DE2515714A1 - Verfahren und vorrichtung zur elektrolytischen herstellung eines pulverfoermigen metalls - Google Patents
Verfahren und vorrichtung zur elektrolytischen herstellung eines pulverfoermigen metallsInfo
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Description
DR. MÜLLER-BORE · DIPL.-ING. GROENING
DIPL.-CHEM. DR. DEUFiSI« · DIPL. CIIEM. DK. SCHÖN
DIPL.-PiHiTS. HERTiDL
PATENTANWÄLTE 2515714
1 O. APR 1975
Case C 2901 tM/th
COMPAGNIE ROYALE ASTURIENNE DES MINES, Avenue Gabriel, Paris (8^me)/Frankreich
Verfahren und Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung eines pulverförmigen Metalls.
Priorität: 12. April 1974
Prankreich
Nr. 74 12912
Nr. 74 12912
29. Mai 1974
Frankreich
Nr. 74 18539
Frankreich
Nr. 74 18539
509842/0793
Die Erfindung betrifft ein elektrolytisches Verfahren zur Herstellung
eines Metalles in pulverförmiger^ Zustand, ausgehend von
einer ionisierten Lösung einer Verbindung dieses Metalls bzw. einer Lösung, in der eine Verbindung dieses Metalls in ionisierter
Form vorliegt, sowie eine Elektrolysezelle zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung eines pulverförmigen Metalls.
Wenn ein Metall in Pulverform verwendet werden soll, ist es ' wirtschaftlich vorteilhaft, es in einer Form herzustellen, die
ohne weiteres eine Pulverisierung ermöglicht oder noch besser dieses Metall direkt in Form eines Pulvers zu bereiten. Dies
trifft insbesondere auf Zinkpulver oder Zinkstaub zu.
Es ist bereits versucht worden, ein Pulver dieses letzteren Metalls ausgehend von alkalischen Zinkoxid-Lösungen herzustellen.
Jedoch liegt das durch die Elektrolyse dieser Lösungen mit klassischen Kathoden hergestellte Zink in Form einer schwammigen
Abscheidung von verästelten brüchigen Dendriten vor, deren Haftung an der Kathode sehr unregelmäßig ist. Zur Gewinnung der
Abscheidung und ihrer Überführung in die Pulverform sind rotierende Trommelkathoden, die mit einem Abstreifer versehen sind,
eingesetzt worden. Die Abscheidung mit schwammiger Struktur bildet sich progressiv im Verlaufe des Abkratzens oder Abstreifens
in Form von Schichten. Die abgelöste Schicht wird anschliessend zerkleinert. Die Schwammstruktur, die ungleichmäßige Haftung
der Abscheidung und die dadurch bewirkte variable Dicke der Abscheidung sind weder für einen kontinuierlichen Austrag ohne
Zerbrechen der Schicht bzw. des Blattes noch für ein gleichmäßiges Zerkleinern günstig.
Es ist bereits versucht worden, das Zink direkt in pulverförmigem Zustand zu gewinnen, indem man es auf einer vibrierenden Kathode
abscheidet, von der es sich unter der Einwirkung der Vibration in Form von Körnern ablöst. Die Struktur der Abscheidung und
die ungleichmäßige Haftung an der vibrierenden Kathode führen zu zufallsbedingten Ergebnissen. Weiterhin ergeben sich für eine
Durchführung in industriellem Maßstab mechanische Schwierigkeiten
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der zu verwendenden Vorrichtungen und die aufzuwendenden Energiemengen
schließen eine wirtschaftliche Durchführung des Verfahrens aus.
Mit dem Ziel der direkten Herstellung eines Metalls in Form eines feinen, gleichmäßigen und leicht zu gewinnenden Pulvers wurde
das erfindungsgemäße Verfahren zur elektrolytischen Herstellung "
eines pulverförmigen Metalls aus einer ionisierten Lösung einer
Verbindung dieses Metalls gefunden, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man als Kathode eine Schicht aus einem Pulver dieses
Metalls verwendet, die Elektrolyse in an sich bekannter Weise unter Bedingungen durchführt, die eine pulverförmige Abscheidung
begünstigen, und das abgeschiedene Pulver gewinnt.
Vorzugsweise handelt es sich bei dem Metall um Zink.
Vorteilhafterweise handelt es sich bei der ionisierten Lösung einer Zinkverbindung bzw. einer Lösung, in der die Zinkverbindung
in ionisiertem Zustand vorliegt, um eine alkalische Lösung von Zinkoxid in wässrigem Medium.
