Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft die Elektrogewinnung und die
elektrolytische Raffination von Zink, Kupfer und anderen Metallen,
wobei die Elektrolyse effizient auszuführen ist und wobei es
möglich ist, die Handhabung der Elektroden wie das Eintauchen in
und das Herausheben aus einer Elektrolysezelle und die
verschiedenen Behandlungen leicht auszuführen. In der folgenden
Beschreibung wird der Term "Elektrogewinnung" so verwendet, daß
er auch die "elektrolytische Raffination" beinhaltet.
Hintergrund der Erfindung
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Bei der Elektrogewinnung eines Metalls ist in gleichen
Abständen abwechselnd eine Anzahl von Kathodenplatten und
Anodenplatten angeordnet. Oft werden die Kathodenplatten und die
Anodenplatten einzeln Platte für Platte in eine Elektrolysezelle
gehängt. Der Grund dafür ist, daß die Kathoden als die
Hauptplatten verwendet werden, an denen das elektrolytisch gewonnene
Metall abgeschieden wird, während die Anodenplatten nur als
Elektroden verwendet werden und es daher ausreicht, wenn zur
Gewinnung des abgeschiedenen Metalls nur die Kathodenplatten aus
der Zelle genommen werden.
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Wenn wie bisher die Kathodenplatten und die Anodenplatten
einzeln Platte für Platte in die Elektrolysezelle gehängt
werden, neigen die Elektrodenplatten dazu, hin- und herzuschwingen
und in Kontakt miteinander zu kommen, wodurch elektrische
Kurzschlüsse verursacht werden. Daher werden die Kathoden und die
Anoden im Vergleich zur Dicke des auf der Kathodenoberfläche
abzuscheidenden Metalls in einem beträchtlichen Abstand
angeordnet. Dadurch wird jedoch die Elektrolysezelle größer, und es
steigt der elektrische Widerstand an, wodurch die Elektrolyse
uneffektiver wird und der Leistungsverbrauch höher.
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Selbstverständlich wurden bereits viele Versuche
unternommen, um den Abstand zwischen den benachbarten Anoden und
Kathoden unter Vermeidung von Kurzschlüssen zu verringern. Zum
Beispiel wurden am Boden der Elektrolysezelle parallel
zueinander Stäbe aus isolierendem Material angebracht, und die unteren
Enden der Elektrodenplatten wurden in die Zwischenräume zwischen
den Stäben eingesetzt, um das Schwingen und den Kontakt zwischen
den Elektroden zu verhindern. Es ist jedoch nicht leicht, die
unteren Enden der hängenden Elektrodenplatten in den Raum
zwischen den Stäben einzusetzen, und auch ein Kurzschluß wird nicht
immer sicher verhindert. Das Einsetzen der Elektrodenplatten ist
nämlich nicht leicht, wenn die isolierenden Stäbe lang genug
sind, und wenn die isolierenden Stäbe kurz sind, neigen die
Enden der Elektrodenplatten dazu, in Kontakt zu kommen. Die
Anodenplatten bestehen aus ziemlich weichem Blei oder einer
Bleilegierung und verbiegen sich daher leicht, wodurch auch ein
gegenseitiger Kontakt der Elektroden im Randbereich verursacht
werden kann, obwohl die Mittelteile getrennt sind. Auch besteht
die Gefahr, daß die Anodenplatten verbogen werden, wenn sie in
den Raum zwischen den isolierenden Stäben eingesetzt werden, und
dann mit der benachbarten Platte in Kontakt kommen.
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Es ist auch bereits bekannt, die Anodenplatten an der
Oberfläche mit isolierenden Vorsprüngen zu versehen, um den Kontakt
mit den Kathodenplatten zu verhindern, an denen das betreffende
Metall abgeschieden wird. Es ist jedoch nicht leicht, solche
Anodenplatten mit Vorsprüngen herzustellen, und auch diese
Anodenplatten können nicht stabil in die Zelle eingesetzt werden
und sind nicht frei von Verbiegungen, so daß auch sie nicht
praktisch sind.
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Bei der herkömmlichen Elektrogewinnung eines Metalls ist es
ziemlich schwierig, nur die Kathodenplatten zu entnehmen und sie
nach dem Abstreifen des abgeschiedenen Metalls in die Zelle
zurückzubringen. Die Kathodenplatten, von denen das abgeschiedene
Metall entfernt wurde, müssen erneut jeweils zwischen zwei
benachbarte Anodenplatten in die Elektrolysezelle eingesetzt
werden. Die Bedienungsperson hat die aufgehängten Kathodenplatten
zu beobachten und die Position jeder Kathodenplatte sorgfältig
einzustellen, bevor sie endlich zwischen die Anodenplatten
eingesetzt werden können. Auch eine erfahrene Bedienungsperson
benötigt dafür eine beträchtliche Zeit.
