EP1722012A1

EP1722012A1 - Vorrichtung zum Behandeln eines Metalls in einem Elektrolytbad und Verfahren zum Verringern einer Aerosolabgabe

Info

Publication number: EP1722012A1
Application number: EP06009037A
Authority: EP
Inventors: Christoph Thönes
Original assignee: Over-Rose Christine A
Current assignee: Over-Rose Christine A
Priority date: 2005-05-11
Filing date: 2006-05-02
Publication date: 2006-11-15
Also published as: DE102005038970A1

Abstract

Um die Gefahr zu verringern, dass schädliches Aerosol aus einem Elektrolytbad in die Umgebung gelangt, schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zum Behandeln eines Metalls in einem Elektrolytbad, wie etwa das Eloxieren von Aluminium, mit einer Kathode zum Bereitstellen von Partikeln zum Anodisieren an einem anodisch gepolten Metallkörper vor, bei welchem die Vorrichtung Mittel zum Agglomerieren von während der Elektrolyse entstehenden Primärgasbläschen aufweist.

Description

Die Erfindung betrifft zum einen eine Vorrichtung zum Behandeln eines Metalls in einem Elektrolytbad, wie etwa das Eloxieren von Aluminium, mit einer Kathode und mit einer Anode. Zum anderem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verringern einer Aerosolabgabe während einer Elektrolyse von Metall aus einem Elektrolytbad in die Umgebung, bei welchem ein Metall als Kathode gepolt wird.
Um beispielsweise eine Abgabe von in Aerosolen befindlicher Schwefelsäure, insbesondere bei Eloxal-Verfahren, aus einem Elektrolytbad in die Umgebung zu verringern, werden einem schwefelsäurehaltigen Elektrolyten sogenannte Netzmittel zur Verringerung der Oberflächenspannung bzw. der Grenzflächenspannung hinzu gegeben. Insbesondere bei Eloxal-Verfahren wird Schwefelsäure als Elektrolyt verwendet, um auf Aluminium durch Elektrolyse eine Aluminiumoxidschicht zu bilden.
Bei der Elektrolyse ist das zu eloxierende Aluminium-Bauteil als Anode und beispielsweise weitere Aluminiumplatten, welche in dem Elektrolytbad beispielsweise am Rand verteilt sind, sind als Kathode geschaltet. Bei diesem Prozess entsteht an der Kathode je nach gewählter Stromstärke eine unterschiedliche Menge an Wasserstoffgasen, welche als Bläschen während der Elektrolyse im Elektrolytbad aufsteigen und mit den Schwefelsäure benetzten Bläschenoberflächen Schwefelsäure in die Umbebung mitnehmen. An der Luft platzen diese Wasserstoffgasbläschen, wodurch die Schwefelsäure in der Umgebung frei gesetzt wird.
Die Wasserstoffgasbläschen und die daran haftende Schwefelsäure bilden zusammen ein kolloideales System, welches als Aerosol bezeichnet wird. Aerosole sind meist unstabile kolloide Systeme, da Dispersionsmittel und kolloider Anteil erhebliche Dichte-Unterschiede aufweisen und die Brownsche Molekularbewegung hierdurch sehr stark ist. Häufige Zusammenstöße der Kolloide in dem nur schwach viskosen Dispersionsmittel können zu Koagulation führen. Je höher konzentriert das Aerosol und je größer die Aerosol-Teilchen sind, desto rascher setzten sie sich am Boden ab.
Die eingangs erwähnten Netzmittel eignen sich dazu, auf dem Elektrolyt eine Schaumschicht zu erzeugen, mittels welcher in Grenzen verhindert wird, dass Aerosole aus einem Elektrolytbad entweichen und in die Umgebung gelangen. Um jedoch eine hinreichende Abdeckung, beispielsweise bei Eloxalbädern, mit Schaum zu erhalten, müssen etliche Bedingungen erfüllt sein. Zum einen muss die Dosierung des Netzmittels sorgfältig gewählt und ausgeführt werden. Hierbei ist nicht selten eine Nachdosierung erforderlich und vorzunehmen, um eine ausreichende Schaumschicht dauerhaft zu gewährleisten.
