DE2404167A1

DE2404167A1 - Metallanoden mit reduzierter anodischer oberflaeche und hoher stromdichte und deren verwendung bei verfahren zur elektrischen gewinnung von metallen mit geringer kathodenstromdichte

Info

Publication number: DE2404167A1
Application number: DE2404167A
Authority: DE
Inventors: Oronzio De Nora; Carlo Traini
Original assignee: Electronor Corp
Current assignee: De Nora Deutschland GmbH
Priority date: 1973-01-29
Filing date: 1974-01-29
Publication date: 1974-08-01
Also published as: NO141373C; JPS5720393B2; GB1434334A; NO141373B; SE405988B; CA1063061A; NO740049L; ZA74135B; IT978581B; FR2215483B1; AU6491274A; DE2404167C2; FR2215483A1; JPS49105701A; BE810315A; SU795506A3; GB1434335A

Description

PATENIANJViLlE O /

PROF, DR. DR. J. RElTSTÖTTKR

DR.-ING. WOLFRAM BUNTE

DR. WERNER KINZEBACH

D-βΟΟΟ MÜNCHEN AO. BAUERSTRASSE 22 · FERNRUF (O89) 37 05 83 · TELEX 5213208 ISAR O POSTANSCHRIFT: D-8OOO MÜNCHEN 43, POSTFACH 7BO

PATENTANMELDUNG

München, den 29. Januar 1974 M/15006

ELECTRONOR CORPORATION,

Apartado 6307
Panama City / PANAMA

Metallanoden mit reduzierter anodischer Oberfläche und hoher Stromdichte und deren Verwendung bei Verfahren zur elektrischen Gewinnung von Metallen mit geringer Kathodenstromdichte

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur elektrischen Gewinnung von Metallen aus das zu gewinnende Metall enthaltenden Säurelösungen unter Verwendung dimensionsstabiler, nicht-korrodierender Ventilmetallanoden, die aus Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Molybdän und Wolfram oder Legierungen davon hergestellt sind und die mit einer -nicht-passivierenden äußeren Oberfläche oder Überzug mit elektrokatalytischen Eigenschaften bezüglich der Entwicklung von Sauerstoff und Chlor versehen sind und bei denen

409831/0882 original snspected

2404137

173.050

die Oberfläche der der Kathode gegenüberstehenden Anode 1,5 bis 20mal kleiner ist als die Oberfläche der Kathode, wobei die Anodenstromdichte 1,5- bis 20mal größer'als der Kathodenstrom sein kann, ohne daß die Grenze der Kathoden- · stromdichte überschritten wird. Die Anoden besitzen bevorzugt eine offene Rahmenstruktur, die ein freies Zirkulieren des Elektrolyten durch die Anoden erlaubt, um eine gleichmäßigere Elektrolytzusammensetzung zu schaffen und sind von den Kathoden in einem solchen Abstand gehalten, daß die Stromlinien die Kathode in einer parallel gleichmäßig verteilten Konfiguration erreichen und bessere" Abscheidungen des zu gewinnenden Metalls auf der Kathode hervorrufen.

Ventilmetalle (valve metals)(bisweilen auch als filmbildende Metalle bezeichnet), wie Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal, Molybdän und Wolfram oder Legierungen davon besitzen die Fähigkeit, Strom in die Anodenrichtung zu leiten und den Stromdurchgang durch die Kathodenrichtung zu unterbinden und sind gegenüber den Elektrolyten und den Bedingungen in einer Zelle zur elektrischen Gewinnung von Metall ausreichend resistent, so daß im wesentlichen keine Korrosion auftritt, selbst während Perioden von Stromunterbrechung oder Stillegung von Zellen..Die Ventilmetalle leiten jedoch keinen Strom in den Elektrolyten, wenn sie nicht mit einer nicht-passivierenden elektrokatalytischen Oberfläche oder Überzug versehen sind, wie einem Überzug, der ein Metalloxid der Platingruppe enthält oder einem sich selbs-j:- bildenden Legierungsüberzug, der im Elektrolyt bezüglich der Entwicklung von Sauerstoff oder Chlor ohne übermäßige Überspannung elektrokatalytisch wirkt.

Bei vielen Verfahren zur elektrischen Gewinnung von Metallen aus diese Metalle enthaltenden Lösungen ist es erforderlich, das Verfahren bei relativ geringer Kathodenstrom-

40 9 83 1/0882

2404187

173.050

dichte durchzuführen, um zufriedenstellende Metallabscheidungen auf den Kathoden zu erhalten. Übersteigt die Kathodens tromdichte bei einem spezifischen Metall, der spezifischen Elektrolytzusammensetzung, der Zellengeometrie usw. die Stromdichte, bei der glatt anhaftende Abscheidungen auf der Kathode gebildet werden, wird die Grenze der Kathodenstromdichte überschritten und man erhält rauhe Kathodenabscheidungen, die Elektrolyten einschließen können, wodurch das abgeschiedene Metall verunreinigt wird. Ist die Kathodenabscheidung dentritischer Natur, können in der Zelle Kurzschlüsse hervorgerufen werden. Verwendet man Blei- oder Bleilegierungsanoden, tritt eine langsame Auflösung sowohl des Bleis als auch seiner legierenden Elemente auf und die Korrosionsprodukte werden auf der Kathode niedergeschlagen und verunreinigen das 'gewonnene Metall. Bei höheren Kathodenstromdichten werden diese Bedingungen noch verschlechtert und zusätzlich steigt das Potential der Zelle zur elektrischen Gewinnung von Metall und es wird Wasserstoff an der Kathode freigesetzt, wodurch weitere Komplikationen entstehen. Die "Kathodenstromdichte", bei der an der Kathode Wasserstoff freigesetzt wird, wird als die limitierende Kathodenstromdichte bezeichnet und die Stromdichte, bei der die Kathodenabscheidungen rauh und geriffelt- werden, wird als die Grenze der Kathodenstromdichte bezeichnet. Sie liegt im allgemeinen niedriger als die limitierende Kathodenstromdichte. Es gibt daher eine gut definierte limitierte Kathodenstromdichte, die gebraucht werden kann.

Hohe Produktionsgeschwindigkeiten sind jedoch erforderlich, um große Ausbeuten an reinem, leicht gewinnbarem Metall bei minimalem elektrischem Energieaufwand zu erhalten.

Sogenannte »unlösliche Blei- oder Bleilegierungs"-Anoden sind bei der elektrischen Gewinnung von Metallen viele Jahre ver-

409831/0882

240A167

173.050

wendet worden. Jedoch sind diese Anoden etwas löslich und verunreinigen das gewonnene, elektrisch abgeschiedene Metall. So besitzen beispielsweise die Anoden aus einer legierung von 84 % Blei, 14,5 $ Antimon, 0,6 $ Silber, die in der Anlage zur elektrischen Gewinnung von Metallen in Chuquicamata, Chile, verwendet werden und die im Betrieb 6 bis 8 Jahre halten, eine Korrosionsgeschwindigkeit von 0,6 bis 2,5 kg/t gewonnenem Kupfer. Am Ende der Lebensdauer dieser Anoden bleibt nur 14 %> des Originalgewichts übrig und fällt als Abfall an. Die Hauptmenge des im Elektrolyten in Lösung gehenden Bleis wird mit dem gewonnenen Kupfer abgeschieden. Der Gebrauch von Bleianoden des Stab-Typs und höherer Anoden- gegen Kathodenstromdichte, wie beispielsweise in der US-PS 2 766 168 beschrieben, verringert die Korrosionsgeschwindigkeit der Anoden auf Bleibasis, beseitigt sie jedoch nicht. ^s .

