EP0520995B1 - Elektrodenanordnung für elektrolytische zwecke - Google Patents

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EP0520995B1
EP0520995B1 EP91903194A EP91903194A EP0520995B1 EP 0520995 B1 EP0520995 B1 EP 0520995B1 EP 91903194 A EP91903194 A EP 91903194A EP 91903194 A EP91903194 A EP 91903194A EP 0520995 B1 EP0520995 B1 EP 0520995B1
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EP
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cathodes
electrode arrangement
holding device
arrangement according
cathode
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EP91903194A
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Max Mayr
Wolfgang Blatt
Harri Heinke
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De Nora Deutschland GmbH
Original Assignee
Heraeus Elektrochemie GmbH
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25B—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B9/00—Cells or assemblies of cells; Constructional parts of cells; Assemblies of constructional parts, e.g. electrode-diaphragm assemblies; Process-related cell features
    • C25B9/60—Constructional parts of cells
    • C25B9/63—Holders for electrodes; Positioning of the electrodes
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25C—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC PRODUCTION, RECOVERY OR REFINING OF METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25C7/00—Constructional parts, or assemblies thereof, of cells; Servicing or operating of cells

Definitions

  • the invention relates to an electrode arrangement for an electrolysis cell with at least one anode and with at least two plate-shaped cathodes which are electrically insulated from one another, on one side of the anode and at a distance from one another, each cathode having at least two openings for the electrolyte flow and the cathodes increasing with increasing distance from the anode is at an electrically higher potential.
  • an electrolysis cell for the electrolytic deposition of metals from liquid containing metal ions which has at least one anode and a plurality of planar cathodes arranged parallel to one another in a trough, which are arranged at a distance from one another and each with its own connections are connected to the power supply via connection resistors of different sizes.
  • the electrode plates serving as cathodes are arranged individually in the trough and have sufficient stability; they can also be replaced individually. Due to the wall thicknesses required for the stability of the individual cathodes, there is a comparatively high loss of material with each upcoming change of cathode.
  • an electrolysis cell in which an anode plate is known a plurality of adjacent, spaced-apart cathode plates, but only the most distant cathode plate is connected to the negative potential of the power supply .
  • the cathode plates have openings for a zigzag-shaped ion current, copper itself being deposited on the plates from the solution containing copper ions. After copper deposition, the cathode plates are exchanged for unplated cathode plates.
  • DE-A-2 213 401 discloses an electrolysis device for recovering silver from an upstream photographic fixing bath, in which cathode plates are fastened in parallel to one another at a distance, with spacing rings being interposed, on a common support and are suspended as a cathode package on a housing wall of the device .
  • the rod-shaped anodes provided with a circular cross-section are arranged along the housing wall in a plane which runs perpendicular to the plane of the individual cathode plates.
  • the object of the invention is to create material-saving cathode systems with a large cathode surface, starting from DE-PS 36 40 020, a high current yield being achievable despite the low material and manufacturing costs. In addition, easy handling during operation should also be achieved.
  • the holding device consists of four rods guided through cutouts in the electrode plates, spacer elements being arranged between the electrode plates and the respective outer electrode plates being pressed together by locking means acting on the bolt ends.
  • the spacer elements are either tubular, each comprising the bolt, or they are in the form of pockets, which comprise the electrode plates; the pocket-shaped spacer elements are provided with cutouts for the passage of the bolts and for liquid access to the electrode plates.
  • the holding device is designed like a comb, the spacer elements forming the comb teeth as integral parts of the holding device; several such comb-like holding devices are connected to one another by a web.
  • the electrode plates have a wall thickness in the range from 0.04 to 0.25 mm, the ratio of the wall thickness to the distance between the electrode plates being in the range from 1 to 50 to 1 to 300.
  • a wall thickness of 0.1 mm has proven to be particularly expedient. Their openings are evenly distributed over the electrode surface.
