-
Anode für elektrolytische Metallgewinnungsbäder mit bandförmigem Metallaustrag
In dem Patent 642 665 wird ein Verfahren zur elektrolytischen Herstellung von endlosen
Metallbändern beschrieben, bei dem der Metallniederschlag unter Benutzung des von
vorhergehenden Verfahrensabschnitten gelieferten Bandteiles in auf- und abwärts
laufenden Schleifen dicht an senkrechten Anodenflächen vorbei durch das Elektrolysebad
geführt wird. Mit Rücksicht auf die Möglichkeit einer leichten Förderung über zahlreiche
Umkehrwalzen darf das. herzustellende Metallband einschließlich der dünnen Erzeugungsunterlage
eine nur geringe Dicke haben. Dies hat zur Folge, daß trotz straffer Führung Bandschwingungen,
Lauffalten und örtliche Aufwölbungen unvermeidlich sind. Bei enger Elektrodenstellung
führen diese übelstände in einem Umfang zu Kurzschlüssen, wie es beim Arbeiten mit
feststehenden, starren Mutterblechen nicht annähernd in Erscheinung tritt.
-
Derartige Kurzschlüsse sind bei dem gemäß Patent 642 665 mit laufender
Kathode arbeitendem Elektrolysebad besonders gefährlich. Durch Abschmelzen unterbrechen
sie das in der Erzeugung befindliche Metallband und gemeinsam damit auch seine Erzeugungsunterlage.
An der Bruchstelle fallen die Bandenden auf den Boden des Badbehälters. Das Metallband
verliert dadurch im ganzen Bade seine straffe Führung, was zahlreiche
weitere
Kurzschlüsse zur Folge hat. Auf diese Weise vermag eine einzige Kurzschlußstelle
ein ganzes Bad und anschließend daran eine ganze Bädergruppe außer Betrieb zu setzen.
-
Zur Vermeidung dieser Gefahr werden gemäß der Erfindung Anoden verwendet,
welche senkrecht zur wirksamen Anodenfläche mit nicht leitenden Abstandsstücken,
insbesondere mit zahlreichen Stiften aus Glas, Kunstharz, -Hartgummi o. dgl. besetzt
sind. Sie verhindern eine unmittelbare Berührung zwischen der verhältnismäßig dicken,
feststehenden Anode und der dünnen, sich dicht davor in Bewegung befindlichen Kathode.
-
Bei fortlaufend bewegten draht- oder seilförmigen Elektroden, welche
durch waagerechte Rohre laufen, hat man bereits vorgeschlagen, durch nicht leitende
Abstandsstücke die Elektroden in ihrer normalen Lage zu halten. Hierbei kommt es
jedoch nur darauf an, ein Durchhängen oder eine sonstwie ungleichmäßige örtliche
Lage der Elektrode zu verhindern. Eine Verformung des Elektrodenquerschnittes ist
bei derartigen, im wesentlichen eindimensionalen Wanderelektroden nicht zu befürchten,
während bei zweidimensionalen Gebilden von geringer Dicke und großer Flächenausdehnung
gerade die Verformung des Elektrodenquerschnittes (Aufwölbungen, Faltenbildungen,
Verwerfungen u. dgl.) zu erheblichen Schwierigkeiten führt.
-
In Trockenelementen und Akkumulatoren ist es bekannt, Kurzschlüsse
zwischen flächenförmigen Anoden und Kathoden durch nicht leitende Zwischenstücke
(Glasperlen, Holzstäbe u. dgl.) zu verhindern. Bei elektrolytischen Metallgevvinnungsbädern
mit stillstehenden Elektroden ist ein derartiges Verfahren nicht anwendbar. Überall,
wo derartige Abstandsstücke die Kathode berühren, ergeben sich schwere Störungen
im Stromübergang, welche dauernd an derselben Stelle liegen und nach Art der Randknospen
zu unregelmäßiger Metallabscheidung führen. Außerdem wächst das in. einer Stärke
von z bis 3 mm niederzuschlagende Metall weitgehend um die Abstandsstücke herum-,
so daß ein einwandfreies Ausheben der Kathoden nicht mehr möglich ist.
-
Es wurde nun gefunden, daß beim Arbeiten mit laufender Kathode, d.
h. bei Verwendung von bewegten endlosen Bändern, auf die das Metall fortlaufend
niedergeschlagen wird, diese Übelstände nicht auftreten. Zwischen stillstehenden
Anoden und fortlaufend bewegten Kathoden können beliebig viele, nicht leitende Abstandsstücke
angeordnet werden, ohne daß eine Wulst- oder Knospenbildung auftritt, wenn die Abstandsstücke
derart über die wirksame Anodenfläche verteilt sind, daß im Laufe des von der bandförmigen
Kathode insgesamt zurückgelegten Weges die Bandbreite gleichmäßig abgedeckt wird.
-
Auf der beiliegenden Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung
dargestellt. Abb. i zeigt eine Aufsicht auf die mit Stiften besetzte Anodenfläche,
Abb. z in vergrößertem Maßstab einen Anodenquerschnitt.
