmaterialien verwendet, welche größere Widerstände besitzen als die bis jetzt als praktisch angesehenen Materialien, oder indem man die Querschnittsgestalt der herkömmlich verwendeten Anoden und Kathoden kontrolliert, oder indem man die leitenden Oberflächengegenden der herkömmlichen

Anoden einstellt, oder indem man eine Anode verwendet, die von der Oberseite zum Boden einen ansteigenden Widerstand besitzt, oder indem man die Anordnung der Anoden in der elektrolytischen Zelle kontrolliert, oder durch Kombinationen der vorstehenden Maßnahmen.

Die F i g. 1 und 2 zeigen eine Elektrogewinnungszclle 10, die mit einer crfindungsgemäßen Anode verschen ist. Die elektrolytische Zelle 10 umfaßt einen Tank 12, der vorteilhafterweise aus Beton hergestellt ist und der mit Kautschuk oder einem anderen geeigneten inerten Material 14 ausgekleidet ist. Der Tank 12 ist mit Stromschienen 16 und 18 versehen, durch welche ein elektrischer Strom, der von einer nicht gezeigten Quelle herrührt, auf die Anode 20 und Kathode 22 angelegt wird. Dies geschieht durch die Koniaktstangen 24 und 26 und durch die Kathodcn-Uänder 28. Der Elektrolyt 30 wird kontinuierlich in den elektronischen Tank 12 durch nicht gezeigte Hinrichtungen eingepumpt und herausgepumpt, in dem Maß. wie der Elektrolyt durch die elektrische Abscheidung auf der Kathode 22 an den Metallwerten verarmt.

Bekanntlich werden elektrolytisch^ Zellen häufig in Reihe geschaltet, wobei jede einzelne Zelle eine zusätzliche Anode enthält, so daß abwechselnd angebrachte Anoden und Kathoden durch eine Anode an jedem linde begrenzt sind. Eine Reihenanordnung der elektronischen Zellen wird bewirkt, indem die I anks Seite an Seite angeordnet werden, so daß z.B. tier durch die Stromschiene J6 strömende Strom durch die Anodenkontaktstange 24 und die Anode 20 durch den Elektrolyt 30 zur Kathode 22 und durch das Kathoden-Band 28. die Kontaktstangc 26 und die Stromschiene 18 zur Anodenkontaktslange 32 für die unmittelbar angrenzende elektrolytische Zelle (nicht gezeigt) geleitet wird. Die Kontaktstangen 24 und 26 sind an gegenüberliegenden Enden duich nichtleitende !rager 34 und 36 unterstützt, um zu gewährleisten, daß die Elektroden in einer gleichen I lohe angeordnet sind und daß der gewünschte Stromkreis gewährleistet wird.

Die in den I i g. 1 und 2 abgebildete Anode 20 hat eine I orni. welche für die Durchführung der erfindungsgeniiil.lcn Verfahrens vorteilhaft ist.

Obgleich die Erfindung nicht auf bestimmte Dimensionen der Anode oder spezifische Gestalten der Anode beschrankt ist. soll lediglich zum Zwecke der Erläuterung als Beispiel eine Anode genannt werden, deren uesanile eingetauchte Länge 91.4 cm und die so proportioniert ist. daß das obere Drittel α der Anode eine Dicke von 3.048 cm und das untere Drittel r eine Dicke von 0.76 cm besitzt, während das mittlere Drittel h sich von 3,048 cm an der Oberseite aiii 0,76 cm am unteren Teil verjüngt. Es ist zu beachten, daß die in F i g. 2 dargestellte Anode einen festen Querschnitt besitzt, doch kann die geformte Anode auch hohl sein, wobei geeignete innere Stützen bzw. Träger vorliegen können, um ein Verziehen der Arbciisobcrflächiin auf einen Minimalwcrt zu verringern. Wenn man annimmt, daß die Anode und «lic Kathode in der Mitte mit etwa 5,08 cm im Abst.ind voneinander angeordnet sind und daß die Kathode 1.27 cm dick ist und daß das freigesetzte das den Widerstand des Elektrolyten an verschiedenen Ί iclen nicht verändert, dann ist der Widerstand, der nur auf die geformte Anode zurückzuführen ist. :<ii(l tier prstcipcrtc Abstand /wischen der Anode und der Kathode an der tiefsten Tiefe l,4mal größer für das untere Drittel der Anode als für das obere Drittel der Anode. Die aufsteigenden Blasen steigern naturgemäß, indem sie den leitenden Elektrolyten durch S ein nichtleitendes Gas ersetzen, den Widerstand des Elektrolyten im flacheren Gebiet mehr, weil in den oberen Schichten des Elektrolyten eine größere Anzahl von Blasen vorhanden ist. Die Zunahme des Widerstands, die auf die größere Menge des Elektrolyten zwischen dem unteren Drittel der Anode und der Kathode zurückzuführen ist, ergibt niedrigere Stromdichten für den unteren dritten Teil der elektrolytischen Zelle. An der Anode wird ein Gas, beispielsweise Sauerstoff, freigesetzt und bewegt die oberen Teile des Elektrolyten wirksam durch, so daß höhere Slromdichten zur Anwendung kommen können. Die geformte Anode macht sich die Durchbewegung zunutze, die durch die freigesetzten Gase bewirkt wird, indem gewährleistet wird, daß höhere

