DE3613583A1

DE3613583A1 - Verfahren und vorrichtung zur verringerung von saeurenebeln bei der elektrolyse

Info

Publication number: DE3613583A1
Application number: DE19863613583
Authority: DE
Inventors: James Wilmer Smith; John Davis
Original assignee: Desom Engineered Systems Ltd
Current assignee: Desom Engineered Systems Ltd
Priority date: 1986-03-21
Filing date: 1986-04-22
Publication date: 1987-09-24
Also published as: AU5645486A; BE904644A; US4668353A; AU591662B2; JPS62230995A

Description

Bei der Metallgewinnung oder Raffination durch Elektrolyse kann es an der Anode zu einer Entwicklung von Sauerstoff und an der Kathode von Wasserstoff kommen. Durch beide Gasabscheidungen wird die Stromausbeute verschlechtert, da ein Teil der Energie für die Gasentwicklung verbraucht wird anstelle für die Metall abscheidung.

Das an der Elektrodenoberfläche freigesetzte Gas bildet anfäng lich feine Bläschen, die zur Elektrolyt-Oberfläche aufsteiegen und zerplatzen. Dabei kommt es zu einem Nebel oder Aerosol oberhalb der Elektrolysezelle, da die feinen Bläschen beim Zer platzen den Säuretröpfchen des Elektrolyten größere Energie verleihen. Dies wieder erhöht die Gefährdung am Arbeitsplatz sowie die Korrosionsprobleme der Anlage und der Halle.

Man hat schon auf verschiedene Weise versucht, dieses Problem zu lösen, wie Absaugung der Abluft, Kunststoffnetze oder -fo lien um die Elektroden, Wannenabdeckungen, Kugelschichten auf dem Elektrolyten, Abzugshauben über den Elektroden und ober flächenaktive Substanzen im Elektrolyten. All das führt zu einer Steigerung der Betriebs- und Installationskosten und zu einem weiteren Energieverbrauch.

Es wurde festgestellt, daß für ein gegebenes Gasvolumen, wel ches an den Elektroden freigesetzt wird, die Menge an Säure nebel umso geringer ist, je größer die Blasen sind.

Die Erfindung betrifft somit ein Verfahren und eine Vorrichtung unter Ausnutzung dieser Erkenntnis, um die feinen Blasen, die sich an den Elektrodenflächen bilden, zu größeren Blasen zu vereinigen, bevor die größeren Blasen die Elektrolyt-Oberfläche erreichen und dort zerplatzen. Dies erreicht man dadurch, daß die Kanäle, durch welche die Blasen im Elektrodenabstand auf steigen müssen, insbesondere im Bereich der Elektrolyt-Ober fläche, eingeschnürt werden. Nach der Erfindung wird also eine Vielzahl von Klammern entsprechender Form auf eine oder beide vertikal angeordnete Elektroden aufgesetzt. Diese Klammern reichen über die gesamte Elektrodenbreite.

Nach der Erfindung wird das Zusammenlaufen der feinen Blasen zu großen Blasen von an der oder den Elektrode(n) entwickeltem Gas erreicht. In der Elektrolysewanne ist zumindest eine Anode und zumindest eine Kathode vorgesehen, die zueinander im Abstand voneinander angeordnet sind und im wesentlichen in den Elektro lyten eintauchen. An zumindest einer der Elektroden ist ein elektrisch inerter, die Elektrolyt-Oberfläche einschnürendes Begrenzungselement vorgesehen. Zumindest sein unterer Bereich taucht in den Elektrolyt ein. Er erstreckt sich über den ge samten oberen Teil der Elektrode und über die Elektolyt-Ober fläche, wobei diese Fläche zwischen den Elektroden eingeschnürt oder verkleinert wird. Dieses Begrenzungselement besitzt über seine ganze Länge im wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt einschließlich des ersten oberen Teils für die Befestigung auf der Elektrode in im wesentlichen vertikaler Anordnung, den überstehenden Teil mit einer oberen und unteren Kante und einem zweiten Teil, welcher mit dem ersten Teil an der unteren Kante verbunden ist und sich von dem ersten Teil und der Elektrode in einem Winkel zur Vertikalen erstreckt. In dem zweiten Teil be finden sich Ausnehmungen oder Öffnungen, welche die Gasblasen unter den zweiten Teil drängen und diese aufsteigen lassen. Schließlich ist auf dem zweiten Teil an der Seite entgegenge setzt der Ausnehmung vom ersten Teil eine Kappe gebildet, die sich im allgemeinen aufwärts und gegen den ersten Teil er streckt und zu einem weiteren Zusammenlaufen von Blasen dient, die durch die Öffnungen oder Ausnehmungen aufsteigen. Wird dann die Elektrodenspannung angelegt und damit Strom zum Fließen ge bracht, so entwickeln sich an zumindest einer Elektrode Gasbla sen, die durch das erfindungsgemäße Begrenzungselement zum Zu sammenlaufen gebracht werden.