Problematisch bei derartigen Schaumschichten ist die Gefahr einer Knallgasreaktion, wobei Knallgas dadurch entsteht, dass sich Wasserstoffbläschen als Schaum ausbilden und der Wasserstoff in diesem Schaum gebunden ist. Hierbei würde ein geringer Funkenschlag ausreichen, um den gebundenen Wasserstoff zur Explosion zu bringen, was ein nicht unerhebliches Gefahrenpotential in sich birgt. Darüber hinaus ist die Verwendung der Netzmittel sehr kostenintensiv.
Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung eine alternative Methode bereitzustellen, welche das Freisetzen einer an den zuvor beschriebenen Aerosolen gebundenen Säure, insbesondere im Hinblick auf an der Kathode entstehende Wasserstoffbläschen, derart einschränkt, dass geforderte Kontaminationsgrenzen unterschritten und somit eingehalten werden.
Die Aufgabe der Erfindung wird zum einen von einer Vorrichtung zum Behandeln eines Metalls in einem Elektrolytbad, wie etwa das Eloxieren von Aluminium, mit einer Kathode und mit einer Anode gelöst, welche sich durch Mittel zum Agglomerieren von während der Elektrolyse entstehenden Primärgasbläschen auszeichnet.
Insbesondere ein Agglomerieren der an der Kathode primär entstehenden Wasserstoffgasbläschen zu sekundären Wasserstoffgasbläschen, welche sich gegenüber den Primärgasbläschen durch ein größeres Volumen auszeichnen und damit vom Gesamtvolumen her eine geringere Oberfläche zur Aufnahme von Schwefelsäure bereit stellen, ist vorteilhaft, da hierdurch wirkungsvoll erreicht wird, dass bei gleicher Menge Wasserstoff bedeutend weniger Schwefelsäure des Elektrolytbades in die Umgebung frei gesetzt wird. Hierdurch werden gesetzlich geforderte Kontaminationsgrenzen unterschritten, wodurch die Arbeitssicherheit besonders stark verbessert ist.
Der Begriff "Mittel zum Agglomerieren" umfasst im Sinne der vorliegenden Anmeldung jegliche Mittel, welche dazu geeignet sind, insbesondere Primärgasbläschen, wie Wasserstoffgasbläschen, miteinander oder mit weiteren Gasbläschen zusammen zu fügen. Ziel der vorliegenden Mittel zum Agglomerieren ist es, durch Verbinden einzelner Gasbläschen die Gesamtoberfläche der Gasbläschen zu reduzieren.
Der Begriff "Primärgasbläschen" beschreibt im Sinne der Anmeldung insbesondere Wasserstoffgasbläschen, die während der Elektrolyse an der Kathode entstehen.
Im Gegensatz hierzu existieren "Sekundärgasbläschen", welche im Sinne der Erfindung, Gasblasen erfassen, welche im Wesentlichen aus Primärgasbläschen agglomeriert sind. Im allgemeinen zeichnen sich die Sekundärgasblasen gegenüber den Primärgasbläschen durch ihr größeres Volumen aus.
Dementsprechend wird die Erfindung auch von einem Verfahren zum Verringern einer Aerosolabgabe während einer Elektrolyse von Metall aus einem Elektrolytbad in die Umgebung gelöst, bei welchem ein Metall als Kathode gepolt wird und insbesondere während der Elektrolyse entstehende Primärgasbläschen zu weiteren Gasbläschen oder Gasblasen agglomeriert werden.
