DE2822332B1 - Elektrolyseanlage zur Abscheidung von Metallen,insbesondere Zink,aus einem waesserigen Elektrolyten - Google Patents

Description

• Wie bereits dargelegt, können Umkehrstromrichter für das PCR-Verfahren nicht ohne besondere Schutzmaßnahmen in anderen Metallelektrolysen als Kupferelektrolysen eingesetzt werden, wenn diese Elektrolysen mit hohen Polarisationsspannungen arbeiten. Der Grund hierfür ist das Auftreten von Kurzschlußströmen im Gleichrichter, wenn bei Umkehrstrombetrieb das Netz ausfällt und eine Kommutierung des Stromes von einer Gleichrichterphase zur nächsten nicht mehr möglich ist Bei Brückenschaltung der Elektrolysezellen kann im gleichen Störungsfall kein Kurzschlußstrom durch den Umkehrstromrichter fließen, weil in der Brückendiagonale die Summe der Polarisationsspannungen gleich Null ist Auf den Gleichrichter wirkt sich ein Netzausfall ohnehin nicht aus.
• Die Anzahl der Elektrolysezellen muß in jedem Brückenzweig A bis D gleich sein, damit die Summe der Polarisationsspannungen in jeder Stromschleife zu Null wird Dabei kann die Anzahl der parallelen Mutterbleche, an denen sich das Metall abscheidet, je Zelle und die daraus resultierende Belastung der Zellen relativ groß sein.
• F i g. 3 zeigt ein Prinzipschaltbild einer Elektrolyseanlage mit den Elektrolysezellen 1 bis 4 in den Zweigen einer Brückenschaltung und die zugehörigen Stromrichter 5 und 6 mit Thyristoren 7 in Drehstrombrückenschaltung. Der Gleichrichter 5 und der Umkehrstromrichter 6 sind an denselben Wechselstromschienen 8 angeschlossen, die mit den Sekundärwicklungen eines Gleichrichtertransformators 9 verbunden sind Der Primärwicklung des Transformators ist netzseitig ein Leistungsschalter 10 vorgeschaltet Werden die Stromrichter in Drehstrom-Saugdrosselschaltung betrieben, dann ist der Transformator mit getrennten Sekundärwicklungen für den Gleichrichter und den Umkehrstromrichter auszustatten Nach F i g. 4 sind der Gleichrichter 5 und der Umkehrstromrichter 6 je Phase an einer gemeinsamen Wechselstromschiene 8 angeschlossen, während gleichstromseitig für jeden Stromrichter 5, 6 eine eigene Sternpunktschiene 11 bzw. 12 vorgesehen ist

Claims (1)

1. Patentansprüche: 1. Elektrolyseanlage zur Abscheidung von Metallen, insbesondere Zink, aus einem wässerigen Elektrolyten, mit Stromrichtern, die den Elektrolysestrom und kurzzeitig einen diesem entgegengerichteten Strom in periodischer Folge liefern, d a -durch gekennzeichnet, daß auf die Brückenzweige (A bis D) einer Brückenschaltung die Elektrolysezellen (1 bis 4) der Anlage und auf die Diagonalen (E, F) der Brückenschaltung die Stromrichter (5, 6) aufgeteilt sind, von denen jeweils der eine als Gleichrichter (5) den Elektrolysestrom und der andere als Umkehrstromrichter (6) den kurzzeitigen Gegenstrom liefert 2. Elektrolyseanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichter (5, 6) wechselspannungsseitig an einem gemeinsamen Gleichrichtertransformator (9) angeschlossen sind.

   3. Elektrolyseanlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromrichter (5, 6) wechselstromseitig an denselben Stromschienen (8) und gleichstromseitig an getrennten Sternpunktschienen (in, 12) angeschlossen sind.

   Die Erfindung bezieht sich auf eine Elektrolyseanlage zur Abscheidung von Metallen, insbesondere Zink, aus einem wässerigen Elektrolyten, mit Stromrichtern, die den Elektrolysestrom und kurzzeitig einen diesem entgegengerichteten Strom in periodischer Folge liefern.

   Anlagen dieser Art zur elektrolytischen Gewinnung von Kupfer sind mit als Umkehrstromrichter arbeitenden Stromrichtern ausgestattet, die durch entsprechende Steuerung die Elektrolysespannung damit auch den Elektrolysestrom für eine kurze Zeitspanne umpolen.