Bevorzugt ist auch eine Abdeckung vorgesehen, die zu dem nach oben gerichteten Teil des Begrenzungselements derart angeordnet ist, daß es die andere Elektrode berührt und zwar in Form einer biegsamen Schürze, um eine gute Abdichtung gegen die andere Elektrodenfläche zu erreichen, gleichbedeutend mit einem Ab fangen des aus dem Elektrolyten eventuell gebildeten Aerosols unter dieser Abdeckung.

Weiter ist ein Ablauf als Teil des Begrenzungselements vorgese hen. Dieser Ablauf ist rinnenartig oben offen mit einem Boden zwischen zwei Wänden. Eine dieser Wände bildet eine Wand eines Durchgangs, über welchen aus dem Elektrolyten austretendes Aerosol in das Innere des Ablaufs gelangen kann.

Nach dem Stand der Technik wurden Prallbleche unter der Ober fläche des Elektrolyten vorgesehen, die gegen die vertikalen Elektroden so angeordnet waren, daß die gebildeten Bläschen zu sammenlaufen konnten (US-PS 37 90 465), und zwar divergierend am oberen Ende einer hohlen Anode jedoch vollständig eintau chend in den Elektrolyten. Dadurch sollte das Zusammenlaufen der Bläschen und damit die Geschwindigkeit deren Aufwärtsbe wegung verbessert werden. Bei diesem Stand der Technik mußte jedoch der Elektolyt über eine scharfe Kante der Prallbleche fließen, was zu einer plötzlich einsetzenden Turbulenz führt, die ihrerseits wieder die gebildeten Blasen in Bläschen auf teilte. Auf diese Weise ließ sich also der Säurenebel über dem Elektrolyten nicht verringern.

Nach US-PS 39 30 151 wurden viele schräge Führungsplatten zwischen zwei benachbarten Elektroden angeordnet, um das sich entwickelnde Chlor in die Mitte des Abstands zwischen den Elek troden zu leiten. Auch diese Führungsplatten reichten nicht über die Oberfläche des Elektrolyten. Aufgabe dieser Führungs platten war die Abhebung der Blasen von der Elektroden-Ober fläche und damit die Verbesserung der Stromausbeute der Zelle.

Im Gegensatz zu diesem Stand der Technik konnte jedoch festge stellt werden, daß das anstehende Problem lösbar ist, indem die Fläche zwischen benachbarten Elektroden in horizontaler Ebene, durch die die aufsteigenden Blasen dringen müssen, begrenzt wird, um nicht nur das Zusammenlaufen der Bläschen zu begün stigen sondern auch um den mittleren Blasendurchmesser zu er höhen und darüber hinaus diese Blasengröße bis an die Elektro lyt-Oberfläche zu erhalten, in welcher die Blasen zerplatzen und es infolge der Größe der Blasen zu einer verminderten Ne belbildung kommt.

Die Erfindung wird im folgenden an den Zeichnungen näher er läutert, die 7 Ausführungsformen zeigen.

