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Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung von Zink aus Zinkamalgam
Es ist bereits vor längerer Zeit vorge-, schlagen worden, Zinksalzlösungen dadurch
auf Elektrolytzink aufzuarbeiten, daß diese Lösungen gegen Anlalgamkathoden elektrolysiert
werden, worauf in einem zweiten, hochgereinigten Zinksalzelektrolyten das so@ gewonnene
Amalgam als Anode geschaltet und Zink an einer festen Kathode niedergeschl2gen wird.
Diese-zweite Verfahrensstufe, also die Gewinnung von Zink aus Zinkamalgam, soll
in einer elektrolytischen Zelle ausgeführt werden, deren Boden mit dem als, Anode
dienenden Amalgam bedeckt ist, während die Kathode senkrecht hierzu in den Elektrolyten;
eingehängt wird. Es ist zwar möglich, auf diese Weise Elektrolytzink zu erhalten,
doch hat das Verfahren schon darum keinen praktischen Wert, da- das gewonnene Zink
immer mit beträchtlichen Mengen Quecksilber verunreinigt ist; außerdem bilden sich
immer wieder, auch bei den auerreinsten und stark mit Kolloiden versetzten Elektrolyten,
an der Unterseite der Kathode Zinkbäume aus, die zu Kurzschlüssen führen und selbst
durch starke Strömung des Elektrolyten nicht verhindert werden können. Zudem sind
die @erhaltenen Bleche von ungleichmäßiger Dicke, so daß das Abziehen große Schwierigkeiten
macht.
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.Man kommt aber .auch dann nicht zu einem technisch brauchbaren Verfahren,
wenn man .die Kathoden waagerecht über dem Amalgam anordnet; abgesehen davon, .daß
derartige Zellen bei großem Platzbedarf nur wenig Zink produzieren, arbeiten sie
mit hohen, Spannungen und liefern ebenfalls ein quecksilberhaltiges Zink.
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Überraschenderweise wurde nun gefunden, daß man Zink von höchster
Reinheit, insbesondere praktisch quecksilberfreles Zink, auf elektrolytischem Wege
dadurch aus Zinkamalgam ;gewinnen kann, daß man das die Anoden bildende Zinkamalgam
in dünner Schicht auf senkrechten Trägerflächen aufbringt und diese parallel zu
den ebenfalls senkrechten Kathodenplatten anordnet. Man erreicht auf diesle Weise
zunächst eine gedrängte Bauart, so daß sich verhältnismäßig kleine und leicht zu
behandelnde Zellen ergeben, -die mit großen Stromstärken, also auch mit großer Leistung,
betrieben werden können. Insbesondere aber zeigt sich, daß die so erhaltenen Zinkbleche,
.ganz iln Gegensatz zu den mit waagerechten Amalgamano,den
gewonnenen
Zinkblechen, praktisch frei von Quecksilber sind, in gleichmäßiger Dicke anfallen
und infolge ihrer ungewöhnlich dichten Oberfläche sehr leicht umgeschmolzen werden
können.
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Die Erfindung kann in verschiedener Weise; ausgeübt werden; so ist
es möglich, die Trägerflächen als, rechteckige, feststehende Bleche auszubilden,
die von oben her mit Amalgam berieselt werden, doch können ,auch auf Rollen laufende
Kreisscheibenringe, die zum Teil m einen Amalgam@sumpf eintauchen, oder ähnliche
Vorrichtungen benutzt werden. Die Träger können aus Eisen, Stahl, Nickel odereinem
anderen in Quecksilber praktisch unlöslichen Metall bestehen. Eine-bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung besteht darin, daß :das die Anoden bildende Zirikamalgam auf kreisförmigen,
um eine mittlere Achse bewegten Metallscheiben aufgebracht wird, deren untere Hälfte
in einem vom Amalgam gebildeten Sumpf, deren obere Hälfte aber im Elektrolyten verläuft.