  • contact strips are arranged on the side or top and bottom of the electrode plate, each of which is provided with a plate flag.
  • Electrodes are used as electrode plates, which have a plurality of uniformly distributed openings 14 on their surface.
  • the electrode plates 1, 1 ' have a thickness of approximately 0.05 mm; they consist of a metal adapted to the metal ions to be deposited.
  • they preferably consist of copper or a copper alloy
  • the plate-shaped counterelectrode 17 serving as the anode is arranged outside the holding device and provided with a plate flag 18; it is aligned parallel to the electrode plates 1, 1 '.
  • the electrode arrangement has four electrode plates 1, which are held by four plate-shaped holding devices 2 ', 2''.
  • the planes of the holding devices are arranged perpendicular to the planes of the electrode plates 1, the two outer holding devices 2 'holding the opposite edges of the electrode plates 1, while the middle holding devices 2''arranged between the two outer holding devices 2''hold the middle region of electrodes 1.
  • the electrode plates 1, which are made of expanded metal, for example, are each provided on at least one side with a current collector 3, which is electrically and mechanically firmly connected to a connecting lug 4.
  • the size of the opening 14 is predetermined on the basis of the dimensioning of the machine length, mesh width and web width of the expanded metal.
  • the holding devices 2 ′, 2 ′′ have comb-like recesses 9 for receiving the electrode plates 1, the clear width of the recesses being slightly above the wall thickness of the electrode plates.
  • the spacer elements 15 designed as comb teeth, which are attached directly to a crosspiece 5 as a comb back and form an integral component with it, while the opposite crosspiece 6 is only applied after insertion of the electrode plates 1 so that it is connected to the free ends of the spacer elements are mechanically firmly connected; in this way, the electrode plates 1 are locked on two opposite edges by the transverse webs 5, 6 against lateral displacement or slipping.
  • the holding devices 2 ′, 2 ′′ are mechanically firmly connected to one another at their outer edges in the region of the transverse webs 5, 6 by outer webs 16, so that a coherent electrode package is formed.
  • the plate-shaped counterelectrode 17 serving as the anode is arranged outside the holding device and provided with a plate flag 18; it is aligned parallel to the electrode plates 1.
  • the assembly of the electrode plates to form an electrode packet is carried out in stages by introducing the electrode plates 1 into the outer holding device 2 ', the connecting lugs 4 of all the electrode plates 1 being in the immediate vicinity of the holding device 2'.
  • the middle holding devices 2 ′′ are pushed on and positioned in the middle area of the electrode plates 1; the final completion then takes place by applying the second outer holding device 2 ′′ and the subsequent connection of all holding devices 2 ′, 2 ′′ by the outer webs 16.

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Description

  • Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung für eine Elektrolysezelle mit mindestens einer Anode und mit wenigstens zwei elektrisch voneinander isolierten, auf einer Seite der Anode und mit Abstand zueinander angeordneten plattenförmigen Kathoden, wobei jede Kathode mindestens zwei Öffnungen zum Elektrolytdurchfluß aufweist und wobei die Kathoden mit zunehmendem Abstand von der Anode auf elektrisch höherem Potential liegen.
  • Aus der DE-PS 36 40 020 ist eine Elektrolysezelle zur elektrolytischen Abscheidung von Metallen aus Metallionen enthaltender Flüssigkeit bekannt, die in einem Trog wenigstens eine Anode und mehrere flächig zueinander parallel angeordnete ebene Kathoden aufweist, welche mit Abstand zueinander angeordnet sind und mit jeweils eigenen Anschlüssen über verschieden große Anschlußwiderstände mit der Stromversorgung verbunden sind.
  • Die als Kathoden dienenden Elektrodenplatten sind im Trog einzeln angeordnet und weisen eine ausreichende Stabilität auf; sie sind auch einzeln austauschbar. Aufgrund der für die Stabilität der Einzelkathoden erforderlichen Wandstärken ergibt sich ein verhältnismäßig hoher Materialverlust bei jedem anstehenden Kathodenwechsel.
