-
Elektrodenanordnung Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung
zur Abtrennung von fein verteilten Feststoffteilchen, die in einer Flüssigkeit suspendiert
sind.
-
Gemäß der Erfindung wird die Abtrennung bewerkstelligt durch Verwendung
von gasförmigen Bläschen, die durch die Flüssigkeit aufsteigen, wobei die gasförmigen
Bläschen erzeugt werden durch Elektrolyse der Flüssigkeit bzw. Lösung, in der die
Feststoffteilchen dispergiert sind.
-
Eine Abtrennung durch Flotation ist seit längerer Zeit bekannt, sie
ist jedoch mit einer Anzahl von Nachteilen verbunden.
-
Wenn die Anoden bei einem derartigen Verfahren nicht aus teuren nicht
korrodierenden Materialien bestehen, dann neigen sie zu einer raschen Zerstörung.
Da die Elektroden in die zu elektrolysierende Flüssigkeit eingetaucht werden, ist
es schwierig, die elektrischen Verbindungen an die elektroden so auszuführen, daß
sich eine gute Funktionseinheit ergibt.
-
Bei bekannten Trennvorrichtungen sind die Elektroden aus großen perforierten
oder gestreckten Metallplatten gebaut, die übereinander befestigt sind. Dort ist
es normalerweise notwendig, die gesamte Anordnung zu ersetzen, wenn eine Verschlechterung
auftritt.Wegen der Verwendung von Blättern aus perforiertem Metall oder Streckmetall
kann etwas von dem testen Material auf die Elektroden fallen, eine Blockierung verursachen
und so den Wirkungsgrad vermindern. Da die gegenwärtig verwendeten Elektroden große
Flächen haben, können außerdem metallische oder leitende Materialien, welche in
die Flüssigkeit fallen, einen Kurzschluß verursachen und somit eine plötzliche Unterbrechung
herbeiführen. Ein weiterer Nachteil der Verwendung der großflächigen Elektroden
besteht darin, daß starke Ströme in Verbindung mit niedrigen Spannungen zur Anwendung
kommen, was elektrische Verbindungen mit großem Leiterquerschnitt erfordert.
-
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrodenanordnung
zu schaffen, durch welche die oben erwähnten Nachteile vermieden werden.
-
Gegenstand der Erfindung ist eine Elektrodenanordnung, bei der ein
Rahmenteil eine Vielzahl von Anoden und Kathoden trägt, jede Anode und Kathode einen
Metallstab oder ein Metallband aufweist, ein Ende von mindestens einigen Anoden
mit einem zur elektrischen Verbindung dienenden Bügel oder Draht und ein Ende von
mindestens einigen Kathoden mit einem zur elektrischen Verbindung dienenden Bügel
oder Draht verbunden sind, die gebildeten Verbindungsstellen mit einem wasserbeständigen
Harz bedeckt sind, und die Elektroden durch am von den Verbindungsstellen entfernten
Ende jeder Elektrode angeordnete Isolatoren an einem Kontakt mit Elektroden entgegengesetzten
Pols gehindert sind.
-
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind an zwei entgegengesetzten
Seiten des Rahmenteils zwei Kanalabschnitte vorgesehen. Die elektrischen Verbindungsstellen
zwischen den Anoden und einem Verbindungsbügel sind in einem Kanalabschnitt zusammen
mit den freien Enden der Kathoden angeordnet, und die Verbindungen zwischen den
Kathoden und einem Verbindungsbügel befinden sich in dem anderen Kanalabschnitt
zusammen mit den freien Enden der Anoden. Die Kanalabschnitte sind mit einem wärmehärtbaren
Harz gefüllt, welches die elektrischen Verbindungen gegen einen Kontakt mit der
zu behandelnden Flüssigkeit abdichtet und außerdem dazu beiträgt, die Elektroden
selbst in der gewünschten Konfiguration mechanisch aus zu richten.
-
Die Isolatoren besitzen vorzugsweise die Form eines Trenngliedes,
d.h. eines Bandes aus Isoliermaterial, welches innerhalb jedes Kanal abschnittes
zwischen den Kathodenenden und den Anodenenden angeordnet und in dem wasserbeständigen
Harz
eingebettet ist.