Fig. 1 ist ein vertikaler Teilschnitt durch einen Teil einer Elektrolysezelle mit einer ersten Ausführungsform von erfindungsgemäßen Vorrichtungen;

Fig. 2 zeigt eine isometrische Teilansicht einer der Vor richtungen aus Fig. 1;

Fig. 3 zeigt eine ähnliche Ausführungsform einer erfindungs gemäßen Vorrichtung wie in Fig. 1;

Fig. 4 zeigt eine 3. und 4. Ausführungsform von erfindungs gemäßen Vorrichtung, während

Fig. 5 eine isometrische Ansicht der 3. Ausführungsform ist;

Fig. 6 zeigt eine Teilansicht einer auseinandergenommenen Elektrolysezelle, wie sie für die weiteren Untersu chungen verwendet wurde;

Fig. 7 ist ein vertikaler Schnitt durch einen Teil der Elek trolysezelle mit einer 5. Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 8 zeigt im Schnitt eine 6. und 7. Ausführungsform nach der Erfindung;

Fig. 9 ist eine perspektivische Teilansicht eines Begren zungselements für eine Elektrode, in welcher die Gas ableitung gezeigt ist;

Fig. 10 ist eine Seitenansicht einer Elektrode nach der Er findung.

In Fig. 1 ist die Oberfläche 11 eines Elektrolyten 10 gezeigt, in welchen Anoden 13 und Kathoden 14 (von einer Vielzahl sind zwei bzw. eine gezeigt) eintauchen. An beiden Seiten der Elek troden werden Bläschen 15 bzw. 17 entwickelt, und zwar an der Anode Sauerstoff und an der Kathode Wasserstoff. Die an den Elektroden gebildeten Bläschen steigen durch eine im wesentli chen unbewegte Flüssigkeit mit einer Geschwindigkeit auf, die von der Bläschengröße abhängt. Das Aufsteigen der Bläschen be wirkt eine gewisse Strömung des Elektrolyten in unmittelbarer Nähe der Elektrodenfläche nach oben.

Ein Teil dieser Strömungsenergie wird nach der Erfindung in eine geregelte Turbulenz umgewandelt, die das Zusammenlaufen der Bläschen in der Art einer Ausflockung von Feststoffen in einer Flüssigkeit begünstigt.

Jede Elektrode ist erfindungsgemäß mit einer keilförmigen Klam mer 20 (Fig. 1 und 2) versehen, welche aus einem rechteckigen Teil 21 - in vertikaler Richtung - und einem abgeschrägten Teil 23 besteht. Diese Klammern sind mit Hilfe eines Schlitzes 25 auf die Elektroden aufgesetzt.

Die Klammern 20 bewirken sowohl eine Richtungsänderung der auf steigenden Bläschen als auch eine Änderung deren Geschwindig keit zu der Oberfläche des Elektrolyten. Damit wird auch eine bessere Zirkulation der Gasbläschen erreicht.

Es erreichen also größere Blasen die Elektrolyt-Oberfläche, wo sie zerplatzen. Darüber hinaus schränken die erfindungsgemäßen Klammern die freie Oberfläche des Elektrolyten ein, was zu ei ner günstigen Beeinflussung der Schaumbildung führt.

Eine Verringerung des Raums zwischen den Elektroden auf etwa 20 bis 25% im Bereiche der Elektrolyt-Oberfläche führt also zu einer beträchtlichen Verringerung der Bildung von Säurenebeln.

Fig. 3 zeigt die Anoden 31 einer Kupfer-Elektrolysezelle mit Klammern 33, welche einen rechteckigen unteren Teil 35 und einen dachförmigen oberen Teil 37 aufweisen. Der Teil 35 hat einen ebenen Boden 39, der bei Betrieb der Zelle unmittelbar über der Elektrolyt-Oberfläche 40 liegt. Bei Kupferzellen wer den die Kathoden nicht mit erfindungsgemäßen Klammern versehen. Auch bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform ist die Flä che, die für das Zerplatzen Blasen frei bleibt, wesentlich ein geschränkt.

In Fig. 4 ist eine Zink-Elektrolysezelle gezeigt, deren Katho den Klammern 42 aufweisen, die im Querschnitt rechteckig sind, während die Anoden Klammern 44 tragen, die im unteren Teil rechteckig und im oberen Teil dachartig sind. Auch diese Aus führungsform der Klammern führt zu einer beträchtlichen Einen gung der Elektrolyt-Oberfläche, durch die die Blasen an die Atmosphäre gelangen.

In Fig. 5 ist der obere Teil einer Klammer 42 gezeigt.

Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in Fig. 7 gezeigt. Die Anode 52 ist im Elektrolyten teil weise und die Kathode 54 vollständig eingetaucht. Letztere wird durch einen Bügel 56 gehalten. Diese Anordnung eignet sich be sonders für eine Kupferzelle. Zur Vermeidung von Korrosion ist die Kupferkathode auf diese Weise befestigt. Korrosion an der Kupferkathode kann in Gegenwart von Sauerstoff im Bereich der Elektrolyt-Oberfläche eintreten. Üblicherweise wird zur Verhin derung dieser Korrosion die Bügelaufhängung der Kathode ge wählt. Zu berücksichtigen ist hier auch, daß das Elektrolyt- Niveau während der Elektrolyse schwankt und damit auch der Kor rosionsbereich schwankt. Der Bügel 56 besteht auch aus Elektro lytkupfer. Korrodiert der Bügel, so gelangt wieder Kupfer in den Elektrolyten, welches wieder abgeschieden werden kann, und zwar auch im Korrosionsbereich, wo es dann die Abtragungen wie der ausfüllen kann. Durch diese Kathodenaufhängung läßt sich die Kathodenkorrosion durch Lochfraß o.dgl. in Kupferzellen oder bei ähnlichen elektrolytischen Verfahren vermeiden.

Bei dieser Ausführungsform besteht ein Begrenzungselement 60 aus einem ersten Arm 62, welcher sich an die Anode 52 im we sentlich vertikal anlegt, und einem zweiten Arm 64, der in einem Winkel zur Vertikalen absteht.In der gezeigten Ausfüh rungsform ist der Winkel zwischen den Armen 62 und 64 eher spitz und der zweite Arm 64 erstreckt sich nach außen und etwas nach oben vom tiefsten Teil des Arms 62.

Der Arm 64 weist eine Vielzahl von Öffnungen 68 an seiner Kan te abgekehrt vom Arm 62 auf, durch welche Gasblasen 66 dringen können, die von der Gasentwicklung an der Elektrodenfläche stammen. In jeder Öffnung 86 befindet sich am Arm 64 eine Ver tiefung 70 und jede Vertiefung 70 beginnt in unmittelbarer Nähe des Arms 62 und endet bei der entsprechenden Öffnung 68. An der Unterseite des Arms 64 befinden sich somit eine Anzahl von pa rallelen im Abstand angeordnete Vertiefungen oder Rillen.

Das Begrenzungselement 60 weist darüber hinaus noch ein kappen artiges Teil 72 am Arm 64 an der Seite der Öffnungen 68, also vom Arm 62 entfernt, auf. Die Kappe 72 erstreckt sich im allge meinen nach oben gewölbt gegen den Arm 62 und ist bevorzugt so ausgebildet, daß aus den Öffnungen 68 aufsteigende Blasen auf die geneigte Fläche der Kappe 72 treffen, was ein weiteres Zu sammenlaufen der Blasen begünstigt. Das erste Zusammenlaufen der Bläschen findet bereits in den Vertiefungen 70 und während des Durchtritts durch die Öffnungen 68 statt.

Das Begrenzungselement 60 hat schließlich noch einen dritten Arm 75, der absteht vom unteren Teil der Kappe 72 und damit auch weg vom Arm 62. Der dritte Arm 75 ist etwas geneigt in Richtung weg vom Arm 62. Die Bemessung des Begrenzungselements 60 einschließlich des dritten Arms 75 ist derart, daß letzterer die Kathode 54 berührt. Bei dieser Ausführungsform fließt kein oder nur ein geringfügiger Strom zwischen den Elektroden ober halb der Linie, die durch die Arme 64 und 75 gebildet wird. Das bedeutet, daß keine oder nur eine geringfügige Korrosion des Bügels 56 stattfindet, da zur Korrosion sowohl die Anwesenheit von Sauerstoff als auch Stromfluß erforderlich sind. Dadurch ist es nicht mehr notwendig, immer wieder das Elektrolyt-Niveau zu verändern, was bisher in großen Anlagen hohe Arbeitskosten verursachte.

Die Kappe 72 ist über eine Lippe 77 mit dem ersten Arm 62 ver bunden unter Bildung einer Gas-Sammelkammer 83.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist der Verbindungsbe reich 78 der Arme 62 und 64 flexibel und der Arm 75 gegenüber der Kappe 72 und dem zweiten Arm 64 nachgiebig. Diese nachgie bigen oder biegsamen Bereiche der sonst relativ starren Kon struktion eines Begrenzungselements, wie in 60 gezeigt, lassen sich nach bekannten Verfahren, z.B. durch Strangpressen, her stellen. So wird in die Formmasse für den Bereich 78 Weichma cher zugesetzt, ebenso im Bereich des dritten Arms 75, um beide Bereiche nachgiebig und elastisch zu machen. Für dieses Begren zungselement eignen sich verschiedene Kunststoffe, wie Polypro pylen hoher Dichter und Polyvinylchlorid für hohe Temperaturen.