Mit Vorteil enthält diese Lösung pro Liter 10 bis 350 g gelöstes Zinkmetall in Form des Oxids in einer wässrigen Kaliumhydroxidlösung
mit einer Konzentration von 100 bis 800 g/l.
Gegenstand der Erfindung ist ferner ein Verfahren zur Herstellung von pulverförmigem Metall, gemäß dem man das pulverförmige
Metall periodisch in der ionisierten Lösung in turbulente Suspension bringt, die Suspension unter Ersatz durch eine neue
ionisierte Lösung entnimmt, die Bestandteile der entnommenen Suspension trennt und das pulverförmige Metall einerseits gewinnt,
während man die ionisierte Lösung andererseits im Kreislauf zurückführt.
Nachdem in der Zelle keine Turbulenz mehr vorliegt, setzt sich das
verbliebene Pulver ab und bildet erneut die Kathode. Andererseits kann die Trennung der Bestandteile der entnommenen Sus-
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pension in das Metallpulver und die ionisierte Lösung außerhalb der Zelle erfolgen, währenddem diese sich im Betrieb befindet.
Vorteilhafterweise überführt man das Metall durch Einführen der neuen ionisierten Lösung in eine turbulente Suspension und trennt
die Bestandteile der Suspension durch Absetzen des Pulvers und Abdekantieren der ionisierten Lösung voneinander. In dieser Weise
erfolgen das Suspendieren des pulverförmigen Metalls und der Ersatz der Suspension mit einer einzigen Maßnahme, während die
Trennung der Bestandteile der Suspension in einfacher Weise erfolgt
.
Die Erfindung betrifft ferner das bei diesem Verfahren erhaltene Metallpulver.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Elektrolysezelle
zur Durchführung des genannten Verfahrens, die gekennzeichnet ist durch eine Kathode aus einer Schicht eines Pulvers dieses
Metalls mit einer Kathodenstromzuführung in Form eines in die Schicht eingebetteten Netzes und eine oberhalb der Kathode angeordnete
beständige Anode.
Vorzugsweise besteht die Kathodenstromzuführung aus dem gleichen Metall wie das abzuscheidende Metall oder aus einer dieses Metall
enthaltenden Legierung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Kathodenstromzuführung
mit einer Schicht aus dem gleichen wie dem abzuscheidenden Metall bedeckt.
Vorteilhafterweise ist die Anode plan, durchbrochen und horizontal
angeordnet. Sie besteht vorzugsweise aus rostfreiem Stahl.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin eine Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung und Gewinnung eines pulverförmigen
Metalls zur Durchführung des genannten Verfahrens, die mindestens eine Elektrolysezelle mit einer Kathode aus einer Schicht eines
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Pulvers des abzuscheidenden Metalls und eine Kathodestromzuführung
aus einem horizontal angeordneten, in die Schicht aus dem Kathodenpulver eingebetteten Gitter, die dadurch gekennzeichnet
ist, daß sie in Kombination mit der genannten Zelle eine Einrichtung zur Zuführung der ionisierten Lösung, die einen
Lagerbehälter und eine Einrichtung zum Fördern der ionisierten Lösung aus diesem Behälter über mindestens eine Einspritzvorrichtung
in die Zelle umfaßt, und eine Einrichtung zum Abziehen der Suspension mit einer Einrichtung zum Absaugen und überführen der
Suspension aus der Zelle in eine Dekantiereinrichtung aufweist,
wobei die Fördereinrichtung und die Saugeinrichtung gleichzeitig periodisch mit gleichen Durchsätzen betrieben werden können.
Vorzugsweise handelt es sich bei den genannten Förder- und Saug-Einrichtungen
um gekoppelte und auf gleiche Durchsätze angepaßte Pumpen, die mit Hilfe eines Zeitschalters in gleichen Intervallen
während bestimmter Zeitdauern in Betrieb gesetzt werden.
Einer bevorzugten Ausführungsform zufolge umfaßt die Vorrichtung eine zylindrische Elektrolysezelle mit vertikaler Achse, eine
Vielzahl von in regelmäßigen Abständen an dem Umfang der Zelle in der Nähe der Kathode angebrachte Einspritzeinrichtungen und ein
in senkrechter Richtung verlaufendes, von der Anode ausgehendes und in der Saugeinrichtung endendes Saugrohr.