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Bei der herkömmlichen Elektrogewinnung eines Metalls liegt
auch in der Behandlung der Elektroden nach der Elektrolyse ein
Problem. Bei der Elektrogewinnung von Zink, das ein typisches
Beispiel für die Elektrogewinnung ist, werden die
Kathodenplatten jedesmal, wenn eine Arbeitsperiode der Elektrolyse beendet
ist, zum Abstreifen des abgeschiedenen Zinks aus der
Elektrolysezelle genommen, und nachdem das Abstreifen und andere
Behandlungen erfolgt sind, werden sie wieder in die Zelle
eingetaucht. Andererseits werden die Anodenplatten nach jeweils
mehreren Elektrolysezyklen zur Wartung herausgenommen, wie zum
Entfernen von Verkrustungen, die sich auf der Oberfläche
gebildet haben. Die sich auf der Anodenoberfläche bildende Kruste
läßt den Elektrolysewiderstand ansteigen und verschlechtert die
Effizienz der Elektrolyse. Es ist daher wünschenswert, die
Kruste so oft wie möglich zu entfernen. Bisher wurde die
Behandlung der Anodenplatten nach jeweils mehreren
Kathoden-Abstreifvorgängen ausgeführt. Der Grund dafür ist, daß die Kathoden und
die Anoden jeweils Platte für Platte eingehängt sind und es
daher schwierig ist, die abwechselnd angeordneten und einzeln
aufgehängten Kathoden und Anoden getrennt heraus zunehmen und die
beiden Arten der Elektroden jedesmal wieder in die
ursprünglichen Positionen zurückzubringen, da der Arbeitsaufwand dafür
hoch ist.
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Die DE-A-28 53 672 zeigt ein Rahmengestell, das von vier
getrennten, länglichen Trägern gebildet wird. Die Träger können
einzeln gehandhabt werden und müssen zur Bildung des
vollständigen Rahmengestells an ihren Enden miteinander verbunden
werden. Die vertikalen Träger und der untere Träger sind im
wesentlichen U-förmig und beinhalten nach innen vor stehende
Vorsprünge, die als Halteelemente zur Aufnahme der Ränder einer
Elektrodenplatte dienen.
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Aus der US-A-4 113 586 ist es bekannt, Rand-Abweisplatten
zu verwenden, die sich von jedem der Anoden-Randabschnitte nach
außen erstrecken, um zwischen den Kathoden und Anoden einen
Abstand zu schaffen. Die Rand-Abweisplatten verhindern auch das
Abscheiden von Metall an den Rändern der Kathoden, da sich die
Kathoden über die von den Abweisplatten festgelegte Breite
hinaus erstrecken. Zusätzlich werden die Kathoden in Schlitzen
einer Ausrichtvorrichtung gehalten.
Offenbarung der Erfindung
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Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Rahmengestell zur Elektrogewinnung eines Metalls unter Verwendung
wenigstens einer Elektrodeneinheit zu schaffen, die eine Anzahl
von Anodenplatten und Kathodenplatten umfaßt, die abwechselnd,
isoliert und separat zusammengesetzt sind.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Rahmengestell zur Elektrogewinnung eines Metalls wie oben zu
schaffen, mit dem es möglich ist, das Eintauchen in und das
Herausheben der Elektroden aus einer Elektrolysezelle und die
verschiedenen Behandlungen der Elektroden Einheit für Einheit
auszuführen.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Rahmengestell zur Elektrogewinnung eines Metalls wie oben zu
schaffen, mit dem eine Reihe von Arbeitsvorgängen für das
Herausheben der Elektrodenplatten aus der Elektrolysezelle, die
Elektrodenbehandlungen und das erneute Eintauchen der Elektroden
in die Elektrolysezelle kontinuierlich ausgeführt werden können,
wobei die Kathodenplatten und die Anodenplatten gleichzeitig an
einer Transporteinrichtung aufgehängt sind.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Rahmengestell zur Elektrogewinnung eines Metalls wie oben zu
schaffen, wobei die Elektrodeneinheit auseinandergenommen wird,
nachdem die Einheit aus der Elektrolysezelle herausgehoben
wurde, und wobei während und nach dem Transport die getrennten
Anodenplatten mit den Rahmengestellen und die Kathodenplatten
gleichzeitig gehalten und verschiedenen Behandlungen unterworfen
werden, woraufhin die Elektrodenplatten wieder zusammengesetzt und
als Einheit in die Elektrolysezelle eingetaucht werden.
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Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein
Rahmengestell zur Elektrogewinnung eines Metalls wie oben zu
schaffen, wobei die Rahmengestelle von den Anodenplatten
entfernt werden, nachdem die Elektrodeneinheiten aus der
Elektrolysezelle herausgehoben wurden, und wobei sie wieder an den
Anoden befestigt werden, bevor die Elektrodenplatten wieder
zusammengesetzt werden.
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Um diese Aufgabe zu lösen, wird erfindungsgemäß, wie in den
Ansprüchen beschrieben, ein Rahmengestell vorgesehen, das aus
einem elektrisch isolierenden Material besteht, um eine
Elektrodeneinheit zu bilden, wobei das Rahmengestell zwei Rahmen, die
das Rahmengestell bilden und eine Elektrodenplatte halten,
Halteelemente zum Festhalten einer Elektrodenplatte,
Anlageelemente, die an einem anderen Rahmengestell anliegen, und
kurzschlußverhindernde Elemente umfaßt, die den Kontakt der
Querträger der Elektroden verhindern.
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Das Rahmengestell ist rechteckig, so daß die äußeren Ränder
einer Anodenplatte davon umgeben sind, wobei eine Anzahl von
Halteelementen zwischen den beiden Rahmen vorgesehen ist, von
denen jedes ein Paar von Klemmeinrichtungen aufweist, und wobei
das Anlageelement aus einem Paar von Streifen besteht, die von
den beiden seitlichen Rändern eines der beiden Rahmen vorstehen
und sich zu einem benachbarten Rahmengestell hin erstrecken, um
dazwischen eine Kathodenplatte aufzunehmen.
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Bei dem obigen Rahmengestell zur Bildung einer
Elektrodeneinheit sind an einem Teil des Umfangs am Boden und den Seiten
der Rahmen Zwischenräume vorgesehen.
