DE91513C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTA M T

KLASSE 40: Hüttenwesen.

Die elektrolytische Gewinnung von Zink ist bisher in der Grofsindustrie nicht gelungen. Man hat hierfür seit vielen Jahren die verschiedensten Vorschläge gemacht. Das Zink hat nämlich die Neigung, sich als werthloser Schlamm abzuscheiden.

Man hat zur Beseitigung dieses Uebelstandes vorgeschlagen, für die Zink-Gewinnung eine continuirliche Herstellung von Zinksulfatlaugen zu bewirken (Letrange) oder auch die Zersetzung von Alkalidoppelsalzen vorzunehmen (Herrmann). Ein Vorschlag ging auch dahin, die zu elektrolysirenden Laugen abzukühlen, ein anderer dahin, dieselben zu erhitzen. Ei more hat vorgeschlagen, das schwammförmig niedergeschlagene Metall mechanisch zu verdichten. Ein anderer Vorschlag fufste auf der Annahme, dafs das Zink infolge von Wasserstoffabscheidung schwammartig wurde, und ging deshalb dahin, diesen Uebelstand durch Zuführung von Chlorgas zu beseitigen.

Ganz allgemein hat man bisher nur die elektrolytische Gewinnung von Zink aus Sulfatlaugen für möglich gehalten, die allerdings sehr leicht herstellbar sind. Hierbei bleiben die Lösungen sauer und klar. Bei Chloridlaugen wird die Lösung leicht basisch; das Zink fällt alsdann schwammie.

Trotzdem man also schon vielseitig bemüht war, Zink auf elektrolytischem Wege praktisch zu gewinnen, so war es doch bis jetzt noch nicht gelungen, dieses Vorhaben mit Erfolg auszuführen. Man hat bisher in ökonomischer Weise elektrolytisches Zink von dichter Be- | sehaftenheif und gleichbleibender Qualität zu j erzeugen, selbst aus Sulfatlaugen, noch nicht vermocht.

Der Vorschlag, welcher am meisten Aussicht auf Erfolg haben konnte, war derjenige von Elm ore. Dieses Verfahren jedoch beabsichtigt in complicirter mechanischer Weise, dasschwammförmige Zink zu verdichten, und war deshalb wegen seiner kostspieligen Einrichtungen für das billige Zinkmetall praktisch nicht verwendbar; dasselbe bedurfte für die Darstellung von 100 kg Zink etwa 500 Pferdekraftstunden, und für die mechanische Pressung wäre wohl ebenso viel nothwendig gewesen.

Nach langen Versuchen ist es nun gelungen, das den Gegenstand vorliegender Erfindung bildende Verfahren für die Gewinnung des Zinks auf elektrolytischem Wege aufzubauen. Mit Hülfe desselben kann in durchaus sicherer und einfacher Weise, ohne jede mechanische Metallpressung, ein gutes Zink geliefert werden, und wird das Verfahren dadurch praktisch und ökonomisch ausführbar gemacht, dafs durch Gewinnung von werthvoüen Nebenproducten die Kosten der Elektrolyse ermäfsigt werden.

Es ist bisher der Umstand nicht berücksichtigt worden, dafs ohne Gewinnung von Nebenproducten die elektrolytische Gewinnung von Zink bei mittleren Kraftpreisen niemals mit unlöslichen Anoden rentabel sein oder mit der bisherigen Zinkindustrie in Wettbewerb treten kann. Von diesem bisher unbeachteten Gesichtspunkt aus soll nach dem vorliegenden Verfahren gerade das bisher als unverwendbar angesehene Chlorzink benutzt werden, um Chlor als werthvolles Nebenproduct gewinnen zu

können. Dadurch wird auch eine schädliche j Säurebildung vermieden.

