DE3446329A1

DE3446329A1 - Vorrichtung zur durchfuehrung von elektrodialyseverfahren

Info

Publication number: DE3446329A1
Application number: DE19843446329
Authority: DE
Inventors: Hans Prof. Dr.-Ing. 8500 Nürnberg Banski
Original assignee: Preussag Weser Zink GmbH; Minemet Recherche SA
Current assignee: Preussag Weser Zink GmbH; Minemet Recherche SA
Priority date: 1984-12-19
Filing date: 1984-12-19
Publication date: 1986-07-03
Also published as: DE3446329C2

Description

Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Durchführung von Elektrodialyseverfahren.
Die Elektrodialyse wendet zusätzlich zum reinen Dialyseverfahren ein elektrisches Feld an, das senkrecht zur Fläche der Dialysemembrane wirkt, wodurch die Abwanderung iondisperser gelöster Elektrolyte aus einer Lösung im Vergleich zur reinen Diahlse erheblich beschleunigt wird.
Solche Elektrodialysezellen werden hauptsächlich eingesetzt zur Gewinnung von Metallen mit möglichst großer Reinheit. Das Problem bei gegenwärtigen Elektrodialysezellen ist jedoch die Halterung der Dialysemembranen selbst.
Entweder verwendet man filterpreßartige Konstruktionen oder wie in der DE-OS 32 21 371 gezeigt, Rahmen über die die Membran gespannt ist und bei dem wenigstens ein Schenkel des Rahmens durch Federdruck beaufschlagt ist.
Bei der erstgenannten Ausgestaltung unter Verwendung des Filterpreßprinzips ist die Anordnung und die von Zeit zu Zeit erforderliche Auswechselung der Membranen umständlich und zeitraubend.
Bei der anderen Ausgestaltung nach der genannten DE-OS ist die Anordnung in einem Elektrolytbehälter schwierig zu bewerkstelligen, weil die Membran außen auf dem Rahmen liegt und die Dichtung dadurch kompliziert ist. Außerdem ist die Membran gegen Druckbeeinflußung schlecht geschützt.
Es ist auch bereits vorgeschlagen worden, die Halterung aus einem zweiteiligen, die Membran zwischen sich aufnehmenden keilförmigen Rahmen zu bilden und den Rahmen in einen Rahmenhalter mit keilförmigen Seitenflächen einzuschieben und festzupressen. Obwohl diese Ausgestaltung den anderen bekannten gegenüber vorteilhaft ist, ist hier eine relativ umfangreiche Paßarbeit erforderlich, um eine gute Abdichtung zwischen den einzelnen Teilen sicherzustellen.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Durchführung von Elektrodialyseverfahren zu schaffen, die ohne Nachteile in einem stark korrossiv wirkenden Elektrolyten bei hoher Badtemperatur verwendbar sind, eine einfach und sichere Halterung der Membranen gestattet und mit der Fertigungstoleranz leicht ausgleichbar sind und die dem rauhen Betriebsablauf des Metallelektrodialyseverfahrens standhält.
Gelöst wird diese Aufgabe durch einen U-förmigen, im Querschnitt ebenfalls U-förmigen Rahmen, gegen dessen einander gegenüber liegende innere Oberfläche der Flansche Elektrodialysemembranen anliegen, die durch aufliegende Stützgitterplatten beaufschlagt sind, zwischen denen ein aufblähbares Hohlprofil angeordnet ist, wobei zwischen den Membranen die Elektrode angeordnet ist.
Dieser U-förmige Rahmen ist erfindungsgemäß aus einem geeigneten Kunststoff hergestellt, vorzugsweise aus einem Duromeren, z. B. einem Polyester und besteht aus zwei symmetrischen Teilen, wobei die Teilfuge in der Längsmittelebene des Rahmens liegt. So kann der Rahmen in einfacher Weise durch Gießen hergestellt werden.
Die Rahmenteile werden dann mit dem selben Grundharztyp zusammengeklebt. Zur Herstellung der Rahmenteile genügt eine einfache Gießform.
Bereiche und Zonen hoher Zugspannungen im Rahmen können erfindungsgemäß mit glasfaserverstärktem Kunststoff desselben Harztyps, aus welchem der Rahmen hergestellt ist, verstärkt sein.