  • Weiterhin ist aus der US-PS 37 88 965 eine Elektrolysezelle bekannt, bei der eine Anodenplatte eine Vielzahl von benachbarten, mit Abstand zueinander angeordneten Kathodenplatten bekannt ist, wobei jedoch lediglich die von der Anode am weitesten entfernte Kathodenplatte mit dem negativen Potential der Stromversorgung verbunden ist. Die Kathodenplatten weisen Öffnungen für einen zickzackförmigen Ionenstrom auf, wobei auf den Platten selbst Kupfer aus der Kupferionen enthaltenden Lösung abgeschieden wird. Nach der Kupferabscheidung werden die Kathodenplatten gegen unplattierte Kathodenplatten ausgetauscht.
  • Auch nach US-PS ist eine gewisse Mindestwandstärke der als Kathoden dienenden Elektrodenplatten erforderlich, da diese einzeln ausgetauscht werden müssen, wobei sich ebenfalls bei jedem Austausch hohe Materialverluste ergeben.
  • Weiterhin ist aus der DE-A-2 213 401 eine Elektrolysevorrichtung zur Silberrückgewinnung aus einem vorgeschalteten fotographischen Fixierbad bekannt, bei der Kathodenplatten zueinander parallel im Abstand unter Zwischenlegung von Abstandsringen miteinander auf einem gemeinsamen Träger befestigt sind und als Kathodenpaket an einer Gehäusewand der Vorrichtung aufgehängt sind. Die mit kreisförmigem Querschnitt versehenen, stangenförmigen Anoden sind entlang der Gehäusewand in einer Ebene angeordnet, die senkrecht zur Ebene der einzelnen Kathodenplatten verläuft.
  • Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ausgehend von der DE-PS 36 40 020 materialsparende Kathodensysteme mit einer großen Kathodenoberfläche zu schaffen, wobei trotz geringer Material- und Fertigungskosten eine große Stromausbeute zu erzielen ist. Darüber hinaus soll auch eine leichte Handhabung während des Betriebes erzielt werden.
  • Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst.
  • Vorteilhafte Ausgestaltungen des Gegenstandes der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Haltevorrichtung aus vier durch Aussparungen in den Elektrodenplatten geführten Stäben, wobei zwischen den Elektrodenplatten Distanzelemente angeordnet und die jeweils äußeren Elektrodenplatten durch auf die Bolzenenden wirkenden Arretierungen zusammengepreßt werden. Die Distanzelemente sind entweder rohrförmig ausgebildet, wobei sie den Bolzen jeweils umfassen oder sie sind in Form von Taschen ausgebildet, welche die Elektrodenplatten umfassen; die taschenförmigen Distanzelemente sind mit Aussparungen zur Durchführung der Bolzen und zum Flüssigkeitszutritt zu den Elektrodenplatten versehen.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Haltevorrichtung kammartig ausgebildet, wobei die Distanzelemente als integrale Teile der Haltevorrichtung die Kammzinken bilden; mehrere solcher kammartigen Haltevorrichtungen sind dabei durch einen Steg miteinander verbunden.
  • Die Elektrodenplatten weisen eine Wandstärke im Bereich von 0,04 bis 0,25 mm auf, wobei das Verhältnis der Wandstärke zum Abstand der Elektrodenplatten im Bereich von 1 zu 50 bis 1 zu 300 liegt. Als besonders zweckmäßig hat sich eine Wandstärke von 0,1 mm erwiesen. Ihre Öffnungen sind gleichmäßig über die Elektrodenfläche verteilt.
  • Zur Verbesserung der Kontaktierung werden seitlich bzw. oben und unten Kontaktstreifen auf der Elektrodenplatte angeordnet, die jeweils mit einer Plattenfahne versehen sind.
