DE611068C - Verfahren und Vorrichtung zur elektrolytischen Abscheidung von Zink aus waessrigen Loesungen - Google Patents

Description

Bei der Elektrolyse wäßriger Zinklösungen haben sich Nachteile gezeigt, die durch vorliegende Erfindung behoben werden.

Um genügend Zinkionen an die Kathoden heranzuführen, wurden zunächst große Elektrodenabstände von etwa 5 cm angewendet, wobei sich große Badvolumina ergaben. Ging man auf engere Abstände, bis zu 2 cm herunter, so mußte man die Durchmischung durch Umpumpen befördern, was einen erheblichen Kraftaufwand verursachte. Außerdem ergab sich in ersterem Falle noch der Nachteil eines hohen Stromverbrauchs. In jedem Falle aber entstand bei manganhaltigen Zinklaugen auf den Anoden ein lockerer, immer wieder abfallender Manganniederschlag, der einerseits leicht zu Kurzschlüssen führte, andererseits einen Schutz der Anode gegen Anfressen verhinderte, da deren Ober-

ao fläche immer wieder freigelegt wurde.

Allen diesen Übelständen wird nach der Erfindung dadurch begegnet, daß man auf die Elektrolyse wäßriger Zinklaugen eine Maß-¹ nähme anwendete, wie sie ähnlich schon bei der elektrolytischen Wasserzersetzung und bei der Herstellung von Bleichlaugen benutzt worden ist, wobei im Gegensatz zur Zinkelektrolyse ohne Zu- und Abfluß des Elektrolyten gearbeitet wird und ein regelmäßiges Herausheben der Kathoden nicht erforderlich ist. Diese Maßnahme besteht darin, daß man die Zellen mit Einsätzen ausstattet, die senkrecht zu der Fläche der Elektroden verlaufen. Durch zwei solcher Einsätze in einer Zelle wird diese in drei Räume geteilt, wobei sich die Elektroden im mittleren Raum befinden. Die von den Elektroden aufsteigenden Gasblasen saugen den Elektrolyten aus den beiden Seitenräumen an, so daß er unter den Einsätzen in den Elektrodenraum eintritt, zwischen den Elektroden hochsteigt und über die Einsätze wieder in die Seitenräume zurückfließt. Auch war hierbei schon vorgeschlagen worden, diese Einsätze mit Nuten zum Festhalten der bipolaren Elektroden zu versehen.

Um diese Maßnahme auf die Zinkelektrolyse mit unlöslichen Anoden zu übertragen, bei der monopolare Elektroden verwendet werden, arbeitet man folgendermaßen:

Der Elektrodenraum wird seitlich durch geeignete Vorrichtungen aus säurefestem Material von dem übrigen Bade getrennt. Diese Vorrichtungen bestehen z. B. aus Glaskörpern geeigneter Form, die an d£n Anoden befestigt werden, oder aus passenden Einsätzen im Bade, in die die Elektroden hineingeschoben werden. Ihr oberes Ende befindet sich unterhalb des Badspiegels, so daß der infolge von Gasblasen und Erwärmung spezifisch leichter werdende Elektrolyt zwangsweise zwischen den Elektroden emporsteigen muß und nur an diesen Stellen in die seitlich freien Badräume übertreten kann. Diese Erfindung nützt also den durch Erwärmung und Gasblaseh bedingten Auftrieb zur Erzielung einer gleichmäßigen und intensiven Durchmischung des gesamten Badinhaltes aus und

bewirkt somit die Aufrechterhaltung gleicher Zink- und Säurekonzentration in allen Teilen des Bades. Diese Zirkulation wird noch dadurch unterstützt, daß die Kühlvorrichtungen zwischen seitlicher Begrenzung des Elektrodenraumes und Badwand angebracht werden, wodurch der dorthin gelangende Elektrolyt abgekühlt und spezifisch schwerer wird und daher nach unten absinkt.

ίο Bei Durchführung dieser Arbeitsweise ergibt sich, da Konzentrationsschwankungen vermieden werden, auf der Anode ein dichter, festhaftender harter Manganüberzug, der die Anode weitgehend passiv macht und die Auflösung des Bleies verhindert, so daß die Bleigehalte des Kathodenzinks gegenüber denen in einem gewöhnlich zugestellten Bade erheblich niedriger liegen. Der festhaftende Manganüberzug bietet weiter den Vorteil, daß man die Elektrodenabstände auf ein Mindestmaß verringern kann, ohne Kurzschlüsse befürchten zu müssen. Der durch die Erfindung erzielte kräftige Laugenumlauf und die Anwendung enger Elektrodenabstände bewirkt eine starke Verminderung des Badraumes und eine erhebliche Verminderung des Energiebedarfs auf die Einheit abgeschiedenen Zinks. Überdies geht die Manganabscheidung aus dem Elektrolyten nach Erzielung eines glatten und festen Braunsteinbelages auf der Anode auf einen Bruchteil von dem Betrage zurück, den sie in Bädern mit seitlich offenem Elektrodenraum hat.

