DE4035328A1 - Elektrode fuer das austragen von metallen aus metallionen enthaltender loesung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen elektrolytischen Austragen von Metallen aus einer Metallionen enthaltenden Lösung mittels einer teilweise in die Lösung eintauchenden, durch die Lösung laufenden, als end­ loses flexibles Band ausgebildeten Kathodenfläche, wobei das abgeschiedene Metall außerhalb der Lösung von der Kathodenfläche entfernt wird, und mit einer innerhalb der Lösung befindlichen Anode.

Aus der DE-PS 36 40 020 ist eine Elektrolysezelle zur elektrolytischen Ab­ scheidung von Metallen aus Metallionen enthaltender Flüssigkeit, insbesondere Prozeßabwasser, bekannt, welche eine Vielzahl von flächenhaften, zueinander im Abstand parallel angeordneten Elektroden in einem Trog enthält, wobei die Kathoden Öffnungen aufweisen und je nach Abstand zur Anode über verschieden große Anschlußwiderstände mit der Stromquelle verbunden sind, so daß die Kathoden jeweils mit der gleichen Stromdichte beaufschlagt werden.

Als problematisch erweist sich bei einer solchen Anlage die verhältnismäßig lohnintensive Einzelentnahme der mit dem abgeschiedenen Metall versehenen Kathodenfläche sowie das verhältnismäßig arbeitsaufwendige Entfernen des abge­ schiedenen Materials.

Aus der EP-OS 2 48 118 ist eine elektrolytische Vorrichtung zur kontinuier­ lichen Herstellung von Metallfolien aus einer in einem Tank befindlichen Metallionen enthaltenden Lösung bekannt, wobei die teilweise in die Lösung eingetauchte Kathode als Trommel oder umlaufendes Endlosband ausgeführt ist; sie wird in ihrem eingetauchten Bereich von einer im Abstand angeordneten Anode umgeben, die mit Kanälen bzw. Öffnungen für den Elektrolytzutritt ver­ sehen ist. Das auf der Kathode abgeschiedene Metall wird nach Verlassen der Lösung von der Kathode abgetrennt.

Die Kathode weist dabei eine aus Metall bestehende Oberfläche, beispielsweise aus Titan oder Tantal, auf, während die Anode beispielsweise aus Titan be­ steht. Als Lösung wird eine saure Metallionen-Lösung, beispielsweise aus Kupfersulfat und Schwefelsäure, eingesetzt.

Als problematisch erweist sich hier die kontinuierliche Ausbringung von Metallen mittels bewegter Kathode, sofern es nicht möglich ist, homogene, kompakte sich selbst tragende Metallschichten auf der Kathode abzuscheiden; schwierig wird es insbesondere bei schlammähnlichen Metallstrukturen bzw. Dendriten oder andersartigen undefinierbaren Metallstrukturen, wie z. B. Kugel­ strukturen, die untereinander keine homogene Schichten bei der Abscheidung bilden.

Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, in inhomogener Form sich abscheidende Metalle aus einer Metallionen enthaltenden Lösung auszubringen; dabei soll eine weitgehend selbsttätig arbeitende Vorrichtung geschaffen werden, so daß lohnintensive Arbeitsgänge zur Entfernung des abgeschiedenen Materials ent­ fallen können.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das Band nach Verlassen der Lösung vor dem Erreichen der Abstreifvorrichtung einer Trockenvorrichtung zugeführt, welche Glühwendel zur Abgabe von Wärmestrahlung aufweist. Unterhalb der Ab­ streifvorrichtung ist eine Sammelvorrichtung für das abgeschiedene elektrolyt­ haltige Metall angeordnet, an die sich eine Abtrennvorrichtung anschließt. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Ein wesentlicher Vorteil ist in der einfachen Optimierung durch Einstellung von Bandumlaufgeschwindigkeit und Stromdichte zu sehen, so daß diese Parameter jeweils der Konzentration und Temperatur der Lösung optimal angepaßt werden können. Ein weiterer Vorteil ist in der weitgehenden Automatisierbarkeit der kontinuierlichen Aufbringung zu sehen.

Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der in der Figur darge­ stellten Querschnittsdarstellung näher erläutert.

Gemäß der Figur weist die erfindungsgemäße Vorrichtung einen die Lösung ent­ haltenden Trog 1 aus elektrolytbeständigem Werkstoff, wie beispielsweise Edel­ stahl oder Kunststoff, auf. In dem Trog befindet sich eine mit dem negativen Pol einer Spannungsquelle 4 elektrisch verbundene Kathodenwalze 2, die um eine horizontale Achse 3 drehbar gelagert ist. Die Kathodenwalze ist auf ihrer dem Boden des Troges 1 zugeordneten Seite von einer halbkreisförmigen bzw. U-förmigen Anode 5 aus Streckmetall bzw. perforiertem Metall mit einer Akti­ vierungsschicht umgeben, die mit dem positiven Pol der Spannungsquelle 4 ver­ bunden ist. Das Elektrolyt-Niveau ist mit Bezugsziffer 6 bezeichnet. Das um die Kathodenwalze laufende flexible Band 7 befindet sich mit seiner metallischen Oberfläche auf dem Potential der Kathodenwalze 2, d. h. es ist ebenfalls mit dem negativen Pol der Spannungsquelle 4 elektrisch verbunden. Das flexible Band 7 umfaßt die Kathodenwalze 2 zu etwa dem 0,6-fachen ihres Umfanges, wobei das Band 7 außerhalb der Elektrolyt-Lösung 8 über Umlenk­ rollen 9, 10, 11 durch die verschiedenen Arbeitsstationen, wie Trockenvorrich­ tung 12, Abstreifvorrichtung 13 und Abspülvorrichtung 14 geführt wird. Die Umlenkrolle 10 wird dabei von einem schematisch dargestellten Elektromotor 15 angetrieben. Die Achse der Umlenkrolle 11 ist durch eine Federung abgestützt, so daß das flexible Band 7 stets gespannt ist und transportiert wird. Zur Kontaktierung des flexiblen Bandes 7 ist zusätzlich die mit dem negativen Pol der Spannungsquelle 4 elektrisch verbundene Umlenkrolle 11 vorgesehen, welche gegen die Abscheidungsfläche des Bandes 7 gepreßt wird. Darüber hinaus ist es auch möglich, die Kathodenwalze 2 mit einem eigenen Antrieb zu versehen, wobei gegebenenfalls Elektromotor 15 wegfallen kann. Weiterhin ist es möglich, die Kathodenwalze 2 mit einer Kühlung zu versehen, um eine hohe Stromdichte auf dem die Kathode umlaufenden flexiblen Band 7 zu erzielen.

Das flexible Band 7 besteht aus Titan bzw. einer Titan-Basis-Legierung, wobei die Kathodenwalze 2 ebenfalls aus Titan bzw. Titan-Basis-Legierung besteht. Es ist jedoch auch möglich, anstelle eines Titanbandes ein elektrisch leitendes Kunststoffband bzw. ein anderes Metallband einzusetzen, welches eine Beschich­ tung aus Titan oder einem anderen Ventilmetall, wie beispielsweise Tantal, aufweist. Die Anode besteht ebenfalls aus Ventilmetall, wie z. B. Titan oder Tantal. Weiterhin ist es auch möglich, eine Anode aus massivem Metall einzu­ setzen.