Auch wenn man bei der elektrischen Gewinnung von Metallen Anoden auf Titanbasis verwendet, die mit Platin oder Metallen der Platingruppe überzogen sind, werden die Metalle der Platingruppe aufgelöst und, zusätzlich zu den Kosten dieser Anoden, verunreinigen die gelösten Metalle das auf den Kathoden abgeschiedene Metall.

Der Gebrauch nicht korrodierbarer, dimensionsstabiler Ventilmetallanodenbasen,.wie Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Niob, Tantal und Molybdän mit leitenden, nicht-passivierenden Oberflächen und elektrokatalytischen· Eigenschaften bezüglichlich der Sauerstoff- oder Chlorentladung bei geringen Überspannungen, gibt wesentliche Vorteile gegenüber den Graphit-, Blei-, Bleilegierung-, Silicium-, Eisen- und Platinanoden, die bisher bei der elektrischen Gewinnung von Metallen verwendet "wurden, jedoch müssen diese Ventilmetallanoden zur elektrischen Gewinnung von Metallen bei höheren Stromdichten als den erlaubten Kathodenstromdichten betrieben werden, um

409831/0882

173.050

sie in wirtschaftlicher Weise einsetzen zu können.

Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung von Verfahren zur elektrischen Gewinnung verschiedener Metalle, worin nicht-korrodierende, dimensionsstabile Anoden verwendet werden und worin eine höhere Anodenstromdichte bezüglich der Kathodenstromdichte verwendet wird, um auf wirtschaftlichere Weise relativ reine MetallabScheidungen der gewünschten kristallinen Struktur und Reinheit auf den Kathoden zu erhalten.

Weiter ist Gegenstand der Erfindung die Schaffung von Vorrichtungen, durch die die oben genannten Verfahren in wirtschaftlicher Weise durchgeführt werden können.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung von Elektrolysezellen zur Verwendung bei der elektrischen Gewinnung von Metallen, in denen hohe Stromdichten an den Anoden und geringere Stromdichten an den Kathoden angewendet werden können, so daß relativ reine, glatte Metallabscheidungen auf den Kathoden bei minimalem elektrischem Energieaufwand hervorgerufen werden können.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung einer Zelle zur elektrischen Gewinnung von Metallen und ein Verfahren zum Betrieb dieser Zelle,; in der in Zwischenräumen angeordnete, nicht-korrodierende! Stab- oder Bandanoden mit einer Oberfläche, die 1,5- bis 2Ömal kleiner als die wirksame Oberfläche der Kathoden ist'; verwendet wird, wobei an die Anoden eine größere Stromdichte angelegt werden kann, ohne die Stromdichte zu überschreiten, bei der die Kathoden gute Metallabscheidungen liefern, und wobei der Elektrolyt frei durch die Stäbe oder Löcher der Anoden zirkulieren kann, sodaß gleichförmigere Elektrolytzusammensetzungen gegeben

— 5 —

409831/0882

173.050

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Schaffung dimensionsstabiler, nicht korrodierender Ventilmetallanoden zur elektrischen Gewinnung von Metallen, die beim Betrieb im wesentlichen frei von Verkrümmung oder Verwerfung sind und bei denen die elektrokatalytische, leitende Oberfläche den Elektrolyten oder das auf der Kathode elektrisch abzuscheidende Metall nicht verunreinigt.

Zahlreiche weitere Gegenstände und Vorteile der Erfindung gehen aus der weiteren Beschreibung hervor.

Bei den meisten Verfahren zur elektrischen Gewinnung von Metallen werden-Kupfer, Zink, Nickel, Kobalt, Mangan, Eisen, Blei, Zinn, Cadmium und dergl. aus Sulfatlösungen des zu gewinnenden Metalls auf der Kathode elektrisch abgeschieden, jedoch können in einigen Fällen Chloridlö'sungen, beispielsweise Nickelchloridlösungen, verwendet werden und in anderen Fällen kann man eine Kombination von Sulfat- und Chloridlösungen verwenden. Die zur Auflösung der Metalle im allgemeinen gebrauchten Säuren sind Schwefelsäure oder Chlorwasserstoffsäure, oder manchmal eine Mischung von Schwefel- und Chlorwasserstoffsäure. Wenn die Lösungssäure HpSO. ist, wird an den Anoden Sauerstoff freigesetzt, das Metall wird auf der Kathode abgeschieden und die Säure, der das Me.tall entzogen wurde, wird rezyklisiert, um mehr Metall aus dem Erz, der.Mine, der. Halde oder einer anderen Quelle zu lösen. Verwendet man eine .Chloridlösung, wird an der Anode Chlor freigesetzt.

Die Metalle können aus Erz, aus kalziniertem Erz, aus Rückstandsschlacke, aus Abfall, aus Untergrundlagern oder anderen Quellen herausgelöst werden. Enthält die Lösung verunreinigende Metalle, die sich auf der Kathode zusammen mit dem zu gewinnenden Metall abscheiden würden, entfernt man die Verunreinigungen durch Verwendung von Fällungsmitteln, Trennungsmitteln oder auf andere Weisen, die gegenwärtig bei Verfahren

- 6 409831/0882

173.050

zur elektrischen Gewinnung von Metallen gebraucht werden.

Die nicht-korrodierbaren, dimensionsstabilen Anoden des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen bevorzugt aus Titan oder anderen Ventilmetallen oder legierungen, die mit einer leitenden, nicht-passivierenden elektrokatalytischen Oberfläche, die ^fein Oxid oder eine Mischung von. Oxiden der Metalle der Platingruppe sein kann, d.h. Platin, Iridium, Palladium, Ruthenium und Osmium, versehen sind, die als Überzug auf die Oberfläche des Ventilmetalls, wie beispielsweise in den GB-PSen 1 147 442 und 1 195 871 beschrieben ist, oder das elektrokatalytische Material kann als Legierungsschicht von Bronzeoxiden in der Oberfläche der Ventilmetallanode enthalten sein, wie in der ital. Patentanm. Ur. 24256^-A/72 beschrieben ist. Falls Teile dieser Überzüge in den.Elektrolyten gelangen- oder gelöst werden, ist ihr Verhalten dadurch charakterisiert, daß sie mit sehr viel geringerer Wahrscheinlichkeit auf der Elektrode abgeschieden werden oder das elektrisch gewonnene Metall verunreinigen, als dies die Bleianoden aus dem Stand der Technik tun.