Durch diese Anordnung erfolgt das Einführen der neuen ionisierten Lösung in den Bereich der Kathode, in dem sich das pulverförmige
Metall abscheidet, was zur Folge hat, daß dieses Pulver wirksam in Suspension gebracht und von der Peripherie der Zelle bis zu
der Achse der Zelle überführt wird, von wo aus es über das Saugrohr abgezogen wird.
Vorteilhafterweise sind die Einspritzeinrichtungen tangential zu dem Umfang mit gleicher Winkelstellung in der Nähe der
Kathodenstromzuführung angeordnet. Hierdurch verursacht das Einführen
der ionisierten Lösung einen koaxial zu der Zelle verlaufenden Wirbel, der sowohl den Suspendiervorgang als auch die
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gleichmäßige Gesamtbewegung der Lösung von der Peripherie zum Zentrum hin begünstigt.
Vorzugsweise handelt es sich bei der Anode um eine im Abstand von
der-Peripherie angeordnete horizontale Scheibe, die auf ihrer
oberen Oberfläche mit einem isolierenden Überzug versehen ist.
Das genannte Saugrohr ist durch eine im Zentrum angeordnete öffnung durch diese Anode hindurchgeführt und mindestens in jenen
Bereichen isoliert, die mit der ionisierten Lösung in Berührung stehen.. Die Anode ist im Abstand von dem Umfang angeordnet und
stört die Strömung der Fluide beiderseits der Anode nicht. Der isolierende überzug der oberen Oberfläche der Anodenscheibe unterdrückt
einen Stromfluß von dieser oberen Oberfläche und führt eine gleichmäßige Stromdichte der Anode und damit gleichmäßige
Elektrolysebedingungen herbei. An der isolierenden Wandung des Saugrohres erfolgen keine Sekundärreaktionen.
VorteilSiafterweise umfaßt die Seile auf der Oberfläche ihres Umfangs
mindestens eine vertikal verlaufende Rinne, in der eine isolierte Verbindungsleitung für die Kathodenstromzuführung angeordnet
ist. Aufgrund dieser Anordnung ragen die Verbindungen der KatkaäeiLstromzuführungen nicht in die zylindrische Zelle hinein
und stören die Wirbelbewegung der Suspension nicht, wenn die frische ionisierte Lösung eingespritzt wird.
Vorzugsweise ist die Dekantxerexnrxchtung mit einer AustragvorricktaiKT
versehen, mit der das ara Boden der Dekantxerexnrxchtung abgesetzte pulverförmige £4etall nach oben gefördert wird. In dieser
Weise kann das Pulver kontinuierlich aus der Dekantxerexnrxchtung ausgetragen werden.
Einer bevorzugten Ausführungsform zufolge ist der Boden der Dekantiereinrichtung V-förmig mit geneigter Kante gestaltet, in
der eine die Austragvorrichtung bildende Archimedische Schnecke angeordnet ist. Das sich absetzende Pulver sammelt sich in dem Bereicit
der Kante des V-förmig gestalteten Bodens und wird dort mit Hilfe der Archimedischen Schnecke aufgenommen.
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Vorteilhafterweise besitzt die Dekantiereinrichtung einen überlauf,
der sich in den genannten Behälter entleert. In dieser Weise wird das Rückführen der ionisierten Lösung erleichtert.
Um zu vermeiden, daß auf der Oberfläche schwimmendes pulverförmiges
Metall unter der Einwirkung von Gasblasen aus der Dekantiereinrichtung in den Behälter überführt wird, kann die
Dekantiereinrichtung mit einem an der Oberfläche und in der Nähe
des Überlaufs angeordneten Rührer versehen sein, der das an der Oberfläche schwimmende Pulver unter die Oberfläche treibt.
Mit Vorteil ist der Behälter mit Einrichtungen zur Einstellung der
Konzentration der genannten ionisierten Lösung versehen. Die ionisierte Lösung, die wegen der Bildung des Pulvers an Metallionen
verarmt ist, kann wieder auf ihre ursprüngliche Konzentration gebracht werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung umfaßt die Vorrichtung eine Vielzahl von Elektrolysezellen, die eine Einrichtung
zur Zuführung der ionisierten Lösung und eine Einrichtung zum Abziehen der Suspension umfassen, wobei die Fördereinrichtungen
und die Saugeinrichtungen in zyklischer Folge mit den entsprechenden Einrichtungen der anderen Zellen der Vielzahl der
Zellen in Verbindung stehen.
