DE845588C - Verfahren zur Faellung und Trennung von Metallen durch innere Elektrolyse - Google Patents

Verfahren zur Faellung und Trennung von Metallen durch innere Elektrolyse

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DE845588C
DE845588C DEP49654A DEP0049654A DE845588C DE 845588 C DE845588 C DE 845588C DE P49654 A DEP49654 A DE P49654A DE P0049654 A DEP0049654 A DE P0049654A DE 845588 C DE845588 C DE 845588C
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electrolysis
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Karl Dipl-Ing Raacke
Alwin Dr-Ing Habil Schleicher
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25CPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells
    • C25C7/06Operating or servicing

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  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Metallurgy (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Electrolytic Production Of Metals (AREA)

Description

  • Verfahren zur Fällung und Trennung von Metallen durch innere Elektrolyse Bei den bekannten Gleichstromelektrolyseverfahren werden die für den Stromeintritt und -austritt verwendeten Pole, die Elektroden genannt werden, mit einer äußeren Stromquelle in Verbindung gebracht und in den Elektrolyt eingetaucht, der durch den zu- und abgeführten elektrischen Strom zersetzt wird.
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fällung und Trennung von Metallen durch innere Elektrolyse und besteht darin, daß die bezüglich ihrer stofflichen Zusammensetzung aus der elektrochemischen Spannungsreihe ausgesuchten Fällungs- .und Lösungselektroden außerhalb des Elektrolyts elektrisch kurz geschlossen oder über einen bestimmten bzw. veränderlichen Widerstand miteinander verbunden und innerhalb des Elektrolyts durch ein Diaphragma getrennt werden, -das auch den für die Abscheidung oder Fällung geeigneten Anolyt bzw. Katholyt trennt.
  • Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind in der Einsparung einer besonderen Energiequelle für die innere Elektrolyse nach der Erfindung, weil letztere unabhängig von einer fremden Stromquelle erfolgt, in der daraus sich ergebenden Freibeweglichkeit des Verfahrens, der Kürze der Ahscheidungsdauer, die wesentlich kürzer als bei dem bisherigen Verfahren durchführbar ist, und in der Ersparnis an unangreifbaren Anoden zu sehen.
  • Das Verfahren besteht also im wesentlichen darin, daß durch mittelbaren oder über regelbare Widerstände unmittelbaren Kurzschluß der als Elektroden dienenden Metalle das unedlere in Lösung geht und das edlere zur Abscheidung kommt. Es ist zweckmäßig, in die Kurzschlußleitung der Elektroden feste oder regulierbare Widerstände und/oder Meßinstrumente einzuschalten, um durch Drosselung der Spannung bei der Elektrolyse aus einer Legierung nacheinander einzelne Metalle zu fällen, da sich die Fällungen in Abhängigkeit voa der Zusammensetzung einer Lösung und in Abhängigkeit von der Stromspannung vollziehen.
  • Die benötigte Spannung ergibt sich durch Auswahl der Elektroden aus der elektrochemischen Spannungsreihe und die erforderliche Stromdichte aus der Größe und Ausbildüng der aktiven Elektrodenoberfläche. Die Überwindung des inneren Widerstandes kann durch Erhöhung der Leitfähigkeit der zur Anwendung kommenden Materialien, durch Erhöhung der Diffusionsgeschwindigkeit, beispielsweise durch mechanisches Bewegen der Elektrolyte oder durch Temperaturerhöhung und/oder durch Beschleunigung der chemischen Vorgänge erzielt werden.