Die Ventilmetallanoden können in Form von festen oder netzartigen Platten von beispielsweise Titan vorliegen oder in Eorm von Stäben, Stangen oder anderen Anordnungen, jedoch sollte in allen lallen die der Kathode gegenüberstehende Anodenfläche 1,5-'bis 20mal kleiner als die gegenüberliegende Kathodenoberfläche sein und sollte bei einer Stromdichte von 1,5- bis 20mal größer der der Kathodenstromdichte betrieben werden. Die Oberfläche oder der Überzug der Anoden sollte eine hohe elektrokatalytische Aktivität zur Sauerstoffentwicklung bei Sulfatelektrolyten oder zur Chlorentwicklung bei Chloridelektrolyten besitzen.

409831/0882

173.050

Die erfindungsgemäßen elektrokatalytisch überzogenen, dimensionsstabilen Ventilmetallanoden sind nach zwei- bis dreieinhalbjährigem anodischem Betrieb in Chloridlösungen bei einem Anodenpotential, das sich von 1,35 bis 1,50 V(NHE)

bewegt, bei 30 KA/m . immer noch aktiv und in 10 $igen (Gew.-$) HpSO.-Lösungen , die Bronzeoxidüoerzüge sind nach mehr als einem J.ahr anodischen Betriebs mit. einem Anodenpotential, das sich zwischen 1,5 und 1,6 V(NHE) bewegt, bei

0,6 bis 1,2 KA/m noch aktiv, wogegen Anoden aus Blei und Bleilegierung unter denselben Arbeitsbedingungen Anodenpotentiale aufweisen, die größer als 1,98 V(NHE) sind. Wenn diese dimensionsstabilen Anoden passiviert werden, können sie mit geringen Kosten gereinigt und neu überzogen werden.

Unter den im folgenden beschriebenen Bet-riebsbedingungen liefern die erfindungsgefiiäBen Anoden Abscheidungen, die frei von Verunreinigungen sind, wogegen Blei, Bleilegierung und Titan, die mit Edelmetallen überzogen sind, bei Elektrolysen in Sulfatlösung Kathoden-Verunreinigungen hervorrufen. Aufgrund der geringen Überspannung der erfinaungsgemäßen Anoden

tritt eine Oxidation von Ni⁺² und Co⁺² zu Ni⁺⁵ und Co⁺³ weder in Sulfat- noch Chloridlösungen auf.

Die Verwendung dimensionsstabiler Metallanoden mit verringerter Anodenoberfläche erlaubt 'einen wirtschaftlicheren Einsatz von Anodenmaterialien für alle die elektrolytischen Verfahren, bei denen eine Grenze bezüglich der Stromdichte aufgrund "anderer Überlegungen als der Anodenstromdichte-Kapazität gesetzt ist, insbesondere wo der Wert der Grenze der Kathodenstromdichte weit unterhalb der bei dimensionsstabilen Metallanoden wirtschaftlich vertretbaren maximalen Stromdichte liegt.

Die erfindungsgemäßen Anodenstrukturen sind das Ergebnis umfangreicher theoretischer und experimenteller Untersuchun-

409831/0882

2A0A167

173.050

gen, die zur Bestimmung der wirksamsten geometrischen Konfigurationen für Anoden durchgeführt wurden,, die eine maximale Einsparung an Anodenmaterial erlauben, während sie den Gesamtwirkungsgrad des elektrolytischen Verfahrens im wesentlichen aufrechterhalten.

Bei vielen elektrolytischen Verfahren, insbesondere "bei der elektrischen Gewinnung und elektrischen Raffinierung von Metallen ist es zur Erreichung einer Kathodenabscheidung gleichförmiger Dicke erforderlich, daß der elektrische Strom gleichförmig über die Kathodenoberfläche verteilt ist. So wird Gleichförmigkeit erreicht, wenn die "Stromlinien", die normalerweise von der Oberfläche der Anodenstruktur ausgehen, eine parallele und gleichförmig, verteilte Konfiguration'-vor Erreichung der planen Kathodenoberfläche bei einer senkrechten Auftreffrichtung annehmen. Es ist offensichtlich, daß der Abstand zwischen den Elektroden oder Elektrodenspalt einen wesentlichen Einfluß besitzt und er ist einer der erfindungsgemäßen geometrischen Parameter. Die geometrischen Parameter, die die durch das Verfahren bedingten optimalen Bedingungen bestimmen und die eine maximale Einsparung von Anodenmaterialien erlauben, sind eine Kombination der geometrischen Konfiguration der Anodenstruktur, des Abstands zwischen den Elektroden und der Gestalt und des Querschnitts der Teile, die die Anodenstruktur mit verringerter Oberfläche bilden. Im allgemeinen sollte der Elektrodenspklt zwischen 20 und 150 mm liegen,'abhängig von der Zusammensetzung des Elektrolyts, der Anodenkonfiguration, der Stromdichte, des Ohm¹sehen Spannungsabfalls im Elektrolyten! und in der Anodenstruktur, und anderer Paktoren, die in einer spezifischen Anlage zur elektrischen Gewinnung von Metallen auftreten.

Durch sorgfältige Wahl jedes der kontrollierenden Parameter,

— 9 — ■

409831/0882

173.050

ist es möglich, ein elektrometallurgisch.es Verfahren mit Anoden, die eine Anodenoberfläche bis zu 20mal kleiner als die Kathodenoberfläche besitzen!und deshalb bei einer 20mal größeren Stromdichte als der Kathodenstromdichte arbeiten, durchzuführen. ι

Besondere Sorgfalt muß darauf verwendet werden, den elektrischen Strom auf die Anodenstruktur so zu verteilen, daß der Ohm'sche Spannungsabfall entlang den Teilen der Anodenstruktur, die reduzierte Querschnittsflächen aufweisen, auf ein Minimum gebracht wird. Daher wird Strom an verschiedenen Stellen der Struktur in Abhängigkeit von den Geometrie- und Dimensionscharakteristiken der Anode geliefert.

In den erläuternden "Zeichnungen wird eine Ausführungsform einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Ausführung der Erfindung erläutert, gedoch ist es für den Fachmann auf dem Gebiet der elektrischen Gewinnung von Metallen offensichtlich, daß das Verfahren auch in anderen Typen von Elektrolysezellen und durch andere äquivalente Methoden durchgeführt werden kann.

Pig. 1 ist eine schematische, perspektivische Ansicht einer typischen Zelle zur elektrischen Gewinnung von Metall;

Pig. 2 ist ein Längsschnitt entlang der Linie 2-2 von Pig. 1, worin die Anoden die in Pig. 6 erläuterte Form besitzen;

Pig. 3, 4, 5 und 6 sind schematische, perspektivische Ansichten verschiedener Formen dimensionsstabiler Anodenkonstruktionen, die in den Zellen gemäß Fig. und 2 oder in anderen Zellen zur elektrischen Gewinnung von Metallen verwendet werden können; und

- 10 AO9831/0882

Eig. 7 und 8 sind Darstellungen eines Satzes von Zellenbedingungen, die zur Bildung der besten Form von Kathodenabscheidung für die in diesen Figuren schematisch aufgezeichneten spezifischen Anodenkonfigurationen bestimmt sind.

