-
Elektrode. Es sind bereits Elektroden bekannt, die aus einer Legierung
aus Kupfer, Silizium und Blei bestehen. Bisher war man genötigt zur Herstellung
solcher Elektroden im wesentlichen reines Silizium anzuwenden, was mit erheblichen
Kosten verknüpft ist. Gemäß der Erfindung wird statt dessen das verhält= nismäßig
billige Eisen-Silizium benutzt, was ohne Einbuße an chemischer Widerstandsfähigkeit
der Elektrode geschehen kann, wenn man ein gewisses Mengenverhältnis zwischen Eisen,
Silizium und Kupfer innehält.
-
Die nach der Erfindung hergestellte -Elektrode besteht in ihrer vorzugsweise
in Anwendung kommenden Form aus einer Legierung, die die folgenden Elemente in den
angegebenen Verhältnissen enthält:
| Kupfer 6o bis 65 Prozent, |
| Silizium 23 - 27 - |
| Eisen 7 - 9 - |
| Zinn r -- 2 - |
| Blei 1,9 - 2,5 - |
Während es sich nun bei der praktischen Ausführung der Erfindung empfiehlt, eine
Legierung von der vorgenannten Zusammensetzung anzuwenden, hat es sich als Ergebnis
v011 Prüfungen und Versuchen herausgestellt, daß die Mengenverhältnisse der verschiedenen
Elemente in viel weiteren Grenzen verändert werden können. So werden zufriedenstellende
Ergebnisse erzielt mit Elektroden, die foltende Elemente im angegebenen Prozentsatz
enthalten:
| Silizium r9 bis -.o Prozent, |
| Eisen 6 - 20 - |
| Zinn o - q. - |
| Blei r - 5 - |
| Kupfer 74 -- 31 - |
Silizium. wird der Legierung zweckmäßig in solcher Menge beigegeben, daß die Beziehung
zwischen Kupfer, Silizium und Eisen als Mischung von Kupfer-Silizium (Cu@Si) und
Eisen-Silizium (FeSi) mit oder ohne freies Silizium zu bezeichnen ist. Das niedrigere
Eisen-Silizium (Fe2Si) .ist in Kupfer= sulfatelektrolyten, die Chloride und Nitrate
enthalten, etwas löslich. Es ist daher darauf zu achten, daß .in der Legierung genügend
Silizium enthalten ist, um zum mindesten dem Verhältnis in der Formel FeSi und außerdem
dem Verhältnis in der Formel Cu3S@i zu entsprechen.
-
Es hat sich ergeben, daß Elektroden, die Kupfer-Silizium enthalten,
für gewöhnlich aktiviert werden müssen, bevor sie als Anoden in der gewerblichen
Elektrolyse Verwendung finden. Die Aktivierung schließt in sich ein, daß die Elektroden
(als Anoden) benutzt werden,
um eine schwache Kupfersulfat- oder
eine einfache Säurelösung der Elektrolyse zu unterziehen, bevor sie in den gewerblichen
Elektrolvsebehältern zur Verwendung gelangen. Diese vorgängige Elektrolyse oder
Aktivierung erfordert 2o bis 30 Stunden. Nach dieser Behandlung wirken die
Anoden bei geringer Spannung als Anoden, die in die gewerblichen Elektrolysebehälter
ohne eine solche Vorbehandlung eingebracht werden.
-
Es hat sich ergeben, daß die Zeit, die erforderlich ist, um der Kupfer-Silizium-Anode
die nötige Aktivität zu erteilen, wesentlich abgekürzt und die Vorbehandlung -sogar
ganz in Wegfall kommen kann, wenn die in die Legierung eingebrachte Bleimenge von
z. B. i Prozent auf etwa 2 bis 3 Prozent vergrößert wird. Mit anderen Worten, es
hat sich erwiesen, daß die etwa i Prozent Blei enthaltenden Elektroden eine Vorbehandlung
von 2o bis 30 Stunden erfordern, um bei regelmäßiger Benutzung mit der gewünschten
niedrigen Spannung arbeiten zu können, während Elektroden mit einem Bleigehalt von
2 bis 3 Prozent für gewöhnlich von Anfang an mit der gewünschten niedrigen Spannung
ohne Aktivierung oder vorhergehende Elektrolyse arbeiten.