  • Nachdem Verfahren gemäß der Erfindung können Metalle und Metallegierungen zur Abscheidung bzw. Lösung gebracht werden. Es lassen sich nicht nur die edlen Metalle, wie Gold, ,Silber, Quecksilber, Kupfer u. dgL nach dem . Verfahren isolieren, sondern auch weniger edle Metalle, wie Wismut, Antimon, Zinn, Blei, Nickel, Kobalt, Zink usw.
  • Als Lösungen sind nicht nur einfache Säuren und Basen, sondern auch komplexbildende Salze verwendbar. Die als Elektroden geeigneten Metalle sowie Art und Konzentration der Elektrolyte werden empirisch in einfacher Weise ermittelt.
  • Da Katholy t und Anolyt durch eine Diaphragmenwand getrennt sind, können beide Lösungen nach erfolgter Auflösung und Abscheidung nahezu restlos isoliert wiedergewonnen und gegebenenfalls von neuem aufgearbeitet werden. Ebenso ist es möglich, Kathode und Anode aufzuarbeiten, da sie ebenfalls durch das Diaphrägma getrennt sind.
  • Das Verfahren nach der Erfindung kann sowohl analytischen als auch galvanischen Zwecken und Zwecken der Metallraffination, z. B. zur Herstellung von Elektrolytkupfer, dienen.
  • Für analytische Bestimmungen eignet sich z. B. ein Gerät, das eine zylindrische bzw. polygonale Elektrode aus, Metall, vorzugsweise aus unedlem Metall, besitzt, dessen elektrischer Leiter durch einen isolierenden Dialysatörträger geführt ist. Über diesen und die Elektrode wird ein Diaphragma gestülpt und um das Diaphragma eine Metallelektrode, vorzugsweise aus edlem Metall bzw. unangreifbaren Stoffen, gelegt. Beide Elektroden sind durch Leiter elektrisch verbunden, im Spezialfall kurzgeschlossen. Die Außenelektrode wird vorteilhaft als Korbgefäß ausgebildet. Der Dialysatorträger ist mit Bodenöffnungen und Deckel zum Einfüllen des Anolyten zwischen Innenelektrode und Diaphragma versehen. Die beiden Elektroden können zur Beschleunigung der Elektrolyse durch einen Motor gedreht werden, wobei es zweckmäßig ist, die Gefäßöffnung so zu hinterdrehen, daß der Anolyt nicht durch den Deckel nach außen spritzen kann. Um ein Randhochsteigen des Katholyts bei der gegebenenfalls gegenläufigen Drehung des Katholytgefäßes zu verhindern, wird vorteilhaft ein feststehender, plattenförmiger Abstreifer im Umlaufweg der Flüssigkeit angeordnet, der gleichzeitig eine stetig gute Durchmischung des Kat'holyts bewifkt. Der Dialysatorträger kann vorteilhaft über der Gefäßausbildung eine Scheibe tragen, welche die Kurzschlußbrücke der Elektroden gegen die Säure- bzw. Basen-dämpfe der Elektrolyte abschirmt.
  • Es hat sich als zweckmäßig erwiesen, den Anolyt bzw. Katholyt oder beide während des Elektrolyseverfahrens zu bewegen und außerdem anzuwärmen, wodurch die Zeitdauer der Elektrolyse wesentlich herabsetzbar ist. Hierbei ist es beispielsweise möglich, einen Elektrolysevorgang in nur i/5 der Zeit durchzuführen, die das bisherige .Elektrolyseverfahren.erfordert. Dabei ist es möglich, Rührer anzuwenden, die Elektroden zu drehen oder das Katholytgefäß in Umdrehung zu versetzen bzw. gegenläufige Bewegungen hervorzurufen.
  • In der Zeichnung sind als Ausführungsbeispiclz im folgenden beschriebene Laboratoriumsgeräte zur Durchführung des Verfahrens im Schnitt dargestellt: DieLösungselektrode i in voll- oder hohlzylinderförmiger Ausbildung besteht beispielsweise aus Zink oder Magnesium bzw. einem sonstigen unedlen Metall und ist mit dem Messingleiter 2 verschraubt. Der Kopf der Elektrode trägt den säure-bzw. hasenfesten Dialysatorträger 3 aus Kunstharzmasse, durch dessen Bohrung der Leiter 2 geführt ist. Der. Träger 3 ist als doppelwandiges Gefäß 4 ausgebildet, dessen Boden 5 Bohrungen 6 aufweist und dessen obere Öffnung durch einen Deckel 7 ab-' gedeckt ist, der so hochgehoben werden kann, daß ein Anolyt bequem einzufüllen ist. Die Wandung des Trägers 3 kann oberhalb der Bohrungen so