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Bei der vorliegenden Erfindung beinhaltet der Term
Elektrodeneinheit einen Aufbau mit einer Anzahl von Anodenplatten und
Kathodenplatten, die abwechselnd, isoliert und getrennt
voneinander angeordnet sind, wobei die Vorrichtung für den Aufbau
nicht betroffen ist. Die einfachste Form einer Elektrodeneinheit
ist die Zusammenstellung einer Anzahl von abwechselnd
angeordneten und voneinander isolierten Anodenplatten und
Kathodenplatten mit schmalen Zwischenräumen zum Eintauchen in eine
Elektrolysezelle. Zum Zusammenstellen der Anoden- und Kathodenplatten
können verschiedene Maßnahmen ergriffen werden. Das heißt, die
Anodenplatten und die Kathodenplatten können durch abwechselndes
Halten mittels eines Paares von Verbindungselementen mit im
Abstand angeordneten isolierenden Abstandshaltern zusammengestellt
werden, wobei ein Paar von Verbindungselementen gleichzeitig als
Isolator und/oder als Abstandshalter dient. Es können Rahmen
verschiedener Formen und Arten verwendet werden, wenn sie die
Anoden- und Kathodenplatten abwechselnd mit Zwischenräumen
dazwischen halten können. Zum Beispiel kann ein isolierender
Rahmen einzeln an einer Anodenplatte befestigt sein, der mittels
daran vorgesehener Anlageelemente an einem benachbarten Rahmen
anliegt, oder es kann ein dreidimensionaler Rahmen verwendet
werden, der eine Anzahl von Anoden- und Kathodenplatten
enthalten kann, die mit Zwischenräumen abwechselnd angeordnet sind.
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Ein spezielles Beispiel für einen solchen Rahmen ist ein
Rahmengestell mit einem Paar von rechteckigen Rahmen, die eine
Elektrode umgeben können und die mit die Anode haltenden
Elementen, mit Anlageelementen, die an einem anderen, benachbarten
Rahmengestell anliegen, und mit kurzschlußverhindernden
Elementen versehen sind, die einen Kontakt der Querträger verhindern.
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Das die Anode haltende Element ist eine Klemmeinrichtung, das
ein Paar von klauenförmigen Elementen aufweist, die eine Anode
an ihrem Rand festhalten, wobei eine Anzahl davon zwischen den
vertikalen Trägern der Rahmen angeordnet ist und an
symmetrischen Positionen nach innen vorstehen. Die die Anode haltenden
Elemente sind auch an den unteren Trägern des Rahmengestells
vorgesehen. Das Anlageelement besteht aus einem Paar von
Streifen, die jeweils vom Rand eines der beiden Rahmen vorstehen und
die sich zu einem benachbarten Rahmengestell erstrecken, um
dazwischen eine Kathodenplatte aufzunehmen. Die Rahmengestelle
halten jeweils eine Anodenplatte und sind abwechselnd mit
Kathodenplatten angeordnet und verbunden, um eine Elektrodeneinheit
zu bilden, in der die Rahmengestelle als Abstandshalter dienen.
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Bei dieser so gebildeten Elektrodeneinheit kann kein durch
ein Hin- und Herschwingen verursachter Kontakt auftreten, da
die Anodenplatten und die Kathodenplatten durch Abstandshalter
oder Rahmengestelle festgehalten werden. Der Abstand zwischen
einer Anode und einer Kathode kann daher viel kleiner gewählt
werden als bei der herkömmlichen Konstruktion. Obwohl der
Abstand zwischen einer Anode und einer Kathode durch Verringern
der Dicke des Abstandshalters oder des Rahmens kleiner gemacht
werden kann, kann dieser Abstand nicht übermäßig klein gemacht
werden. Wenn der Abstand zwischen den Elektroden übermäßig klein
ist, ist nämlich die Dicke des Metalls beschränkt, die
abgeschieden werden kann. Dünne Schichten abgeschiedenen Metalls
können nicht leicht abgestreift werden. Daher wird der Abstand
unter Berücksichtigung des abzuscheidenden Metalls, der
Elektrolysebedingungen usw. geeignet gewählt.
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Zur Elektrolyse wird eine Elektrodeneinheit in eine
Elektrolysezelle eingetaucht und nach der Elektrolyse wieder
herausgehoben. Die herausgehobene Einheit wird verschiedenen
Behandlungen unterworfen, bevor sie wieder in die Elektrolysezelle
eingetaucht wird. Die Behandlungen, denen die Elektroden
unterworfen werden, unterscheiden sich in Abhängigkeit vom Aufbau der
Elektrodeneinheit. Welchen Behandlungen die Elektroden auch
unterworfen werden, gehören die Prozesse zu der vorliegenden
Erfindung, wenn die Elektroden zu einer Einheit zusammengestellt
werden und bei der Elektrolyse die Einheit verwendet wird.
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Nachdem die Elektrodeneinheit aus einer Elektrolysezelle
herausgehoben wurde, werden die Kathodenplatten und die
Anodenplatten verschiedenen Behandlungen unterworfen, einschließlich
dem Abstreifen des abgeschiedenen Metalls, ohne daß sie in die
Anodengruppe und die Kathodengruppe getrennt werden. Die Anoden
und Kathoden werden zusammen wieder zum Elektrolyseschritt
zurückgeführt.