Die Trockenvorrichtung 12 besteht aus einer Elektrowärmebestrahlungsvorrich­ tung mit Glühwendeln 16, welche beispielsweise durch Infrarotbestrahlung das auf der Bandoberfläche abgeschiedene Metall, welches gegebenenfalls flüssige Elektrolytpartikel enthält, so weit trocknet, daß es der mechanisch arbeitenden Abstreifvorrichtung 13 zugeführt werden kann. Die Abstreifvorrichtung 13 weist um horizontale Achsen rotierende Bürsten 17 auf, unterhalb derer sich eine Sammelvorrichtung 18 befindet. Die Achsen der rotierenden Bürsten 17 sind dabei in einem Winkel zwischen 30 und 60° zur Bandlaufrichtung angeordnet, um das abgestreifte Material vom Band zu entfernen. Das Material wird der unter­ halb der Abstreifvorrichtung 13 befindlichen trichterförmigen Sammelvorrich­ tung 18 durch freien Fall zugeführt. Unterhalb der Sammelvorrichtung ist eine Abtrennvorrichtung 19 angeordnet. An die Abstreifvorrichtung 13 schließt sich die Abspülvorrichtung 14 an, welche zusätzlich mit rotierenden Kratzbürsten 20 versehen ist. Die Abspülung wird gegebenenfalls durch ein gasförmiges oder flüssiges Medium verstärkt, welches über Düsen zugeführt wird.

Die Zuführung der Metallionen enthaltenden Lösung erfolgt durch eine am Boden des Troges 1 befindliche Eingangsöffnung 21, während zur Abführung des abge­ reicherten Elektrolyten eine Ausgangsöffnung 22 in der Seitenwand des Troges 1 vorgesehen ist.

Zwischen Anode 5 und Kathodenwalze 2 kann eine als Diaphragma oder Ionenaus­ tauschermembran ausgebildete Trennvorrichtung 23 eingesetzt sein. Sie teilt den Elektrolytraum des Troges in einen der Kathodenwalze 2 zugekehrten Katholytraum 24 und einen auf der anderen Seite der Trennvorrichtung 23 be­ findlichen Anolytraum 25.

Die Bandumlaufgeschwindigkeit beträgt ca. 0,84 m/min bei einer Stromdichte von 6500 A/m². Es ist möglich, eine Bandumlaufgeschwindigkeit im Bereich von 0,3 m/min bis 1,44 m/min vorzusehen, wobei eine größere Umlaufgeschwindigkeit durch eine größere Stromdichte kompensiert werden muß; als maximale Strom­ dichte sind 10 000 A/m² vorgesehen.

Vom Umfang der Kathodenwalze sind mindestens 50% im Elektrolyten bzw. Katholyten eingetaucht, d. h. mindestens 50% des Walzenumfanges befinden sich unterhalb des mit Ziffer 6 bezeichneten Elektrolytniveaus. Die Temperatur der Elektrolytlösung liegt dabei im Bereich von 20 bis 100°C.

Die Temperatur in der Trockenvorrichtung 12 liegt dabei unterhalb der Grenz­ temperatur des Bandes, um eine Diffusion zwischen dem abgeschiedenen Metall und dem Band zu vermeiden.

Im oberen Bereich des Troges 1 befinden sich zusätzliche Öffnungen 26 zur Gasausbringung bzw. Gasabsaugung der im Verfahren sich entwickelnden Gase.