Die weiteren Gasbläschen bzw. Gasblasen sind im Sinne der Anmeldung gleichbedeutend mit den zuvor beschriebenen Sekundärgasblasen. Vorteilhafter Weise verringert sich durch das Agglomerieren die nutzbare Oberfläche zum Benetzen mit Schwefelsäure bei identischem Raumvolumen, so dass an der aus mehreren Primärgasbläschen entstandenen Sekundärgasblase weniger Schwefelsäure anhaftet, die beispielsweise mit Wasserstoff in die Umgebung gelangen kann.
Zum anderen wird die Aufgabe der Erfindung von einer Vorrichtung zum elektrolytischen Behandeln eines Metalls in einem Elektrolytbad, wie etwa das Eloxieren von Aluminium, mit einer Kathode und mit einer Anode gelöst, wobei sich die Vorrichtung durch Mittel zum Trennen von während der Elektrolyse an der Kathode entstehenden Wasserstoff und einer Säure des Elektrolytbades auszeichnet.
Die Mittel zum Trennen von Wasserstoff und einer Säure ermöglichen es, dass im Wesentlichen nur noch reiner Wasserstoff in die Umgebung abgegeben wird, wobei die zuvor getrennte Säure vorzugsweise in das Elektrolytbad zurückgeführt wird. Hierdurch ist eine Kontamination der Umgebung mit Säure idealerweise vollständig unterbunden.
Als Mittel zum Trennen eignen sich im Sinne vorliegender Anmeldung insbesondere Mittel, die eine Oberfläche bereit stellen, die dazu geeignet ist, von Säure benetzt zu werden. Hierdurch haftet sich die an dem Wasserstoff gebundene Säure an der Oberfläche der Trennmittel an, sobald die Säure mit dieser Oberfläche in Kontakt tritt. Hierbei wird die an dem Wasserstoff anhaftende Säure von diesem Wasserstoff getrennt.
In diesem Zusammenhang wird die Aufgabe der Erfindung auch von einem Verfahren zum Verringern einer Aerosolabgabe während einer Elektrolyse von Metall aus einem Elektrolytbad in die Umgebung, bei welchem ein Metall als Kathode gepolt wird, gelöst, bei welchem eine an den Primärgasbläschen, an den weiteren Gasbläschen und/oder an den Gasblasen anhaftende Säure an hierfür bereitgestellte Oberflächen heran geführt wird und die Oberflächen hierbei benetzt, sodass die Säure von den Primärgasbläschen, von den weiteren Gasbläschen und/oder von dem Gasblasen getrennt wird.
Die Aufgabe der Erfindung wird des Weiteren von einer Vorrichtung zum elektrolytischen Behandeln eines Metalls in einem Elektrolytbad, wie etwa das Eloxieren von Aluminium, mit einer Kathode und mit einer Anode gelöst, wobei die Vorrichtung sich durch eine Sammelkammer für ein Aerosol, insbesondere für an der Kathode entstehendem Wasserstoff, auszeichnet.
Vorteilhafter Weise gelangt der an der Kathode entstehende Wasserstoff nicht unmittelbar ungehindert und nicht mit Säure kontaminiert in die Umgebung, sondern der an der Kathode entstehende Wasserstoff wird zuvor in der vorliegenden Sammelkammer aufgefangen und zwischengespeichert und dort von der Säure getrennt. Erst dann gelangt der an der Kathode entstandene Wasserstoff, idealerweise vollständig von Säure getrennt, aus der Sammelkammer in die Umgebung. In der Regel verflüchtigt sich der Wasserstoff sehr schnell aus der Sammelkammer in die Umgebung.
Da der Wasserstoff im Wesentlichen im Bereich der Sammelkammer von dem Elektrolyt getrennt wird, kann die Sammelkammer auch als Trennkammer bezeichnet werden.
Im Sinne vorliegender Anmeldung sind mit der Bezeichnung an der Kathode entstehenden Wasserstoff, Wasserstoffgasbläschen mit daran anhaftendem Elektrolyt, insbesondere mit einer anhaftenden Säure eines Elektrolytbades, verstanden.