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Das heißt, daß das Abstreifen des abgeschiedenen Metalls
und die Wartung der Elektrodenplatte Einheit für Einheit
ausgeführt wird. Die Arten der Elektrodeneinheit beinhalten
verschiedene Ausführungsformen.
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Wenn die Elektrodeneinheit aus der obigen Abstands- und
Klemmeinrichtung oder einem dreidimensionalen Rahmen gebildet
wird, werden die Abstands- und Klemmeinrichtungen entfernt, wenn
die Elektrodenplatten, aufgehängt an einer Transporteinrichtung,
zu den verschiedenen Behandlungsstationen transportiert werden.
Danach werden die Elektroden mit den Klemm-Abstandshaltern oder
dem Rahmen erneut zusammengesetzt, um wieder in die
Elektrolysezelle eingetaucht zu werden.
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Die Elektrodeneinheit kann mittels eines Rahmenelements aus
einem isolierenden Material gebildet werden, das jeweils an
einer Elektrode befestigt und mit den benachbarten
Rahmengestellen verbunden ist, wobei die verbundenen Rahmengestelle
getrennt werden, nachdem die Einheit aus der Elektrolysezelle
herausgehoben wurde, und die Elektrodenplatten so, wie sie an
einer Transporteinrichtung aufgehängt sind, verschiedenen
Behandlungen unterworfen werden, ohne die Rahmengestelle zu
entfernen. Nach der Beendigung der Behandlungen werden die
Elektroden wieder zu einer Einheit zusammengesetzt und in eine
Elektrolysezelle getaucht. In manchen Fällen werden, wenn es
erforderlich ist, die Rahmengestelle von den Anodenplatten
entfernt.
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In jedem Fall werden die Anodenplatten und die
Kathodenplatten verschiedenen Elektrodenbehandlungen einschließlich dem
Abstreifen des abgeschiedenen Metalls, dem Waschen und der
Wartung der Elektroden usw. so unterworfen, wie sie an einer
Transporteinrichtung wie einem Laufkran aufgehängt sind.
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Die von den Rahmenelementen oder den Abstandshaltern
freigesetzten Elektroden befinden sich zu nahe beieinander, um die
verschiedenen Behandlungen der Elektroden ausführen zu können.
Bei der Ausführung der vorliegenden Erfindung wird daher
vorzugsweise eine Transporteinrichtung verwendet, die die
Elektroden weiter auseinander und wieder näher zusammenbringen kann.
Eine solche Transporteinrichtung ist in der parallelen
Patentanmeldung EP 88 105 555.2, veröffentlicht unter EP-A-0 286 092
beschrieben, die vom gleichen Anmelder unter dem gleichen Datum
wie die vorliegende Anmeldung eingereicht wurde.
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Wie beschrieben kann bei dem erfindungsgemäßen Verfahren
der Abstand zwischen den Elektroden berächtlich verringert
werden. Zum Beispiel kann bei einer Elektrodeneinheit, die für
die Elektrogewinnung von Zink verwendet wird, der Abstand
zwischen den Oberflächen der benachbarten Anodenplatte und
Kathodenplatte etwa 14 mm klein sein, im Gegensatz zu 30 - 35 mm bei
den herkömmlichen Verfahren. Das heißt, der Abstand kann auf
etwa die Hälfte verringert werden. Daraus folgt eine
Verringerung des Elektrolysewiderstandes, d. h. eine Verringerung des
Leistungsverbrauchs. Des weiteren kann die Elektrolysezelle
kompakter gemacht werden, was eine Verringerung des
Arbeitsraumes bedeutet.
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Durch die Verwendung einer Elektrodeneinheit wird die
Handhabung der Elektroden vereinfacht und die Effektivität der
Arbeit erhöht. Das Abstreifen des abgeschiedenen Metalls, das
Waschen und andere Behandlungen werden Einheit für Einheit
ausgeführt, und es ist möglich, eine Reihe von
Bearbeitungsvorgängen
von der Elektrolyse bis zur Behandlung der Elektroden zu
automatisieren.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren werden die
Anodenplatten und die Kathodenplatten, an denen das betreffende Metall
abgeschieden wurde, gleichzeitig als eine Einheit angehoben,
wobei der elektrische Strom eingeschaltet bleibt, im Gegensatz
zu dem bekannten Verfahren, bei dem die Anodenplatten und die
Kathodenplatten getrennt angehoben werden. Auch können die
Elektroden so, wie sie an einer Transporteinrichtung aufgehängt
sind, fortlaufend behandelt werden. Die Bearbeitungsvorgänge
können daher schneller als bei dem herkömmlichen Verfahren
ausgeführt werden.
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Durch die Verwendung einer Anoden-Wartungsvorrichtung und
einer Kathoden-Waschvorrichtung, wie es im folgenden noch
beschrieben wird, können diese Behandlungen kontinuierlich
ausgeführt werden, während die Elektroden gehalten werden.
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Bei den herkömmlichen Verfahren sind zur Behandlung der
Elektroden Serienförderer erforderlich, da die Elektroden
einzeln aufgehängt sind und Stück für Stück zu jeder
Behandlungsstation zu befördern sind. Die Installierung von Serienförderern
erfordert einen größeren Raum für die Anlage. Mit der
vorliegenden Erfindung wird das Erfordernis für einen Serienförderer
beseitigt, da die Elektroden verschiedener Arten gleichzeitig
behandelt werden können und daher eine Reihe von Behandlungen
der Elektrodenplatten in einem relativ kleinen Raum wirkungsvoll
ausgeführt werden kann.