Diese zur Herstellung des Rahmens verwendeten Duromere sind chemisch beständig, was sich besonders bei hohen Betriebstemperaturen auswirkt, außerdem liegen die Festigkeitswerte im Bereiche wesentlich höher als bei anderen Werkstoffen. Außerdem kann die Konstruktion vorteilhaft verstärkt durch einen zusätzlichen Auftrag mit Quarz oder Glasfasern (GFK) sein.
Durch die erfindungsgemäße Fertigung des Spannrahmens aus zwei symmetrischen Teilen kann man mit einfachen billigen Gießformen arbeiten.
Die Stirnflächen der sich im Abstand gegenüber liegenden Flansche des U-förmigen Rahmens können mit einer Stufe versehen sein, in die weitere Stützgitterplatten lose einsteckbar sind, die die nach außen weisende Oberfläche der Membranen gegen Beschädigung schützen.
Die inneren Oberflächen der Flansche des U-förmigen Rahmens sind mit Ausnehmungen, beispielsweise U-förmigen Querschnitts versehen, in die Dichtungselemente einlegbar sind, welche gegen die zugekehrte Oberfläche der Membranen abdichten.
Statt solcher eingelegter Dichtungselemente können hier auch aufblähbare Hohlprofile kleinerer Nennweite und rechteckigen oder runden Querschnitts angeordnet sein, die zwischen zugekehrter Oberfläche der Membranen und dem entsprechenden Flansch des U-förmigen Rahmens abdichten.
Aufgrund der erfindungsgemäßen Verwendung des U-förmigen Rahmens und dessen Flansche zur Abstützung zweier sich im Abstand gegenüber liegender Membranen ergibt sich eine Ausgestaltung einer Vorrichtung zur Elektrodialyse, die einen Elektrodenraum abschließt, in welchem die Elektrode eingehängt ist. Das ganze bildet also eine geschlossene, kompakte, individuell handhabbare Einheit, welche in das Elektrodialysebecken einhängbar ist, zu welchem Zweck der U-förmige Rahmen an seinen oberen Enden mit seitlich horizontal wegstehenden Armen versehen ist, die auf dem oberen Beckenrand auf liegen.
Diese Arme können in erfindungsgemäßer Weise im Querschnitt ebenfalls U-förmige ausgebildet sein und dem Elektrolytzu- bzw. -ablauf dienen. Der Elektrolyt fließt dann weiter über ein Fallrohr seitlich der Elektrode, welches unter die Elektrode führt.
Zwischen den inneren, die Membrane beaufschlagenden Stützgitterplatten ist am unteren und an den seitlichen Rändern ein aufblähbares Hohlprofil angeordnet, das mit einem Druckmittel beispielsweise Luft, versorgt wird und die beiden Stützgitterplatten, gegen die sich das Hohlprofil abstützt, seitlich wegdrückt, so daß die Membranen fest gegen die zugekehrten inneren Oberflächen der Flansche des U-förmigen Rahmens gepreßt werden.
Das Hohlprofil kann unterschiedlicher Ausgestaltung sein, auch sein Querschnitt kann unterschiedliche Gestalt haben. Zur Vermeidung von aufblähbaren Hohlprofilen zu großen Querschnitts, können die betreffenden Ränder der einen oder der anderen Stützgitterplatte oder der beiden Stützgitterplatten mit wulstförmigen oder U-förmigen Erhebungen ausgestattet sein, so daß der Abstand zwischen diesen Rändern je nach gewünschtem Membranabstand, bzw. je nach Größe der herzustellenden Vorrichtung in praktischen Grenzen gehalten werden kann.
Das Druckmittel zum Aufblähen des Hohlprofils und zur Erzeugung des erforderlichen Druckes kann ein Gas sein, beispielsweise Luft, aber auch eine Flüssigkeit, beispielsweise Wasser.
Die Erfindung wird nun anhand eines Ausführungsbeispieles, welches in der Zeichnung dargestellt ist, näher erläutert.
In der Zeichnung stellen dar: Fig. 1 eine Seitenansicht in schematisch vereinfachter Form einer erfindungsgemä- Ben Vorrichtung, eingehängt in ein Elektrodialysebecken im Schnitt und Fig. 2 einen Querschnitt durch die Vorrichtung.
Wie aus Fig. 1 hervorgeht, hängt die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Becken 1, welches den Elektrolyt enthält, der sowohl in der Vorrichtung enthalten ist als auch die Vorrichtung allseitig umgibt.