ao Stromdichten an den Gegenden angewendet werden, wo die Durchbewegung wirksamer ist, um die Metallwerte in der Schicht des Elektrolyten z.u ergänzen, die unmittelbar an die Vorderseite der Kathode angrenzen. Somit können durch Verwendung variiercn-

»5 der Slromdichten, wobei die variierenden Stromdichten in jeder Höhe an die Kathodcnstromdichtcgrenze herankommen, höhere Gcsamtritromdichten verwendet werden, wodurch die Produktivität der Zelle erhöht wird.

Die Anode 20 kann aus jedem beliebigen unlöslichen Material hergestellt sein. Vorteilhnftprwcise wird angesichts der Gesamtkosten die Anode 20 aus Blei oder Materialien auf Bleigrundlagc hergestellt. So hat sich z. B. gezeigt, daß eine Bleilegierung mit 6°'n Antimon zur Verfestigung der Legierung die erforderlichen Eigenschaften der Festigkeit und Unlöslichkeit hat. um als Anode gemäß der Erfindung verwendet werden zu können. Andere Materialien, die zur Bildung der geformten unlöslichen Anoden gemäß der Erfindung verwendet werden können, sind z. B. Kupfcrsiliciumlcgicrungcn, Magnetit und Eisengußlegierungen. Geformte Anoden gemäß der Erfindung können nach den bekannten Verfahren, beispielsweise durch Gießen oder Walzen, hergestellt werden.

Die Kathode 22 ist in erster Linie eine starre, flache Platte aus einem Metall, wie Kupfer, Titan oder Edelstahl. Sie sollte genügend schwer sein, um sich in einer stetigen Position in der Elektrugewin-

nungszcllc zu halten. An der Kathodcnplatte 22 sind Bänder 28 angckiebt, um eine Schleife zu bilden, welche über die Kontaktstange 26 paßt. Naturgemäß können auch alle anderen bekannten Kathodentypen vci wendet werden, solange sie sich stetig in der elek-

trolytischcn Zelle halten.

In der F i g. 3 ist eine weitere Ausführungjform der geformten Anode gemäß der Erfindung gezeigt. Die Anode 40 besteht aus einer Platte 42 aus dem beschriebenen Material und ist mit einer Kontaktstange 44 verschen. Der dritte unterste Teil d der Anode 40 ist mit einer Reihe von in Abstand angeordneten kreisförmigen Löchern 46 versehen, um die Oberfläche dieses Teils der Anode m erniedrigen. Die Löcher 46 verringern, durch Begrenzung des

Stromflusses, wirksam den Weg des elektrischen Stromes von den Kanten der Löcher 46 zu einem Punkt, der der Mitte der Löcher 46 auf der Kathode diametral gegenüberliegt. Der gesteigerte Abstand zwischen

<o

Bänder 66 an der Platte 62 befestigt sind, dann ist ein elektrischer Kontakt gewährleistet, und dieser elektrische Kontakt wird durch den an der Anode freigesetzten Sauerstoff nicht zerstört.

Eine weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist in F i g. 6 gezeigt. Die Elektrogewinnungszelle 70 umfaßt einen geeigneten Tank 72, der den Elektrolyten 74 aufnimmt, eine vertikal angeordnete Kathode 76, die an eine {stromquelle durch eine

den Kanten der Löcher 46 und der Kathode steigert den IR-Abfall durch die Lqsung, wodurch die Stromdichte tür den untersten dritten Teil der Kathode wirksam verringert wird. Diese Ausführungsform arbeitet zwar ganz gut, doch ist festzustellen, daß die Anode 42 in der Nachbarschaft der Löcher 46 eine relativ schnelle Korrosion erfährt, die auf die Stromkonzentrationen an diesen Kanten zurückzuführen ist. Eine derartige Korrosion ist nicht erwünscht, da

die Korrosionsprodukte das fertige Kathodenprodukt io Kontaktstange 78 angeschlossen ist, eine Anode 80 verunreinigen können. Auch müssen die Anoden (die, wie in F i g. 6 gezeigt, gegebenenfalls leicht verhäufig ersetzt werden, wodurch die Gesamtbetriebs- jungt sein kann, aber nicht in dem Ausmaß der kosten erhöht werden. Fig. 2), die durch eine Kontaktstange 82 iriit einer