Bei einem Brenzungselement nach Fig. 7 steigen Bläschen an der rechten Fläche der Elektrode 52 auf, durchlaufen die Vertiefun gen 70, wobei sie allmählich zusammenfließen, und durchdringen schließlich die Öffnungen 68, worauf sie den Elektrolyten in einer Vielzahl von Strömen 81 verlassen. Kommt es zur Blasen bildung über den Öffnungen 68, so gelangen die Blasen an die Innenfläche der Kappe 72, wo sie ebenfalls zusammenlaufen kön nen. Durch die biegsame Lippe 77 wird das freigesetzte Gas in der Kammer 83 gesammelt und kann von dort abgeleitet oder abge saugt werden.

Die Lippe 77 kann sich auch vorteilhaft für den Gasaustrag er weisen.

Die Öffnungen 68 können Löcher mit einem Durchmesser von etwa 3,2 mm sein und können von unten angesenkt sein.

In Fig. 8 ist eine Anode 91 gezeigt, die mit zwei Arten von Be grenzungselementen versehen ist, um nicht nur das Zusammenlau fen der Bläschen und die Verringerung der Aerosolbildung zu be wirken, sondern auch ein sich eventuell aus dem Elektrolyten bildender Nebel eingefangen werden kann.

Das eine Begrenzungselement 93 ist an der rechten Seite der Elektrode 91 gezeigt. Es umfaßt einen oberen Teil 94, der an der Elektrodenfläche im wesentlichen vertikal anliegt. Eine Ab deckung 96 erstreckt sich vom oberen Teil 94 und umfaßt einen sich von diesem rechtwinklig weg erstreckenden Teil 98; dieser geht nach einer Krümmung in einen Teil 100 über, der sich im wesentlichen vertikal erstreckt. Der Teil 100 geht an seinem unteren Ende in einen Teil 102 über, der sich an die andere Elektrode 104 anlegt, so daß ein eventuell gebildeter Säurene bel unter der Abdeckung 96 eingefangen wird. Der Teil 102 ist nachgiebiger als das restliche Begrenzungselement 93 und kann aus einem anderen Werkstoff bestehen oder aus dem gleichen wie dieses, jedoch unter Zusatz von Weichmacher. Aus der Fig. 8 ersieht man, daß der Teil 102 sich in einem gewissen Winkel schräg nach rechts unten bis zur Berührung der Elektrode 104 erstreckt, wodurch die Abdichtung verbessert ist.

Das Begrenzungselement 93 umfaßt weiter eine Rinne 109, die einen Ringkanal 110 mit Boden und zwei Wänden bildet. Der Ring kanal wird zum Teil begrenzt durch einen unteren Schenkel 112 des Oberteils 94, der eine Wand des Ringkanals bildet, und ei nem Teil 114, der den Boden des Ringkanals darstellt und sich seitlich vom Schenkel 112 des oberen Teils 94 erstreckt, und schließlich einem Rand 116, der die andere Wand des Ringkanals bildet. Der Rand 116 bildet in Verbindung mit dem Teil 100 der Abdeckung 96 einen Durchgang für eventuell gebildeten Nebel, so daß dieser in den Ringkanal gelangen kann.

Das Begrenzungselement 93 umfaßt weiterhin ein Prallteil 120, welches sich von der Abdeckung 96 in den Ringkanal 110 er streckt. Es dient dazu, das Zusammenlaufen von Nebel, welcher durch den Durchlaß eingetreten sein kann, zu bewirken und ein Abtropfen der Säure in den Ringkanal zu ermöglichen.

Der Oberteil 94 hat oben zwei vertikal im Abstand angeordnete Längsrippen 123, die in einen Fixierungsteil 124 eines Bügels 128 eingreifen. Der Bügel umgreift den oberen Teil 130 der Ano de 91 an beiden Seiten und preßt den Teil 124 nach innen gegen die Elektrode 91, womit das Begrenzungselement 93 an Ort und Stelle gehalten wird.