   Die periodische Ablösung des Elektrolysestromes durch einen kurzzeitigen Gegenstrom ist als PCR-Verfahren (Periodic Current Reversal) (FR-PS 14 12438 und DE-OS 26 50 589) bekannt In der deutschen Offenlegungsschrift ist darauf hingewiesen, daß das PCR-Verfahren auch zur elektrolytischen Abscheidung von anderen Metallen als Kupfer angewendet werden kann. Im Gegensatz zur Kupferraffination können jedoch in den Elektrolysezellen einer Anlage zur Gewinnung anderer Metalle Elektroden aus unterschiedlichen Werkstoffen eingesetzt sein, so daß hier hohe Polarisationsspannungen auftreten. Die Polarisationsspannungen können hohe Kurzschlußströme durch die Stromrichter treiben, wenn während des Umkehrstrombetriebes des Umkehrstromrichters die Netzspannung ausfällt Zur Beherrschung dieser Kurzschlußströme, die zu einer Zerstörung der Bau- und Sicherungselemente des Umkehrstromrichters führen können, müssen daher Schnellschalter und die Thyristoren des Umkehrstromrichters überbrückende Kurzschließer eingesetzt werden. Hierdurch entstehen nicht nur erhebliche Zusatzkosten wegen des erhöhten Raumbedarfes, sondern auch unerwünschte Nebenwirkungen wie Überspannungen und Kurzschlußbeanspruchungen des Gleichrichtertransformators.

   Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Elektrolyseanlage der eingangs beschriebenen Art zu schaffen, die von der Höhe der Polarisationsspannung unabhängig ist und frei von Nebenwirkungen arbeitet.

   Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf die Brückenzweige einer Brückenschaltung die Elektrolysezellen der Anlage und auf die Diagonalen der Brückenschaltung die Stromrichter aufgeteilt sind, von denen jeweils der eine als Gleichrichter den Elektrolysestrom und der andere als Umkehrstromrichter den kurzzeitigen Gegenstrom liefert.

   Durch die Anordnung der Elektrolysezellen und der Stromrichter in einer Brückenschaltung wird erreicht, daß in der kritischen Phase, wenn nämlich bei einem Netzausfall der Umkehrstromrichter gerade in Richtung der Polarisationsspannung Strom geführt hat, die Polarisationsspannungen der Zellen in den Brückenzweigen gleich groß sind und daher keinen Strom über den Umkehrstromrichter treiben können.

   An Hand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele wird die Erfindung im folgenden näher erläutert Es zeigt F i g. 1 den prinzipiellen Aufbau einer Elektrolyseanlage in Brückenschaltung, Fig.2 den Stromverlauf entsprechend dem PCR-Verfahren in den Zweigen der Brückenschaltung, Fig.3 eine Elektrolyseanlage mit Stromrichtern in Drehstrombrückenschaltung und F i g. 4 den Anschluß der Stromrichter einer Netzphase an die Stromschienen.

   In F i g. 1 sind die Anordnung der Elektrolysezellen 1 bis 4 einer Elektrolyseanlage in den vier Zweigen A bis D und die Anordnung der Stromrichter 5 und 6 in den Diagonalen E und F schematisch dargestellt. Der Stromrichter 5 liefert als Gleichrichter den Elektrolysestrom, der Stromrichter 6 als Umkehrstromrichter kurzzeitig einen dem Elektrolysestrom gleichgerichteten und einen diesem entgegengerichteten Strom. Beide Stromrichter sind mit Thyristoren 7 bestückt. Die Stromversorgung und die Steuergeräte für die Stromrichter sind der Übersichtlichkeit halber nicht eingezeichnet.

   Durch eine Steuerung der Stromrichter nach dem PCR-Verfahren ergibt sich der in Fig.2 dargestellte Verlauf des Stromes J in den Zweigen A bis D. Im Beispiel der F i g. 2 speist zum Zeitpunkt to der Gleichrichter 5 in die vier Zweige den Elektrolysestrom ein. Im Zeitpunkt t1 wird der Gleichrichter abgeschaltet, so daß der Strom im Wechselrichterbetrieb auf Null zurückgeht Darauf gibt während der Zeit t2 bis t3 der Umkehrstromrichter einen kurzen Stromimpuls ab, der in den Zweigen A und C als Gegenstrom und in den Zweigen B und D in derselben Richtung wie der Elektrolysestrom wirkt. Nach Abklingen des Stromimpulses polt der Umkehrstromrichter für die Zeitspanne 4 bis t5 die Richtung des Stromes um, so daß in den Zweigen A und C ein Strom in der Richtung des Elektrolysestromes fließt, während der Strom in den Zweigen B und D dem Elektrolysestrom entgegengesetzt gerichtet ist Im Zeitpunkt t6 treibt wieder der Gleichrichter den Elektrolysestrom durch die Anlage, der im Zeitpunkt t7 auf Null zurückgeht Das in dem Zeitabschnitt t2 bis t7 abgelaufene Spiel wiederholt sich periodisch. Der Umkehrstromrichter ist jeweils nur kurzzeitig belastet und kann dementsprechend bemessen sein.