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Verfahren zur Herstellung von Kupferoxydul auf elektrolytischem Wege.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Kupferoxydul auf elektrolytischem
Wege, das dadurch gekennzeichnet ist, daß Elektrodenplatten angewandt werden, welche
durch ihre metallische und konstruktive Eigenart die Anforderungen erfüllen, die
an sie zwecks besonderer Strombelastungen gestellt werden, um einen ungehemmten
elektrolytischen Arbeitsprozeß durchführen zu können, so daß beim kontinuierlichen
Durchlauf der vorher in einem anderen Behälter erwärmten Elektrolytlösung durch
den Elektrolysierbehälter im Gegenstromprinzip zu der von unten nach oben aufsteigenden
Wasserstoffbildung sich um die aus einem metallischen und oxydischen Kupfer-Chrom-Gemisch
bestehende, nach unten Ironisch verjüngte ausgearbeitete Kathodenelektrode, eine
gasschichtartige Lösungsschicht bewegt, in und an welcher die chemische Umsetzung
des von der Anode zur Kathode übergeführten Kupferchlorürs zu Kupferoxydulhydrat,
vor sich geht.
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Wenn auch der Vorgang des elektrolytischen Prozesses zur Herstellung
von Kupferoxydul (Cu_ O) geklärt erscheint, so schließt er doch Komplikationen ein,
welche besonders durchdachte Apparate- und Elektrodenanordnungen bedingen, um die
bei der Elektrolytzersetzung, der Produktfällung und -erhaltung eintretenden Störungen
wirkungslos zu machen, d. h. um einen gesicherten Werkbetriebsprozeß durchführen
zu können.
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Kupferoxydul wird nachoden hier im weitern angegebenen Anordnungen
als reinstes Produkt durch Elektrolyse in einer bestimmt gesättigten und bestimmt
erwärmten Chlornatriumlösung bei Verwendung metallischer und oxydischer Kupfer-Chrom-Gemisch-Elektroden
und bei bestimmter Stromdichte und Voltspannung gefällt. Der Elektrolysevorgang
ist dabei der folgende: Kupfer wird als Kupferchlorür (Cu, Cl=) anodisch in Lösung
gebracht und kathodisch wird Na O H (Natronlauge) erzeugt. Beim Treffen der Ionen
fällt gelbes Cu=(OH)_ Kupferoxydulhydrat aus und Na Cl (Chlornatrium) wird wieder
zurückgebildet. Dieser Kreislaufvorgang schließt gleichzeitig auch den Regenerierungsvorgang
der Elektrolvtlösung in sich.
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Der Prozeß neigt aber wie gesagt zu Komplikationen, z. B. kann folgende
Störung eintreten Bei nur etwas zu hoher Stromdichte schon überschlägt sich die
Kupferabscheidung an der Anode, dadurch tritt eine teilweise Oxydation des Kupferchlorürs
zu Chlorid ein, Kupferchlorid aber bildet, sobald es an der Kathode mit Natronlauge
zusammentrifft, schwarzes Kupferoxyd, wodurch die geforderte anodische Bildung von
Kupferchlorür in die Elektrolytlösung gehemmt wird, die Stromausbeute sich dementsprechend
vermindert und die Elektrolytlösung und das Produkt unbrauchbar werden.
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Doch die vorherrschende und noch störendere Ursache falscher Bildungen
liegt an der Kathodenseite, wo die Cu-Anionen durch die Wärme, welche aber Bedingung
ist, das Bestreben
haben, kathodisch der Entladung zu 3 erfallen
und sich an der Kathode als Kupfer in schwammiger Form ablagern; diese A1)-lagerungsschicht
wirkt aber isolierend und hindert den Stromdurchgang, so daß der chemische Kreislaufprozeß
wie auch die Rückbildung zu ?\ a C 1 ausbleibt und die Elektrolytlösung sauer wird.
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Diese Nachteile «-erden beseitigt, sobald für eine chemisch und mechanisch
leichte tVasserstoffabscheidung gesorgt, durch die so erreicht wird, daß sich um
@lie Kathode eine diffundieren(le Lösungsschicht bildet, an und in welcher die Bildung
des vom Elektrolvten als Kupferchlorür gelösten Kupfers zu kupf,#roxyiulhvdrat vor
sich geht, und zwar bevor das gelöste Kupferchlorür bis zur Kathodenfläche gelangt,
wodurch es die Möglichkeit finden würde, Metallkupfer zu werden.
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Dieser Vorgang spielt sich auch in der für die Schicht angewiesenen
Raumbegrenzung wie gefordert ab, sobald die elektrischen Strombedingungen, Ainperedichte
und Volt-:pannung für die Anode und die Kathode, und zwar im richtigen Verhältnis
dieser beiden zueinander, eingehalten werden.