Links von der Elektrode 91 ist eine andere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Begrenzungselements 132 gezeigt. Ähn lich wie das oben beschriebene wird damit nicht nur das Zusam menlaufen der Bläschen begünstigt, sondern auch ein Entweichen von Säurenebeln verhindert.

Bei der in Fig. 8, linke Seite, gezeigten Elektrode 91 weist das Begrenzungselement 132 einen oberen Teil 134 auf, welcher im wesentlichen vertikal sich an die Elektrode 91 anlegt, sowie eine Abdeckung 136 in Verbindung mit dem Oberteil 134 mit einem Teil 138, der im Abstand von der Elektrode 91 die andere Elek trode oder Kathode 104 berühren kann. Die Abdeckung 136 geht zuerst von dem Oberteil 134 in einem geraden Stück 142 und dann in einem vertikalen Stück 144 ab, von dessen unterem Teil der die Kathode 104 berührende Teil 138 abzweigt, dessen Ende ge genüber dem restlichen Begrenzungselement höhere Elastizität aufweist. Dieser kann aus einem anderen Werkstoff mit höherer Flexiblität oder aus dem gleichen Werkstoff mit einem höheren Anteil an Weichermacher bestehen.

Das Begrenzungselement 132 bildet einen Ringkanal 150 mit einem Bodenbereich und zwei Wänden aus, von denen die eine durch den vertikalen Teil 144 der Abdeckung 136 gebildet ist. Der Teil 144 geht in einen schrägen Teil 152 über, der den Boden des Ringkanals bildet, an welchen sich dann der Schenkel 154 als zweite Wand des Ringkanals anschließt, welcher im Abstand von der Elektrode 91 einen Durchlaß 156 freigibt. Bei dieser Aus führungsform nach der Erfindung ist noch ein Prallelement 158 vorgesehen, welches sich nach unten und außen vom unteren Ende des Oberteils 134 erstreckt und den Durchlaß 156 oben begrenzt. Dieses Prallelement stellt eine Fläche zur Verfügung, an der das aus der Elektrolyse kommende Aerosol gebrochen und die Tröpfchen vereinigt werden.

Das Elektrolyt-Niveau in der Zelle 160 liegt, wie aus der Fig. 8 entnommen werden kann, etwa in der Mitte des Durchlasses 117 bzw. 156.

Auch bei dieser Ausführungsform nach der Erfindung sind zwei vertikale im Abstand angeordnete Längsrippen 163, die verhakt werden können, wie mit 124 angedeutet zu dem Aufhängemechanis mus, wie er durch 128 als Bügel dargestellt ist, angedeutet.

Gegebenenfalls kann die in Fig. 8, rechts, gezeigte Ausfüh rungsform zusätzlich einen weiteren elastischen Bereich 170 zur Verbesserung der Dichtung gegenüber der Elektrode 104 aufwei sen. Analog dazu kann die in Fig. 8, links, gezeigte Ausfüh rungsform eine flexible Verbindung 172 beinhalten, welche zwi schen dem Teil 138 und dem schrägen Teil 152 vorgesehen ist.

Bei den beiden in Fig. 8 gezeigten Ausführungsformen kann an dem einen oder an beiden Längsenden des Begrenzungselements eine Gasableitung oder -absaugung vorgesehen werden, um sicher einen eventuell aus dem Ringkanal 110 bzw. 150 entweichenden Nebel zu entfernen.

Fig. 9 zeigt das eine Ende des Begrenzungselements 93 aus Fig. 8, rechts; die Abdeckung 96 bildet unterhalb eine Kammer, in welcher sich Gas und Nebel sammeln kann, und eine Kappe 200 zum Abschluß der Kammer nach links ist vorgesehen. Zum Abschluß der Kammer nach rechts oder am anderen Ende kann eine ähnliche - nicht gezeigte - Kappe vorgesehen sein.

Durch die Kappe 200 geht eine Leitung 202 zum Austrag von Gas und Nebel. Derartige Konstruktionen sind allgemein üblich.