Eine weitere Ausführungsform der geformten Stromquelle verbunden ist, und ein multiperforiertes Anode gemäß der Erfindung ist in F i g. 4 gezeigt. 15 Diaphragma 84, das aus einem geeigneten, nichtlei-Die Anode 50 besteht aus einer Platte 52, die aus tenden Material, wie Polyäthylen oder Polyvinylchlodem beschriebenen Material hergestellt ist. Die rid, hergestellt sein kann. Das multiperforiertc Dia-Anode 50 ist weiterhin mit einer Kontaktstange 54 phragma 84 erniedrigt wirksam die Stromdichte an aus einem leitenden Material, z. B. Kupfer, versehen. der Kathode 76, indem der Stromfluß durch den Der dritte unterste Teil e der Anode 50 ist in abgc- 20 Elektrolyten begrenzt wird. Diese Ausführungsform stuften Intervallen mit elektrisch isolierenden Strei- ist besonders vorteilhaft, da — obgleich sie einer fen 56 bedeckt. Die isolierenden Streifen 56 wirken
im wesentlichen in der gleichen Weise wie die Löcher
46 in der Anode 40 der F i g. 3. Die Bedeckung bzw.
Maskierung stellt eine wirksame Möglichkeit dar, die 25
Arbeitsfläche der Anode zu vermindern, um die
Stromdichte in den untersten Teilen der Kathode
wirksam zu verringern. Obgleich die abgedeckten
Anoden keiner raschen Zerstörung durch Korrosion

unterworfen sind, wie es bei den Anoden der F i g. 3 30 den, obgleich sich keine weiteren Vorteile ergeben, der Fall ist, sollte doch die Abdeckung untersucht wenn mehr ais 5öö ppm verwendet werden, und ir- und erforderlichenfalls repariert werden. Es könnte gendwclche Vorteile durch die Kosten für Oxydadarauf hingewiesen werden, daß der vertikale Ouer- tionsverluste des Netzmittels wieder zunichte gemacht schnitt der beiden in Fig. 3 und 4 gezeigten Anoden werden. Eine verstärke Rührung, die sich durch eine im allgemeinen in der Gestalt rechteckig ist, da die 35 glattere Kathodenabscheidung ausweist, wird bei Löcher 46 der F i g. 3 und die Abdeckungeil 56 in Netzmittclzugaben schon von etwa 1 ppm beobachder Fig. 4 die Notwendigkeit für eine Vaiiierung des tct. Bei solch niedrigen Konzentrationen wird die Querschnitts der in den Fig. 3 und 4 beschriebenen vollkommene Verstärkung des Rühreis durch die Anoden eliminieren, wobei weiterhin das Gewicht der freigesetzten Gase an der Anode jedoch nicht erhal-Anode verringert wird und die Herstellung der Ano- 40 ten. und Verluste des Netzmittels durch Oxydation denplattcn 42 und 52 vereinfacht wird. oder Verflüchtigung schmälern rasch irgendwelche

Wie bereits zum Ausdruck gebracht, kann die Ver- Vorteile, die durch die Verwendung eines Netzmittels ringerung der Stromdichte in den untersten Teilen erhalten werden. In den meisten Fällen wird das der Anode durch die Verwendung von besonderen Netzmittel dem Elektrolyten in Mengen zwischen Materialien in der Anode bewerkstelligt werden. 45 etwa 10 und 50 ppm zugesetzt. Es kann jedes be-Diese Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 5 liebige Netzmittel verwendet werden, das bei den

Betriebsbedingungen chemisch und physikalisch stabil ist und das in dem Elektrolyten löslich ist. B spiele für geeignete Netzmittel sind die Natriumsalze

Abdeckung der Anode gleichkommt — die Probleme ausschaltet, die mit einem Abziehen der Abdeckungsmaterialien von der Anode verbunden sind.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor. ein Netzmittel im Elektrolyt /u verwenden, um die Riihrwirkung der an der Anode freigesetzten Gase zu verstärke,!. Das Netzmittel kann in Mengen bis zu etwa 500 ppm oder sogar mehr zugesetzt wer-

gczeigt, worin die Anode 60 aus einer Platte 62 aus gedehntem Titan-Maschennetz besteht. Die Platte 62 isi auf eine Kontaktstangt 64 montiert, um aazwi-

schen eine gute elektrische Leitfähigkeit zu ergeben. 50 von dodecylierten Oxydibenzoldisulfonaten, dodecy-Zur Versteifung der Platte 62 und zur Verteilung des lierte Oxydibenzoldisulfonsäuren, Natrium-N-alkyl-

carboxylsulfosuccinat und Natriumalkylsulfosuccinat. Die Erfindung wird in den Beispielen erläutert.

