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Verfahren und Zelle zur elektrolytischen Herstellung wasserunlöslicher
Metallhydroxyde Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtung zur elektrolytischen
Herstellung eines wasserunlöslichen Metallhydroxydes unter Anwendung des betreffenden
Metalls (Kupfer) als Anode und der Lösung eines Alkalisalzes als Elektrolyt, wobei
das an der Anode gebildete Metallsalz mit dem an der Kathode sekundär gebildeten
Alkalihydroxyd in Reaktion tritt.
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Wenn z. B. Kupfer als Anode und Natriumsulfat als. Elektrolyt verwendet
werden, wobei dem Elektrolyten ein Stabilisator beigegeben wird, um Kupferhydroxyd
beständig im Bade anwesend zu halten, so wird die Elektrolysenreaktion durch folgende
Formel dargestellt: Cu + Nag S 04+ z H2 O - Cu S 04 -f- 2 NaOH + H2. Das Anodenkupfer
wird aufgelöst, und an der Kathode entsteht Wasserstoff. Im weiteren wird nach folgender
Reaktion Kupferhydroxyd gebildet: CuS04+aNaOH = Cu(0 H)2 + Nag S 04. Infolge Leines
Unterschiedes in der Diffusionsgeschwindigkeit der an der Kathode und an der Anode
gebildeten Stoffe kann eine unerwünschte Nebenreaktion im Bade vor sich gehen. Das
an der Kathode gebildete Natriumhydroxyd hat eine größere Diffusionsgeschwindigkeit
als das an der Anode gebildete Kupfersulfat. Das Natriumhydroxyd dringt daher bis
in die Nähe der Anode vor und trifft dort auf konzentriertes Kupfersulfat, während
es selbst in stark verdünntem Zustande ist. Das bietet den Anlaß für die folgende
Reaktion q.CUS04+6NaOH =CuS04#3Cu(OPi)2+3Na2S04. Es wäre denkbar, daß das durch
diese Reaktion entstandene basische Salz durch freies Natriumhydroxyd in der Lösung
in Kupferhydroxyd und Natriumsulfat umgewandelt wurde, etwa nach folgender Formel:
CUS04#3Cu(OH)2+aNaOH =q.Cu(OH)2+Na2S04. Tatsächlich findet diese Reaktion jedoch
nicht statt. Es wird im Gegenteil an der Anode Sauerstoff gebildet. Dies hat zur
Folge, d.aß
das Anodenkupfer nicht mehr zur Auflösung gelangt. Der
Grund für die Bildung des vorerwähnten basischen Salzes an Stelle des reinen Metallhydroxydes
liegt also in der größeren Diffusionsgeschwindigkeit des an der, Kathode gebildeten
Natriumhydroxydes.
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Gemäß der Erfindung wird zur Verhinde=' rung der Bildung eines basischen
Salzes der größeren Diffusionsgeschwindigkeit des an der Kathode gebildeten Stoffes
entgegengewirkt, und zwar dadurch, daß der Elektrolyt unter Anwendung einer mit
Kanälen versehenen Anode durch diese ständig gegen die Kathode mit einer Geschwindigkeit
bewegt wird, welche die Diffusionsgeschwindigkeit des gebildeten Alkalis gegen die
Anode überschreitet. Unter diesen Umständen wird verhindert, daß das Alkalihydroxy
d in stark verdünntem Zustande mit dem an der Anode gebildeten j@etallsalz in konzentriertem
Zustande in Reaktion tritt.
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Bekannt ist ein Verfahren zur Elektrolyse von Flüssigkeiten, bei welchen
der Elektrolyt entweder von einer Elektrode zur anderen strömt oder zwischen beiden
Elektroden eingeführt wird. Der besondere Zweck dieses Verfahrens besteht darin,
jeweils die Zuwanderung eines gewissen Ions zu einer der Elektroden zu verhindern.
Die an der Anode und an der Kathode gebildeten Stoffe sollen getrennt gehalten werden.
Diesem Zweck dient u. a. auch als weiteres Mittel die Einschaltung eines Diaphragmas
zwischen Anode und Kathode. Im Vergleich hierzu ist die Erfindung nicht darauf gerichtet,
die an der Anode und an der Kathode gebildeten Stoffe voneinander getrennt zu halten.
Die Stoffe sollen im Gegenteil miteinander in Reaktion treten, um das eigentlich
gewünschte Erzeugnis hervorzubringen. Die Erfindung dient nun der Schaffung günstiger
Konzentrationsbedingungen für die erforderliche Reaktion.
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Bekannt ist es auch, bei der Elektrolyse von Alkalichloriden die elektrolytische
Lösung von der Anode zur Kathode fließen zu lassen. Dies hat jedoch nichts mit der
Beeinflussung einer etwaigen Reaktion zwischen den an der Anode und an der Kathode
gebildeten Stoffen zu tun. Der Zweck, der Bewegung des Elektrolyten besteht hier
im wesentlichen in der Fortschaffung der Reaktionserzeugnisse.