-
Die Einbringung von Blei in die Kupfer-Siliziumlegierung in einer
Menge, die etwa i Prozent überschreitet, erweist sich mit erheblichen praktischen
Schwierigkeiten verknüpft und zwar wahrscheinlich wegen der Betriebsbedingungen,
wie sie in den Anlagen für gewerbliche Elektrolysen vorherrschen, in denen die Legierung
für die Elektrode gewöhnlich hergestellt oder zusammengesetzt wird. Dies ist offenbar
der Tatsache zuzuschreiben, daß sich Blei mit Kupfer (selbst unter günstigen Bedingungen)
nicht so leicht verbindet. Es hat sich herausgestellt, daß Mangan, wenigstens bis
zu einem gewissen Maße, eine hindernde Wirkung auf die Einschließung von Blei in
die Legierung ausübt. Um daher einen Bleibestand von 2 bis 3 Prozent und noch höher
in der Legierung zu ,sichern, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, bei der Zusammensetzung
der Legierung kein .langen einzubringen. Dann erweist es sich für gewerbliche Betriebsbedingungen
als zweckmäßig, einen möglichst hohen Prozentsatz an Blei in die Legierung einzubringen.
Es kann jedoch in gewissen Fällen oder in gewissen Anlagen wünschenswert oder von
Vorteil sein, etwas Mangan enthaltende Rohstoffe zu benutzen. Unter solchen Umständen
kann der Manganbestandteil der Legierung sich auf etwa 2 Prozent belaufen. Es empfiehlt
sich jedoch, selbst unter solchen Uniständen den Mangangehalt der Legierung so niedrig
wie möglich zu halten. Obgleich die Legierung zur Herstellung der naeh der Erfindung
verbesserten Elektroden in verschiedener Art und Weise zusamniengesetzt sein kann,
erweist sich doch das folgende Verfahren der Zusammensetzung der Legierung, besonders
unter Bedingungen, wie sie in gewerblichen Anlagen zu berücksichtigen @sind, als
besonders zufriedenstellend. Es wird eine Beschickung von 33o kg Kupfer und i 7o
kg Eisen - Silizium (enthaltend 75 Prozent Silizium) in einem elektrischen Ofen
(für gewöhnlich in etwa 75 Minuten) geschmolzen. Nachdem die sich bildenden Schlacken
abgeschöpft worden ,sind, werden der geschmolzenen Masse 35' kg Blei-Zinn-Sulfid
zugesetzt und die Mischung alsdann eine oder zwei Minuten heftig umgerührt, worauf
die Masse für den Guß fertig ist.
-
Das zugesetzte Blei-Zinn-Sulfid kann Blei und Zinn in weit veränderbaren
Verhältnissen enthalten. Eine sehr zufriedenstellende Mischung ist 2,5 Teile Blei
auf i Teil Zinn. Diese Mischung kann dadurch hergestellt werden, daß Blei in Stücken
und Rohzinn getrennt geschmolzen und alsdann mit einer angemessenen Menge von Schwefel
miteinander vermischt werden. Näch Umrühren mittels eines heißen Rührers während
weniger Minuten findet eine exothermische Reaktion statt, deren Ergebnis eine geschmolzene
Masse aus Blei-Zinn-Sulfid ,ist. Diese geschmolzene Masse wird alsdann auf große
Stahlplatten ausgegossen, um in Platten von et'#va 3 m@m Stärke abzukühlen. Nach
dem Kühlen sind diese Platten leicht zu zerbrechen und zu zermahlen. Die Blei-Zinn-Sulfidmasse
wird als dann in dieser fein zermahlenen oder gepulverten Form in einen elektrischen
Ofen eingebracht, in dem sie sich mit der geschmolzenen Kupfer- und Eisen-Siliziumlegierung
verbindet, umiteltbar bevor diese Beschickung fertig ist, um zum Gießen abgelassen
zu werden.
-
Bei der Herstellung der Elektroden kann die in der beschriebenen Weise
zusammengesetzte Legierung in aus Graphit bestehenden Plattenformen geführt werden,
in denen die einzelnen, etwa 13 cm starken Elektroden in senkrechter Lage gegossen
werden. Ein vollständiger Satz von 13 cm starken Einzelelektroden kann ebenfalls
in diesen Formen in einer Lage bei senkrecht sich erstreckenden Kanten gegossen
werden, wobei die oberen Stirnkanten nach der Luft hin frei bleiben.