DE730574C

DE730574C - Depolarisationskathode

Info

Publication number: DE730574C
Application number: DEL98021D
Authority: DE
Inventors: Carl Luckow
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1939-05-18
Filing date: 1939-05-18
Publication date: 1943-01-14

Description

Depolarisationskathode Eine wichtige Frage der technischen Elektrolyse ist die Herabsetzung der @erforderlichen Spannungen. Man ist bestrebt, durch spannungsvermindernde Anordnungen bzw. depoIarisierend wirkende Elektroden den Energiebedarf :der Elektrolyse zu vermindern. Zu diesem Zwecke sind schon verschiedene Vorschläge ;gemacht worden, die :aber in der Praxis hauptsächlich deswegen sich nicht einzuführen vermögen, da sie gegenüber den wechselnden Betriebsverhältnissen sich als zu ,empfindlich zeigten. Die depolarisverende Wirkung, die anfänglich bei verschiedenen Anordnungen recht ;günstig war, ließ nach kurzer Zeit nach, und es mußten neue Elektroden oder schwer durchführbare R:egenerati,onsver£ahren zur Anwendung gebracht werden.
Diemgegenuher weist die erfindungsgemäße Diepolarisationskathode, die sich durch Einfachheit und Betriebssicherheit ,auszeichnet, den Vorteil auf, :daß sie durch Autoxydation periodisch regenerierbar ist und so beliebig lange betriebsmäßige Verwendung finden kann. Die erfindungsgemäße Depolaris:ationskatho;de besteht aue :einem mit Hohlräumen versehenen. Skelett, das vorzugsweise .als isolierendes Traggerüst ausgebildet ist, und einer depolarisierenden Füllnasse, die periodisch wieder regeneriert wird und die durch ein metallisiertes Spinnmaterial gleichsam verfilzt _und so, zu einem zusammenhängenden und stabilen Ganzen verkittet wird. Diese Anordnung bezweckt, die Polarisation und :damit die Badspannungen und :den damit bedingten Kraftaufwand außerordentlich stark herabzusetzen, und sie :erreicht dieses gesteckte Ziel in weitergehendem Maße, als :es bis jetzt mit anderen bekannten Einrichtungen möglich war.

Die depotarisierend wirkende Füllmasse enthält mengenmäßig überwiegend solche Körper als Grundsuhstanzen,welche im Elektrolyten schwer löslich sind und gleichzeitig mehr oder weniger stark elektronegativ wirksam sind. Von besonderer Bedeutung ist

gleichzeitig eine möglichst große Oberflächen-

entwicklung, die dadurch sichergestellt ist,

da.ß die Füllmasse an und für sich bereits

hochporös oder in Form eines fein verteilten

Pulvers eingebracht wird. Diese Grund-

substanzen der Füllmasse bestehen in einuni

dehnbaren Mischungsverhältnis zu einem Teil

aus solchen nichtmetallischen (mineralischen)

Körpern, welche durch Elektrolyse nicht

reduzierbar sind, d. h. nahezu unveränderlich

bleiben, und zum anderen Teil aus s(Alch.eti

Metallen in feiner Verteilung, welche in feuch-

tem Zustande schon hei gewöhnlicher Tumpc-

ratur an der Luft mehr oder minder leicht

oxydierbar uind durch Elektrolyse wieder

leicht reduizierbar sind.

Als elektranegative Mineralien kommen vor

allem die Kohlenstolie und die Kohlearten

in Frage, wobei Koks- und Holzkohle wegen

ihrer ho,cligradigen Porosität in Form eines

mehr oder tveni-er grobkörnigen Pulvers be-

vorzugt tverden. Die angev-endeten Metall

u@ed deren Oxyde %%-erden ztveckmäl;iig ;ins der

Gruppe der elektronegativen unedlen und

halbedlen Schwermetalle entnoinincn und in

Form eines feinen Pulvers an,getvendet. 1'in

die Wirkung des Füllmaterials zu st-cigern,

empfiehlt es sich, Koks und Holzkohle' vor

ihrem Zerkleinern in möglichst dünnen u!ad-

festliaftenden Schichten- mit Glanzkohle zti

imprägnieren. Dabei ist zu beachten, daß

die Poren dieser Grundsubstanzen nicht ver-

stopft werden. An diese Behandlung schließt

sich erfindu!ngsgeniäl,l ein Metallisieren der

Kohle durch Edelmetalle oder `geeignete Halb-

edelmetalle an, und schließlich kann nach

dem Zerkleinern noch ein geringer Zusatz

von grobkörniger, blasiger (=htezkolilc bei-

gegeben werden.