Folgende Zustände hinsichtlich des Wasserstoffs können vorliegend unterschieden werden. Der an der Kathode entstehende Wasserstoff liegt innerhalb des Elektrolyts im Wesentlichen als Primärgasbläschen bzw. Wasserstoffgasbläschen vor. Wobei nicht auszuschließen ist, dass im Elektrolyt selbst bereits ein geringer Anteil an Primärgasbläschen zu den weiteren Sekundärgasbläschen agglomeriert. Dies ist jedoch die Ausnahme und bringt keine nennenswerte Reduzierung der Aerosolfreisetzung in die Umgebung, so dass dieser verschwindend geringe Anteil vorliegend vernachlässigbar ist. Wenn die Wasserstoffgasbläschen aus dem Elektrolyt austreten, also sich oberhalb der Elektrolytoberfläche befinden, ist vorliegend primär von Aerosol oder Wasserstoff, an welchem das Elektrolyt oder eine Säure haftet, die Rede. In der Sammelkammer oberhalb der Elektrolytoberfläche wird also im Wesentlichen Aerosol aufgefangen. Reiner Wasserstoff im Sinne der Patentanmeldung liegt dann vor, wenn der Wasserstoff bereits von der Säure getrennt und weiter in die Umgebung gelangt ist.
Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass die Sammelkammer die Kathode zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, umgibt.
Je nach geforderten Bedingungen ist es vorteilhaft, wenn die Kathode vollständig von der Sammelkammer umgeben ist, sodass bei ordnungsgemäßen Betrieb die Gefahr nahezu vollständig ausgeschlossen werden kann, dass Primärgasbläschen nicht aus der Sammelkammer der Kathode in die Umgebung gelangen.
In den meisten Anwendungsfällen ist es vorteilhafter Weise ausreichend, wenn die Sammelkammer oberhalb der Elektrolytbadoberfläche angeordnet ist. Da die in der Kathode entstehenden Primärgasbläschen naturgemäß in dem Elektrolyt erst an die Oberfläche des Elektrolytbades streben bzw. steigen und dann in die Umgebung gelangen, reicht es meistens aus, wenn die Sammelkammer lediglich oberhalb der Elektrolytbadoberfläche angeordnet ist. So werden aus dem Elektrolyt hinausstrebende Primärgasbläschen unmittelbar an der Elektrolytbadoberfläche als Aerosol eingefangen.
Es hat sich gezeigt, dass es besonders vorteilhaft ist, wenn die Sammelkammer zwischen der Kathode und einer Kathodenanschlusseinrichtung angeordnet ist.
Da erfahrungsgemäß der Großteil der Primärgasbläschen im unmittelbaren Bereich der Kathode, insbesondere oberhalb der Kathode, als Aerosol aus dem Elektrolytbad hinaustritt, ist es vorteilhaft, wenn insbesondere in diesem Bereich die Sammelkammer vorgesehen ist.
Unter der Bezeichnung "Kathodenanschlusseinrichtung" versteht man im Sinne der vorliegenden Anmeldung jegliche Einrichtungen, die dazu geeignet sind, eine Kathode ausreichend stabil und ortsfest in einem Elektrolytbad zu halten und hierbei mit Strom zu versorgen.
Um eine Menge an in die Umgebung gelangende Säure mittels der Sammelkammer weiter zu minimieren, ist es vorteilhaft, wenn in der Sammelkammer Mittel zum Agglomerieren von Primärgasbläschen angeordnet sind. Wie bereits vorstehend beschrieben, eignen sich die Agglomerationsmittel zum Verringern der Gasbläschengesamtoberfläche.