In dieser Weise wird der Wirkungsgrad der Fördereinrichtungen und Saugeinrichtungen gesteigert, indem die Förderleistung der Zellen
und das Abziehvermögen der Abzieheinrichtungen ausgeglichen
werden.
Vorteilhafterweise sind die genannten Zellen übereinander angeordnet
und bilden mindestens eine vertikale Säule. Diese Gruppierung der Zellen in Form einer Säule stellt eine platzsparende
Anordnung dar.
Weitere Ausführungsformen, Gegenstände und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung, den Beispielen und
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den Zeichnungen.
Die Fig. 1 zeigt eine vertikale Schnittansicht durch eine Elektrolysezelle der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Die Fig. 2 gibt eine Draufsicht auf diese Elektrolysezelle wieder.
Die Fig. 3 verdeutlicht in sehematischer Weise die
erfindungsgemäße Vorrichtung mit einer Elektrolysezelle.
Die Fig» 4 gibt scheinatisch eine Vorrichtung an, die eine
Säule aus vier Zellen umfaßt.
Gemäß der in den Fig. 1 und 2 gezeigten Ausführungsform umfaßt die Elektrolysezelle 1 mit zylindrischer Form in einem Behälter
aus isolierendem Material eine Kathode 12, die aus einer Schicht 12a aus einem Pulver des abzuscheidenden Metalls und
einer in diese Pulverschicht 12a eingebetteten Kathodenstromzuführung 12b besteht, die aus einem Netz mit quadratischen
Maschen aufgebaut ist. Kathodenstromverbindungsleitungen 13, die in den vertikal verlaufenden Rinnen 14 auf der inneren Oberfläche
des ümfangs des Behälters 11 angeordnet sind, verbinden die
Kathode 12 mit dem negativen Pol einer (nicht dargestellten) Stromquelle für die Elektrolyse. Die Deckel 14a verschließen
die Rinnen 14 und stellen die Kontinuität der Zylinderform des inneren Bereiches des Behälters 11 wieder her. Die in Form einer
in Bezug auf die Achse des Behälters zentrierten horizontalen Scheibe vorgesehene Anode 15 trägt auf ihrer oberen Oberfläche
einen isolierenden überzug 15a. Diese Scheibe ist im Abstand von der Wandung des Behälters angeordnet und ermöglicht ein Durchströmen
des Elektrolyten 16 oder der sich bildenden Gase, über
Verbindungsleitungen 15b, die an den Stellen, an denen sie mit dem Elektrolyten 16 in Berührung kommen, isoliert sind, ist die
Anode 15 mit dem positiven Pol der Stromquelle für die Elektrolyse verbunden. Im Bereich der Kathode 12 etwas unterhalb der
Kathodenstromzuführung 12b enden vier Einspritzvorrichtungen 17, die im Winkel von 90° zueinander tangential an der Peripherie
des Behälters 11 in der gleichen Winkelrichtung angeordnet sind.
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25157H
Ein* aus isolierendem Material bestehendes Saugrohr 18 verläßt den Behälter 11 in axialer Richtung dieses Behälters und ist über
eine zentrale öffnung durch die Anode 15 hindurchgeführt. Dieses Rohr ist anschließend gekrümmt und verläuft dann horizontal.
Wie aus der Fig. 3 zu ersehen ist, endet dieses Rohr im Inneren einer Saugpumpe 20, die das Material in eine Dekantiereinrichtung
überführt. Diese Dekantiereinrichtung 2 umfaßt einen Behälter 21, der einen V-förmigen Boden mit geneigter Rinne oder Kante aufweist.
In dieser Rinne oder Kante ist eine Archimedische Schnecke 22 angeordnet, die das am Boden der Dekantiereinrichtung abgesetzte
Pulver in einen äußeren Behälter 25 fördert. Mit Hilfe eines Überlaufs 23 wird das Flüssigkeitsniveau in der Dekantiereinrichtung
gesteuert. In der Nähe des Überlaufs ist ein langsam laufender Rührer 24 angeordnet, der die Oberfläche der Flüssigkeit durchrührt.