Den metallischen Grun.dstnfien der Füll-

masse können vorteilhaft.erweise -erin,-c M.en-

gen van Edelmetallen oder Halbedelmetall-,n

in feiest verteilter Form. -z. h. Platinrnr)oi-

und Platinschwainin, beigefügt werden, die

eine stark katalytische Wirkung ausüben. L"in

den festen Zusammenhalt der Füllmasse und

die Autoxydatiotistvirku:ng zu erhöhen. cnip-

fiehlt es sich, in in:il.')igen Grenzuni annoi--

phisches, stark erhitztes bzw. gegliilitcs .Ilu-

miniumoxyd in Pulverform beizumengen.

Zur Auflolckerun g der Füllmasse und zur

Förderung der gegenseitigen Verlilzu n ,- li;it

es sich als besonders wertvoll- erwiesen, dic#

Grundsubstanzen der Füllmasse durch ciecni

Zusatz vorn metallisiertem natürlichem oder

künstlichem Spinnmaterial, wie "I'extilf;isc,i-n

oder -fäden, in loser bzw. lockerer I# orin

zu ergänzen. Die :detallisierutig des Spinn-

materials kann auf diese Weise geschehen,

daß dasselbe zunächst .ausreichend paraffi-

niert und sodann unmittelbar mit einem Edel - !

inetall oder einem elektronegativen Halbedel-

mctall in feinster Staubfo.rnz bestäubt wird,

so da.1.1 ein aussiebiger und festhaftender

Cherzug entsteht. Dies kann beispielsweise

in einer Mischtrommel geschehen. Die Me-

tallisicrung des Spinnmaterials kann erlin-

dun gsgemäli aber auch so erreicht tt-crdeni,

dal,') dasselbe zuerst gründlich p;iraffiniert, se)-

dann in einer Mischtrommel graphitiert, d- h.

mit einer festhaftenden Haut t-mi Graphit-

staub umhüllt und schlieflich auf galvano-

techniischein We e finit einem sehr diiiineii,

festhaftenden Cberzug der gceihireten Nlet:ill;

versehen wird.

Das Einbringen der Füllmasse in die Hohl-

räume des Traggerüstes kann in einfacher

Weise dadurch gescliehcii, dal.l inan die

Grundsubstanze i und Mischungszusätze mit

einem tlüssi-en, t-erkittenden Bindemittel in

Form einer steifen, aber noi,li ausstreich-

fähigen Paste gleichmäl,>i verarbeitet, cl:ttr-

aufhin dieselbe in feuchtem Zustande in die

Hohlratinic des Tra-berüstes einbringt und

schließlich dort unter Verllüchtinung des

Lösungsmittels der Kittsubstanz trocknen und

erhärten läl:)t. Als Bindemittel de°r Fiillinasse

eignen sich dabei besonders die stark vrr-

dünnten tvül:)rige-n Lösungen der Hydrotvde

von I?rdallcalimct;illen, beispielsweise Kalk-

wasser, sowie Lösungen von leicht löslichen

Salzen der Erdalkali- und Erdmetalle mit

flüchtigen Säuren, z. h. Calciuniacet;it, Alu-

miniuana.cctat und andere.

Uni bei der betriehsinäl:)ige-n Beanspru-

chun- der Kathoden eine Vermircinigung der-

selbe ii durch schwer lösliche, l=einkörnige :1n-

odenpro dukte zu vermeiden, empfiehlt t-s

sich, die Kathoden in geringere Albstand mit

einem Filter zu umgeben, welches den Elek-

trolyten hindurchläßt, jedoch für die Vcr-

Unreiniguingen undurchlässig ist.-

Die erfindtt@ngsgeinäl.ie DepolarIsaticins-

kathodc ist bei elektrolytiscli(-ii I'rozesscn all-

geznein, ainvendbar, und inan erzielt bei ihrer

Verwendung beachtliche Ersl)arnissc ;in cIek-

trischcr Energie.