Beispiel 1

Eine geformte Anode mit einer Breite von 81,3 cm und einer Länge von 109 cm mit dem Querschnitt gemäß den F i g. 1 und 2 wurde aus einer Bleilegierung gegossen, die 6 ⁰O Antimon enthielt. Die Anode wurde

Stromes ist die Anode mit Titan-Trägern 66 ausgestattet Hs ist bekannt, daß Titan in sauren Elektrolyten anodisch oxydiert wird, wodurch eine stark passive und elektrisch wiederstandsfähige Oxidschicht gebildet wird, die nur bei Potentialen von mehr als 20 V abbricht. Bei diesem Potential löst sich aber metallisches Titan in dem Elektrolyten auf. Es ist daher vorteilhaft, die Titan-Maschenplatte 62 mit

einem Edelmetall, wie Platin, zu beschichten. Die 60 in einen Elektrolyten eingetaucht, der 60 g/l Kupfer. Dicke des Eddmetallübcrzugs wird so dünn wie mog- 4g 1 Nickel, 1 g1 Kobalt, 5 g/l Eisen, lg/l Arsen, lieh gehalten, um Kapitalausgaben zu erniedrigen, je- 20 ppm dodecylierte Oxydibenzoldisulfonsäure und d«>ch ausreichend hoch gewählt, um die Oxydation 145 g'l freie Schwefelsäure enthielt. Der Abstand von des Titan-Netzes zu verhindern und um elektrisch einer Kupfer-Ausgangsplatte betrug von Mitte zu kitfiihigc Oberflächen zu liefern. ">ic Titan-Tragcr 66 65 Mitte 5,08 cm.

müssen nicht mit einem Edelmetall beschichtet wer- Die Zelle wurde mit einer durchschnittlichen ka-

ifcn. da ihre funktion darin liept. die Platte 62 /u thodischen Stromdichte von 31 A pro 0,09 «n* und verfestigen und den Siroin /u verleiten. Wenn die bei einer Zeüspannung von 2,0 V betrieben. Die lo-

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kalen Stromdichten für das oberste Drittel der Kathode waren 36 A/0,09 m² und 26 A/0,09 m² für das untere Drittel. Die Kathodenplatte war sehr glatt und von tiefen Streifen und Knoten frei.

Zu Vergleichszwecken wurde ein Vergleichsversuch bei entsprechenden Bedingungen mit der gleichen Stromdichte, dem gleichen Elektrolyten und der gleichen Temperatur, doch unter Verwendung einer herkömmlichen Anode durchgeführt. Diese stellte eine Platte aus einer Bleilegierung mit 6°/o Antimon einer Dicke von 1,27cm und einer Breite von 81,3cm und einer Tiefe von 109 cm dar. Am Bodendrittel der Kupfer-Kathode wurden tiefe Streifen, eine allgemeine Rauhigkeit und eine Knotenbildung beobachtet. Mit einer herkömmlichen Anode beträgt die maximale kathodische Stromdichte, die bei Gewährleistung einer annehmbaren Kathode verwendet werden kann, 26 A/0,09 m². Bei Verwendung einer erh'ndungsgemäßen Anode kann daher die Produktivitat einer herkömmlichen elektrolytischen Zelle um etwa 20% erhöht werden, ohne daß eine unabhängige Durchmischung, höhere Temperaturen oder erhöhte Konzentrationen zur Anwendung kommen müssen.

^{üeispiei z}

Es wurde eine Anode gemäß F i g. 3 aus einer 0,64 cm dicken Platte einer Bleilegierung mit 6% Antimon hergestellt. Die Breite betrug 81,3 cm und die Tiefe 109 cm. Die Platte wurde auf eine Kupfer-Kontaktsfangc montiert. Das Bodendritte! der Platte war mit einer Reihe von gestaffelten Löchern mit einem Durchmesser von 5,08 cm versehen. Diese waren im Abstand von 7,62 cm von Mitte zu Mitte angeordnet, wodurch die Fläche des unteren Drittels der Anode um ungefähr 34% vermindert wurde. Diese Anode wurde zusammen mit einer Ausgangsplatte in einen Kupfersulfat-Elektrolyten mit der gleichen Zusammensetzung wie in Beispiel 1 und der gleichen Temperatur eingetaucht, wodurch eine elektrolytische Zelle gebildet wurde.

