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Verfahren zur Gewinnung von Zink über Zinkamalgam. Die elektrolytische
Gewinnung von reinstem Zink wird bekanntlich in der Weise ausgeübt, daß oxydische
oder carbonatische Zinkmaterialien mit schwefelsauren Lösungen gelaugt, cliese Laugen
auf das sorgfältigste gereinigt und: daraufhin mit unlöslichen Anoden und. festen
Kathodenblechen. elektrolysiert werden; unter der Voraussetzung, daß die Reinheit
der Laugen den strengen Anforderungen genügt, scheidet sich das Zink an den Kathoden
in Form dichter Bleche ab, die mit Messern von der Unterlage gelöst und eingeschmolzen
werden können, während sich an den Anoden Schwefelsäure bildet, die zum: Laugen
neuer Zinkerze dient. Das gewonnene Metall enthält meist 99,99% Zink neben kleinen
Spuren von Verunreinigungen, die aus dem Elektrolyten stammen. Es ist auch bekannt,
daß man mit besonderem technischen und wirtschaftlichen Vorteil das Zink zinkhaltiger
Laugen dadurch gewinnen kann, daß man diese Laugen gegen Quecksilberkathoden @elektrolysiert
und .ein Zinkamalgam gewinnt, welches dann in geeigneter Weise, beispielsweise durch
Destillation oder Elektrolyse, auf Zink und Quecksilber aufgearbeitet wird. Die
elektrolytische Aufarbeitung des Zinkamalgams wird nach einem nicht vorveröffentlichten
Vorschlag in der Weise vorgenommen, daß das Amalgam, zweckmäßig unter Verwendung
senkrecht gestellter Trägerbleche, als Anode in einem hochgereinigten Zinksalzelektrolyten
mit festen, beispielsweise aus Aluminium bestehenden Kathoden zusammengeschaltet
wird; dabei wird das Amalgam entzinkt und an den Kathoden
reinstes
Zink in Form kompakter Bleche niedergeschlagen. Es erwies sich, daß bei derartigen
Elektrolysen der Elektrolyt eigenartigerweise durch die Elektrolyse nicht etwa verunreinigt,
sondern im Gegenteil immer reiner wird, so daß die erfhaltenen Zinkbleche immer
dichter, glatter und gleichmäßiger werden und auch die Reinheit des abgeschiedenen
Zinks auf ungewöhnliche Werte gesteigert wird.
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Für eine technisch einwandfreie Elektrolyse ist es auch bei Verwendung
von Amalgamanoden erforderlich, daß der Elektrolyt einen bestimmten Gehalt an Säure
und eine bestimmte Zinksalzkonzentration aufweist. Theoretisch sollte der Elektrolyt
zwar durch die Elektrölyse nicht verbraucht werden, da ja für das kathodisch abgeschiedene
Zink immer -wieder neue Zinkionen aus dem Anodenamalgam in Lösung gehen; tatsächlich
muß der Elektrolyt aber recht häufig erneuert werden, da der Säuregehalt rasch absinkt
und die Zinkkonzentration ansteigt, so daß der Elektrolyt gerade dann, wenn seine
Reinheit besonders hoch geworden ist, aus dem Prozeß herausgenommen werden muß.
Es ist allerdings möglich, einen Teil des Elektrolyten abzustoßen, den Rest mit
Wasser zu verdünnen und frische Säure zuzugeben; der abgestoßene Elektrolyt kann
eingedampft und zur Kristallisation gebracht werden, so daß Zinksulfat von sehr
großer Reinheit als Nebenprodukt anfällt. Durch die Säure werden aber wieder neue
Verunreinigungen in den Prozeß eingeschleppt, und es erscheint kaum möglich, in
der sauren Lösung durch irgendeinen chemischen Prozeß die frühere Reinheit wiederherzustellen.