-
In der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung können die Elektroden,
insbesondere die Anoden, aus relativ schwachen Materialien gefertigt sein, oder
es können als Alternative gewünschte Metallüberzüge auf relativ leichte Stützabschnitte
aus Metall aufgetragen werden. Die Überzüge können auf die Stützabschnitte entweder
aufgesprüht (gespritzt) durch Tauchen aufgebracht oder galvanisch auf den Stützabschnitten
abgeschieden werden. je nachdem.
-
welche Materialien verwendet werden sollen und welche Kosten aufgewendet
werden können. Der Überzug kann beispielsweise aus Titan, Titanoxid (Rutil). Bleilegierungen.
-
Bleidioxid und Zinnlegierungen bestehen.
-
Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung kann im Vergleich zu der
zu behandelnden Flüssigkeitsausdehnung klein gefertigt werden. Dies erlaubt, eine
Vielzahl solcher Elektrodenanordnungen Seite an Seite und in Serie geschaltet zu
setzen. Bei einer solchen Anordnung kann ein Abstandhalter oder eine Ablenkplatte
zwischen jede Einzelanordnung eingepaßt werden, um sicher zu stellen. daß möglicherweise
auf die Elektroden fallende metallische oder andere leitende Gegenstände nur eine
einzelne Anordnung kurzschließen können, und die übrigen normal weiterfunktionieren.
-
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung
von Ausführungsformen in Verbindung mit der Zeichnung und den Ansprüchen.
-
In der Zeichnung zeigen: Fig. 1 einen schematischen Querschnitt durch
eine Ausführungsform der Erfindung,
Fig. 2 einen schematischen Querschnitt
durch eine andere Ausführungsform der Erfindung und Figuren 3 und 4 teilweise geschnittene
Teile von entgegengesetzten Ecken der Ausführungsform nach Fig. 2.
-
In Fig. 1 sind zwei Elektrodenanordnungen 2 und 4 gezeigt, die durch
ein Abstandhaltersieb 6 voneinander getrennt sind. Die beiden Anordnungen sind in
Serienschaltung dargestellt, und der Stromkreis kann auf mehr als zwei Elektrodenanordnungen
ausgedetntwerden. Die länglichen Elektroden 8 sind in Fig. 1 in einem geneigten
Winkel gezeigt, und es ist daraus ersichtlich, daß, sollte etwas von den festen
Materialien in der zu behandelnden Flüssigkeit auf die Elektroden b fallen, die
Materialien eher dazu neigen würden, zwischen den Elektroden 8 durchzugleiten als
auf deren Oberseite liegen zu bleiben, welche sehr klein ist im Vergleich zu der
Flächenausdehnung der Elektroden 8.
-
Das Abstandhaltersieb 6, das von den Elektrodenanordnungen 2 und 4
isoliert ist, ragt, wie in den Figuren 1 und 2 dargestellt, zwischen den Elektrodenanordnungen
nach oben und erstreckt sich über die Oberkante der Elektroden 8 hinaus. Daraus
ist ersichtlich, daß das Abstandhaltersieb 6, sollte einmal ein größerer Metallgegenstand
in die Flüssigkeit fallen, aufgrund seines Hinausragens über die Oberkante der Elektroden
8 den Metallgegenstand dazu bringen würde, nur auf eine der Elektrodenanordnungen
zu fallen, so daß es allenfalls zu einem Kurzschluß in einer der Elektrodenanordnungen
kommen würde. Die übrige Anordnung würde weiterarbeiten wie zuvor.
-
Bei der in Fig. 2 dargestellten weiteren Ausführungsform einer Elektrodenanordnung
werden umgekehrt V-förmige Anoden
10 verwendet, denen jeweils zwei
längliche Kathoden 12 zugeordnet sind. Die Längsachse einer jeden Kathode 12 erstreckt
sich im wesentlichen parallel zur Spitze bzw.
-
Oberkante einer jeden umgekehrten V-förmigen Anode 10 und die Ebene
des Hauptteils einer jeden Kathode 12 ist im wesentlichen parallel zur Ebene einer
benachbarten Fläche 10a einer zugehörigen umgekehrten V-förmigen Anode 10 angeordnet.