Fig. 10 zeigt einen Aufriß einer Elektrode 205, deren Begren zungselement 93 an zwei Bügeln 128 befestigt ist. Gegebenen falls kann man auf einer Fläche der Elektrode 105 zwei sich vertikal erstreckende isolierte Abstandhalter 208 vorsehen, um zu gewährleisten, daß ein korrekter Elektrodenabstand eingehal ten wird. Ähnliche Abstandhalter können auf der Rückseite vor gesehen sein.

Die Erfindung wird nun an Beispielen weiter erläutert.

Untersuchungen wurden durchgeführt im Laboratiumsmaßstab an einer Elektrolysezelle zur elektrolytischen Abscheidung von Zink, wie dies auch in einer Produktionsanlage erfolgt. Durch die erfindungsgemäßen Maßnahmen kann die Entwicklung von Säure nebeln um 30 bis 95% herabgesetzt werden. Im allgemeinen ist die Wirksamkeit der Verringerung der Emission von Säurenebeln umso besser, je weiter die Oberfläche des Elektrolyten einge schränkt ist.

Es ist wesentlich, daß die Begrenzungselemente in den Elektro lyt reichen. Verschiedene Eintauchtiefen beeinflussen nur ge ringfügig die Wirksamkeit.

Die Begrenzungselemente bestehen aus einem elektrisch nicht leitenden Werkstoff, wie einem Kunststoff, der weder von dem Elektrolyten noch von dem entwickelten Gas angegriffen wird.

Beispiel 1

Eine Versuchszelle üblicher Elektrodenanordnung zur elektroly tischen Zinkabscheidung enthielt eine einzige Aluminiumkathode und zwei Anoden aus einer Bleisilberlegierung. Der Elektrolyt enthielt

37,7 g/l Zn 4,1 g/l Mn 5,7 g/l Mg 150 g/l H₂SO₄ Dichte: 1,23 g/cm³.

Bei einer Stromdichte von 615 A/m² und einem Spannungsabfall von 3,5 V ergab sich eine Stromausbeute von 90%.

Es wurde eine Prallplatte (Andersen impactor) zur Bewertung der Nebelemission bei einer Gasströmung von 28,32 l/min angewandt und in üblicher Weise die Nebeltröpfchen analysiert. Ohne die erfindungsgemäße Vorrichtung betrug die Säureemission an stabi lierten Elektroden nach einiger Betriebszeit 1,3 mg/m²×s, 20 cm oberhalb dem Elektrolyt-Niveau. Dann wurden rechteckige Elemen te, wie sie in Fig. 5 gezeigt sind und die 90% der Elektrolyt oberfläche bedecken, aufgelegt, wodurch sich eine Verringerung der Säurenebel auf 0,08 mg/m²×s oder 94% ergibt.

Beispiel 2

In einer üblichen in Beispiel 1 beschriebenen Elektrolysezelle wurde zwischen Anoden aus Blei mit 5% Antimon und einem Kup ferblech von 1 mm als Kathode zur Kupferabscheidung elektroly siert. Die Kathode tauchte in den Elektrolyten etwa 0,5 cm ein. Der verbrauchte Elektrolyt enthielt 30 g/l Cu und 150 g/l Schwefelsäure. Die neutrale Lösung war Kupfersulfat mit einer Kupferkonzentration von 70 g/l. Bei einer Stromdichte von 180 A/m² erreichte man eine Stromausbeute von 98 bis 100%. Ohne die erfindungsgemäßen Begrenzungselemente wurden Säure nebel in einer Menge von 1,6 mg/m²×s entwickelt, während bei vollständiger Abdeckung der Elektrolytoberfläche durch ein er findungsgemäßes Element, wie es in Fig. 7 gezeigt ist, es nur zu einer Entwicklung von Säurenebel in <0,08 mg/m²×s oder <95% Verringerung des Nebelausstoßes kam.

In Fig. 6 ist eine in den Beispielen verwendete Elektrolyse zelle schematisch gezeigt.