-
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Anode (Abb. a)
aus einem Bleiblech a, das in der üblichen Vleise um eine stromführende Tragschiene
b gehängt ist. Unterhalb der Stromschiene b liegt zwischen beiden Anodenflächen
eine Platte c aus säurefestem Isoliermaterial (Kunstharz, Hartgummi, Ton, Glas,
paraffiniertem Holz o. dgl.). Das Anodenblech a und gleichlaufend damit die Zwischenplatte
c bzw. gegebenenfalls auch die Stromschiene b sind siebförmig mit Löchern von etwa
4 mm Durchmesser besetzt. In diese Bohrlöcher werden Stifte d aus nicht leitendem
Material (Glas, Porzellan, Kunstharz o. dgl.) eingeschlagen. Die Dicke dieser Stifte
d und die Lochweite in der Anode a stimmt man derart aufeinander ab, daß
ein fester Preßsitz entsteht. Zweckmäßig erhalten die Stifte eine etwas aufgerauhte
Oberfläche. Man kann sie auch schwach konisch ausführen (vgl. e und f in Abb. z)
und abwechselnd von verschiedenen Seiten einschlagen. Auf diese Weise wird mit Sicherheit
vermieden, daß sich das Anodenblech a von der untergelegten Zwischenplatte c ablöst
oder aufwölbt.
-
Aus Abb. i ist die flächenförmige Verteilung der Abstandsstifte zu
ersehen. Man bemerkt, daß dieselben sowohl von Reihe zu Reihe als auch von Zeile
zu Zeile gegeneinander versetzt sind, derart, daß im Laufe der gesamten Bandbewegung
die Bandbreite gleichmäßig abgedeckt ist. Würde man die Stiftköpfe mit Farbe bestreichen,
so muß die laufende Kathode nach dem Durchgang durch das zu diesem Zweck entleerte
Bad auf der ganzen Breite gleichmäßige Farbbelegung zeigen. Farbfreie Streifen oder
Streifen verstärkter Farbanhäufung würden darauf hinweisen, daß die Anordnung der
Stifte noch nicht genügend gleichmäßig ist. Unter Benutzung der aus Abb. i ersichtlichen
trapezförinigen Stiftverteilung ist in sicherer Weise eine gleichmäßige Kathodenabdeckung
zu erreichen.
-
Mit Hilfe der aus Abb. i ersichtlichen Stiftanordnung wird die Kathodenfläche
in kleine Stücke aufgeteilt, die sich nicht bis zur Anode durchbiegen können. Tritt
wider Erwarten trotzdem eine derartig starke Rufwölbung .ein, daß ein lokaler Kurzschluß
entsteht, so wird nur ein en-begrenztes Loch in
das Metallband geschmolzen,
niemals aber ein Bandbruch verursacht. Diese Lochstellen wachsen im. Laufe der weiteren
Elektrolyse allmählich von selbst wieder zu.
-
Elektr olysetechnisch bringen die Abstandsstifte d eine nur sehr geringe
Verminderung der wirksamen Anodenfläche mit sich. Besetzt man beispielsweise eine
Anode von i qm Fläche in 5-cm-Reihen- und Zeilenabstand mit Glasstiften von 4 mm
Durchmesser, so werden 40o Kreisflächen von je o,126 qcm, d. h. insgesamt 5o,4 qcm
oder nur o,5 % der Anodenfläche, hierfür in Anspruch genommen. Verwendet man eine
Stiftteilung von 3 cm zu 3 cm, so benötigt man pro Quadratmeter Anodenfläche etwa
i2oo Stifte, welche i,5 % der -wirksamen Elektrolysefläche abdecken.
-
An Stelle der in Abb:. i und 2 vorgesehenen Stifte können im Rahmen
der Erfindung auch Abstandsleisten verwendet werden. Man ordnet sie schräg nach
oben verlaufend an, um der anodischen Gasentwicklung Gelegenheit zum: ungehinderten
Abzug zu gewähren. Durchgehende Leisten bedingen in jedem Fall eine gleichmäßige
Abdeckung der Bandfläche. Sie sind aber nicht so günstig-wie Abstandsstifte, weil
sie einen erheblich größeren Anteil der elektrolytischen Wirkfläche beanspruchen
und bei ihnen die Möglichkeit, daß sich Anode und Kathode längs einer Linie berühren
können (Bandbruch), nicht vollkommen ausgeschlossen ist.
-
Die Verwendung von stiftbesetzten Anoden nach Maßgabe von Abb. i und
2 bringt für die Ausführung des Verfahrens nach Patent 642 665 erhebliche Vorteile
.mit sich. Mit ihrer Hilfe läßt sich der Elektrodenabstand vollkommen betriebssicher
auf 3 bis 5 mm herabsetzen, während stillstehende Elektroden zur Vermeidung von
Kurzschlüssen einen Elektrodenabstand von mindestens i9 bis 23 mm erfordern (elektrolytische
Zn-Herstellung). Da nun unter sonst gleichen Bedingungen die Badspannung vom Badwiderstand
und dieser vom Elektrodenabstand abhängt, ist die von 19 bis 23 mm auf 2
bis 3 mm verminderte Elektrodenentfernung ein direktes Maß für die Herabsetzung
der Widerstandsstromverluste. Betragen diese bei i g bis 23 mm etwa 25 % der aufgewendeten
Energie, so sinken sie bei 3 bis 5 mm auf etwa 5 %, d. h. um 20 % vom gesamten Energieaufwand
gerechnet. Bei der elektrolytischen Zn-Gewinnung, die mit etwa 300o kWh/ i ooo kg
Zn arbeitet, ergibt sich durch einen derart verminderten Elektrodenabstand eine
Stromersparnis von etwa 6ookWh/ioookg Zn. Hierbei sind die sonstigen, Vorteile der
laufenden Kathode, wie bessere Metallqualität (dauernde Glättung durch die Abstandsstifte),
verminderte Metall.wiederauflösung (dünne Niederschlagsstärken) und verminderte
Polarisation (schnelles Aufsteigen der Gasblasen) noch nicht berücksichtigt.