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Gegenstand der Erfindung bildet auch eine Zelle durch Durchführung
des oben gekennzeichneten Verfahrens, bei der die mit senkrechten Kanälen versehene
Anode oberhalb der in bekannter Weise mit Gasschirm versehenen Kathode(n) angeordnet
ist. Auf diese Weise wird :die Sinkgeschwindigkeit des Elektrolyten der nach oben
gerichteten Diffusionsgeschwindigkeit des an der Kathode gebildeten Alkalihydroxydes
entgegengesetzt. Die Kanäle können in der Anode so angeordnet sein, daß eine gleichmäßige
.Verteilung des zugeführten Elektrolyten über den ganzen Zellenquerschnitt eintritt.
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Die Anordnung von Gasschirmen über der Kathode ist an sich bekannt.
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Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Zelle gemäß der Erfindung
ist die Anode als Boden eines oben offenen Behälters ausgebildet, der, in den Elektrolyten
eintauchend, über der Zelle aufgehängt ist. Dieser Aufbau ist sehr einfach und wirkt
sich im Betriebe günstig aus.
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Die beiliegende Zeichnung veranschaulicht einen senkrechten Schnitt
durch einen Elektrolyseapparat gemäß der Erfindung.
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An die elektrolytische Zelle i ist am Boden ein Rohr 2 angeschlossen.
Durch dieses Rohr hindurch wird die Lösung mittels einer Pumpe umgewälzt und, kehrt
zur Zelle zurück.
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Eine aus geeignetem Metall bestehende Anode 3 ist auf dem Anodenpol
q. aufgehängt. Da das Anodenmetall im Laufe der Elektrolyse aufgelöst wird, ist
die Aufhängung der Anode mit einer Höheneinstellvorrichtung versehen, so daß der
Abstand zwischen den Elektroden gleichgehalten werden kann. Es ist selbstverständlich,
daß das Metall, wenn es verbraucht ist, durch neues ersetzt werden kann.
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Die Anode weist viele durch ihren Körper hindurchgehende senkrechte
Kanäle 5 auf. Der obere Teil des >Metalls ist von einer Hüllwand 6 umgeben. Diese
bildet über dem Metall einen offenen Raum. Die durch das Rohr 2 hindurch angesaugte,
umgewälzte Lösung wird von diesem Raum aufgenommen und fließt durch die senkrechten
Durchlässe in der Anode abwärts.
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Unterhalb der Anode sind in der Zelle Kathoden 7 angeordnet. Für jede
Kathode ist ein an sich bekannter, aus Isolierstoff gebildeter Wasserstoffsammler
8 in Form eines umgekehrten Troges oder einer Hüllmembran vorgesehen. Der Sammler
deckt die Kathode so ab, daß das an der Oberfläche der Kathode gebildete Wasserstoffgas
im oberen Raum des Sammlers aufgefangen und mittels Rohre, die nicht dargestellt
sind, aus der Zelle abgeführt wird. Eine Störung des regelmäßigen Flusses der Lösung
durch aufsteigende Wasserstoffblasen wird auf diese Weise verhindert.
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In der Praxis wird die Lösung in,der Zelle durch die Anode hindurch
nach unten getrieben und nimmt das an der Anode erzeugte Metallsalz mit. Die Umwälzung
der Lösung wird so geregelt, daß Metallhydroxyd entsteht, wenn die elektrolytische
Lösung in der Nähe der Kathoden vorbeigeht. Bei zu kräftiger Umwälzung verschiebt
sich die Reaktionszone, in der die Bildung des Metallhydroxyds vor
sich
geht, an eine Stelle unterhalb der Kathoden, während bei schwacher Umwälzung die
Reaktionszone an eine Stelle oberhalb der Kathoden wandert.
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Die aus der Zelle kommende Lösung enthält MetallhydroxydnIederschläge.
Größere Teilchen davon lagern sich ab. und werden durch Filtrieren von der -Lösung
getrennt, während feinere Teilchen in der Lösung hängenbleiben und zum Raum oberhalb
der Anode zurückkehren. Wenn .die feineren Teilchen durch die Reaktionszone mit
der Lösung hindurchgehen, so lagert sich neu gebildetes Metallhydroxyd rings um
den Niederschlagskern ab, und die feineren Teilchen werden größer und größer, bis
sie durch Ablagerung aus :der umlaufenden elektrolytischen Lösung abgeschieden werden.
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Gemäß der Erfindung weist die Anode viele senkrechte Durchlässe in
ihrem Körper auf, so daß die umlaufende Lösung beim Hindurchgang durch diese Durchlässe
aufgeteilt wird und gleichmäßig verteilt in die Zelle gelangt. Infolgedessen wird
die Reaktion zwischen den elektrolytischen Erzeugnissen in der Zelle unter günstigen
Bedingungen durchgeführt.
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Weiterhin ist zu beachten, daßeine Anode mit senkrechten Durchlässen
:eine größere wirksame Elektrodenoberfläche je Einheit des Anodenquerschnittes darbietet,
so daß eine Anode mit kleinerem Querschnitt verwendet werden. kann, was gleichbedeutend
mit Einsparung an der Grundrißfläche für die Vorrichtung ist. In der Zeichnung ist
eine Anode dargestellt, die aus einem zusammenhängenden Metallblock mit senkrechten
Durchlässen besteht. Es sind jedoch auch andere Ausführungsformen denkbar, -z. B.
die Ausbildung der Anode aus einem Bündel von Metalistreifen.