Aus Fig. 1 ist ferner zu ersehen, daß der Rahmen 2 U-förmiger Gestalt und U-förmigen Querschnitts, an seinen oberen Enden zwei seitlich wegstehende Arme 18 und 19 besitzt, mit denen er auf dem Beckenrand aufliegt und so frei in dem Becken hängt. Quer über das Becken erstreckt sich der Elektrodenträger 3, an welchem die Elektrode 4 hängt, die mit dem Elektrodenträger 3 elektrisch leitend verbunden ist.
Dem Beschauer der Fig. 1 zugewandt ist die äußere, die dahinter liegende Membranen schützende Stützgitterplatte 5, welche wie aus Fig. 2 zu ersehen ist, mit Spiel und daher leicht herausnehmbar in einer Abstufung 6 der inneren vorderen Kanten der Flansche 7 des U-förmigen Rahmens 2 liegt.
Der Rahmen 2 besteht aus den beiden Teilen (A) und (B), die aus Polymerbeton durch Gießen hergestellt sind und auf der Trennfuge 8 durch Kleben verbunden sind.
Die Flansche 7 tragen auf ihren inneren Flächen außerdem Ausnehmungen 9, in welchen Dichtungsprofile untergebracht sind, die zwischen den Flanschen und den darauf liegenden Membranen 10 abdichten.
Der erforderliche Anpreßdruck wird erzielt über innere Stützgitterplatten 11, die die aus der Figur ersichtliche Gestalt haben können und zwar ist es eine Platte 11', hier völlig plan, während die andere Platte 11 mit einer zusätzlichen U-förmigen Randverstärkung 12 ausgestattet ist, wobei die U-förmige Ausnehmung sowohl das Hohlprofil 13 aufnimmt als auch den Abstand zwischen den Rändern der inneren Stützgitterplatten 11 und 11' verringern kann, so daß die Abmessungen des Hohlprofils nicht unpraktisch groß gemacht zu werden brauchen.
Das Hohlprofil kann auf dem Rand der einen oder der anderen Stützgitterplatte 11 bzw. 11' befestigt sein und kann jede beliebige Querschnittsform haben, es kann gummielastischer Natur sein, aber es kann auch in der Art eines Faltenbalges ausgebildet sein.
Das Hohlprofil dient dazu, den erforderlichen Anpreßdruck auf die beiden Membranen 10 auszuüben, als auch den Elektrodenraum 14 nach außen abzudichten. Auch anstelle der Dichtprofile in den rechteckigen Ausnehmungen 9 auf den inneren Oberflächen der Flansche 7 des Rahmens 2 können durch aufblähbare Hohldichtungen ersetzt sein.
Neben der Elektrode sind in Fig. 2 Rohrleitungen 15 zu erkennen, die zur Zuführung des Elektrolyten dienen.
Diese Rohrleitungen leiten den Elektrolyten unter die Elektrode, wobei der behandelte Elektrolyt über den einen Tragarm 12 des U-förmigen Rahmens 2 der U-förmigen Querschnitt hat, abfließt.
Zum Schutze der äußeren Oberfläche der Membranen 10 sind äußere Stützgitterplatten 16 vor die Membranen geschoben, die mit ihren Rändern mit Spiel in eine Abstufung 6 eingreifen, die in den inneren Kanten der Flansche 7 des Rahmens 2 gebildet sind. Auch der andere Tragarm 11 kann U-förmigen Querschnitt haben, entsprechend dem U-Profil des Rahmens selbst und zur Ableitung des Elektrolyten dienen.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung bildet eine Einheit mit einer Elektrode 4, die auf gegenüber liegenden Seiten und im kurzen Abstand dazu über Membranen, wie sie bei der Elektrodialyse bekannt sind, gegen den übrigen Elektrolytraum abgedichtet ist.
Die andere Abdichtung erfolgt durch den U-förmigen Rahmen 2 und seine Komponenten. Die andere Elektrode hängt außerhalb der erfindungsgemäßen Vorrichtung, so daß in ein entsprechendes Elektrolytbecken eine Vielzahl derartiger Vorrichtungen eingehängt werden können und individuell gehandhabt werden können.
Die Abmessungen des U-förmigen Rahmens 2 und der entsprechenden dazugehörigen Komponente, wie sie in Fig. 1 und 2 gezeigt sind, können jede beliebige oder praktische Größe haben.
In Fig. 2 ist mit dem Bezugszeichen 17 eine in den Stegboden des Rahmens einlamminierte Verstärkungsschicht bezeichnet, die den besonders beanspruchten Teilen des Rahmens zusätzliche Festigkeit gibt.Diese Verstärkungsschicht kann aus einem Kunststoff bestehen mit einlamminierten Glasfasern oder Glasfaserprodukten. - Leerseite -