Ferner wird durch diese Erfindung ein sehr bequemes, auch gruppenweise auszuführendes Herausziehen der Elektroden gestattet, zumal man hierbei den Abstand der Elektroden auf der ganzen Fläche gleichmäßig bis auf I¹J₂ cm verringern kann. Dieser Umstand bewirkt eine gleichmäßige Stromverteilung und eine weitere Stromersparnis.

Ein weiterer sehr wesentlicher Vorteil dieser Arbeitsweise liegt in der Ersparnis jeglicher Umpumparbeit bei der Anwendung hoher Stromdichten. Während bei dem üblichen Verfahren mit hohen Stromdichten die Durchmischung des Elektrolyten innerhalb des Bades durch wiederholtes Umpumpen ein und desselben Elektrolyten erfolgen muß, wird bei Anwendung der vorliegenden Erfindung das Umpumpen erspart. Die Zufuhr der neutralen Lauge zu jedem Bad erfolgt hierbei durch natürliches Gefälle aus einem für mehrere Bäderreihen gemeinsamen Hochbehälter.

Es hat sich ferner herausgestellt, daß ein Jioch festeres Anhaften des Manganüberzuges eintritt, wenn man bei Anwendung der oben geschilderten Vorrichtungen zur Verbesserung der Zirkulation gelochte Doppelanoden benutzt. Die Verwendung von auf der ganzen Oberfläche durchlochten Anoden beeinträchtigt die Durchmischung des Elektrolyten im Elektrodenraum nicht, wenn die Löcher bei den üblichen Anodengrößen von etwa 60 X 80 cm nicht über 60 bis 100 mm² Querschnitt besitzen und genau senkrecht zur Oberfläche der Anode verlaufen.

Die Durchmischung kann dadurch erweitert werden, daß bei Verwendung von ungelochten Anoden die Anoden dicht unter dem Badspiegel Öffnungen erhalten, die dem aufsteigenden Elektrolyten ein Abströmen in den zwischen den beiden Teilen der Doppelanode liegenden Raum ermöglichen.

Bei Verwendung von Doppelanoden können Zwischenstücke auch an zwei nebeneinanderliegenden, eineDoppelanode bildenden Anoden befestigt werden. Die Zwischenstücke stehen dann zu beiden Seiten der Anoden vor, so daß so die Führung für die danebenliegendea Kathoden gebildet wird.-

Schließlich können die Zwischenstücke bei Verwendung von Doppelanoden so ausgebildet werden, daß sowohl zwischen jeder Doppelanode als auch daneben auf jeder Seite _eine Kathode zu liegen kommt und durch Zwischenstücke geführt wird.

Der Erfindungsgegenstand ist in Abb. 1 bis 15 schematiseh und beispielsweise an verschiedenen Ausführungsformen dargestellt. Alle nicht unmittelbar zum Verständnis der Erfindung nötigen Teile sind hierbei weggelassen.

Hierbei gibt Abb. 1 eine ganz allgemein gehaltene Draufsicht und Abb. 2 einen dazugehörigen Querschnitt. Darin ist 1 die Zelhvandung mit dem Elektrolyten 2, den Anoden 3 und den Kathoden 4, 5 sind die nach vorliegender Erfindung angebrachten Einsätze.

Nach Abb. 3 gehen diese Einsätze unten bis zum Boden der Zellen, oben bis über den Flüssigkeitsspiegel, und unten und oben sind öffnungen 6, 7 zur Ermöglichung des Flüssigkeitskreislaufes vorhanden.

Nach Abb. 4 sind 8 die außerhalb der Einsätze 5 angebrachten Kühlkörper, während nach Abb. 5 die Kühlung von einem die Längswandungen der Zelle begleitenden, vom Kühlwasser durchströmten Raum 9 aus erfolgt.

Nach Abb. 6 und 7 tragen die Einsätze S Schlitze 10 zum Einschieben der Elektroden. Abb. 8 zeigt die gleiche Anordnung für über die Flüssigkeit hinausragende Einsätze.