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Es wurde nun gefunden, daß man in überraschend einfacher Weise bei
der elektrolvtischen Gewinnung von Zink aus Zinkamalgam die Zusammensetzung des
Elektrolyten konstant halten und so seine Selbstreinigung im vollen Umfang zur Erzielung
eines Zinkmetalls - von höchster Reinheit ausnutzen kann, -wenn man zwei Gruppen
von mit festen Kathoden versehenen Elektrolysezellen verivendet,.von welchen die
eine mit Amalgamanoden und die andere mit unlöslichen Anoden ausgestattet ist, und-
zwischen ihnen die Elektrolyten laufend oder zeitweise austauscht. Es zeigt sich
nämlich, daß der Abnahme der Säure in den Amalgamzellen eine genau äquivalente Zinksalzzunahme
entspricht und daß andererseits in den mit unlöslichen Anoden ausgestatteten Zellen
gerade eine solche Menge Säure gebildet wird, wie sie stöchiometrisch dem als Metall
abgeschiedenen Zink entspricht, wobei es gleichgültig i ist, ob die Stromausbeuten
in den Zellen hoch oder niedrig sind. Stellt man das zahlenmäßige Verhältnis der
beiden Zellenarten bzw. das Verhältnis der auf sie fallenden Strommengen in geeigneter,
von den beiden Stromausbeuten abhängender Weise ein und läl3t man den Elektrolyten
im gleichmäßigen oder stoßweisen Kreislauf von den Amalgamzellen in die mit unlöslichen
Anoden versehenen Zellen und von - dort wieder in die Amalgamzellen zurückgelangen,
so bleibt die Zusammensetzung des Elektrolyten dauernd konstant, und das ganze im
Amalgam vorhandene Zink wird restlos in auerreinstes Zinkmetall verwandelt, ohne
daß der Elektrolyt jemals durch frischen ersetzt werden muß. Beispiel i 3o mit Amalgamanoden
arbeitende Zeller. werden mit einer Stromausbeute von 9 i o o betrieben, wobei die
Stromaufnahme jeder Zelle 600o Amp. beträgt. Der Elektrolyt enthält i 2o g!1 Zink
als Zinksulfat und i oo g,'1 Schwefelsäure sowie ioo mg l Gummiarabikum und i 2o
mg/1 Wasserglas; er wird dauernd aus den Amalgamzellen in drei mit 9oo!oiger Stromausbeute
und ebenfalls mit 600o Amp. arbeitenden Taintonzellen gepumpt und von dort wieder
den Amalgainzellen zugeleitet. Die Zusammensetzung des Elektrolyten bleibt innerhalb
kleiner Schwankungen konstant; zeigt der Säuregehalt eine Neigung zur Zunahme, so
werden einige neue Elektroden in die Taintonzellen eingehängt, beginnt er abzunehmen,
so wird die Zahl der Elektroden verringert. Die verbrauchten Kolloide werden von
Zeit zu Zeit ergänzt. Das gewonnene Zink hat eine Reinheit von mindestens 99,9950'0.
Beispiel 2 Eine mit Amalgamanoden ausgestattete Elektrolysezelle, die mit i 5 ooo
Amp. und einer Stromdichte von 85o Amp.im2 betrieben wird, wird von einem Elektrolyten
mit einer Geschwindigkeit von 1500 ]'Stunde durchströmt; der Elektrolyt enthält
80g/1 Zn als Zinksulfat und Zoo g/1 freie Schwefelsäure. Die Arbeitstemperatur der
Zelle liegt bei z1.5° C. Der Elektrolyt fließt in einen' Sammelbehälter ab, von
dem er über einen kleinen Wärmeaustauscher, der die Elektrolyttemperatur auf 35'='
herunterkiihlt, in einen Hochbeh ltergepumpt -wird, von dem er der Amalgamzelle
erneut zufließt. Aus diesem Hochbehälter -wird dauernd ein Teil des kreislaufgeführten
Elektrolyten, und zwar 3oo1,"Stunde, abgezweigt und einer mit unlöslichen Anoden
ausgestatteten zweiten Elektrolysezelle zugeleitet, die finit 90o Amp. Stromstärke
bei einer Stromdichte von ebenfalls 85o Amp.,7m2 betrieben wird. Der in dieser Zelle
regenerierte Anteil des Elektrolyten fließt in den
gleichen Sammelbehälter
ab, in dem auch der aus der Amalgamzelle abfließende Hauptstrom des Elektrolyten
aufgefangen wird. Auf diese Weise bleibt die Zusammensetzung des gesamten Elektrolyten
dauernd unverändert.