Claims

P at e n t a n 5 p r ü c h e 1) Vorrichtung zur Durchführung von Elektrodialyseverfahren mit Membranen und Elektroden gekennzeichnet durch einen U-förmigen, im Querschnitt ebenfalls U-förmigen Rahmen (2), gegen dessen einander gegenüber liegende innere Oberfläche der Flansche (7) Elektrodialysemembranen (10) anliegen, die durch aufliegende Stützgitterplatten (11 und i1') beaufschlagt sind, zwischen denen ein aufblähbares Hohlprofil (13) angeordnet ist, wobei zwischen den Membranen (10) die Elektrode (4) angeordnet ist.
2) Vorichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abdichtung des zwischen den Membranen (10) liegenden Elektrodenraumes in den nach innen weisenden Oberflächen der Flansche (7) des U-Profils (2) zusätzliche Dichtelemente angeordnet sind, die in Ausnehmungen (9) liegen.
3) Vorichtung nach Anspruch 1 - 2, dadurch gekennzeichnet, daß statt der Dichtelemente in den Ausnehmungen (9) aufblähbare Hohlprofile kleinen Querschnitts angeordnet sind.
4) Vorrichtung nach Anspruch 1- 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Stützgitterplatten (11 + 11'), zwischen deren Ränder das aufblähbare Hohlprofil (13) wirkt, in einer im Querschnitt U-förmigen Verstärkung (12) des Randes der einen Stützgitterplatte (11) angeordnet sind, während die andere Stützgitterplatte eine ebene Platte ist.
5) Vorrichtung nach Anspruch 1 - 4, dadurch gekennzeichnet, daß die äußere Oberfläche der Membrane (10) durch äußere Stützgitterplatten (16) abgedeckt ist, die in stufenförmige Ausnehmungen (6) der inneren vorderen Kante der Flansche (7) des U-Profils (2) lose einsteckbar sind.
6) Vorrichtung nach Anspruch 1 - 5, dadurch gekennzeichnet, daß die inneren als auch die äußeren Stützgitterplatten (11 + 11', bzw. 16) rahmenartige Gebilde sind, deren zentrische, vorzugsweise rechteckige Öffnung durch ein Gitter geschlossen ist, dessen Stege auf der der Membran (10) zugekehrten Seite in der selben Ebene liegen wie die entsprechenden zugekehrten Oberflächen der Membranen.
7) Vorrichtung nach Anspruch 1 - 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Zulauf des Elektrolyten getrennt von dem Ablauf des Elektrolyten in den Elektrodenraum zu den Membranen erfolgt, und zwar über die Tragarme (18 - 19), die als U-förmige Rinnen ausgebildet sind, wobei der Zulauf separat durch ein zweites U-Profil, das in das Fallrohr (15) übergeht, geführt wird und der Ablauf unmittelbar durch den Tragarm strömt.
8) Vorrichtung nach Anspruch 1 - 7, dadurch gekennzeichnet, daß der U-förmige Rahmen (2) aus zwei Teilen (A) und (B) besteht, die auf der Trennfuge (8) durch Kleben miteinander verbunden sind.
9) Vorrichtung nach Anspruch 1 - 8, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden des Steges des im Querschnitt U-förmig gestalteten Rahmens (2) Verstärkungsschichten (17) aus armiertem Kunststoff eingearbeitet sind.
10) Vorrichtung nach Anspruch 8 dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile (A) und (B) des Rahmens (2) symmetrische Gußteile sind, die aus Polymerbeton bestehen.