Die aus der Dekantiereinrichtung 2 überströmende Flüssigkeit wird mit Hilfe des Überlaufs 23 in einen Lagerbehälter 3
überführt und kann von diesem Behälter 3 über eine Förderpumpe 30 mit Hilfe der Einspritzvorrichtungen 17 in die Elektrolysezelle 1
eingeführt wer.den. Der Behälter 3 ist mit Einrichtungen zum Einstellen
der Konzentration des Elektrolyten ausgerüstet, die schematisch eine Mischeinrichtung 32 mit Zuführungsleitungen für das
Einführen der Bestandteile des Elektrolyten, eine Förderpumpe 33 und einen Beschickungsbehälter 34 umfassen, aus dem ständig über
die Leitung 35 ein Strom des Elektrolyten mit wieder eingestellter Konzentration in die Zelle 1 eingeführt wird, während über die
Leitung 19 das aus dieser Zelle überlaufende Material in die Dekantiereinrichtung 2 zurückgeführt wird.
Das folgende Beispiel dient der weiteren Erläuterung der Erfindung.
Man bildet eine experimentelle Elektrolysezelle in einem großen Behälter, auf dessen Boden man ein Netz aus galvanisiertem Eisen
mit quadratischen Maschen mit einer Seitenlänge von 12 nun anordnet.
Dieses Netz ist über eine Leitung mit dem negativen Pol einer Gleichstromquelle verbunden. Dann bedeckt man den Boden des Behäl-
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ters rait einer Schicht aus Zinkpulver, das man schwach feststampft
und an der Oberfläche ausgleicht, um eine homogene Pulverschicht zu bilden, die das Netz vollständig umhüllt. Anschließend
ordnet man parallel zu der Kathodenschicht und einige Zentimeter oberhalb davon eine Anode an, die aus einer durchbrochenen
Scheibe aus rostfreiem Stahl besteht und mit dem positiven Pol der Stromquelle verbunden ist.
Dann bereitet man durch Auflösen einer abgemessenen Menge Zinkoxid
in einer wässrigen Kaiiumhydroxidlösung mit einer Konzentration
von 675 g pro Liter einen Elektrolyt, der 30 g Zink pro Liter enthält. Dieser Elektrolyt wird derart in die genannte
Zeile eingegossen, daß die Anode bedeckt ist. Die Elektrolyse erfolgt ohne künstliches Erhitzen oder Kühlen mit einer schein-
baren Kathodenstromdichte von 12 A/dm . Diese Kathodenstromdichte
wird als scheinbar bezeichnet, da sie auf die makroskopische Oberfläche der Pulverschicht und nicht auf die wirksame
Oberfläche der Pulverkörner bezogen ist.
Nach einer ausreichenden Zeit wird das auf der Kathode abgeschiedene
Pulver gewonnen und hinsichtlich der Korngrößenverteilung analysiert.
Analysenergebnis: Korngröße 100 μπι 70%
Korngröße 40 μια 19%
Es ist festzustellen, daß der Aufbau des abgeschiedenen Pulvers identisch ist mit dem Pulverf das ursprünglich zur Bildung der
Kathodenschicht verwendet wurde, so daß diese auch aus einem Pulver hergestellt werden kann, das bei einem vorhergehenden
Betrieb der Zelle erhalten wurde. Es ergibt sich daraus, daß die Natur der Kathode sich nach der Abscheidung nicht verändert und
daß das sich abscheidende Pulver entweder intermittierend oder kontinuierlich gewonnen werden kann, ohne daß die Verfahrensbedingungen
geändert werden müssen.
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Die in Bezug auf die Fig. 1, 2 und 3 beschriebene Vorrichtung
funktioniert wie folgt: Wie in dem obigen Beispiel beschrieben, erfolgt die Elektrolyse in der Weise, daß sich auf der Kathode
pulverförmiges Metall abscheidet, das die Dicke der ursprünglichen Pulverschicht 12a erhöht. Periodisch werden die mechanisch
oder elektrisch gekoppelten Pumpen 20 und 30 in Betrieb gesetzt, wobei die Durchsätze dieser Pumpen unter Berücksichtigung der
Beschickungsverluste und der Dichten der geförderten Fluide derart gesteuert werden, daß sie im wesentlichen gleich sind. Die
Zuführung des Elektrolyten über die tangential angeordneten Einspritzvorrichtungen 17 in die Zelle 1 in den Bereich der
Pulverschicht 12a bringt den Zelleninhalt in eine Rotationsbewegung
, wodurch das Pulver 12a aufgrund der Turbulenz in dem
Elektrolyten 16 suspendiert wird. Diese Drehbewegung wird durch
die mit den Deckeln 14a abgedeckten Kathodenverbindungsleitungen 13 nicht gestört. Durch das gleichzeitige Absaugender Suspension mit
Hilfe der Pumpe 20 über das Rohr 18 wird zuzüglich zu der Rotationsbewegung eine Bewegung der gesamten Suspension von der
Peripherie zu der Achse hin bewirkt. Die in den Behälter 21 der Dekantiereinrichtung 2 eingebrachte Suspension beruhigt sich, wobei
das Metallpulver sich am Boden des Behälters 21 absetzt, von wo aus des über die Archimedische Schnecke 22 in den Behälter
überführt wird. Aufgrund der Freisetzung von Gasen während der Elektrolyse kann ein Teil des Pulvers durch das Anhaften an den
Gasbläschen an der Oberfläche schwimmen. Das langsame Rühren der Oberfläche mit Hilfe des Rührers 24 unterbricht die Verbindung
zwischen den Gasbläschen und den Pulverkörnern, die dann wieder in die Flüssigkeit eingebracht werden und sich absetzen. Der
abdekantierte überschüssige Elektrolyt strömt über den überlauf
in den Behälter 3.