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Dies ist aber ohne weiteres nicht möglich, (la die Anforderungen weit
voneinander liegen, denn: r. anodenseitig ist nur eine geringe Atnpere-(lichte und
Voltspannung zur Ablösung des Kupfers nötig und zulässig, während 2. kathodenseitig
größere Amperedichte Vorteil bringt und zur Oxvdull)ildung selbst ein bedeutend
höheres elektrolytisches Potential nötig ist.
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Wird nun aber die Anode mit zuviel Strom belastet, so bewirkt dies,
wie oben schon gesagt, leicht Bildung von Kupferoxyd, wird anderseits die Kathode
ungenügend mit Strom belastet, so wird zuwenig Natronlauge erzeugt, um das im Elektrolyten
als Chlorür gebundene Kupfer zu Kupferoxydulh_vdrat umsetzen zu können.
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Um diese Ungleichheit, welche die anodische und die kathodische Elektrode
an die Stromeigenschaft stellt, möglichst auszugleichen, machen sich folgende Anordnungen
erforderlich.
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Als Anodenmetall sind besonders dicht gewalzte und dadurch schwerer
lösliche oder auch legierte Kupferplatten zu verwenden, bei denen der zuviel zugeführte
Strom zur Lösung der beilegierten Metalle dient, welche aber keine störende Wirkung
auf den Kupferfällungsprozeß selbst ausüben dürfen und welche als mit in Lösung
gegangene Metalle im späteren Elektrolytregenerierungsprozeß, der während des Gesamtprozesses
zeitweilig vorgenommen wird, wieder ausgefällt werden können. :1j5 Kathoden sind
EI°ktrodenplatten zu @-erwenden, welche aus einem Gemisch von Kupfer- und Chrommetall
und deren Oxyden bestehen und bei denen bezüglich der Form zu beachten ist, daß
der Teil, welcher im Behälter nach unten zu hängen kommt, in der Stärke schwächer
als der obere Teil ist, um zu verhindern, daß die Wasserstoffbläschen an der unteren
Kante eine große Fläche zur Anhäufung finden, welche störend auf die gleichmäßige
Bewegung der Lösungsschicht wirken.
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Durch diese Anordnungen wird für die Anodenseite ein größeres Arbeitsfeld,
für die Kathodenseite hingegen ein verkleinertes geschaffen, so claß anodenseitig,
ohne Schaden zu bringen, mit größerer Stromstärke und höherer Spannung gearbeitet
werden kann und kathodenseitig ein genügend hochgespanntes Elektropotential gegeben
ist, welches die notwendig stärkere Wasserstoffabscheirlung leichter ermöglicht.
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Außer diesem durch die chemischen Vorgangsbedingungen geschaffenen
Arbeitsflächenunterschied der beiden Elektroden wird die Anodenplatte so groß wie
es die konstruktive Anordnung im Elektrolysierbehälter überhaupt zuläßt, die Kathodenplatte
deinentg - e gen so klein wie angängig ausgebildet, so daß eine Verdichtung
der Strommenge an der Kathode auch dadurch erreicht wird.
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Das für die Kathodenelektrode geforderte Gemisch vom Kupfer- und Chrommetall
und deren Oxyden hat bei der elektrolytischen Fällung von Kupferoxydul eine auffallende
gute Wirkung gezeigt, da an einer solchen im Gefüge feinporösen Fläche die aufsteigende
gasschichtartige Wasserstoffentwicklung sofort und intensiv eintritt und die im
Elektrolysierbehälter von oben nach unten fließende Natronlauge an den Poren def
Fläche einen gewissen Halt findet, die Fläche für die Stromleitung dabei aber noch
genügend groß bleibt.
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Es hat sich ergeben, daß die im Gegenstrom zum Wasserstoff sich bewegende
Schicht die Reduktion des gefällten Kupferoxydulproduktes nicht zuläßt und durch
die Bewegung die Bildung des Produktes gefördert wird, da durch sie ein kontinuierlicher
Wechsel der Elektrolytlösung, welche immer erneut dem rillenartig ausgebildeten
Kopf der Kathodenplatte zufließt, bewirkt wird. Der Druck und die Geschwindigkeit
der abfließenden Elektro-Ivtlösung müssen der der aufsteigenden Wasserstoffsäule
entsprechen, um einen gleichmäßigen Abtransport des gefällten Produktes herbeizuführen
und einen ungehemmten chemischen Umwandlungsprozeß zu ermöglichen.
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Das sich im Elektrolysierbehälter am Boden locker ablagernde. Kupferoxydulhydrat
wird periodisch, nachdem die Elektrolytlösung vorher
abgeleitet
worden ist, nach einer Zentrifuge abgelassen, in dieser ausgeschleudert, dann gewaschen,
getrocknet und feinst zerkleinert.