Es ist aber auch noch zu beachten, dafs das elektronische Zink auch von grofser Reinheit und gleichbleibender mechanischer Festigkeit ! sein mufs, damit ein derartiges Verfahren den ; Wettbewerb aushalten kann. Auch dieses soll mit Hülfe des vorliegenden Verfahrens erreicht werden, und wird thatsächlich bei der Anwendung des Chlorzinks auch erreicht, wodurch aufserdem der Vortheil bedingt wird, dafs das aus Chlorid (Zn Cl.-,) erzeugte Zink beim Einschmelzen weniger leicht sauerstoff- ; haltig wird, als das aus Sulfat (Zn S O_4y) erzeugte. ■

Für die Gewinnung von Chlorgas aber als Nebenproduct wird es nun nothwendig, zu verhindern, dafs vom Zink feste Zacken, zu deren ^: Bildung grofse Neigung vorhanden ist, zu den Anoden hinüberwachsen. Bleiben dieselben unbemerkt, so zerreifsen sie die trennenden Membranen und eröffnen dem gefährlichen, in | den geschlossenen Anodenzellen vorhandenen Chlorgas einen Ausweg ins Freie. Bei dem ! Reifsen selbst nur einer Membran unter zwanzig _: anderen eines Bades und tausend anderen einer j elektrolytischen Anlage kann wegen des uner- ■ träglich gesundheitsschädlichen Geruches der j ganze Betrieb zeitweise zum Stillstand kommen ; und können sämmtliche Metallteile verdorben werden. Das Zink hat nun in sehr hohem Mafse die Neigung, an solchen Stellen der Kathode, wo die Stromstärke verhältnifsmäfsig gering ist, oder wo die Lauge zinkärmer oder basisch geworden und infolge dessen auch der j Stromübergang erschwert ist, Schwamm zu ; bilden, wo die Stromstärke dagegen verhältnifsmäfsig zu grofs und die Lauge normal ist, Zacken zu erzeugen. Beides ist aber zu vermeiden.

Die unlöslichen Kohlenanoden, besonders solche aus geschnittenem Retortengraphit, sind nun kaum anders als in unregelmäfsigen Stücken zu haben, welche eine ungleichmäfsige Vertheilung des Stromes zur Kathode und in der Kathode begünstigen.

Die schlechte Leitungsfähigkeit der Kohle hat aufserdem zur Folge, dafs im oberen, dem metallischen Contact am nächsten befindlichen Theil der Kohle eine verhältnifsmäfsig bedeutend gröfsere Menge Strom durch die Flüssigkeit unter Zersetzung derselben hindurchgeht, als durch deren untere Hälfte, wodurch am oberen Theil der Kathode anfangs also gröfsere Stromstärken herrschen als am unteren Theil. Es wird also am oberen Theil anfangs die gröfsere Neigung zur Zackenbildung vor- : handen sein, hier aber gerade am gefährlichsten werden, denn im oberen Theil sammelt sich ·■ das gasförmige Chlor, so dafs an diesem Theil eine Verletzung der Membran den Austritt des !

Chlors in ganz erheblichem Mafse begünstigt. Es wird wegen dieser ungleichmäfsigen Stromvertheilung auch ein ungleichförmiges Zink erzeugt, und werden hierbei die oberen Schichten stärker entzinkt; auch dieser Umstand wird bei vorliegendem Verfahren berücksichtigt. Letzteres sucht allen diesen Umständen in gleichem Mafse gerecht zu werden, denn nur aui solche Weise ist die industrielle praktische Gewinnung auf elektrolytischem Wege im Wettbewerb mit der bisherigen Zinkgewinnungsweise möglich.

Um nun derartige Schwierigkeiten zu vermeiden und aut der ganzen Kathodenfläche ein gleichmäfsiges Zink zu erzeugen, soll nach vorliegender Erfindung auf der ganzen Zinkfläche der Kathode eine möglichst gleichmäfsige Laugenbeschaffenheit und Stromstärke hergestellt bezw. sollen die Unterschiede ausgeglichen werden, und zwar wird dies dadurch erreicht, dafs die Kathoden beweglich gemacht werden, wodurch erst die Erzielung einer vorzüglichen Qualität Zink neben der das Verfahren erst rentabel und somit praktisch brauchbar machenden Gewinnung des Chlors als werthvolles Nebenproduct ermöglicht wird.

Die hierzu nothwendige Anordnungsweise der beweglichen Kathoden ist nachstehend beschrieben; dieselbe erschien zunächst für die Gewinnung des so leicht oxydirbaren Zinks durchaus unanwendbar oder gar widersinnig und ist deshalb thatsächlich auch nie für die Gewinnung von Zink, selbst nicht von El more, angewendet oder gar vorgeschlagen worden.