So bildet jedes Kathodenpaar 1,2 ein wirksalzes Dach über einer Anode 10 und hindert
große Metallgegenstände daran, einen Kurzschluß an der Elektrodenanordnung verursachen
zu können. Eine derartige Gestaltung dieser Elektroden trägt auch dazu bei, daß
durch die Flüssigkeit fallendes Material zwischen den Elektroden hindurchgeleitet
wird, so daß die Gefahr eines Kurzschlusses auf ein Minimum reduziert wird. Zusätzlich
können die Elektroden 10 und 12 bei der in Fig. 2 gezeigten Konfiguration aus perforiertem
Material gefertigt sein, was das Risiko eines Kurzschlusses noch weiter vermindert.
-
Wenn erwünscht, kann jede Elektrodenanordnung selbst schaltungsmäßig
in Abschnitte aufgeteilt sein. An Stelle alle Anoden mit einem einzigen Draht in
einem Kanal entlang einer Seite des Rahmenteils und die Anoden mit einem Draht entlang
der anderen Seite des Rahmenteils zu verbinden, können die Elektroden so geschaltet
sein, daß der Draht entlang einer Seite des Rahmenteils eine Unterbrechung in seiner
Mitte besitzt, so daß die mit dem Draht entlang des anderen Kanals verbundenen Elektroden
in der Wirkung einer schwimmenden (ungeerdeten) Elektrode entsprechen. Dieser Schaltungstyp
kann leicht aus Fig. 1 ersehen werden, wenn das Abstandhaltersieb 6 zusammen mit
der Anode 8a entfernt wird. Die Gesamtheit der Zonen 2 und 4 kann dann als eine
einzelne Elektrodenanordnung
betrachtet werden, bei der die Hälfte
der Elektroden miteinander durch einen Draht verbunden ist und sich tatsächlich
auf einem Nullpotential befindet relativ zu den anderen Elektroden, die auf einem
positiven bzw.
-
negativen Potential hierzu stehen.
-
Die Figuren 3 und 4 erläutern im einzelnen die Lage der Elektroden
an jedem Ende der Elektrodenanordnung, die schematisch in Fig. 2 gezeigt ist. In
ähnlicher Weise sind auch die Elektroden der Ausführungsform nach Fig. 1 angeordnet,
was jedoch nicht dargestellt ist. Die Elektrodenanordnung weist ein Rahmenteil auf,
das von zwei Kanalabschnitten 14 und 16 (Fig. 3 bzw. 4) gebildet wird welche im
wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, eine Anzahl Elektrodenstützen
18 und eine Anzahl von (nicht dargestellten) länglichen Abschnitten auf, welche
sich zwischen den Kanalabschnitten 14 und 16 erstrecken.
-
Wie in Fig. 3 ersichtlich, sind die Enden 20 der bandförmigen Kathoden
12 elektrisch mit einem metallischen Verbindungsbügel bzw. Stange 22 verbunden.
Ein Trennglied 24 in Form eines Bandes aus elektrisch isolierendem Material erstreckt
sich unterhalb der Enden 20 der Kathoden und des Verbindungsbügels 22. Die freien
Enden 21 der Anoden 10 erstrecken sich unterhalb des Bandes 24. Die freien Enden
21 der Anoden 10, das Trennglied 24, der Verbindungsbügel 22 und die Enden 20 der
Kathode 12 sind sämtlich in ein wasserbeständiges Harz 26 eingebettet, welches den
Kanalabschnitt 14 ausfüllt. Ein Draht 28 ist mit dem Verbindungsbügel 22 elektrisch
verbunden und erstreckt sich aus dem wasserbeständigen Harz 26, damit die Kathoden
12 an eine elektrische Stromquelle anschließbar sind.
-
Die gegenseitige Lage der Elektroden am anderen Ende der Elektrodenanordnung
ist in Fig. 4 darqesimellt. An diesem Ende der Anordnung ist ein metallischer Verbindungsbügel
30 im Kanalabschnitt 16 vorgesehen. Die Enden 31 der umgekehrten V-förmigen Anoden
10 ruhen auf dem Verbindungsbügel 30 und sind elektrisch mit diesem durch metallische
Verbindungsstücke 32 verbunden. Über dem Verbindungsbügel 30 und den Enden 31 der
Anoden 10 ist ein Trennglied 34 in Form eines Bandes aus Isoliermaterial angeordnet.