Wie schematisch aus der Fig. 4 zu ersehen ist, sind vier Elektrolysezellen
101, 102, 103 bzw, 104 unter Bildung einer Säule 100 aufeinandergestapelt. Jede Zelle umfaßt eine Pulvermetallkathode
121, 122, 123 und 124, eine Scheibenanode 151, 152, 153 und 154, Einspritzvorrichtungen 171, 172, 173 und 174 und Absaugrohre 181,
182, 183 und 184. Eine Förderpumpe 30 ist mit dem Lagerungs-
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behälter 3 und einem Verteilerrohr 300 verbunden, das getrennt über die Ventile 301, 302, 303 bzw. 304 mit den Einspritzvorrichtungen
171, 172, 173 bzw. 174 verbunden werden kann. In analoger Weise bewirkt eine mit der Dekantiereinrichtung 2 verbundene
Saugpumpe 20 einen Unterdruck in der Sammelleitung 200, die über
die Ventile 201, 202, 203 bzw. 204 getrennt mit den Saugrohren 181, 182, 183 bzw. 184 in Verbindung gebracht werden kann. Die
Ventile 201 und 301 sind gekoppelt, ebenso wie die Ventile 202 und 302, 203 und 303 und 204 und 304. Ein nicht gezeigtes
Programmiergerät betätigt in regelmäßigen Intervallen und in zyklischer Folge die Ventilpaare 201^301, 202-302, 203-303,
204-304 derart, daß nacheinander das in jeder Zelle abgeschiedene Pulver suspendiert und entnommen und in die Dekantiereinrichtung
überführt wird.
Durch diese Anordnung von mehreren Zellen mit einer Dekantiereinrichtung
und einem Lagerbehälter, bei der das Pulver in zyklischer Abfolge aus jeder Zelle entnommen wird, werden die
Produktionskapazität der Gesamtheit der Zellen und die Extraktionskapazität der Dekantiereinrichtung ausgeglichen.
In typischer Weise wurde eine Vorrichtung zur Herstellung und Extraktion von Zinkpulver, ausgehend von einer Lösung von Zinkoxid
in Kaliumhydroxidlösung mit folgenden Eigenschaften hergestellt:
Anzahl der Zellen in der Säule; 4
Durchmesser der Zellen: etwa 0,4 m
Elektrolytvolumen in jeder Zelle: etwa 18 1
Kathodenstromzuführung; Gitter aus galvani
siertem Eisen mit
quadratischen Aschen
12 mm Seitenlänge
Abstand der Anode von der Kathode: etwa 8 cm
Art des Elektrolyten: Lösung von Zinkoxid
mit einem Gehalt von 30 g Zink pro Liter
in Kaliumhydroxid-
iögtmg mit einer Kongentration
von
•Elektrolysestromstärke pro Zelle: etwa 150 A
Dauer der Suspensionsentnahme
pro Zelle: 15 bis 20 Sekunden
Entnahmeperiode pro Zelle: etwa eine halbe Stunde.
Obwohl in der Beschreibung gewisse, dem Fachmann geläufige Einzelheiten
nicht angegeben sind, wie Einrichtungen zur Belüftung der Zellen, Einrichtungen zur überwachung und zur Einstellung der
Konzentration des Elektrolyten, der Aufbau eines ZeitProgrammiergeräts
oder die Regelung der Elektrolysestromstärke, ist die Anwendung dieser Details möglich, ohne den Rahmsn der Erfindung zu
verlassen.