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Eine Anzahl von Elektrodenplatten kann gleichzeitig so
behandelt werden, wie sie an einer Transporteinrichtung aufgehängt
sind, wodurch eine höhere Arbeitseffektivität erreicht wird.
Kurzbeschreibung der Zeichnungen
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Die Fig. 1A ist eine teilweise aufgeschnittene
perspektivische Ansicht eines bei der vorliegenden Erfindung verwendeten
Rahmengestells.
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Die Fig. 1B ist eine schematische, horizontale
Querschnittsansicht längs der Linie A-A des in der Fig. 2
gezeigten Rahmengestells.
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Die Fig. 2 ist die Ansicht eines Rahmengestells, das eine
Anodenplatte hält.
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Die Fig. 3 ist eine Ansicht, teilweise im Schnitt längs der
Linie X-X, des Rahmengestells der Fig. 2. In dieser Abbildung
sind auch Kathodenplatten 4 gezeigt.
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Die Fig. 4 ist eine schematische, horizontale
Querschnittsansicht längs der Linie B-B in der Fig. 2 von
Elektrodenplatten, die mittels zwei Rahmengestellen zusammengesetzt wurden.
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Die Fig. 5 ist eine schematische Ansicht, teilweise im
Schnitt, des oberen Trägers eines Rahmens des Rahmengestells.
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Die Fig. 6 - 8 sind schematische horizontale Ansichten, die
die Beziehungen zwischen der Größe der Anode und der der Kathode
und dem Zustand des abgeschiedenen Metalls darstellen.
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Die Fig. 9 ist eine Aufsicht, die die Anordnung der
Elektrolysezellen und verschiedener Behandlungsstationen zeigt.
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Die Fig. 10A und 10B sind schematische perspektivische
Ansichten, die ein Beispiel für eine
Elektroden-Handhabungsvorrichtung zeigen.
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Die Fig. 11 und 12 sind eine schematische Ansicht und eine
schematische Seitenansicht einer Anoden-Wartungsvorrichtung.
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Die Fig. 13 und 14 sind eine schematische Ansicht und eine
schematische Seitenansicht einer Kathoden-Poliervorrichtung.
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Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
In den Fig. 1A und 1B ist eines der Rahmengestelle 1
gezeigt, von denen eine Elektrodeneinheit 10 gebildet wird. Die
Zusammenstellung der Anoden 2 und der Kathoden 4 mittels des
Rahmengestells 1 ist in den Fig. 2 - 4 dargestellt. Das
Rahmengestell 1 umfaßt zwei Rahmen 11 und 12 aus einem isolierenden
Material wie Kunststoff, die Anodenplatten-Halteeinrichtungen
20, die eine Anodenplatte 2 am Rahmengestell festhalten, eine
kurzschlußverhindernde Einrichtung 30, die einen Kontakt der
Elektrodenplatten 2 und 4 verhindert, und ein Anlageelement 40
tragen, mit dem das Rahmengestell 1 an einem benachbarten
Rahmengestell 3 anliegt.
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Das Rahmengestell 1 ist rechteckig, so daß eine
Anodenplatte 2 davon umgeben ist, es besteht aus zwei Rahmen 11 und
12. Die Rahmen 11 und 12 umfassen jeweils horizontale Träger 11a
und 12a und vertikale Träger 11b und 12b. Der Raum zwischen den
vertikalen Trägern 11b und 12b ist vorzugsweise zum Teil ein
wenig breiter als es der Breite der Anodenplatten 2 entspricht,
so daß ein Zwischenraum 50 (1 - 2 cm) zwischen dem Rahmengestell
1 und der Anodenplatte 2 entsteht, durch den der Elektrolyt
fließen kann, wie es in den Fig. 1A und 2 gezeigt ist. Die
horizontalen Träger 11a und 12a sind mit Schraubenlöchern 13 und
14 versehen, mittels denen eine Anode am Rahmengestell befestigt
werden kann, wie es in den Fig. 1A und 3 gezeigt ist. Diese
Befestigung kann auch durch Schweißen erfolgen, falls gewünscht.
Die oberen, horizontalen Träger 11a und 12a können hohle Röhren
sein, die Belüftungsöffnungen oder einen Schlitz aufweisen, so
daß sie mit einem Filtermaterial gefüllt werden können, das den
Dampf aufnimmt, der von der Oberfläche des elektrolytischen
Bades aufsteigt, wie es in der Fig. 5 gezeigt ist. Das heißt,
daß das Sauerstoffgas etc., das an der Oberfläche des
elektrolytischen Bades entsteht, durch die Belüftungsöffnungen oder den
Schlitz 15 entweicht. Der Elektrolytdampf, der von dem
Sauerstoffgas etc. mitgenommen wird, wird von dem in die Träger
gefüllten Filter 16 aufgenommen, der regelmäßig erneuert werden
kann.
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Die Halteelemente 20 bestehen aus einem Paar von
elastischen Klammern 21a und 21b, die an der Basis mit einem Abstand
aneinander befestigt sind und die einen Zwischenraum 22 (Fig. 1A
und 1B) aufweisen. Es werden darin die Ränder einer Anodenplatte
2 eingesetzt und von der elastischen Kraft davon festgehalten.
Die Rahmen 11 und 12 sind vorzugsweise so ausgeführt, daß zum
Teil Zwischenräume 50 entstehen, die in der Fig. 2 gezeigt sind.