Die zur Erläuterung gezeigten Zellen gemäß Fig. 1 und 2 bestehen aus Behältern 10, die aus Beton oder irgendeinem anderen geeigneten Material hergestellt sein können, das mit Gummi oder anderem geeignetem inerten Material ausgekleidet ist. Die Behälter 10 sind mit positiven Stromschienen 12 und negativen-Stromschienen 13 versehen, durch die Gleichstrom aus einer nicht gezeigten Quelle auf die Anoden 14 und Kathoden 15 über Kontaktstäbe 16 bzw. 17 und Anoden- und Kathodenträger 1,8 geleitet wird. Der* Elektrolyt 20, der eine Lösung des zu gewinnenden Metalls enthält, wird in dem Maße, in dem er durch elektrische Abscheidung auf den Kathoden 15 seinen Metallgehalt erschöpft, kontinuierlich in die Behälter 10 hinein- und herausgepumpt. Die Behälter 10 sind parallel angeordnet und der Elektrolytfluß kann beliebig gewählt werden.

Elektrolytische Zellen dieses Typs sind sehr häufig in Serien verbunden, wobei jede Zelle eine Anode mehr als Kathoden enthält, so daß jeder Kathode auf jeder ihrer Seiten eine Ano.de'gegenübersteht. Serienanordnungen der elektrolytischen Zellen werden durchgeführt, indem man die Behälter "10 Seite an Seite stellt, so daß beispielsweise der Strom, der durch die Stromschiene 12 fließt, durch die Anodenkontaktstäbe 16 und die Anoden 14 und in jeder Richtung von den Anoden durch den Elektrolyten 20 auf die Kathoden 15 und durch die Kathodenträger 18, die Kontaktstäbe 17 und Stromschienen 13 auf die Anodenkontaktstäbe 16 für die unmittelbar anschließende elektrolytische Zelle geleitet

- 11 -

A09831/0882

173.050

wird. Die Kathodenstäbe 16 und 17 sind an den gegenüberliegenden Enden durch nicht-leitende Stützen 21 bzw. 22 gestützt, so daß sichergestellt ist, daß die Elektroden sich auf Niveau befinden und um die gewünschten parallelen Strojnkreise sipherzustellen.

Die in den Figuren 1 und 2 gezeigten Anoden- 14 besitzen eine mit Abständen versehene Stangenform, ähnlich der in Fig. 6 gezeigten,und sind weiter unten genauer beschrieben; sie sind vorteilhaft zur Ausführung der vorliegenden Erfindung. Obgleich die vorliegende Erfindung nicht auf irgendweiche besonderen Anodendimensionen oder spezifische Anodenformen beschränkt ist, wird ein typisches Beispiel, das jedoch lediglich zur Erläuterung der Erfindung gebracht wird; und das eine Anodenstruktur mit mit Abständen versehenen Stäben, Stangen oder Streif en besitz^ im folgenden erläutert und beschrieben; diese Anodenstruktur besitzt eine aktive Oberfläche, die 1,5- bis 20mal kleiner ist als die gegenüberliegende aktive Oberfläche der Kathoden und die bei einer Stromdichte von 1,5 bis 20mal größer als die Stromdichte der gegenüberliegenden aktiven Kathodenoberfläche betrieben wird. '

Pig. 3 zeigt eine im wesentlichen planare Anodenstruktur mit verminderter Anodenoberfläche,'die aus einer Serie paralleler Stäbe 23 hergestellt ist, die vertikal angeordnet und weit voneinander getrennt sind, und die durch eine horizontale Stange 24 verbunden sind, die sie hält und den elektrischen Strom auf sie verteilt. Die horizontale Stange 24 ist elektrisch mit der positiven Stromschiene 25 oder den Anodenkontaktstäben 16 der Figuren 1 und 2. verbunden, die mit der elektrischen Stromquelle verbunden sind. Eine horizontale Bodenstange 26 vereinigt die unteren Enden der Stäbe 23, um einen fixierten Trennungsabstand zu halten und um eventuelle Potentialdifferenzen

- 12 -

40 983 1/08 82

/3

173.050

zwischen den Anodenstäben 23 auszugleichen. Die Stäbe 24 können mit Trägern, ähnlich den Trägern 18, zur Verbindung mit den Anodenkontaktstaben 16 gemäß Fig. λ, versehen sein.

Fig. 4 erläutert ein weiteres Beispiel im wesentlichen ebener Anodenstrukturen, die erfindungsgemäß hergestellt sind. Bei dieser Ausführungsform befindet sich die elektrische Zuführungsstange 27 bezüglich der Länge der Anodenstäbe 28 in einer zentralen Position, Auf diese Weise wird der mittlere Weg des elektrische^ Stroms in der Struktur halbiert und man erreicht einen 'geringeren Ohm'sehen Spannungsabfall. Die .Leiter 29 können aus verschiedenem Material hergestellt werden, wie Kupfer oder Aluminium, und können durch eine Schutzhülle 30, die gegenüber der korrodierenden Umgebung innerhalb der Zelle resistent ist, vom Elektrolyten abgeschlossen sein. Die Leiter 29 verteilen den elektrischen Strom auf verschiedene Punkte entlang der Zuführungsstange 27, um den Ohm'sehen Spannungsabfall auf ein Minimum zu bringen.

Fig. 5 stellt eine Anodenstruktur dar, die aus einer Serie horizontal angeordneter, paralleler Anodenstäbe 31 besteht, die mit einer zentralen, vertikalen Zuleitungsstange 32 · verbunden sind, die aus einer runden Stange stark elektrisch leitenden Materials, wie Zupfer oder Aluminium besteht, mit der die Enden der Anodenstäbe 31 verbunden sind. Die Zuleitungsstange 32 ist durch eine Schutzhülle 33 vom Elektrolyten abgeschlossen.

Figur 6 z;eigt Anodenstäbe 34, die horizontal angeordnet sind, und an beiden Enden mit vertikalen Zuleitungsstangen 35 verbunden sind, die sich vertikal in das Elektrolytbad erstrecken und durch Träger 18 mit den Anodenkontaktstäben 16 (Fig. 1) oder mit einem Kabel, das mit dem positiven Ende einer elektrischen Quelle verbunden ist, verbunden

- 13 -

4 09831 /0882

173.050

sind. Bei dieser Ausführungsform wird der Weg des elektrischen Stroms entlang den Anodenstäben 34 bezüglich ihrer Länge halbiert. Gemäß den Pig. 3 bis 6 können die Anodenstäbe rund, quadratisch, rechteckig,mit konvexen Seiten, oval sein oder irgendeine andere Gestalt besitzen oder sie ' können als flache Streifen aus Titan oder anderem Ventilmetall in netzartiger Sieb- oder Gitterform, versehen mit einem leitenden, elektro-katalytischen Überzug, vorliegen. Jedoch ist die bevorzugte Form der Stäbe ein runder Querschnitt." Die Anodenstäbe können ungleichmäßig entlang der Breite der Anoden in Abständen angeordnet sein, wie etwa mit größeren Abständen gegen die Mitte zu und kleineren Abständen gegen die Enden der Anoden, um dem "Kanteneffekt" der Kathodenabscheidungen entgegenzuwirken, und sie können diagonal geneigt sein, anstelle von horizontal oder vertikal, wie" in den Figuren 3 und 6 erläutert ist. Man sollte die Anodenkonfiguration wählen, die die besten und gleichmäßigsten Abscheidungen.auf den Kathoden unter den Bedingungen eines spezifischen Elektrogewinnungsbetriebs ergibt. Die Werte der geometrischen Parameter a und b, insbesondere in den Figuren 3 bis 6, die Wahl des Abstands und des Durchmessers des Stabs können innerhalb weiter Grenzen, die von dem Zwischenelektrodenabstand und dem maximalen Anoden-Kathodenstrom-Dichteverhältnis, das verwendet werden soll, abhängen, variieren.