  • Als vorteilhaft erweist sich die verhältnismäßig einfache Handhabung, da der Kathodenaustausch nunmehr in Form des Austausches eines kompletten Elektrodenpaketes erfolgen kann; aufgrund der gegenseitigen Isolation der Elektrodenplatten ist es dabei möglich, die, der jeweiligen Position der Elektrodenplatte entsprechende optimale Stromdichte einzustellen, so daß alle Elektrodenplatten mit einer gleichmäßigen Abscheidung entnommen werden können.
  • Im folgenden ist der Gegenstand der Erfindung anhand der Figuren 1 und 2 näher erläutert.
    • Figur 1
    zeigt eine durch Bolzen und ringförmige Distanzelemente zusammengefaßte Elektrodenanordnung mit einer plattenförmigen Gegenelektrode, die außerhalb der Haltevorrichtung angeordnet ist
    Figur 2
    zeigt eine Elektrodenanordnung mit einem aus vier Rahmen bestehenden Träger, wobei die in den plattenförmigen Rahmen integrierten Distanzelemente kammartig ausgebildet sind; die Gegenelektrode ist außerhalb der Haltevorrichtung angeordnet

    Gemäß Figur 1 weisen die Elektrodenplatten 1,1' im Bereich ihrer Ecken jeweils eine Aussparung auf, durch welche jeweils ein Stab 10 mit elektrisch isolierender Oberfläche geführt ist. Zwischen den Elektrodenplatten 1,1' sind elektrisch isolierende Distanzelemente 11 in Form von Ringhülsen vorgesehen, wobei Distanzelemente 11 und Elektrodenplatten 1,1' durch auf die Stabenden 12 wirkende Arretierungen 13 zusammengepreßt werden. Die Arretierungen bestehen dabei jeweils aus einem Schraubgewinde am Bolzenende. Es ist jedoch auch möglich die Bolzen auf jeweils einer Seite mit einem Kopf zu versehen und lediglich das Bolzenende 12 mit einem Gewinde auszustatten.
  • Als Elektrodenplatten werden Metallfolien eingesetzt, welche auf ihrer Oberfläche mehrere gleichmäßig verteilte Öffnungen 14 aufweisen. Die Elektrodenplatten 1,1' weisen dabei eine Stärke von ca. 0,05 mm auf; sie bestehen aus einem den abzuscheidenden Metallionen angepaßten Metall. Bei Vorrichtungen zur Kupferabscheidung bestehen sie vorzugsweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, bei Vorrichtungen zur Nickelabscheidung vorzugsweise aus Nickel oder einer Nickellegierung.
  • Die als Anode dienende plattenförmige Gegenelektrode 17 ist außerhalb der Haltevorrichtung angeordnet und mit einer Plattenfahne 18 versehen; sie ist parallel zu den Elektrodenplatten 1, 1' ausgerichtet.
  • Gemäß Figur 2 weist die Elektrodenanordnung vier Elektrodenplatten 1 auf, die von vier plattenförmigen Haltevorrichtungen 2' ,2'' gehalten werden. Die Ebenen der Haltevorrichtungen sind dabei senkrecht zu den Ebenen der Elektrodenplatten 1 angeordnet, wobei die beiden äußeren Haltevorrichtungen 2' die sich jeweils gegenüberliegende Kanten der Elektrodenplatten 1 halten, während die zwischen den beiden äußeren Haltevorrichtungen 2' angeordneten mittleren Haltevorrichtungen 2'' den mittleren Bereich der Elektroden 1 umfassen. Die beispielsweise aus Streckmetall bestehenden Elektrodenplatten 1 sind jeweils an wenigstens einer Seite mit einem Stromkollektor 3 versehen, welcher mit jeweils einer Anschlußfahne 4 elektrisch und mechanisch fest verbunden ist. Aufgrund der Dimensionierung von Maschinenlänge, Maschenbreite und Stegbreite des Streckmetalls ist die Größe der Öffnung 14 vorgegeben.