Dabei ist die Tiefe des Zwischenraumes 22 so bemessen, daß sich
der Boden davon etwas innerhalb des inneren Randes der Rahmen 11
und 12 befindet, wodurch der Zwischenraum 50 um die Anodenplatte
2 gebildet wird, die mit den Halteelementen 20 befestigt ist,
wie es in der Fig. 1B und der Fig. 2 gezeigt ist.
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Die kurzschlußverhindernde Einrichtung 30 besteht aus
Streifen, die im Falle des in der Fig. 1A gezeigten Beispiels
von den Enden der oberen Träger 11a und 12a vorstehen. Diese
können zu einer umgekehrten U-Form zusammengefaßt werden, so daß
die Rahmenelemente 11 und 12 an einem Querträger 2a, 4a
aufgehängt werden können.
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Die Anlageelemente 40, die aus einem Paar von Streifen 41
und 42 bestehen, die von den beiden Seiten eines Rahmens 11
vorstehen, bewirken, daß ein Rahmengestell 1 an einem anderen
Rahmengestell 3 anliegt, wobei eine Kathodenplatte 4 dazwischen
gehalten wird. Wie in der Fig. 4 gezeigt, liegen die
Anlageelemente 40 einem benachbarten Rahmengestell 3 an und decken die
seitlichen Ränder der Kathodenplatte 4 ab, die zwischen den
beiden Rahmengestellen 1 und 3 gehalten wird. Wenn die
seitlichen Ränder der Kathodenplatten freiliegen, wird daran das
betreffende Metall abgeschieden und wächst auf, wodurch es zu
einem Kontakt zwischen der Abscheidung und der angrenzenden
Kathodenplatte kommt. Das Abstreifen des abgeschiedenen
betreffenden Metalls wird dadurch schwierig. Wie in der Fig. 4
gezeigt, wird deshalb eine Elektrodeneinheit 70 durch das
Zusammensetzen eines ersten Rahmengestells 1, eines zweiten
Rahmengestells 3 usw. gebildet, wobei von den Anoden-Halteelementen 20
eine Anodenplatte 2 gehalten wird und wobei zwischen den
Rahmengestellen 1 und 3 mittels der Anlageelemente 40 eine
Kathodenplatte 4 gehalten wird.
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Vorzugsweise wird die so gebildete Elektrodeneinheit (mit
70 bezeichnet) mittels eines Paares von Klammern 71 (siehe Fig.
10A) zusammengehalten, die sich über die gesamte Breite der
zusammengesetzten Anoden und Kathoden erstrecken und sie mittels
Haken festhalten, die an den beiden Enden davon vorgesehen sind.
Die Klammern 71 werden entfernt, wenn die Elektrodeneinheit aus
der Elektrolysezelle herausgehoben und zu den
Elektroden-Behandlungsstationen befördert wird.
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Die Länge der horizontalen Rahmenträger (11a und 12a)
entspricht etwa der Breite l (Fig. 6) einer Kathodenplatte 4, und
der seitliche Rand der Kathode wird durch die vertikalen Träger
11b und 12b abgedeckt. Die Breite m der Abscheidefläche der
Kathodenplatte ist daher etwas kleiner als die Breite l der
Kathodenplatte 4 (Fig. 6). Wenn die Breite m der Abscheidefläche
der Kathodenplatte 4 kleiner ist als die Breite n der
Anodenplatte 2, liegt der Umfang der Abscheidefläche innerhalb der
seitlichen Ränder der Anodenplatte 2, wie es in der Fig. 7
gezeigt ist. Die elektrische Stromdichte ist bei der Elektrolyse
am seitlichen Umfang größer als im mittleren Bereich, und es
wird daher am Umfang als Grat mehr Metall 51 abgeschieden, das
wachsen kann und mit der Anodenplatte 2 in Kontakt kommen kann,
wodurch ein Kurzschluß entsteht. Andererseits ist, wenn die
Breite m der Abscheidefläche der Kathode 4 größer ist als die
Breite n der Anodenplatte 2, wie es in der Fig. 8 gezeigt ist,
die Abscheidung an Metall am Umfang geringer, was es schwierig
macht, ein Schabemesser zwischen dem abgeschiedenen Metall 51
und der Kathoden-Oberfläche anzusetzen.
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Bei der erfindungsgemäßen Elektrodeneinheit ist die Breite
m der Abscheidefläche der Kathodenplatte 4 nur geringfügig
größer als die Breite n der Anodenplatte, weshalb die oben mit
Bezug zur Fig. 8 geschilderten Schwierigkeiten nicht auftreten.
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Ein Beispiel für die Anordnung von Elektrolysezellen und
verschiedenen Behandlungsstationen ist in der Fig. 9 gezeigt.
Bei diesem Beispiel sind Elektrolysezellen 120a, 120b, 120c,
120d, 120e, 120f, 120g, 120h und 120i, eine Anodenplatten-
Wartungsstation 130, eine Kathodenplatten-Waschstation 140, eine
Kathodenplatten-Polierstation 150, eine Abstreifstation 160 usw.
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längs der Transportrichtung einer Transporteinrichtung 100
angeordnet.