hinterdreht werden, wie Fig. 3 zeigt, daß beim Drehen der Elektroden Flüssigkeit nicht hineingeschleudert werden kann, sich entwickelnde Gase aber zwischen Deckel 7 und Träger 3 entweichen können, während Dämpfe im Trägerkopf kondensiert werden. Der Träger besitzt auf seiner Oberfläche eine Rille 8 zum dichten Anlegen des über die .Elektrode i ,gestülpten Diaphragmas 9. Der Dialysatorträger 3 trägt des weiteren die säure- und hasenfeste Scheibe io.. Auf der Scheibe io sitzt die Kurzschlußbrücke 12, in der die Platinnetzelektrode 13 als Fällungselektrode mit ihren beiden Leitern 17 ebenso lösbar befestigt ist, wie der Messingleiter 2 der Lösungselektrode i. Die Platinnetzelektrode 13 hat die Ausbildung eines Korbes, dessen Korbboden i i und Korbwand 14 das Diaphragma 9 umschließen. Der Kurzschluß erfolgt über die Brücke 12.
  • Nach Fig. 2 ist auf das Becherglas a die Scheibe io aus Kunststoff gelegt, die an ihrer Unterfläche mittels der Halter 16 das Diaphragina 9 trägt und auf ihrer Oberfläche die Kurzschlußbrücke 12 aufweist. An der Kurzschlußbrficke 12 sind mittels elektrischer Leiter 2 und 17 die Elektroden i und 13 befestigt. Die Elektrode i aus unedlem Metall ist als Hohlelektrode mit Wanddurchbrechungen 18 ausgebildet, während die Elektrode 13 als Korbnetzfällungselektrode aus edlerem Metall hergestellt ist. In die Hohlelektrode i greift der Rührer 1c) ein, der mittels der Welle 20 vom Motor 21 angetrieben wird. Mit 15 ist eine Heizplatte bezeichnet.
  • Wenn z. B. eine Kupferbestimmung mit Hilfe des beschriebenen Geräts nach Fig. i durchgeführt werden soll, wird nach Aufheben des Deckels durch den Gefäßraum ,4 und die ,Bbhrungen 6 Salzsäure als Anolvt in den Raum zwischen Zinkelektrode und innerer Diaphragmawand zugeführt und eine Kupferlösung, 7.13. Cu S 04, als Katholyt außerhalb des Diaphragmas so benutzt, daß die Platinelektrode umspült ist. Sobald die Elektroden miteinander verbunden werden, erfolgt eine Kupferabscheidung an der Platinelektrode 13 so lange, bis das gesamte Kupfer aus dem Katholyt abgeschieden ist. Durch Zuführung von Wärme zur Elektrolyse und durch Rührwerk 21 zur Unterstützung der IonenNvanderung kann das Verfahren beschleunigt werden. Der Niederschlag an der Kathode kann ebenso weiter verarbeitet werden, wie das im Anolyt aufgelöste ':Metall.
  • Es ist auch die umgekehrte Anordnung durchführbar, z. B. derart, daß die Platinelektrode mit der Kupferlösung innerhalb des Diaphragmas untergebracht und das Diaphragma von einem Zinkmantel umgeben wird, wobei dann die gesamte Einrichtung in der Salzlösung rotiert.
  • Fig. 4 und 5 lassen in Seitenansicht und Aufsicht auf eine KlemmenanordnungzurDurchführung des Verfahrens erkennen, wobei angenommen ist, daß das Elektrolysegefäß samt der als Unterlage benutzten Heizplatte gedreht und die Elektroden 2 und 17 zur Einklemmung rechtwinklig abgebogen werden. Der gebogene :Messingträger 2.I trägt eine Öffnung 23 zum Durchstecken eines rechtwinklig abgebogenen, an seinem Unterteil abgeplatteten Abstreifers. Auf dem Messingträger liegt die Isolierplatte 25, welche drei Klemmkörper aus Metall trägt, in die die Elektrodenleiter 2 und 17 sowie die Leiter 22 der zwischen dem Elektrodenkurzschluß zwischengeschalteten, nicht dargestellten Regelwiderstände einklemmbar sind. Mit 26 ist eine Stativschelle bezeichnet.
  • Das Verfahren nach der Erfindung kann auch zum Galvanisieren verwandt werden, wobei der zu galvanisierende Körper als Fällungselektrode, z. B. in bezug auf das Ausführungsbeispiel an Stelle der Platinelektrode verwendet wird; es kann auch zurfabrikatorischenHerstellung von Elektrolytmetallen Verwendung finden.