Im Betrieb wird das flexible Band 7 nach Verlassen der Abspülvorrichtung 14 über Umlenkrolle 11 der Kathodenwalze 2 zugeführt und in die Lösung 8 einge­ taucht. Die Kontaktierung des flexiblen Bandes 7 erfolgt dabei über Kathoden­ walze 2 und/oder Umlenkrolle 11 sowie gegebenenfalls Umlenkrollen 9 und 10. Während des Band-Umlaufes auf der Unterseite der Kathodenwalze 2 wird aus der Lösung Metall abgeschieden, welches nach Durchlaufen des Lösungsbades auf der anderen Seite der Kathodenwalze 2 das Elektrolyt-Bad wiederum verläßt; das aus dem abgeschiedenen Metall und flüssigen Elektrolytpartikeln bestehende Material 27 ist symbolisch durch Punkte angedeutet. Das flexible Band 7 wird anschließend zunächst der Trockenvorrichtung 12 zugeführt, in der das abge­ schiedene Material durch Wärmestrahlung mittels Glühwendel 16 so weit getrock­ net wird, daß es der anschließenden Abstreifvorrichtung 13 zwecks mechanischer Abtrennung mittels umlaufender Bürsten und Schaber zugeführt werden kann. Das von den Bürsten und Schabern abgestreifte elektrolythaltige Metall verläßt das Band und wird durch freien Fall der trichterförmigen Sammelvorrichtung 18 zugeführt, wobei das Metall im wesentlichen ein Konglomerat aus Pulver und zusammenhängenden Abscheidungsbrocken darstellt; zur Verbesserung des Materialflusses kann die Sammelvorrichtung mit einem Vibrator versehen sein; das elektrolythaltige Metall wird anschließend in einer Abtrennvorrichtung 19 durch Pressen und Filtern von restlichen Elektrolytpartikeln getrennt, so daß eine Wiederauflösung des abgeschiedenen Metalls verhindert wird. Anschließend durchläuft das Band die Abspülvorrichtung 14, in welcher mittels umlaufender Kratzbürsten 20 das Band 7 von sämtlichen Abscheidungsprodukten gereinigt wird, so daß es erneut der Kathodenwalze 2 im Trog 1 zugeführt werden kann.

Als Elektrolyt-Lösung wird beispielsweise eine Zinksulfat-Lösung dem Trog 1 zugeführt, während das abgeschiedene Metall im wesentlichen aus Zink besteht. Es ist selbstverständlich auch möglich, die erfindungsgemäße Vorrichtung zum elektrolytischen Austragen von anderen Metallen - beispielsweise Schwer- oder Edelmetallen - aus anderen Metallionen enthaltenden alkalischen oder sauren Lösungen einzusetzen.

Claims (8)

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen elektrolytischen Austragen von Metallen aus einer Metallionen enthaltenden Lösung mittels einer teilweise in die Lösung eintauchenden, durch die Lösung laufenden, als endloses flexibles Band ausgebildeten Kathodenfläche, wobei das abgeschiedene Metall außer­ halb der Lösung von der Kathodenfläche entfernt wird, und mit einer inner­ halb der Lösung befindlichen Anode, dadurch gekennzeichnet, daß das flexible Band wenigstens auf dem Teil seiner Oberfläche, auf dem sich Metall abscheidet, metallisch ausgebildet ist, daß außerhalb der Lösung (8), in Bandumlaufrichtung gesehen, nacheinander eine Abstreifvor­ richtung (13) sowie eine Abspülvorrichtung (14) für das abgeschiedene Metall angeordnet sind und daß das Band mittels Umlenk- und/oder Antriebs­ rollen geführt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb des Bandes (7) die Kathodenwalze (2) vorgesehen ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zum An­ trieb des Bandes eine außerhalb der Lösung befindliche Umlenkrolle vorge­ sehen ist.

4. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß, in Bandumlaufrichtung gesehen, vor der Abstreifvorrich­ tung (13) eine Trockenvorrichtung (12) vorgesehen ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Trockenvor­ richtung (12) Glühwendel (16) zur Abgabe von Wärmestrahlung aufweist.

6. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Abstreifvorrichtung (13) rotierende Bürsten (17) enthält, deren Rotationsachsen parallel zur Ebene des die Abstreifvorrich­ tung durchlaufenden flexiblen Bandes (7) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb der Abstreifvorrichtung (13) eine Sammelvorrichtung (18) für das abgeschiedene elektrolythaltige Metall angeordnet ist, an die sich eine Abtrennvorrich­ tung (19) anschließt.

8. Vorrichtung nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß zur kathodischen Kontaktierung des Bandes (7) die Kathodenwalze (2) und/oder eine Umlenkrolle (11) vorgesehen sind.