Abb. 9 und 10 zeigen Doppelanoden mit je einer dazwischenliegenden Kathode, wobei die Einsätze — als Zwischenstücke ausgebildet — stets zwei zugehörige Anoden fest verbinden, in dem Raum, zwischen den Anodenpaaren aber fehlen. Nach Abb. 10 haben die Zwischenstücke Führungen 10 für die Kathoden.

Nach Abb. 11 liegen die Zwischenstücke 5 zwischen zwei nicht zu derselben Doppelanode gehörenden Anoden und sind bei 11 so weit über die anderen Anoden verlängert, daß sie vor den Kathoden zusammenstoßen und für diese eine Führung 10 bilden.

Nach Abb. 12 befinden sich Kathoden und ihre Führungen sowohl innerhalb eines jeden Anodenpaares als auch zwischen je zwei benachbarten Anodenpaaren. Hierbei können die Zwischenstücke wie in Abb. 11 von zwei Anoden oder zur Hälfte geteilt von je einer Anode getragen werden.

Abb. 13 und 14 zeigen eine Doppelanode mit öffnungen 12, die in ihrer Fläche oben dicht unter dem Flüssigkeitsspiegel liegen und die zum Flüssigkeitsdurchtritt dienen. Auf der ganzen Fläche gelochte Anoden sind zeichnerisch nicht dargestellt, da in diesem Falle die Löcher für die hier geschilderte Arbeitsweise nicht in Betracht kommen.

Abb. 15 zeigt eine Doppelanode aus dünneren, mit Versteifungen 13 zusammengehaltenen Einzelplatten. Die Ausbildung dieser Versteifungen kann ganz beliebig sein.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von Zink aus wäßrigen Lösungen unter Benutzung unlöslicher Anoden, dadurch gekennzeichnet, daß durch die Benutzung an sich bekannter, senkrecht zur Richtung der Elektroden verlaufender Einsätze die durch die Gas- ■ entwicklung und Erwärmung hervorgerufene Strömung des Elektrolyten in einen geregelten, zwischen den Elektroden aufsteigenden und außerhalb der Elektroden absteigenden Kreislauf gezwungen wird.

2. Verfahren zum Arbeiten in elektrolytischen Zellen zur Abscheidung von Zink nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die an sich bekannte Kühlung des Elektrolyten so gelegt wird, daß sie auf den nach unten gehenden Teil des Elektrolytkreislaufes einwirkt.

3. Vorrichtung zum Arbeiten in elektrolytischen Zellen zwecks Abscheidung von Zink unter Benutzung unlöslicher Anoden nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Einsätze (5) in der Längsrichtung des Bades nicht ununterbrochen verlaufen, sondern als Zwischenstücke ausgebildet sind, die zwei zusammen eineDoppelanode darstellende Anoden (3, Abb. 9) miteinander verbinden.

4. Vorrichtung zum Arbeiten in elektrolytischen Zellen zwecks Abscheidung von Zink unter Benutzung unlöslicher Anoden nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Zwischenstücken (5, Abb. 10) Schlitze (10) zur Führung einer Kathode (4) vorhanden sind.

5. Vorrichtung zum Arbeiten in elektrolytischen Zellen zwecks Abscheidung von Zink unter Benutzung unlöslicher Anoden nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Zwischenstücke (5, Abb. 9) je zwei Hälften einer Doppelanode (3) verbinden und beiderseits über diese noch hinausragen (11, Abb. 11), so daß zwischen zwei benachbarten solcher Hinausragungen eine Führung (10) für eine Kathode vorhanden liegen kann.

6. Vorrichtung zum Arbeiten in elektrolytischen Zellen zwecks Abscheidung von Zink unter Benutzung unlöslicher Anoden nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Maßnahmen nach An-Spruch 4 und 5 kombiniert sind (Abb. 12).

7. Vorrichtung zum Arbeiten in elektrolytischen Zellen zwecks Abscheidung von Zink unter Benutzung unlöslicher Anoden nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Doppelanoden unmittelbar unterhalb der Badoberfläche öffnungen (12, Abb. 13) besitzen, die ein Durchströmen des im Innern der Doppelanode befindlichen Raumes durch die Badflüssigkeit gestatten.

8. Vorrichtung zum Arbeiten in elektrolytischen Zellen zwecks Abscheidung von Zink unter Benutzung unlöslicher Anoden nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Teile einer Doppelanode (3, bei 13 in Abb. 15) gegeneinander versteift sind.

Hierzu ι Blatt Zeichnungen