Darüber hinaus ist es vorteilhaft, wenn kumulativ oder alternativ in der Sammelkammer Mittel zum Trennen von Wasserstoff und Säure angeordnet sind. Auch hierdurch wird erzielt, dass der Anteil an Säure, welcher im Wesentlichen als Aerosol ansonsten in die Umgebung gelangen kann, auf ein Minimum reduziert wird.
Kumulativ oder alternativ hierzu ist es vorteilhaft, wenn in der Sammelkammer Mittel zum Vergrößern einer benetzbaren Oberfläche angeordnet sind. Die Mittel zum Vergrößern der benetzbaren Oberfläche vergrößern beispielsweise die Oberfläche der Wandungen der Sammelkammer. Wird die von einer Säure zu benetzende Oberfläche innerhalb der Sammelkammer vergrößert, gelingt es, mehr Säure zurückzuhalten, als dies ohne derartige Mittel zum Vergrößern der benetzbaren Oberfläche möglich ist.
Eine Ausführungsvariante sieht vor, dass die Mittel zum Vergrößern einer benetzbaren Oberfläche Hohlkörper umfassen. Hierbei können die Hohlkörper die unterschiedlichsten geometrischen Formen aufweisen. Vorteilhaft hierbei sind jedoch kugelartige Hohlkörper, da diese untereinander nur geringe Kontaktflächen aufweisen und somit eine besonders große benetzbare Oberfläche bereitstellen.
Darüber hinaus eignen sich Hohlkörper besonders gut, da Hohlkörper immer mit einer geringeren Masse herstellbar sind als vergleichbare Massivkörper.
Eine Vergrößerung der benetzbaren Oberfläche gelingt ebenfalls, wenn in der Sammelkammer Gebilde aus einem gewebeartigen Material angeordnet sind. Auch mittels des gewebeartigen Materials wird eine Vergrößerung der benetzbaren Oberfläche realisiert.
Kumulativ oder alternativ kann in der Sammelkammer Glaswolle und/oder Steinwolle angeordnet sein. Auch mittels Glaswolle und/oder Steinwolle gelingt es, innerhalb der Sammelkammer eine Oberflächenvergrößerung zu realisieren.
Eine besonders bevorzugte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Sammelkammer eine permeable Barriere aufweist, welche die Sammelkammer von der Umgebung trennt.
Unter dem Begriff "permeable Barriere" versteht man im Zusammenhang mit vorliegender Anmeldung eine Trenneinrichtung, die es erlaubt, Wasserstoff, welcher sich an der Kathode, beispielsweise in Form von Primärgasbläschen, gebildet hat, nur derart verzögert in die Umgebung abzugeben, dass zuvor an dem Wasserstoff anhaftende Säure von diesem Wasserstoff getrennt ist. Somit verbleibt genügend Zeit um eine an den Primärgasbläschen anhaftende Säure abzuscheiden, sodass die Säure nicht in die Umgebung gelangt.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung sieht vor, dass die Barriere aus einem Druckkräfte und/oder Zugkräfte leitfähigen Material hergestellt ist.
Dies bedeutet, dass die vorliegende Barriere aus einem festen und stabilen Material hergestellt ist, wobei die Begriffe "fest" und "stabil" vorliegend nicht mit starr zu verwechseln sind. Vielmehr kann das für die Barriere gewählte Material auch flexibel sein, wie es beispielsweise bei einem gewebten Material der Fall ist.
Vorteilhafter Weise ist es möglich, dass die Barriere mehr als ein Bauteil und/oder mehr als eine Bauteilgruppe aufweist. Hierdurch gelingt es, die Barriere optimal zu gestalten, sodass beispielsweise unterschiedliche Materialien an unterschiedlich beanspruchten Bereichen der Barriere eingesetzt werden.
Je nach den erforderlichen Anforderungen ist es vorteilhaft, wenn zumindest ein Teil der Sammelkammer oder zumindest ein Teil einer Sammelkammerbarriere bis unterhalb der Elektrolytbadoberfläche angeordnet sind.