Uni den bedeutt-ndcii h:üillttl@ und die aus-

schl.aggcbendr Wirkung vcin stibstantic11 vcr-

schiccienartigen Kathoden au,f die Polarisation

bzw. die jctlesnnaligcn Iladspannunigeni von

ein-,clilähigen Prozessen durlektroh-sc hui

sonst gleichen @rbcitshedinungen an einem

einwandfrei nachprüfbaren, anschaulichen l=ad

überzeugenden @'ci-glcichsvc°i@uche e@pcri-

nientcll zu zeihen und nachzuiteiscni, soll bci-

spiels@cisc das bekannte @'c.i-fahrcn zur elek-

trolytischen Herstellung t-on schwer Iiis-

lichen, und nvar besonders basischen Salzen

der Schwermetalle im Rahmen der Patcnt-

chrift ( )i ; o; ausgewählt werden. DenigeniätS

nölte hierzu als Ausführungsbeispiel diu

seinerzeit im Großbetrieb ausgeübte Gewinnung vorn Bleiweiß dienen, wobei die Anodenplatten aus Weichblei, die Kathodenplatten bzw. -bleche aus. Weichblei oder Hartblei bestehen, der Elektrolyt eine schwach alkalisch reagierende i l/;, proze@ntige wäßrige Lösung einer Mischung von Na Cl O., als Lösungssalz und N.a2 C 03 (-wasserfrei bzw, entwässert) als während der Elektrolyse durch Einführung von CO. in den Elektrolyten fortlaufend zu regenerierendes Fällungssalz im Mischungsverhältnis der beiden Salze vom 6:1 ist, die E;ntfernti(n;g der Elektrolyten voneinander ,l cm, die Temperatur des Elektrolyten 15 bis 20°C, die Stromdichte o,85 Amp..,dm2 der Anodenoberfläche und @demgemäß die Ballspannung 2,7 bis 2,8 Volt beträgt: Ersetzt man nun die Kathodenplatten bzw. -bleche aus Pb oder ,auch aus Fe durch solche aus den elektropositiveren Metallen. Cd und besonders Zn, so zeigt sich ein Ansteigen der Ballspannung um einige 1/1o Volt bis auf 3,2 und 3,6 Volt, während dagegen bei Ersatz der Kathoden aus Pb oder Fe durch Bleche aus den elektronegativeren Metallen Cu, Sn, Ni, Ag, Pb usw. oder aber aus verzinntem., verkupfertean, vernickeltem, versilbertem, verplatiniertem oder veTchronntern Fe oder aus Legierungen von Fe mit Mn und Cr die Badspannung umgekehrt um einige 1/,o Volt durchschnittlich bis auf 2,2 bis 2,3 Volt sich ermäßigt.

Bei der Anwendung von Kathodenplatten aus der elektronegativen Elektrodenkohle, welche aus nahezu reinem C besteht, geht die Ballspannung bis ,auf rund 2 Volt zurück; ist solche hoch poröse Kohlekathode mit dein stark elektroinegativen O gleichsam bis zur Sättigung beladen, so, beläuft sich die- entsprechende Badspannun;g zunächst bzw. im Anfangsstadium der Elektrolyse ,auf rund 1,2 bis 1,3 Volt, um im Verlaufe der letzteren sich wieder allmählich auf rund 2 Volt auszugleichen.
Werden die aus massivem Pli .oder .auch etwa Fe- bestehenden Kath.odeii ;gemäß dem Verfahren der genannten Patentschrift cla-. gegen durch solche ersetzt, welche als Masseclektroden etwa nach dem Vorbild der bekannten Kastenplatten .ausgebildet sind, deren starres Skelett .au!, Pb oder Fe und de:cii stark elektronegativ wirksame: Füllmasse e Paste) aus den Oxyden von Pli oder Fe (Pb0 oder Fe20R) in fein verteilter Form 1>,-steht, so tritt infolge dieses Umstandes und besonders auf Grund der bei der Elektrolyse _ stattfindenden Resorption des sonst .an der massiven Kathode frei werdenden elektropositiv-en H durch die Oxyde unter kontinuierlicher Reduzierung derselben zu Metallschwamm zunächst ein erheblicher Rückgang der ursprünglichen Ballspannung um mehr als i Volt, d. h. bis ,auf durchschnittlich r,5 Volt ein; welcher jedoch nach und :nach im Verlaufe der Elektrolyse, d. h. im Einklang mit der fortschreitenden Reduzierung der Oxyde zu Metallschwamm und schließlich unter ansteigendem Freiwerden von H bei gesättigter Beladung des Metalls,chwammies mit letzterem bis auf nahezu. 2,5 Volt wieder abgeschwächt wird.
Die gemäß dem Verfahren der Anmeldung hergestellte dauernd stabile und betriebssichere Depolarisationskathode, welche von vornherein durch die Kombination von entsprechenden intensiv wirksamen Maßnahmen auf eine möglichst lio,chgradige Abschwächung der bei der Elektrolyse entstehenden elektromotorischen Gegenkraft der Polarisation eingestellt und deren Dep,olarisationsintensität und -kapazität infolge Autoxydatio!n an der Luft periodisch immer wieder regenerierbar ist, bewirkt dagegen, einen weiteren @eTheblichen Rückgang der Ba.dspan:nung um rund i Volt, so daß die ursprüngliche Badsp,a;nnun;g vorn 2,7 bis 2,8 Volt bis auf durchschnittlich nur 0,5 Volt dauernd herabgesetzt wird, welcher Umstand es erlaubt, mit demselben Energieaufwand der Elektrolyse nunmehr die über 5fach.e Menge (Ausbeute) der Anodenprodukte, z. B. Bleiweiß, und dadurch einen bedeutenden technischen Fortschritt zu erzielen:.
Der Erfindungsgegenstand übt jedoch keinerlei Einfluß etwa auf die Art und Beschaffenheit den- Anodenprodukte oder .auf den Elektrolyten oder den sonstigen Verlauf der Elektrolyse aus.