Die Stäbe 14, 23, 28, 31 und 34 sind aus Ventilmetall gebildet, .das in einem Elektrolyten den elektrischen Strom in eine Richtung leitet und den Strom nicht in die andere Richtung leitet. Metalle, wie Titan, Zirkonium, Hafnium, Vanadin, Mob, Tantal usw. können verwendet werden, jedoch ist die Verwendung von Titan bevorzugt. Die Stäbe können Titanstäbe mit Kupferkern sein, wie in Fig. 6 gezeigt, die eine hohe Leitfähigkeit aufweisen und die abnehmbar in die horizontalen oder vertikalen Stangen 24-2.7 oder 35 einge-

- 14 -

409831/0882

173.050

schraubt sind und die abnehmbar mit den horizontalen Stäben 26 verbunden sind. Die Stäbe 14-23 usw. können flache Metallbänder sein, Bänder aus netzartigem, expandiertem Metall oder Stangen jeder geeigneten Form.

Die Ventilmetallstäbe 23-28-31-34 sind mit einem leitenden elektro-katalytischen Überzug, der mindestens ein Metall der Gruppe Gold, -Platin, Silber, Palladium, -Iridium, Ruthenium₃Osmium, Rhodium, Eisen (Magnetit), Nickel, Chroin, in Form von Oxiden,· Nitriden, Carbiden und Sulfiden dieser Metalle enthält, überzogen.

Die leitende,-elektro-katalytische Oberfläche der Anodenstäbe 23, 28, 31, 34 usw. ist vorzugsweise aus einem Hauptteil Titandioxid (TiO₂) oder Tantalpentoxid (Ta^O^) zusammen mit einem kleineren Teil eines Oxids eines Metalls der Platingruppe zusammengesetzt, das an den Oberflächen der Anodenstäbe Chlor- oder Sauerstoff-Entladung katalysieren kann. Es können auch andere elektro-katalytisch wirksame Oberflächen verwendet werden. Es wurde gefunden, daß Oberflächen, die -Tantalpentoxid und Iridiumoxid im Verhältnis von 1:1 bis 0,34:1 Tantal:Iridium, berechnet für das Metall, mit oder ohne andere Oxide, die die Halbleiterfähigkeit der Oberfläche verbessern, enthalten, besonders wirksam sind. Anstelle von Stäben oder Stangen 23, 28, 31 usw. können perforierte, flache Titanstreifen oder andere Formen mit einer geringen Oberfläche bezüglich der Kathodenoberfläche verwendet werden und die Stäbe, Stangen oder Bänder können sich verjüngen oder können gegen ihr unteres Ende zu einen verringerten Querschnitt aufweisen, um eine unterschiedliche Stromdichte gegen das untere Ende der Kathoden hin hervorzurufen.

Bsi ^eder Slektrcgewinniv^gs einrichtung sollte die Kathoder-•iiifig'x^- tion gewählt ..eiäeii, die die gleicLrüiüi^ste und .sxo \-:/.lioäenatschexdun<r i:efei j Tie teot.' L

A .

I j —

409831 /0882

173.050

ration für einen spezifischen Satz von Zellenbetriebsbedingungen kann vom Fachmann auf dem Elektrogewinnungsge-· biet durch einige einfache Elektroabscheidungsversuche mit dem Elektrolyt und den bei der spezifischen Elektrogewinnungsanlage anzuwendenden Zellenbedingungen, in der das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung verwendet werden sollen, leicht bestimmt werden.

Die Figuren 7 und 8 zeigen schematisch, wie-diese Bedingungen bei einem spezifischen Satz von Betriebsbedingungen bestimmt-werden können.

ERLÄUTERUNG A

Das Verhältnis des Abstands zwischen Stäben a und dem Zwischenelektrodenabstand d zur Aufrechterhaltung eines guten Grades von Gleichförmigkeit der Abscheidung auf einer flachen Kathode wurde für verschiedene Sätze von Betriebsbedingungen im Diagramm gemäß Fig. 7 zusammengestellt. Dieses Diagramm erläutert, wie das Verhältnis - ausgedrückt in % von Abscheidungsdicke zwischen zwei repräsentativen Punkten in der Nähe der Mitte der Kathodenbreite, insbesondere zwischen einem Punkt auf der Kathode direkt gegenüber einem Anodenstab und einem angrenzenden Punkt auf der Kathode direkt unterhalb dem Mittelpunkt zwischen angrenzenden Anodenstäben mit variierenden Verhältnissen von a/d variiert.

In allen Fällen'wurde der Abstand d konstant bei 100 mm gehalten und der Abstand der Stäbe a entlang der Anode wurde geändert, wobei der Durchmesser b der Stäbe bezüglich d (d.h. b =0,2 d) klein war und der Einfluß der Stabdurchmesser auf die Gleichförmigkeit der Abscheidungsdicke vernachlässigbar war.

Wie in Fig. 7 gezeigt, besitzt die Kurve χ die Tendenz steiler zu werden, wenn Anodenstrukturen mit Gesamtbreiten, die kleiner als ungefähr der 10-fache Zwischenelektrodenabstand sind, verwendet werden und sie besitzt die Tendenz

"1 }% 8 I

409831/D882

173.050

leicht abzuflachen, wenn Anodenstrukturen, die zunehmend größere Gesamtbreiten aufweisen, verwendet werden, was durch auftretende Kanteneffekte erklärt wird.

Die Ergebnisse zeigen, daß ein Verhältnis von a/d von etwa 1,5 oder 2,0 befriedigend ist, insbesondere bei weiten Anodenstrukturen.

Der Kanteneffekt der Anode bezüglich der Kathode ist im Diagramm gemäß Fig: 8 zusammengefaßt. Die erläuterten Ergebnisse gelten für den spezifischen Fall einer Anodenstruktur, die eine Gesamtbreite von 800 mm besitzt und aus einer Serie von in Abständen gehaltenen rundeil Anodenstäbenmit 5 mm Durchmesser gebildet ist.