Eine bedeutende Weiterentwicklung der Erfindung sieht vor, dass die Kathode eine Hülle aufweist.
Ist die Kathode mit einer Hülle umgeben, ist die Gefahr verringert, dass insbesondere Wasserstoffgasbläschen, welche beim Elektrolysieren unmittelbar an der Kathode als kleine Gasbläschen (Primärgasbläschen) entstehen, Schwefelsäure als Aerosol mit aus dem Elektrolytbad in die Umgebung transportieren. Die Hülle unterbindet somit, dass viele kleine Wasserstoffgasbläschen im Bereich der Kathode an die Elektrolytbadoberfläche und ungehindert in die Umgebung gelangen, wo sie dann aufplatzen und Schwefelsäure in die Umgebungsluft abgeben.
Statt dessen agglomerieren die kleinen Wasserstoffgasbläschen innerhalb der Hülle zu größeren Wasserstoffgasblasen, die eine wesentlich kleinere Oberfläche aufweisen und die somit wesentlich weniger Schwefelsäure binden können. Hierdurch gelangt, wenn überhaupt, eine wesentlich geringere Menge an Schwefelsäure außerhalb des Elektrolytbades und in die Umgebung.
Vorteilhafter Weise werden bei dem der Erfindung zu Grunde liegenden Verfahren die Primärgasbläschen einer Oberflächenreduzierung unterzogen.
Damit der von der Säure gereinigte Wasserstoff durch die Hülle in die Umgebung entweichen kann, ist es vorteilhaft, wenn die Hülle permeabel ist. Zumindest sollte die Hülle derart aufgebaut sein, dass sie für Wasserstoff durchlässig ist.
Damit Säure baulich besonders einfach von dem Wasserstoff getrennt wird, ist es vorteilhaft, wenn die Hülle Mittel zum Agglomerieren von Primärgasbläschen umfasst.
Kumulativ oder alternativ hierzu ist es vorteilhaft, wenn die Hülle Mittel zum Trennen von Wasserstoff und Säure umfasst.
Eine weitere kumulative oder alternative vorteilhafte Ausführungsvariante sieht vor, dass die Hülle eine Barriere für eine Sammelkammer umfasst. Vorteilhafter Weise ist die Hülle hierbei derart gebildet, dass sie die bereits weiter vorstehend beschriebene Sammelkammer bildet.
Wenn die Hülle einen Teil der Kathode umgibt, welcher aus dem Elektrolytbad hinaus ragt, ist es möglich, eine Freisetzung von Aerosol in die Umgebung zur Gänze zu verhindern.
Damit auch eine Entweichen von Primärgasbläschen im unteren Teil der Kathode verhindert wird, ist es vorteilhaft, wenn die Hülle einen Teil der Kathode umgibt, der in das Elektrolytbad hinein ragt.
Besonders effektiv ist die Aerosolverringerung, wenn die Hülle die Kathode vollständig umgibt.
Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einem Verfahren zum Verringern einer Aerosolabgabe insbesondere während einer Elektrolyse von Metall aus einem Elektrolytbad in die Umgebung gelöst, bei welchem ein Metall als Kathode gepolt wird, und die Kathode zumindest teilweise mit einer Hülle umgeben wird.
An einer derart mit einer Hülle versehenen Kathode können zwar immer noch kleine Wasserstoffgasbläschen entstehen. Diese werden aber erst einmal daran gehindert, oberhalb der Elektrolytbadoberfläche unmittelbar in die Umgebung zu steigen und dort mit den zuvor beschriebenen Nachteilen zu zerplatzen. Vielmehr agglomerieren die kleinen primär entstandenen Wasserstoffgasbläschen unter der Hülle - dass heißt, an der der Kathode zugewandten Seite der Hülle ― zu weiteren Wasserstoffgasblasen mit einem vergrößerten Volumen und steigen dabei innerhalb der Hülle bzw. zwischen der Hülle und der Kathode an die Oberfläche des Elektrolyts auf. Insbesondere agglomerieren die primären Wasserstoffgasbläschen innerhalb der zuvor beschriebenen Sammelkammer.