Ebenso versteht es sich, daß die Erfindung nicht auf die beschriebenen
Ausführungsbeispiele beschränkt ist und daß ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen auch verschiedene Abänderungen angewandt
werden können, die sowohl die Art der Trennung des Pulvers von dem Elektrolyten als auch die Ausgestaltung und die Anordnung
der Zellen anbetrifft.
Obwohl das obige Beispiel die Herstellung von Zink durch die Elektrolyse einer Lösung von Zinkoxid in konzentrierter Kaliumhydroxidlösung
beschreibt, kann natürlich die Zusammensetzung des Elektrolyten, seine Art oder das abzuscheidende Metall verändert
werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Vorzugsweise wählt man als Kathodenstromzuführung ein Gitter aus
dem gleichen Metall wie dem abzuscheidenden oder eine dieses Metall enthaltenden Legierung an oder man setzt ein Gitter ein,
das mit einer Schicht des abzuscheidenden Metalls bedeckt ist, wodurch störende Berührungspotentialdifferenzen an der Grenze der
Schicht aus dem Kathodenpulver und der Kathodenstromzuführung vermindert oder unterdrückt werden,Es versteht sich jedoch, daß
es auch im Rahmen der Erfindung liegt, die Kathodenstromzuführung
aus einem Metall zu bilden, das von dem abamecheidenden Metall
verschieden ist.
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Claims (25)
1. Elektrolytisches Verfahren zur Herstellung eines pulverförmigen
Metalls aus einer ionisierten Lösung einer Verbindung dieses Metalls, d adurch gekennzeichnet, daß
man als Kathode eine Schicht aus einem Pulver dieses Metalls verwendet, die Elektrolyse in an sich bekannter Weise unter
Bedingungen durchführt, die eine pulverförmige Abscheidung
begünstigen, und das abgeschiedene Pulver gewinnt..
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß man als Metall Zink herstellt und verwendet.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man als ionisierte Lösung eine alkalische Lösung von Zinkoxid in wässrigem Medium einsetzt.
4. Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,
daß man eine ionisierte Lösung verwendet, die pro Liter 10 bis 350 g Zinkmetall enthält, das in Form des
Oxids in einer wässrigen Kaiiumhydroxidlösung mit einer Konzentration
von 100 bis 800 g/l gelöst ist.
5ο Verfahren nach Anspruch !,dadurch gekennzeichnet,
daß man das pulverförmige Metall periodisch
turbulent in der ionisierten Lösung suspendiert, die Suspension unter; Ersatz durch eine frische ionisierte Lösung entnimmt,
die Bestandteile der entnommener» Suspension trennt und das pulverförmige Metall einerseits gewinnt, während man die
ionisierte Lösung andererseits lsi Kreislauf zurückführt.
6,- Verfahren nach Anspruch 1 s- ä a, et u r c h g e k e η η -
■ ζ -<B.'i ο h η e t, daß issn das pulverförmige Metall durch Einführen
von frischer, ionisierter Lösung turbulent suspendiert
5Q9842/QTS3,
und die Bestandteile der Suspension durch Sedimentieren des
Pulvers und Dekantieren der ionisierten Lösung voneinander trennt.
7. Metallpulver, erhältlich gemäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6.
8. Elektrolysezelle zur Durchführung des Verfahrens nach einem
der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Kathode (12) aus einer Schicht (12a) eines
Pulvers dieses Metalls mit einer Kathodenstromzuführung (12b) in Form eines in die Schicht (12a) eingebetteten
Netzes oder Gitters und eine oberhalb der Kathode angeordnete beständige Anode (15).
9. Elektrolysezelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kathodenstromzuführung (12b) aus dem gleichen Metall wie dem abzuscheidenden Metall oder
einer dieses Metall enthaltenden Legierung besteht.
10. Elektrolysezelle nach Anspruch 8, dadurch g e kennz eichnet, daß die Kathodenstromzuführung mit
einer Schicht aus dem gleichen Metall wie dem abzuscheidenden Metall bedeckt ist,
11. Elektrolysezelle nach einem der Ansprüche 8 bis 10,. dadurch gekennzeichnet, daß die Anode
(15) eben, durchbrochen und horizontal angeordnet ist.