Bei den Strukturen I\ II und III betrug der Zwischenelektrodenabstand 100 mm. Die Struktur I besitzt einen gleichmässigen Abstand zwischen den Mittelpunkten der Stäbe a von 100 mm, wobei das Profil der Abscheidungsdicke auf der Kathodenoberfläche durch Kurve I dargestellt ist. Wie zu sehen ist, ist nahe der Kante der Kathodenplatte die Dicke auf etwa 0,7 der Dicke am Mittelpunkt abgefallen, wodurch die Kathodenabscheidung unbefriedigend ist.

Struktur III besitzt gleichmäßig abnehmende Abstände zwischen den Anodenstäben gegen die Kante der Struktur hin, insbesondere 100 mm in der Mitte der Anodenstruktur und 90 mm, 80. mm, 70 mm und 60 mm gestaffelte Abstände der Stäbe von den mittleren Stäben jeweils gegen die äußere Kante der Anode zu. Hierdurch wird ein Abscheidungsprofil hervorgerufen, das durch die Kurve III dargestellt ist.

Der besten Arbeitsbedingung nähert man sich mit Struktur II, die durch 10 Anodenstäbe gekennzeichnet ist, die von Kante zu Kante wie folgt mit Abständen versehen ist:

- 17 -

40983 1 / Oi

82

173.050

60 mm, 90 mm, 100 mm, 100 mm, 100 mm, 100 mm, 100 mm, 90 mm, 60 mm.

Das Profil der erhaltenen Kathodenabsch'eidungsdicke ist durch Kurve II dargestellt und man kann es wirksam mit dem Profil vergleichen, das man bei Verwendung einer einstückigen Plattenanode erhält. ·

Die Erläuterung des Diagramms '8 gilt nur für einen Satz von Verhältnissen von Anodenstababstand a

und Zwischenelektrodenabstand ά. Bei jeder Veränderung dieser Verhältnisse können verschiedene Variationen der Dicke der- Kathodenabscheidung erhalten werden. Das optimale Verhältnis bei einem gegebenen Satz von Betriebsbedingungen kann durch den Fachmann auf dem Gebiet- der Elektrogewinnung leicht bestimmt werden und sollte für die herrschenden Bedingungen bei jedem Elektrogewinnungsverfahren, bei dem die Grundlagen dieser Erfindung verwendet werden sollen, im voraus bestimmt werden.

Der befriedigenste Wert für den Abstand a liegt zwischen iÖ und 100 mm; der Durchmesser b der Anodenstäbe liegt zwischen 2 und 16 mm; der Zwischenelektrodenabstand kann zwischen 20 und 150 mm liegen.

Beispiel 1

Aus einer Elektrolytlösung, die NiCl₂ enthält, wird Nickel elektrisch abgeschieden, wobei eine Anodenstruktur ähnlich der in Fig. 3 dargestellten verwendet wird. Der gleichförmige Mittelabstand a beträgt 60 mm und ist auf 50 mm und 45 mm bei'den beiden äußeren Endstäben der Anode verringert Der Durchmesser der Anodenstäbe b beträgt 6 mm.

Die Betriebsbedingungen im Versuch sind die folgenden:

- 18 -

409831/0882

173.050

Elektrolyt: ₂
Stromdichte (Kathode) Stromdichte (Anode) Kathodendimensionen

Gesamtdimensionen der Anodenstruktur

eingetauchte Oberfläche der Anode

Kathodenmaterial

Anodenbasismaterial Zwischenelektrodenabstand Temperatur

Puffermittel ' : ·

80 g/l als metallisches

300 A/m²

2000 A/m²

600 mm χ 400 mm

550 mm χ '350 mm

31 000 mm² rostfreier Stahl AISI Titan

80 mm

60° bis 80⁰C H₃BO ; 20 bis 40 g/l.

Man verwendet ein Asbestdiaphragma von 1,5 mm Dicke, um die Anolyt- von der Katholyt-Abteilung zu trennen. Die Kathode befindet sich zwischen zwei Anoden. 6 mm Nickel v/erden auf beiden Flächen der mit hohem Wirkungsgrad betriebenen flachen Kathode abgeschieden. Die Qualität der erhaltenen Abscheidung ist stehr gut; die metallische Abscheidung ' ist frei von Dendriten, besitzt eine gleichförmige Dicke und ist mechanisch stabil.

Beispiel 2

Aus einer Elektrolytlösung, die CuSO. enthält, wird Kupfer elektrisch abgeschieden, wobei eine Anodenstruktur ähnlich der in.Eig. 4 dargestellten verwendet wird. Der gleichmässige Mittelabstand a der Stäbe 25 beträgt 35 mm und ist auf 30 mm und 25 mm bei den beiden äußeren Stäben der Struktur

— 19 —

A09831 /0882

173.050

herabgesetzt und der Durchmesser der Anodenstäbe b beträgt 5 mm. ^;

Die Betriebsbedingungen sind wie folgt:

Elektrolyt: CuSO, 40 g/l als metallisches Kupfer

,H₂SO₄ 150 bis 200 g/l

Stromdichte (Kathode) 300 A/m²

Stromdichte (Anode) 1300 A/m

Kathodendimensionen 700 mm χ 400 mm

Gesamtdimensionen der Anodenstruktur 670 mm χ 390 mm

eingetauchte Oberfläche der ₂

Anode 64 500 mm·

Zwischenelektronenabstand 90 mm

Temperatur . 60° bis 80⁰C.

6 mm Kupfer werden auf beiden Seiten der flachen Kathode bei einem großen Gesamtwirkungsgrad abgeschieden. Die Qualität der Abs.cheidung ist sehr gut; die Abscheidung ist im wesentlichen frei von Dendriten und besitzt gute mechanische Stabilität. Die Dicke ist im wesentlichen gleichförmig über die gesamte Kathodenoberfläche.

Beisp-iel

Aus einer Elektrolytlösung, die ZnSO, enthält, wird Zink elektrisch abgeschieden, wobei eine Anodenstruktur ähnlich der in Fig. 5 dargestellten verwendet wird. Der gleichmäßige. Mittelabstand a beträgt 30 mm und ist bei den beiden äußeren Stäben am oberen und unteren Ende der Struktur auf 28 mm und 22 mm verringert; der Durchmesser der Anodenstäbe b_ beträgt 6 mm.

- 20 409831/0882

173.050

Die Betriebsbedingungen des Versuchs sind wie folgt:

Elektrolyt: ZnSO. 60 g/l als metallisches Zink

H₂SO₄ 150 bis 200 g/l

Stromdichte (Kathode) ■ 300 A/m

Stromdichte (Anode) , · 1 000 A/m

Kathodendimensionen 600 mm χ 400 mm

Gesamtdimensionen der Anoden-

struktur . " * 580 mm χ 390 mm

eingetauchte Oberfläche der ~

Anode 72 000 mm

Zwischenelektrodenabstand 80 mm

Temperatur . 30° bis 35⁰C ... .. ,.,,

3 mm Zink werden auf beiden Seiten der flachen Kathode bei einem hohen Gesamtwirkungsgrad abgeschieden. Die Qualität der Abscheidung ist sehr gut; die Abscheidung ist im wesentlichen frei von Dendriten -und besitzt gute mechanische Stabilität. Die Dicke ist im wesentlichen gleichförmig über die gesamte Kathodenoberfläche.