Die Kathoden können beispielsweise rechteckige oder halbkreisförmige Gestalt besitzen
und aus Zink bestehen; überraschenderweise ist es trotz der bekannten Giftwirkung
des Quecksilbers auf Aluminium auch ohne weiteres möglich, das als Kathodenmaterial
für Zink altbewährte Aluminium auch hier zu verwenden. Es ist vorteilhaft, die Kathodenbleche
durch seitliche Führungsleisten in gleichmäßigem und genau festgelegtem Abstand
von den Anoden zu halten; zweckmäßig klemmt man an die Ränder :der Kathodenplatten
Holzleisten fest, welche die durch Kantenwirkung hervorgerufene Knoispienbildung
unterdrücken. Es ist weiterhin vorteilhaft, :die durch die Projektion der Anode
auf die Kathode gebildete Fläche, im Falle einer Scheibenkathode also einen Halbkreis,
mit einer Holzleiste zu umgrenzen, die durch Aluminiumniete an der Kathode festgehalten
wird; die der Anode nicht direkt gegenüberstehende Kathodenfläche kann dann mit
Asphalt, Kabelmasse oder einem anderen geeigneten Isolationsmittel abgedeckt werden.
Der Gefahr der Knospenbildung begegnet man auch in zuverlässiger Weise, wenn 'man
die für die Zinkabscheildung bestimmte Kathodenfläche allseitig um einige Zentimeter
größer macht als die gegenüberstehende Anodenfläche; die Übrige Kathodenfläche kann
in diesiem Falle durch Gununiertutg geschützt werden.
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Die Herstellung eines :dichten und festhaftenden ZinkamalgamübeTzuges
auf der anodischen . Trägerfläche bereitet gewisse Schwierigkeiten. Es ist zwar
ohne weiteres möglich, unbehandelte Unterlagen .aus Eisen oder Stahl beispielsweise
mit Natriumamalgam in dünner Schicht völlig zu überziehen; mit Zinkamalgam gelingt
dies nur dann, wenn :die Träger einer solchen Vo,rbehandlung unterworfen werden,
daß sie oberflächlich Zink aufnehmen, also wenn sie beispielsweise in -einer zu
mundest spurenweisen Verzinkung geeigneten Art, etwa mit Salzsäure und Zinkamalgam,
behandelt werden oder wenn der Träger in einem Zinks:alzelektrolyten als Kathode
geschaltet wird, während ohne Zuhilfenahme des elektrischen Stromes oder bei ano,discher
Schaltung die Amalgamationausbleibt. Eis ist sogar so, daß eine anodisch geschaltete,
zunächst auf irgendeine Weise amalgierte eiserne Unterlage allmählich durchrostet,
das Amalgam in immer größeren Flecken abstößt und auf diese Weise die Zelle, deren
Elektrolyt immer mehr Eisen aufnimmt, zum Erliegen bringt, -wenn die Amalgamation
nicht rechtzeitig erneuert wird. Eis -wurde nun gefunden, daß man in diesem Falle
den Übelstand mit Sicherheit vermeiden kann, wenn man die den Elektrolyten bildende
Zinksalzlösung dauernd auf einem PH von 2 oder weniger hält; da während des Betriebes
die Azidität des Elektrolyten allmählich abnimmt, ruß man für eine entsprechende
Zugabe von Säume Sorge tragen. In derartigen Elektrolyten tritt, wie gefunden wurde,
die Amalgamation der Trägerflächen allmählich auch dann ein, wenn diese nicht gebeizt
wurden, und @es bildet sich ein vollkommen dichter, dauerhafter Am.algamÜberzwg
aufs. Der Elektrolyt kann im übrigen Zinksulfat oder Zinkchlorid oder ein anderes
leicht lösliches Zinksalz oder :ein Gemisch derartiger Zinksalze enthalten; es können
auch Salze beigegeben werden, deren Kationen .eine beträchtlich höhere Abscheidungssp,annung
als Zink besitzen, beispielsweise Ammonsalze. Auch Kolloide können im Elektrolyten
zugegen -sein und bei länger laufendem Betrieb von Zeit zu Zeit ergänzt werden.
Man kann auch den Elektrolyten durch Umpumpen oder j auf eine andere geeignete Weise
in ständiger Bewegung halten.
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Es wurde weiterhin gefunden, daß die anodische Stromdichte innerhalb
weiter Grenzen ohne Schaden verändert werden kann, während @es für die Erzielung
guter Resultate wichtig ist, die kathodische Stromdichte zwischen 5oo und gooAmp./m°
zu halten, wenn man das Anfallen rauh:er Bleche und das Absinken der Stromausbeuten
vermeiden will. Die Zinkbleche fallen in :der üblichen Dicke von 2 bis° q. mm an
und lassen sich von ihrer Unterlage leicht in bekannter Weise abziehen, besonders
wenn die Unterlagen vor dger Elektrolyse mit einer verdünnten Seifen- oder Kaliumpermanganatlö@sung
bestrichen wurden.