Die Zelle wurde mit einer durchschnittlichen Kathodenstromdichte von 28 A/0,09 m² bei einer Zeilspannung von 2,15 V betrieben. Die lokalen Kathodenstromdichten betrugen 30 A/0,09 m² für den oberen Teil der Kathode und 26 A/0,09 m² für den Boden.

Die Dicke der kathodischen Kupfer-Platte war den

lokalen Kathodenstromdichten ungefähr proportional, und die Platte war im wesentlichen glatt und von.

Knötchen und tiefen Streifen, selbst im Bodendrittel, frei.

Beispiel 3

Aus einem l,5fach expandierten Titan-Netz mit 1,27 cm mit einer Breite von 81,3 cm und einer Tiefe von 109 cm wurde eine Anode gemäß Fig. 5 hergestellt. Diese wurde mit vier Verstärkungen versehen sowie mit Stromverteilungs-Titan-Bändern, die von der Kontaktstange nach unten zum Bodenende der Anode Hefen, so daß die Anpdenstruktur einen elekfrischen Widerstand von 6,1 · 10 ⁴ Ohm von der Kontaktstange zu dem Bodenende hatte. Die Anode war mit Ausnahme der Stromleitungsbänder mit einer Überzugsschicht aus Platin mit einer Stärke von 1 μ plattiert. Die Anode wurde in einer herkömmlichen

ao Elektrogewinnungszelle mit einem Kupfersulf at-Elektrolyten der gleichen Zusammensetzung und der gleichen Temperatur wie in Beispiel 1 verwendet.

Der Elektrolyt wurde auf einer Temperatur von 50" C gehalten und es wurde eine durchschnittliche kathodische Stromdichte von 28 A/0,09 m² bei einer Zellspannung von 2,2 V auf die in den Elektrolyten eingetauchte Anode und Kathode angelegt. Die lokalen Kathodenstromdichtewerte nahmen allmählich von 32 A/0,09 m² an der Oberseite der Kathode auf 25 A/0,09 m² am Boden ab. Die Dicke der Kathodcn-Kupfer-Piaite iiäiiiii ungefähr im gleichen Verhältnis wie die lokalen Stromdichten ab. Die Kathode war im wesentlichen glatt und gleichförmig, und zwar selbst im Bodenteil, wo bei einer herkömmlichen Anode bei den gleichen Bedingungen eine erhebliche Rauhigkeit und ein Knotenwachstum festzustellen ist. Bei einer herkömmlichen Anode würde eine durchschnittliche Stromdichte von 25 A/0,09 m² verwendet werden, da bei diesem Wert Qcr Stromdichte die Konzentrationspolarisation zuerst am Boden der Kathode in Abwesenheit einer Durchbewegung beobachtet werden würde. Durch die Verwendung der erfindungsgemäßen Anode kann daher die Produktivität einer elektrolytischen Zelle, die ein Titan-Netz enthält, um 14% gesteigert werden, ohne daß es notwendig ist, durchzubewegen oder die Temperatur oder die Konzentration der Lösung zu erhöhen.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für die elektrolytische Gewinnung von Nichteisenmetallen durch kathodische Abscheidung au? einem Elektrolyten unter Vorwendung unlöslicher Anoden, wobei Anoden und Kathoden vertikal nebeneinander in einer Elektrolysezelle angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Stärke der Anode in der Zelle von oben nach unten abnimmt, um in dieser Richtung eine Abnahme der Kathodenstromdichte zu bewirken.

2. Vorrichtung für die elektrolytische Gewinnung von Nichteisenmetallen durch kathodische Abscheidung aus einem Elektrolyten unter Verwendi.ng unlöslicher Anoden, wobei Anoden und Kathoden vertikal nebeneinander in einer Elektrolysezelle angeordnet sind, dadurch gekennzeichne* daß sich die wirksame Anodenfläche in der Zelle von oben nach unten verringert, um in dieser Rk htung eine Abnahme der Kathodenstromdichte zu bewirken.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode einen unteren Teil aufweist, der perforiert oder mit einem as Isolierungsmaterial bedeckt ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der untere Teil der Anode von einem perforierten, elektrisch nichtleitender Diaphragma umgeben ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dad"rch gekennzeichnet, daß die Anode aus gedehntem Titan-Netz gebildet ^; t, das mit Platin beschichtet ist.

6. Verwendung eines Netzmittels im Elektrolyten beim Betrieb der Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5.