Claims (2)

  1. PATENTANSPRÜCHE: i. Verfahren zur Fällung und Trennung von Metallen durch innere Elektrolyse,.dadurch gekennzeichnet, daß die bezüglich ihrer stofflichen Zusammensetzung aus der elektrochemischen Spannungsreihe ausgesuchten Fällungs- und Lösungselektroden außerhalb des Elektrolyts elektrisch gegebenenfalls unter Zwischenschaltung von Regelwiderständen und Meßinstrumenten, kurzgeschlossen und innerhalb des Elektrolyts durch ein Diaphragma getrennt werden, welches auch die für die Auflösung bzw. Fällung geeigneten Anolyt und Katholyt trennt.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß zur Überwindung des Widerstandes der Elektrolyse die Leitfähigkeit der Materialien, beispielsweise durch Veränderung ihrer Dichte erhöht, die Diffusionsgeschwindigkeit, beispielsweise durch Temperaturänderung oder mechanische Bewegung, vergrößert und durch Beschleunigung der chemischen Vorgänge, beispielsweise durch Beimischung von Säuren und Basen zu den Elektrolyten, die Elektrolysezeit verkürzt wird. 3. `'erfahren nach Anspruch i, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden nach der Art und Konzentration des abzuscheidenden Metalls zusammengesetzt und ausgebildet werden. 4. Verfahren nach Anspruch i bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Anolyt und Katholyt Säuren und Basen, gegebenenfalls in Verbindung mit komplexbildenden Salzen, verwendet werden. 5. Verfahren nach Anspruch i bis 4, dadurch gekennzeichnet,' daß in die Kurzschlußleitung der Elektroden Regelwiderstände und gegebenenfalls Meßinstrumente eingeschaltet und durch Drosselung der Spannung bei der Elektrolyse aus einer Legierung nacheinander einzelne ?Metalle 'isoliert, beispielsweise, gefällt werden. 6. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch i bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß ei ii Körper, vorzugsweise aus unedlem Metall, als Elektrode (i) durch ein Diaphragma (9) von einer Elektrode (13), vorzugsweise aus unangreifbarem oder edlerem Metall, getrennt ist und beide Elektroden in einem Behälter (a) sich befinden sowie beide Elektroden außerhalb des Behälters mittels einer Brücke elektrisch verbunden sind. 7. Gerät nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrode (i) aus unedlerem Metall einen aus Isolierstoff hergestellten Dialysatorträger (3) aufweist, der als Halter für das Diaphragma (9) dient und als Gefäß (4) mit Boden (5) und Deckel (7) ausgebildet ist, dessen Bodenöffnungen (6) den eingefüllten Anolyt in den Raum zwischen Elektrode und innerer Diaphragmawand leiten. B. Gerät nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Dialysatorträger (3) eine Abschlußscheibe (1o) zur Abschirmung der Kurzschlußbrücke (i 2) gegen Elektrolytdämpfe trägt. 9. Gerät nach Anspruch 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Außenelektrode (13) eine korbartige Ausbildung mit Korbboden (11) und Korbwand (14) besitzt, dessen zwei oder mehr Halter (17) als elektrischer Leiter ausgebildet und lösbar mit der Kurzschlußbrücke (12) verbunden sind. io. Gerät nach Anspruch 6 bis 9, gekennzeichnet durch ein Stativ mit Motor (21) und Rührwelle (20) sowie Abschlußscheibe (io) mit Kurzschlußbrücke (12) an der Kurzschlußbrücke befestigten, konzentrisch angeordneten Elektroden (1, 13) und an dem Dialysatorträger (3) befestigtem Diaphragma (9), welches zwischen den beiden Elektroden sich erstreckt. I I. Gerät nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ein Stativ mit Motor (21) und Heizvorrichtung (15) unter dem sich drehenden Elektrolysiergefäß (a) sowie außerhalb des Gefäßes isoliert voneinander befestigten Elektroden (i) und (13) und Anordnung von mehreren isoliert angeordneten Klemmen zum Kurzschließen der Elektroden und der Möglichkeit, Regelwiderstände und Meßinstrumente zwischenzuschalten. 12. Gerät nach Anspruch i o, gekennzeichnet durch eine Hohlelektrode (i) mit Rührer (i9).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112730953A (zh) * 2021-01-07 2021-04-30 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于电解液分压的高压直流电压测量系统

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Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112730953A (zh) * 2021-01-07 2021-04-30 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于电解液分压的高压直流电压测量系统
CN112730953B (zh) * 2021-01-07 2023-09-01 云南电网有限责任公司电力科学研究院 一种基于电解液分压的高压直流电压测量系统

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