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Es ist aber für eine glatte Durchführung
des Verfahrens
auch wesentlich, die Strombelastung der Zelle und die Geschwindigkeit des Amalgamdurchlaufies
derart :einander ianzupassen, daß das Zinkamalgam nur zum Teil ano,dis,ch @entzisikt
'wird, also mit einem verhältnismäßig hohem Zinkgehalt die Zelle wieder verläßt.
Zweckmäßig wählt man die Arbeitsbedingungen so, da.ß der Zinkgeb;alt des aus der
Zelle abfließenden Amalgams über i % liegt. Beispiel -i In einem eisernen, innen
gummierten Behälter a, der durch . Fig. i im Längs- und durch Fig.2 im Querschnitt
dargestellt wund, verläuft eine durch Stopfbüchsen eingeführte Achse c, die mit
Hilfe seiner Riemenscheibbe rn in langsame Drehbewegung versetzt werden kann und
die in gleichen Abständen sechs kreisförmige, eiserne Scheiben b don i 5o cm Durchmesser
trägt. Diese tauchen mit ihrer unteren Hälfte meinen Amalgam;sumpf sein, dessen
Fassungsraum durch die Verdrängungskörper h klein gehalten wird. Die obere Hälfte
der Zelle ist mit dem Elektrolyten h gefüllt, .der Übereine nicht @eingezeichnete
Pumpie durch die Einführungen f und die Abführungen g zwischen den Elektroden umgewälzt
wird. Genau in der Mitte zwischen je zwei Kreisscheiben sind fünf aus Aluminium
bestehende, i o mm dicke Kathoden e leingehängt, die durch @dme Strornscliieneni
an,eine Gleichstrommaschine, angeschlossen sind. Der Amalgamsumpf ist über den Körper
der Zelle bei L an die Stromquelle angeschlossen. Durch nicht gezeichnete Rohrleitungen
wird der Zelle dauernd frisches Amalgam zugeführt, während verbrauchtes Amalgam
aber einen überlauf abfließt. Diese Zelle wird mit einer Stromstärke von 6ooo Amp.
und mit einer Spannung von i, i Volt betrieben. Die Scheiben drehen sich gleichmäßig
mit einer Geschwindigkeit von 8 Umdr./Min. Der Elektrolyt enthält ioog/1 Zink als
Zinksulfat, 50g/1 Schwefelsäure, 96 mg/1 Wasserglas und 6o mg/1 Gummiarabikum. Die
Arbeitstemperatur beträgt 32°, was durch Kühlung des Elektrolyten außerhalb der
Zelle -erreicht wird. In die Zelle wird laufend Amalgam mit einem Gehalt von 2 bis
2,2% Zink eingeführt; ges verläßt die Zelle mit einem Gehalt von 42 bis i,4%. Die
Kathoden. werden alle 20 Stunden einmal herausgehoben und mit einem scharfen Messer
abgezogen, um eir#geschmolzen zu werden. Man verhält täglich 15 5 bis i 6o
kg Elektrolytzink mit einer Reinheit von 99998 %. Beispiel 2 Die in Beispiel i beschriebene
Zelle wird mit einem Amalgam beschickt, dessen Zinkgehalt 2,2 bis 2,4% beträgt;
das abfließende Amalgam hat eine Zinkkonzentration von 2,0 bis 2,2 %. Die Arbeitstemperatur
beträgt 440. Der Elektrolyt enthält 200g H2SO4 und 55g Zink als Zinksulfat; Kolloide
sind nicht enthalten. Die Stromstärke beträgt io ooo Amp., .die Badspannung o,95
Volt. Die Anodenscheiben bestehen aus Eisen und werden vor Inbetriebnahme der Zelle
bei 75° mit 2n-Salzsäure und 2%igem Zinkamalgam sorgfältig amalgamiert. Die Kathoden
haben, deal Anodenscheiben entsprechend, halbkreisförmige Gestalt und sind an ihren
Rändern mit Weichgumznileisten -abgeschirmt; sie bestehen aus reinstem Aluminium
und sind oberflächlich reit der Schmirgelscheibe poliert. Die Anodernscheihen drehen
sich in der Minute dreimal um ihre Achse. Das Amalgam wird langsam und gleichmäßig
durch die Zelle geführt, so da.ß WirbelbewegAgen, kleine Arnalgamfälle u..dgl. vermieden
werden. Man erhält täglich etwa 27049 Elektrolytzink mit einer Reinheit von 99,999%.