12. Elektrolysezelle nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Anode (15) aus rostfreiem Stahl besteht.
13. Vorrichtung zur elektrolytischen Herstellung und Gewinnung eines pulverförmigen Metalls zur Durchführung des Verfahrens
nach Anspruch 6, umfassend mindestens eine Elektrolysezelle (1)
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mit einer Kathode (12) aus einer Schicht (12a) eines Pulvers
des abzuscheidenden Metalls und einer Kathodenstromzuführung (12b) aus einem horizontal angeordneten, in die Schicht
(12a) aus dem Kathodenpulver eingebetteten Gitter, dadurch gekennzeichnet, daß sie in
Kombination mit der genannten Zelle (1) eine Einrichtung zur Zuführung der ionisierten Lösung, die einen Lagerbehälter
(3) und eine Einrichtung (30) zum Fördern· der ionisierten Lösung aus diesem Behälter (3) über mindestens eine Einspritzvorrichtung
(17) in die Zelle (1) umfaßt, und eine Einrichtung zum Abziehen der Suspension mit einer Einrichtung
(18, 20) zum Absaugen und überführen der Suspension aus der
Zelle (1) in eine Dekantiereinrichtung (2) aufweist, wobei die Fördereinrichtung und die Saugeinrichtung gleichzeitig
periodisch und mit im wesentlichen gleichen Durchsätzen betrieben werden können.
14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß die Förder- und Saug-Einrichtungen gekoppelt,e Pumpen (20, 30) umfassen, die auf im wesentlichen
gleiche Durchsätze eingestellt sind und während gleicher Zeitintervalle während einer vorherbestimmten Zeit mit Hilfe
eines Zeitschalters in Betrieb gesetzt werden.
15. Vorrichtung nach den Ansprüchen 13 oder 14, gekennzeichnet
durch eine zylindrische Elektrolysezelle (1) mit vertikaler Achse, einer Vielzahl von regelmäßig
an dem Umfang der Zelle (1) in der Nähe der Kathode (12)
angeordnete Einspritzvorrichtungen (17) und ein Saugrohr,
das aus der vertikalen Achse der Anode (15) austritt und in der Saugeinrichtung (20) endet.
16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet,
daß die Einspritzvorrichtungen (17) tangential an dem Umfang der Zelle (1) in der Nähe der
Kathodenstromzuführung (12b) und in gleicher Winkelrichtung
angeordnet sind, «--->.
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25157H
17. Vorrichtung nach den Ansprüchen 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine Anode (15) aus einer
horizontal und im Abstand zu dem Umfang angeordneten Scheibe, die an ihrer oberen Oberfläche mit einem isolierenden Überzug
(15a) versehen ist und durch die über eine mittlere Öffnung das Saugrohr (18) hindurchgeführt ist, das mindestens in
jenen Bereichen, die mit der ionisierten Lösung in Berührung stehen, isoliert ist.
18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch
gekennzeichnet, daß die Zelle (1) auf mindestens einer Oberfläche ihres ümfangs eine vertikale Rinne (14)
aufweist, in der ein isolierter Verbindungsleiter für die Kathodenstromzuführung angeordnet ist.
19. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 18, dadurch
gekennzeichnet, daß die Dekantiereinrichtung (2) mit einer Pulveraustragvorrichtung (22) ausgerüstet ist, über
die das am Boden abgesetzte pulverförmige Metall aus der Dekantiereinrichtung ausgetragen wird.
20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet,
daß die Dekantiereinrichtung einen V-förmigen Boden mit geneigter Kante oder Rinne und eine in der Rinne
oder Kante angeordnete Archimedische Schnecke als Austragvorrichtung (22) aufweist.
21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 20, dadurch gekennzeichnet, daß die Dekantiereinrichtung (2)
einen mit dem Behälter (3) verbundenen Überlauf (23) aufweist.
22. Vorrichtung nach Anspruch 21,dadurch gekennzeichnet,
da,ß die Dekantiereinrichtung'in der Nähe des Überlaufs mit einem an der Oberfläche wirkenden Rührer
ausgerüstet ist.
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23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß der Behälter (3) mit Ein-
. richtungen (32) zur Einstellung der Konzentration der ionisierten Lösung ausgerüstet ist.
24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 23, dadurch
gekennz eichnet, daß sie eine Vielzahl von Elektrolysezellen in Kombination mit Einrichtungen zur Zuführung
der ionisierten Lösung und zum Abziehen der Suspension aufweist, wobei die Fördereinrichtungen (30, 300) und die
Saugeinrichtungen (18, 20 und 200) nacheinander mit sämtlichen Zellen der Vielzahl in Verbindung stehen.
25. Vorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, daß die Zellen übereinandergestapelt sind
und mindestens eine vertikale Säule bilden.
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