Claims

1. Verfahren zur Verringerung der Entwicklung von Säurenebeln bei der Elektrolyse in einer Zelle mit zumindest einer Anode und zumindest einer Kathode, dadurch gekennzeichnet,
daß man, um die feinen an der oder den Elektrode(n) entwickel ten Gasbläschen zu großen Blasen zusammenlaufen zu lassen, an zumindest einer der Elektroden ein die Elektrolyt-Oberfläche einschränkendes elektrisch inertes Begrenzungselement anbringt, von dem zumindest der untere Teil in den Elektrolyt eintaucht und welches sich über den gesamten oberen Teil der Elektrode(n) über dem Elektrolyten erstreckt, und man oberhalb der Elektro lyt-Oberfläche an einer Prallfläche die Nebeltröpfchen abflie ßen läßt und schließlich die Gase ableitet.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach An spruch 1, gekennzeichnet durch
ein Begrenzungselement (23, 33, 42, 44, 60, 93, 132), das den gesamten oberen Teil der Elektrode einschließlich eines Be reichs innerhalb des Elektrolyten zu umfassen vermag, welches über die ganze Länge im wesentlichen gleichmäßigen Querschnitt besitzt und folgende Teile umfaßt:

a) einen ersten aufrechten Teil, der sich im wesentlichen vertikal an eine Elektrode anzuschließen vermag und einen oberen und unteren Teil aufweist,
b) sowie einen zweiten Teil, der am unteren Ende des ersten Teils fixiert ist und sich von diesem in einem Winkel zur Vertikalen erstreckt,
c) Öffnungen in dem zweiten Teil zum Durchtritt von Gasblasen und
d) eine Kappe am zweiten Teil, und zwar abgekehrt vom ersten Teil und den Öffnungen darin, vorgesehen ist, welche sich aufwärts und gegen den ersten Teil erstreckt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Begrenzungselement einen dritten Teil umfaßt, der sich vom unteren Ende der Kappe - ab vom ersten Teil - erstreckt und die benachbarte Elektrode zu berühren vermag.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Kappe an einem flexiblen Teil befestigt ist, der sich zwischen dieser und dem ersten Teil erstreckt.

5. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der zweite Teil biegsam verbunden ist mit dem ersten Teil und sich von dieser Verbindungsstelle schräg nach oben er streckt.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß die Öffnungen eine Vielzahl von Löchern an einer Kante des zweiten Teils - entfernt vom ersten Teil - sind und für jedes Loch an der Unterseite des zweiten Teils eine Vertiefung, be ginnend benachbart zu dem ersten Teil und endend an dem Loch, vorgesehen ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,
daß das Begrenzungselement einen dritten Teil aufweist, der sich schräg nach außen und oben vom unteren Ende der Kappe in Richtung weg vom ersten Teil erstreckt und der im Vergleich zu der Kappe biegsam ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe einen biegsamen Teil aufweist, der sich zwischen der Kappe und dem ersten Teil erstreckt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß die Kappe eine längliche Kammer ausbildet und an beiden En den Abschlüsse sowie eine Ableitung für Gas aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, daß das Begrenzungselement folgende Teile enthält:

a) einen oberen aufrechten Teil, der sich auf die vertikale Elektrode anzuschließen vermag,
b) eine Abdeckung, die sich von dem oberen Teil erstreckt und die andere Elektrode zu berühren vermag, mit einem Be reich, welcher aus einem biegsamen Material besteht, und
c) einem Ringkanal, der oben offen ist, mit Boden und zwei Seitenwänden, von denen eine einen Durchlaß für Säurenebel ausbildet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abdeckung einen ersten Teil senkrecht weg vom oberen Teil, dann einen nach unten gekrümmten Teil, der die eine Wand des Durchlasses bildet, und dann einen aufwärts gerichteten Schenkel hat, die den Boden und die andere Seitenwand des Ring kananals bilden.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß das Begrenzungselement eine Prallfläche aufweist, die sich über dem Ringkanal abwärts erstreckt.

13. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet,
daß die Abdeckung sich zuerst senkrecht von dem oberen Teil er streckt, dann gekrümmt nach unten unter Bildung eines Ringka nals mit zwei Seiten und einen Teil hat, der den Boden des Ringkanals bildet, welcher sich seitlich gegen die erste Elek trode erstreckt, und schließlich einen aufwärtsgerichteten Schenkel im Abstand von der ersten Elektrode, der eine der Seitenwände des Ringkanals bildet und gegen die erste Elektrode einen Durchlaß freihält.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,
daß das Begrenzungselement eine Prallfläche, ausgehend vom un teren Ende des oberen Teils im oberen Bereich des Durchgangs, aufweist.