Claims

PATi:NTAN Si'RÜC11li: i. Depolarisationskatliode zur Herabsetzung den- für technische Behandlungen erforderlichen Badspairnun,gen, dadurch Sek ennzeichnet: daß "mit einem vorzugsweise isolierenden Traggerüst depolaris,ierende Füllmassen, welche regen:erierhar sind und überwiegend aus im Elektrolyten schwer löslichen elektrmie,gativen C;rundsubstanzen, die entweder <in sich hochpo-rös oder in Form eines feinen Pulvers verwendet «=erden, bestehen, unter Zugabe eines metallis:erteii Spinnin.ateri:als zu einer stabilen Einheit verbunden werden, wobei Metalle in feiner Vertcilu-n;g- zur Anwendung gelangen, die in fe uchtern Zustande schon bei gewöhnlicher Temperatur an der Luft leicht oxydierbar -und deren Oxyde durch Elektrolyse leicht reduzierbar sind.
2. Depolarisationskathode nach Anspruch i , dadurch gekennzeichnet, daß ,als wichtiger Bestandteil, der Grundsubstanzen elektronegative Kohlearten hoher Porosität, wie Koks und Holzkohle, als grobkörniges Pulver verwendet werden, denen fein verteilte, elektronegative, unedle und halbedle Schwermetalle, deren Oxyde noch verhältnismäßig gut leitfähig sind, einzeln oder in Mischungen beigefügt sind.
3.Depolansationskathadenach Anspruch i und z, dadurch gekennzeichnet, daß zur Steigerung ihrer depolarisierenden Wirkung die Kohlearten, wie Koks und Holzkohle, vor ihrem Zerkleinern mit Glanzkohle sowie Edelmetallen oder Halbedelmetallen in feinster Verteilung bzw. in dünner, festhaftender Schicht imprägniert wurden.
4.. Depolarisationskathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß geringe Mengen von Edelmetallen oder Halbedelmeta.llen in feinster Form beigemengt sind, welche eine stark katalytische Wirkung aus-Üben.
5. Depolarisationskathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß zur Verbesserung der Autoxydationswirkung und des festen Zusammenhaltens der Füllmasse mäßige Mengen von amorphem, jedoch stark erhitztem und geglühtem Aluminiumoxyd in feiner Pulverform beigemengt sind.
6. Depolaxisationskathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gel>cnnzeichnet, daß. ein ausreichender Zu-Satz von metallisiertem, natürlichem oder künstlichem Spinnmaterial, wie Textilfasern oder Fäden, in. lockerer Form der Füllmasse zugefügt ist. y.
Dep olarisationskathode nachAnspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß.als Bestandteil ihrer Füllmasse Spinnmaterial angewendet wird, welches zwecks seiner Metallisierung zuerst ausreichend paraffiniert und anschließend unmittelbar m.it einem Edelmetall oder einem elektronegativen Halbedelmetall in feinster Staubform, z. B. in einer Mischtrommel, ausgiebig und festhaftend überstäubt worden ist.
S.DepodarisationskathodenachAnspruch 6, ,;f-'dadurch gekennzeichnet, daß,als Bestandteil :Ihrer Füllmasse Spinnmaterial angewendet wird, welches zwecks seiner Metallisierung nach vorhergehender Paraffinierung in einer Mischtrommel mit .einem ausreichenden festhaftenden Graphituberzug umhüllt und sodann .auf galvanotechnische,m Wege mit einer dünnen, aber festhaftenden Schicht eines Edelmetalls oder eines elektronegativen Halbedelmetalls überzogen worden ist.
9. Verfahren. zur Herstellung einer Depolarisationskathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grundsubstanzen und Zusätze der Füllmasse mit einem flüssigen, verkittenden Bindemittel in Form einer steifen, aber noch .ausstreichfähigen Paste gleichmäßig verarbeitet, hierauf in noch feuchtem Zustande in die Hohlräume des Traggerüstes eingebracht werden, wo sie unter Verflüchtigung des Lösungsmittels der Kittsubstanz trocknen und erhärten. io. Verfahren zur Herstellung einer Depolarisationskathode nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Bindemittel die stark verdünnten wäßrigen Lösungen der Hydroxyde der - Erdalkahmetalle, besonders Kalkwasser, sowie Lösungen von leicht löslichen Salzen der Erdalkalimetalle und Erdmetalle mit flüchtigen Säuren, wie Calciumacetat und Aluminiumacetat, verwendet werden. i i. Anordnung einer Depolarisationskathode nach Anspruch i bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Depolarisationskathode von. einem Filter umgeben ist, welches den Elektrolyten durchläßt, jedoch für alle in demselben schwebenden schwer löslichen, feinkörnigen Anodenprodukte undurchlässig ist.