Beispiel

Aus einer Elektrolytlösung, die CoSO. enthält, wird Kobalt elektrisch abgeschieden, wobei man eine Anodenstruktur ähnlich der in Fig. 5 dargestellten verwendet. Der gleichförmige Mittelabstand a beträgt 35 nun und ist bei den beiden äußeren Stäben der Struktur auf 30 mm und 25 mm verringert und der Durchmesser der Anodenstäbe b beträgt 5 mm.

Die Betriebsbedingungen sind wie folgt:

- 21 409831/0882

173.050

Elektrolyt: CoSO. 80 g/l als metallisches Co

H₂SO₄ auf pH 2

Stromdichte (Kathode) 300 A/m

Stromdichte (Anode) 1 300 A/m²

Kathodendimensionen 700 mm χ 400 mm

Gesamtdimensionen der Anoden- " -

Struktur 670 mm χ 390 mm

eingetauchte Oberfläche der 2

Anode . ' 64 500 mm

Zwischenelektrodenabstand 90 mm

Temperatur - 60° bis 80⁰C

Die Kathoden befinden sich zwischen zwei .Anoden. 6 mm Kobalt werden auf beiden Seiten der flachen Kathode bei einem hohen G-esamtwirkungsgrad abgeschieden. Die Qualität der Abscheidung ist sehr gut; die Abscheidung ist im wesentlichen frei von Dendriten und besitzt gute mechanische Stabilität. Die Dicke ist im wesentlichen gleichförmig über die gesamte Kathodenoberfläche.

Beispiel

Aus einer Elektrolytlösung, die HiSO, enthält, wird Nickel elektrisch abgeschieden, wobei man eine Anodenstruktur ähnlich der in Pig. 5 dargestellten verwendet. Der gleichmäßige Mittelabstand a beträgt 35 mm und wird für die zwei äußeren Stäbe der Struktur auf 30 mm und 25 mm verringert, und der Durchmesser der Anodenstäbe b beträgt 5 mm.

Die Betriebsbedingungen sind wie folgt:

- 22 -

409831/0882

173.050

Elektrolyt: NiSO. 80 g/l als metallisches

⁴ Nickel

H₂SO₄ auf pH 2

Stromdichte (Kathode) 300 A/m²

Stromdichte (Anode) 1 300 A/m²

Kathodendimensionen 700 mm χ 4-00 mm

Gesamtdimensionen der Anodenstruktur ■ 670 mm χ 390 mm

eingetauchte Oberfläche der ο

Anode" 64 500 mm

Zwischenelektrodenabstand 90 mm

Temperatur 60° bis 80⁰C

6 mm Nickel werden auf beiden Seiten der flachen Kathode bei einem hohen Gesamtwirkungsgrad abgeschieden. Die Qualität der Abscheidung ist sehr gut. Die Abscheidung ist im wesentlichen frei von Dendriten und besitzt gute mechanische Stabilität. Die Dicke ist im wesentlichen gleichförmig über die" gesamte Kathodenoberfläche.

Die Beispiele beschreiben Anwendungen der Erfindung zur elektrischen Reinigung oder elektrischen Gewinnung von Metallen. Anoden mit verringerter Anodenoberfläche vereinen die wohlbekannten Vorteile dimensionsstabiler Metallanoden, wie verringerten Energieverbrauch, hohe Reinheit der metallischen Abscheidung, Verzerrungsfreiheit und lange Lebensdauer im Betrieb bei verminderten Investitionskosten.

Anoden mit verringerter Anodenoberfläche können bei anderen elektrolytischen Verfahren verwendet werden, bei denen solche Bedingungen herrschen, daß die Kathodenstromdichte durch andere Bedingungen als die Stromdichtekapazität der Anode beschränkt ist und bei denen eine wertvolle Möglichkeit

- 23 -

409831/0882

240A167

173.050

zur Kosteneinsparung bei den zur Herstellung dimensionsstabiler Metallanoden erforderlichen teuren Materialien gegeben ist, wie bei organischen Elektro-Oxidations- und Elektro-Reduktionsverfahren, bei Elektroflotationsverfahren und dergleichen.

- 24 -

409831/0882

Claims

1ST 173.050 PATENTANSPRÜCHE :

1. Zelle zur elektrischen Gewinnung von Metall, "bestehend aus einem Behälter (10), "einem Metall "enthaltenden Elektrolyt in diesem Tank, mindestens einer Kathode (15), die im wesentlichen senkrecht in den Elektrolyten eingetaucht ist, mindestens einer unlöslichen Anode (14), die im wesentlichen senkrecht in den Elektrolyten eingetaucht und von der Anode in einem Abstand gehalten ist, wobei die Kathode eine Oberfläche besitzt, die im wesentlichen größer als die der Anode ist, einer Gleichstromquelle zur Lieferung elektrischen Stroms an die Anode und die Kathode bei einer anodischen Stromdichte, die 1,5- bis 20mal größer als die der Kathodenatromdichte ist, um das in diesem Elektrolyt enthaltene Metall elektrisch auf der Kathode abzuscheiden'. ' -

2. Zelle zur elektrischen Gewinnung von Metall gemäß Anspruch 1,. worin die Anode eine Serie von Stangen einer^"" leitenden Metallegierung aufweist/die gegenüber den korrodierenden Zellbedingungen· resistent ist und eine Oberfläche besitzt, die bezüglich des Anodenprozesses katalytisch wirkt.

3. Zelle gemäß Anspruch 2, worin der Teil der Anodenstangen, der dem Elektrolyten ausgesetzt ist, aus einem Ventilmetall gebildet ist und das Ventilmetall eine elektrisch leitende, elektro-katalytische Oberfläche darauf besitzt.

- 25 -

409831/0882

173.050

4. Zelle gemäß Anspruch 3, worin die Achsen der Stangen in Abständen zwischen 10 mm bis 100 mm gehalten sind und der • Abstand zwischen diesen Stangen und der Kathode zwischen 20 und 1.50 mm liegt.

5· Zelle gemäß Anspruch 3, worin die Anodenstangen entlang der Anode ungleiche Abstände aufweisen.

6. Zelle gemäß Anspruch 3, worin die leitende, elektrokatalytische Oberfläche ein Oxid von mindestens einem Metall ausgewählt unter Platin, Palladium, - Iridium, Ruthenium- und Osmium enthält.

7. Zelle gemäß Anspruch 3, worin der elektro-katalytische Überzug ein Tantaloxid und ein Iridiumoxid enthält.

8. Zelle gemäß Anspruch 6, worin der elektro-katalytische Überzug zusätzlich zu mindestens einem Metalloxid der Platingruppe mindestens ein Oxid der Gruppe Titan, Tantal, Zirkonium* Hafnium, Vanadin, Niob, Eisen, Nickel, Zinn, Aluminium, Kobalt und Chrom enthält.