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Eine geeignete Transporteinrichtung ist in den Fig. 10A und
10B gezeigt. Die Einrichtung umfaßt ein laufendes allgemeines
Rahmenwerk 111, einen Antriebsmechanismus 112 für das Rahmenwerk
111, einen Aufhängerahmen 113, der am Rahmenwerk 111 angebracht
ist und der angehoben und abgesenkt werden kann, eine Anzahl von
Aufhängern 114, die am Aufhängerahmen 113 angebracht sind und
die längs der Träger des Aufhängerahmens bewegbar sind, einen
Aufhänge-Antriebsmechanismus 115, der die Aufhänger verschiebt
und sie auseinanderbewegt oder sie zusammenbringt,
Kipphakenelemente 116, die an den Aufhängern 114 aufgehängt sind und die
Vorsprünge an Elektrodenplatten ergreifen, und einen
Haken-Antriebsmechanismus 117 zum Ergreifen oder Freigeben der
Elektrodenplatten durch die Haken. Das Rahmenwerk 111 ist zum Beispiel
bewegbar an Deckenschienen 111a und 111b aufgehängt oder bewegt
sich auf Schienen, die am Boden ausgelegt sind. Die Aufhänger
und der Aufhängerahmen sind durch dazwischengesetzte
Isolierelemente voneinander isoliert. Es gibt äußere Aufhänger 114a, an
denen Anodenplatten hängen, und innere Aufhänger 114b, an denen
Kathodenplatten hängen.
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Die Aufhänger 114a und 114b sind durch Verbindungsglieder
118 der Reihe nach verbunden, und am Aufhängerahmen sind
Kettenmechanismen 119a und 119b vorgesehen, von denen der eine die
Aufhänger in die eine Richtung und der andere sie in die
entgegengesetzte Richtung bewegt. Durch die Bewegung der beiden
Kettenmechanismen werden die über die Verbindungsglieder 118
verbundenen Aufhänger voneinander getrennt, d. h.
auseinandergezogen, oder zusammengebracht.
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Die beschriebene Transporteinrichtung ist Gegenstand der
parallelen Patentanmeldung EP 88 105 555.2, veröffentlicht unter
EP-A-0 286 092, die am gleichen Tag vom gleichen Anmelder
eingereicht wurde, und dort genau beschrieben.
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Von der Transporteinrichtung wird die Elektrodeneinheit aus
einer der Elektrolysezellen (Fig. 9) herausgehoben. Die Klammer
(falls verwendet) und die Rahmengestelle, die die Elektroden
zusammengehalten haben, werden entfernt, zum Beispiel während
des Transports, die Aufhänger werden verschoben und der Abstand
zwischen den Elektroden wird vergrößert, und die
Elektrodenplatten werden zu einer Anoden-Wartungsstation gebracht. Zum
Beispiel können die zusammengesetzten Elektroden, bei denen der
Abstand zwischen den Elektroden 15 - 30 mm ist, auf 150 - 250 mm
auseinandergezogen werden.
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An der Anoden-Wartungsstation 130 (Fig. 9) werden
Anodenverkrustungen entfernt. In den Fig. 11 und 12 ist ein Beispiel
für eine Anoden-Wartungsvorrichtung 131 gezeigt. Die
dargestellte Anoden-Wartungsvorrichtung 131 umfaßt eine Anzahl von im
Abstand angeordneten vertikalen Sprühleitungen 132 mit einer
Reihe von Sprühdüsenöffnungen. Der Abstand zwischen den
benachbarten Sprühleitungen ist gleich dem Abstand zwischen einer
Anodenplatte und der benachbarten Kathodenplatte, wenn die
miteinander verbundenen Aufhänger am weitesten auseinandergezogen
sind, und die Sprühdüsenöffnungen sind an der Seite der
Leitungen vorgesehen, die den Anodenplatten gegenüberliegt. Die von
der Transporteinrichtung am weitesten auseinandergezogenen
Anoden- und Kathodenplatten können daher den Raum zwischen den
benachbarten Sprühleitungen passieren, und die Anodenplatten und
die Rahmen werden mit Hochdruck-Wasserstrahlen aus den
Düsenöffnungen gewaschen. Dieser Vorgang kann mittels Sensoren und
entsprechenden automatischen Steuereinrichtungen automatisch
gesteuert werden. Die Anodenplatten werden von den Rahmengestellen
gehalten und sind daher ausreichend vor einer Deformation
geschützt, die sie ansonsten während der Wartung erleiden können.
Das erfindungsgemäße Verfahren beseitigt somit das Erfordernis
nach einer Reparatur der Elektroden, die versehentlich verbogen
wurden.
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Die Kathodenplatten können gewaschen werden, während sie
eine Kathoden-Wartungsstation 140 passieren, die genauso
aufgebaut ist wie die beschriebene Anoden-Wartungsstation 131. Die
Kathoden werden vorzugsweise mit heißem Wasser gewaschen.
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Es erübrigt sich anzumerken, daß die Wartung der
Anodenplatten und der Kathodenplatten dadurch gleichzeitig erfolgen
kann, daß an beiden Seiten der Sprühleitungen 132 der Anoden-
Wartungsvorrichtung 131 Düsenöffnungen vorgesehen werden.
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Die an der Transporteinrichtung 110 aufgehängten
Anodenplatten 2 und Kathodenplatten 4, die von der
Anoden-Wartungsvorrichtung 131 und einer Kathoden-Wartungsvorrichtung gewaschen
wurden, werden zu einer Abstreifstation 160 gebracht. An der
Abstreifstation werden die zusammen mit den Anodenplatten mit
dem größtmöglichen Abstand an der Transporteinrichtung 100
aufgehängten Kathodenplatten einem Abkratzer 161 ausgesetzt. Der
Abkratzer 161 ist mit einer Anzahl von Schabemessern 162a, 162b
usw. versehen, so daß eine Anzahl von Kathodenplatten abgeschabt
werden kann. Der Abstand zwischen einer Kathodenplatte und der
benachbarten Kathodenplatte ist gleich dem Abstand zwischen dem
einen Schabemesser 162a und dem nächsten Schabemesser 162b (Fig.