Die freien Enden 36 der Kathoden 12 liegen über dem Trennglied 34. Der Verbindunqsbügel
30 die Enden 31 der Anoden 10, das Trennglied 34 und die freien Enden 36 der Kathoden
12 sind alle in einem wasserbeständigen Harz 38 eingebettet, das den Kanalabschnitt
16 ausfüllt. Ein Draht 40 ist mit dem Verbindungsbügel 30 elektrisch verbunden und
erstreckt sich aus dem Harz 38 damit die Anoden 10 an eine elektrische Stromquelle
angeschlossen werden können.
-
Beim Betrieb sind eine Anzahl von Elektrodenanordnungen (Fig. 1 oder
Fig. 2) in eine Flüssigkeit mit einer gewissen elektrischen Leitfähigkeit in geeigneter
Nebeneinanderanordnung getaucht, und eine Gleichstromnuelle ist an die Elektroden
angeschlossen. Die Flüssigkeit wird elektrolysiert und im Falle einer wässrigen
Lösung werden Sauerstoff- und Wasserstoffbläschen gebildet, welche sich von den
Elektroden lösen und durch die Flüssigkeit aufsteigen.
-
Während ihrer Wanderung nach oben durch die Flüssigkeit tragen sie
kleine Feststoffteilchen mit sich an die Oberfläche und veranlassen diese Teilchen
zu koagulieren oder zu koaleszieren. In ähnlicher Weise kann das System dazu benutzt
werden, kolloidale Suspensionen zu brechen. Unter Anwendung dieses Verfahrens ist
es möglich, im wesentlichen eine klare Flüssigkeit mit einem koagulierten Schlamm
an
der Oberfläche und einem Schlamm, der sich aus der Suspension
am Boden abgesetzt hat, zu erhalten. Der Feststoffgehalt in der Flüssigkeit kann
bis auf weniger als 40 Teile pro Million vermindert werden. Wenn eine oder mehrere
Elektrodenanordnungen infolge von Teilchen, die sich koagulieren und durch die Flüssigkeit
absinken oder infolge von irgendwelchen Metallgegenständen, die durch die Flüssigkeit
nach unten fallen, kurzgeschlossen werden, dann können die verbleibenden Elektrodenanordnungen
den Betrieb fortsetzen, bis die Zeit geeignet erscheint, das System abzuschalten.
um den Kurzschluß entweder durch Austausch der betroffenen Elektrodenanordnung oder
einfach durch Entfernen der Ursache für den Kurzschluß zu beseitigen.
-
Es ist ersichtlich, daß die erfindungsgemäße Anordnung die Verwendung
von relativ kostengünstigen Elektroden ermöglicht, welche eine ausreichende Beständigkeit
geqenüber Korrosion besitzen, aber gleichzeitig nur eine geringe mechanische Festigkeit
benötigen. Das wärmegehärtete Harz bietet einen Dauerschutz für die elektrischen
Verbindungen. Die Erfindung ermöglicht es weiterhin, Elektrodenanordnungen als Einzelelement
auszutauschen. ohne daß die Haupteinheit auseinandergerissen werden muß. Die Elektroden
anordnung gemäß der Erfindung vermeidet weiterhin das Problem, das durch die Blockierung
der bekannten perforierten Elektroden verursacht wird, dadurch, daß ein direkter
Weg für sich absetzende Materialien zum Hindurchgelangen durch die Elektrodenanordnung
freigelassen wird.
-
Durch die Verwendung einer Anzahl von Elektrodenenordnungen in Serie
wie in einer elektrischen Batterie oder einem Akkumulator werden starke Ströme vermieden.
da die angelegte
Spannung erhöht wird, während der Strom vermindert
wird entsprechend dem Reziprokenwert der Anzahl der verwendeten Elektrodenanordnungen.
Dies vereinfacht Verbindungsprobleme und führt auch zu einer Kostenminderung für
das Bereitstellen der erforderlichen elektrischen Energie für die Gesamteinheit.