9. Verfahren zur elektrischen Gewinnung von Metall, dadurch gekennzeichnet, daß man ein Elektrolytbad herstellt, .das mindestens ein elektrisch abscheidbares Metall darin enthält, eine im wesentlichen feste Kathode und eine unlösliche, nicht-korrodierende Anode mit in Abständen gehaltenen Stäben in den Elektrolyt in einer im allgemeinen vertikalen Richtung einsetzt, wobei eine elektrolytische Zelle gebildet wird, wobei die Kathode eine Arbeitsoberfläche besitzt, die zwischen 1 ,-5- und 20mal größer als die Arbeitsoberfläche der Anode ist und eine Anodenstromdichte zwischen 1,5- und 20mal der Stromdichte der Kathode besitzt, wobei glatt _haftende Abscheidungen des Metalls auf der Kathode erhalten werden.

- 26 -

409831/0882

173.050

10. Verfahren zur elektrischen Gewinnung von Metall aus einer das zu gewinnende Metall enthaltenden sauren Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß man die lösung in einer elektrolytischen Zelle zwischen einer unlöslichen Metallanode, die. aus in Abständen angeordneten Stäben gebildet wird und die eine nicht-korrodierende Metallbasis und eine leitende, elektro-katalytische Oberfläche besitzt und einer festen Kathode, auf die das Metall abgeschieden wird, worin die aktive Oberfläche der der Kathode gegenüberstehenden Anode bezüglich der aktiven Kathodenoberfläche mindestens 4- bis 5mal kleiner als die aktive Oberfläche der Kathode ist und die Anodenstromdichte bezüglich der Kathodenstromdichte mindestens 4 bis 5 mal größer als die Kathodenstromdichte ist, elektrolysiert:

11. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Basen der Anodenstäbe aus Ventilmetall bestehen und einen elektrisch leitenden, elektro-katalytischen Überzug, der ein Oxid von mindestens einem Metall der Platingruppe enthält, besitzen.

12. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug mindestens ein Oxid eines Metalls der Platingruppe und mindestens ein Oxid eines nichtedlen Metalls enthält.

13· Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektrolyse bei einer Anodenstromdichte von mindestens 93 A/cm² (600 A/sq.in.) durchführt.

14. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenstäbe in ungleichmäßigem Abstand entlang der Anode angeordnet sind.

; j S -

- 27 - '

409831/0882

175.050

15. Verfahren gemäß Anspruch. 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenstäbe entlang der Anode mit Abständen versehen sind und bezüglich der vertikalen Richtung der Kathode diagonal angeordnet sind.

16. Verfahren zur elektrischen Gewinnung von Metall aus einer das zu gewinnende Metall enthaltenden sauren Lösung, dadurch gekennzeichnet, daß man die Lösung in einer elektrolytischen Zelle zwischen einer unlöslichen Metallanode mit einer nicht-korrodierenden

• Metallbasis und einer Kathode, auf der das Metall abgeschieden wird, worin die aktive Oberfläche der der Kathode gegenüberstehenden Anode bezüglich der aktiven Kathodenoberfläche mindestens 1,5mal kleiner als die aktive Oberfläche der Kathode ist und die Anodenstromdichte" bezüglich der Kathodenstromdichte mindestens 1,5mal größer als die Kathodenstromdichte ist, elektrolysiert.

17· Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die Anode aus einer Ventilmetallbasis besteht und eine'elektrisch leitende, elektrokatalytische Oberfläche darauf besitzt, die ein Oxid von mindestens einem Metall der Platingruppe enthält.

18. Verfahren gemäß Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß der Überzug mindestens ein Oxid eines Metalls der Platingruppe und mindestens ein Oxid eines Ventilmetalls enthält.

19. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man die Elektrolyse bei einer anodischen Stromdichte von mindestens 93 A/cm (600 A/sq.in.) durchführt .

- 28 -

409831/0882

173.050

20. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis von aktiver Kathodenoberfläche zu aktiver ""Anodenoberfläche mindestens 3 beträgt.

21. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet,

daß die Kathodenstromdichte mehr als 22 A/m größer als die."bei ,Verwendung von Bleianoden"mögliche Strom dichte gewählt wird.

22. Verfahren gemäß Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß man Anoden in Porm von mit Abständen versehenden Stäben verwendet, wobei die Stäbe einen Durchmesser zwischen 2 und 16 mm besitzen^ und der Abstand der Stäbe zwischen 10 und 100 mm liegt."

23. Verfahren gemäß Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß man die Stäbe entlang den Anoden in ungleichen Abständen anordnet.

24. Anode für eine Zelle zur elektrischen Gewinnung von Metall, bestehend aus in Abständen angeordneten Stäben aus. filmbildendem Metall, das im Elektrolyt nicht korrodierbar ist, wobei die Anode eine elektrisch leitende elektro-katalytische Oberfläche, die dem Elektrolyt ausgesetzt.ist, besitzt und wobei die Anode gegenüber einer ebenen Kathode mit einer aktiven Oberfläche von 1,5 "bis 20mal größer als die aktive Oberfläche der Anode angeordnet ist.

25. Anode gemäß Anspruch 24, worin die Stäbe aus Ventilmetall bestehen und die elektro-katalytische Oberfläche ein Oxid eines Metalls der Platingruppe enthält.

- 29 -

409831/0882

-ao

173.050

26. Anode gemäß Anspruch 24, worin die Stäbe aus Titan mit einem Kupferkern bestehen und die elektrischleitende, elektro-katalytische Oberfläche ein Iridiumoxid und. ein Tantaloxid enthält.

27. Metallanoden, bestehend aus einer Serie koplanarer Stäbe aus Metallegierung, die gegenüber der korrodierenden Umgebung der Zelle resistent/ elektrisch leitend und gegenüber der Anodenreaktion elektrokatalytisch ist, wobei die Stäbe mit einer oder mehr Zuführungsstangen für elektrischen Strom verbunden sind, die koplanaren Stäbe zueinander parallel angeordnet sind und der Abstand zwischen ihren Achsen zwischen 10 und 100 mm beträgt.

28. Metallanoden gemäß Anspruch 27, worin der elektrisch- ' leitende Kern der Anodenstäbe aus Ventilmetall hergestellt ist.

29. Metallanoden gemäß Anspruch 27, worin der elektrisch-.leitende Kern der Anodenstäbe aus Metallegierung, die mindestens ein Ventilmetall enthält, hergestellt ist.

30. Metallanoden gemäß Anspruch 27, worin die elektrisch leitende und elektro-katalytische Oberfläche mindestens eines der Metalle Platin, Palladium Iridium, Ruthenium, Osmium, Rhodium, Eisen (Magnetit), Nickel, Chrom, Kupfer, Blei, Mangan als Metall oder als Oxid, Nitrid, Carbid oder Sulfid des Metalls enthält.

31. Metallanoden gemäß Anspruch 27, worin die Stäbe einen runden Querschnitt mit einem Durchmesser zwischen 2 und 16 mm aufweisen.

- 30 -

409831/0882

Leerseite