9). Das Abstreifen wird bewirkte während die Elektrodenplatten 2
und 4 an der Transporteinrichtung aufgehängt sind.
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Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen dem Rand
der Anodenplatte und dem Rand der Rahmenträger im oberen Teil
des Rahmens 10 kein Zwischenraum 50 vorgesehen, wie es aus der
Fig. 2 ersichtlich ist. Durch diese Ausgestaltung des Rahmens
wird im oberen Teil der Kathodenplatte zum Teil der in der Fig.
7 gezeigte Zustand erhalten. Dadurch läßt sich das Schabemesser
leichter ansetzen. Das heißt, die Messerschneide kann leicht an
der Stelle angesetzt werden, an der die abgeschiedene
Metallschicht einen steilen (nicht geneigten) Rand aufweist.
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Wie erläutert kann das Abstreifen bewirkt werden, während
die Elektrodenplatten 2 und 4 an der Transporteinrichtung
aufgehängt sind. Da der Abstand zwischen einer Kathodenplatte und der
benachbarten Anode auf 150 - 250 mm erweitert ist, wie es oben
angegeben ist, kann das Abstreifen mit den herkömmlichen
Abkratzeinrichtungen ausgeführt werden, ohne daß die benachbarte
Anodenplatte hinderlich ist.
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Nachdem das abgeschiedene Metall (Zink zum Beispiel) von
den Kathodenplatten abgekratzt wurde, werden die Elektroden 2
und 4 zu einer Kathoden-Polierstation 150 gebracht. Auch das
Polieren der Kathoden erfolgt, während die Anoden- und
Kathodenplatten an der Transporteinrichtung aufgehängt sind. Bei
diesem Schritt können ohne Schwierigkeiten Polierbürsten usw.
verwendet werden, da der Abstand zwischen einer Kathodenplatte
und der benachbarten Anodenplatte 150 - 250 mm beträgt, wie es
oben angegeben wurde.
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Ein Beispiel für eine Kathoden-Poliervorrichtung 151 ist in
den Fig. 13 und 14 gezeigt. Die Poliervorrichtung besteht aus
einem Paar von nahe beieinander angeordneten, rotierenden,
vertikalen und zylindrischen Bürsten 152a und 152b, die an der
Position der Kathodenplatten vorgesehen sind, wenn diese am
weitesten auseinandergezogen aufgehängt sind. Bei der Bewegung
der Transporteinrichtung 100 passieren daher die Kathodenplatten
das Paar von rotierenden Bürsten. Die Drehrichtung und die
Drehzahl der Bürsten kann gemäß der Transportrichtung und der
Bewegungsgeschwindigkeit der Transporteinrichtung 100 eingestellt
werden.
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Nachdem die Behandlung der Elektrodenplatten beendet ist
(wenn die Rahmengestelle entfernt wurden, werden sie wieder an
den Anoden befestigt), werden die Elektrodenplatten 2 und 4
wieder durch die Bewegung der Aufhänger zusammengebracht, wobei
das Bündel der Elektroden zusammengespannt wird, bevor oder
während sich die Transporteinrichtung zu einer Elektrolysezelle
bewegt. Die beiden Klammern werden an dem Bündel der
zusammengespannten Elektroden befestigt, um wieder die Elektrodeneinheit
zu bilden, und die so wieder zusammengesetzte Elektrodeneinheit
wird in eine Elektrolysezelle eingetaucht.
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Bei dem Verfahren zur Elektrogewinnung eines Metalls ist
die Anzahl der zu einer Einheit zusammengesetzten Elektroden und
die Anzahl der in einem Arbeitszyklus behandelten Einheiten
beliebig. Ein bevorzugtes Beispiel besteht darin, daß die
Elektroden, die in einer Elektrolysezelle verwendet werden, in zwei
Einheiten aufgeteilt werden. Während die eine Einheit der
Elektroden zur Elektrogewinnung verwendet wird, kann die andere
Einheit der Elektroden außerhalb der Zelle behandelt werden, und
der halbe Raum der Elektrolysezelle, in dem vorher die
Elektrodeneinheit eingetaucht war, kann bei eingeschaltetem
Elektrolysestrom gereinigt werden, während die Elektroden der Einheit
behandelt werden. Das heißt, es kann der Anodenschlamm usw.
durch Absaugen entfernt werden.
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Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann eine
Reihe von Vorgängen mittels automatischer Steuermechanismen, die
in den jeweiligen Behandlungsvorrichtungen und der
Transporteinrichtung vorgesehen werden, automatisiert werden. Diese
automatischen Steuermechanismen umfassen selbstverständlich Sensoren,
logische Steuerschaltungen usw., die auch gewöhnlich verwendet
werden.
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Bei dem Verfahren der vorliegenden Erfindung kann es
ausreichen, wenn das Waschen der Elektroden und das Entfernen von
Krusten jeweils einmal nach mehreren Elektrolysedurchgängen
ausgeführt wird.
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Obwohl die obige Ausführung der vorliegenden Erfindung mit
Bezug auf die in der Fig. 9 gezeigte Anordnung von Vorrichtungen
beschrieben wurde, kann das Verfahren der vorliegenden Erfindung
mit anderen Anordnungen von Vorrichtungen ausgeführt werden. Die
Vorrichtungen zum Waschen, Warten usw. der Elektrodenplatten
sind nicht auf die oben beschriebenen und in der Zeichnung
gezeigten Ausführungsformen beschränkt.