Diese Kathode besteht für die vorliegende Erfindung aus einer Scheibe, welche auf einer nicht zu langsam rotirenden Welle befestigt ist. Die Welle befindet sich aber nicht unterhalb des Flüssigkeitsspiegels, wie bei El more, sondern oberhalb desselben (was für die erfolgreiche Ausführung der vorliegenden Erfindung durchaus wesentlich ist), so dafs stets mehr als die Hälfte (im Allgemeinen '/, bis ²/₃) der Scheibenfläche sich oberhalb des Flüssigkeitsspiegels befindet und bei jedem Umgang sämmtliche Punkte der Scheibe mit Luft in Berührung kommen.

Anfänglich war zu befürchten, dafs durch den Sauerstoff der Luft das Zink in einem ganz erheblichen Mafse oxydirt werden würde, so dafs ein solches Verfahren zunächst als völlig unzweckmäfsig, als absurd, erscheinen mufste.

Es zeigte sich aber bei den Versuchen, dafs dieser Uebelstand durchaus nicht eintritt, wenn man mit höheren Stromdichten arbeitet, ja sotrar. dafs· die schädlichen Wasserstoffbläschen auf der Zinkoberfläche in der einfachsten Weise mechanisch und selbsttätig entfernt werden. Aufserdem erzielt man hierdurch den Vortheil, dafs man bei diesen auf einer oberhalb des Laugenspiegels befindlichen Welle rotirenden

verticalen Scheibenkathoden letztere ganz mühelos einer fortdauernden Besichtigung unterwerfen kann, dafs man ferner durch aufserhalb des Bades angebrachte horizontale Holzleisten oder dergl. die Flächen der Kathodenscheiben mit Leichtigkeit und Sicherheit überall von Zacken beiVeit halten kann, wozu es erheblichen Kraftverbrauchs nicht bedarf, zumal da eine mechanische Verdichtung (Pressung) des niedergeschlagenen Zinkes weder beabsichtigt noch nöthig ist. Man ist so im Stande, die Bildung gröfserer, den Membranen gefährlich werdender Zacken mit Sicherheit zu vermeiden, und dadurch, dafs die verschiedenen Oberflächentheile der Kathode mit den verschiedensten Theilen des Elektrolyten in Berührung kommen, eine gleichmäfsige Zinkablagerung zu bewirken und die Wirkung einer ungleichmäfsigen Stromvertheilung auf der Kathodenoberfläche aufzuheben. Es wird durch die Beseitigung der Zacken während des Betriebes eine Verletzung der Membranen verhindert.

Man erreicht in solcher Weise, dafs die Anwendung einer hohen Stromdichte, welche für die ökonomische Gewinnung von compactem Zink und besonders von Chlor nothwendig ist, möglich gemacht wird, und damit zugleich auch

eine thatsächlich ökonomische und praktisch ausführbare Gewinnung von Zink auf elektrolytischem Wege geschaffen wird. Zur Ausführung des Verfahrens hat man nur nothwendig, die zur Verfügung stehenden Zinklösungen, erforderlichenfalls in bekannter Weise, von etwa in ihnen enthaltenen eleklroneeativeren Metallen sorgfältig zu befreien, da dieselben die Bildung von Zinkschwamm befördern und Säureverluste bedingen, sowie zinklösend wirken, wodurch die Laugen basisch werden und in neutralem oder schwachsaurem Zustande an den beschriebenen Kathoden eines Bades mit verticalen Zellen und unlöslichen Anoden bei Anwendung hoher Stromdichte zu elektrolysiren, wobei die Anoden von einer Chloridlösung, wie Kochsalz, Chlorcalcium. Chlorzink, umgeben und von den Kathoden durch Membranen getrennt sind. Das an den Anoden entwickelte Chlor wird abgeführt und kann verwerthet werden. Sobald die Ablagerung des Zinks an den Kathoden genügend stark geworden ist, kann man die Kathoden, welche aus Zink bestehen können, auswechseln.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch:

   Verfahren zur Gewinnung von Zink aus zinkhaltigen Laugen, darin bestehend, dafs man die Zinklaugen, gegebenen Falles nach vorheriger Reinigung, mit unlöslichen Anoden, welche von einer Chloridlösung umgeben sind, an Kathoden elektrolysirt, die auf einer oberhalb des Laugenspiegels befindlichen drehbaren Welle senkrecht angeordnet sind, zum Zweck der Erleichterung der Wasserstoffbläschenbeseitigung, der Gewinnung von Zink gleichmäfsig guter Beschaffenheit, sowie von ver-S werthbarem Chlor unter Vermeidung der Zackenbildung und damit einer Verletzung der Membranen.