  • Die Haltevorrichtungen 2' ,2'' weisen kammartige Aussparungen 9 zur Aufnahme der Elektrodenplatten 1 auf, wobei die lichte Weite der Aussparungen geringfügig über der Wandstärke der Elektrodenplatten liegt. Zwischen den Aussparungen 9 befinden sich die als Kammzinken ausgebildeten Distanzelemente 15, welche an einem Quersteg 5 als Kammrücken direkt befestigt sind und mit ihm ein integrales Bauteil bilden, während der gegenüberliegende Quersteg 6 erst nach Einbringung der Elektrodenplatten 1 so aufgebracht wird, daß er mit den freien Enden der Distanzelemente mechanisch fest verbunden ist; auf diese Weise sind die Elektrodenplatten 1 an zwei sich gegenüberliegenden Kanten durch die Querstege 5,6 gegen seitliches Verschieben oder Verrutschen arretiert.
    Die Haltevorrichtungen 2' ,2'' sind im Bereich der Querstege 5,6 an ihren Außenkanten durch äußere Stege 16 mechanisch fest miteinander verbunden, so daß ein zusammenhängendes Elektrodenpaket gebildet wird. Die als Anode dienende plattenförmige Gegenelektrode 17 ist außerhalb der Haltevorrichtung angeordnet und mit einer Plattenfahne 18 versehen; sie ist parallel zu den Elektrodenplatten 1 ausgerichtet.
    Der Aufbau der Elektrodenplatten zu einem Elektrodenpaket erfolgt dabei stufenweise durch Einbringen der Elektrodenplatten 1 In die äußere Haltevorrichtung 2', wobei sich die Anschlußfahnen 4 sämtlicher Elektrodenplatten 1 in unmittelbarer Nähe der Haltevorrichtung 2' befinden. Anschließend werden die mittleren Haltevorrichtungen 2'' aufgeschoben und im mittleren Bereich der Elektrodenplatten 1 positioniert; die endgültige Fertigstellung erfolgt dann durch Aufbringung der zweiten äußeren Haltevorrichtung 2'' und die anschließende Verbindung aller Haltevorrichtungen 2' ,2'' durch die äußeren Stege 16.

Claims (6)

  1. Elektrodenanordnung für eine Elektrolysezelle mit mindestens einer Anode und mit wenigstens zwei elektrisch voneinander isolierten, auf einer Seite der Anode und mit Abstand zueinander angeordneten plattenförmigen Kathoden, wobei jede Kathode mindestens zwei Öffnungen zum Elektrolytdurchfluß aufweist und wobei die Kathoden mit zunehmendem Abstand von der Anode auf elektrisch höherem Potential liegen, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathoden (1) von einer Haltevorrichtung gehaltert sind, wenigstens deren Oberfläche aus elektrisch isolierendem Werkstoff besteht, wobei die Abstände zwischen den Kathoden (1) durch Distanzelemente vorgegeben sind.
  2. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung aus mindestens zwei im Abstand zueinander angeordneten Halterungs-Stäben (10) besteht, wobei die Distanzelemente (11) Teile der Halterungs-Stäbe (10) bilden.
  3. Elektrodenanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung aus vier durch Aussparungen in den Kathoden geführten Halterungs-Stäben (10) besteht, wobei die jeweils äußeren Elektrodenplatten (1') durch auf die Bolzenenden (12) wirkenden Arretierungen (13) zusammengepreßt werden.
  4. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung (2' ,2'') kammartig ausgebildet ist und die Distanzelemente die Kammzinken sind.
  5. Elektrodenanordnung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere kammartige Haltevorrichtungen (2' ,2'') vorgesehen sind, die durch mindestens einen Steg (16) miteinander verbunden sind.
  6. Elektrodenanordnung nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathode eine Vielzahl von Öffnungen (14) aufweist, die gleichmäßig über die Kathodenfläche verteilt sind.
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