Eine bevorzugte Verfahrensvariante sieht vor, dass die Hülle an der Kathode, insbesondere zwischen der Kathode und einer Kathodenanschlusseinrichtung, zu einer Sammelkammer für Aerosol und/oder für Wasserstoff mit anhaftender Säure geformt wird.
Wird die Hülle zu einer Sammelkammer geformt, ist mit der Hülle vorteilhaft ein Bereich an der Kathode bereitgestellt, in welchem sich der an der Kathode gebildete Wasserstoff im Wesentlichen als Aerosol sammelt und sich der Wasserstoff von dem Elektrolyt trennt.
Die Kathode kann baulich besonders einfach mit einer Hülle umgeben werden, wenn die Hülle um die Kathode gewickelt wird. Es hat sich gezeigt, dass auch an einer mit einer Hülle umwickelten Kathode eine erhebliche Reduzierung einer Aerosolfreisetzung an die Umgebung erzielt wird.
Auf Grund des besonders einfachen Aufbaus und der besonders einfachen Handhabe der vorliegenden Hülle sind die Merkmale im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Hülle auch ohne die übrigen Merkmale vorliegender Erfindung vorteilhaft und somit erfindungswesentlich.
Damit die Hülle bei Bedarf möglichst eng an der Kathode anliegt, ist es vorteilhaft, wenn die Hülle unter Zugbeanspruchung um die Kathode gewickelt wird.
Es versteht sich, dass als eine derartige Hülle eine Vielzahl an Einrichtungen vorgesehen werden kann. Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht jedoch vor, dass die Hülle ein Vlies umfasst. Ein derartiges Vlies hat vorteilhafter Weise kleine Poren, sodass ein Vlies den eigentlichen Bearbeitungsprozess, wenn überhaupt, nur vernachlässigbar gering beeinflusst. Den Primärwasserstoffgasbläschen ist es jedoch kaum möglich, ein als Barriere eingesetztes Vlies seitlich zu durchdringen, da die Primärwasserstoffbläschen an einem im Wesentlichen vertikal verlaufenden Vlies nicht genügend Druck auf das Vlies ausüben können. Die Elektrolyse an sich wird hierbei jedoch gar nicht oder nur vernachlässigbar gering beeinflusst, da das Vlies den Stromfluss zwischen Kathode und Anode idealerweise kaum beeinträchtigt, da es auf Grund seiner Struktur nur einen geringen Widerstand bietet.
Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Hülle ein Vlies aus einem Polypropylen ist. Polypropylen eignete sich als Vlies besonders gut, da es säurebeständig ist. Zudem hat ein Vlies aus einem Polypropylen einen geringen Ausdehnungskoeffizienten und ist besonders leicht zu verarbeiten.
Um das Freisetzen eines derartigen Aerosols in die Umgebung möglichst effektiv zu verhindern, ist es, wie vorstehend gelehrt, vorteilhaft, wenn die Hülle die Kathode vollständig umgibt. Dies bedeutet, dass die Kathode bis auf die Anschlussstelle einer Stromzufuhr vorzugsweise vollständig von dem Polypropylen-Vlies umgeben ist.
Auch hinsichtlich einer Hülle aus einem Polypropylen-Vlies ist es vorliegend vorteilhaft, wenn Bereiche der Hülle verschweißt oder verklebt werden.
Damit die Hülle einen zusätzlichen Halt an der Kathode erfährt, ist es vorteilhaft, wenn die Hülle mittels Befestigungsmitteln zusätzlich an der Kathode befestigt ist.
In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Befestigungsmittel einen Abstand von weniger als 50 cm, vorzugsweise einen Abstand von 20 cm, aufweisen.
Die Befestigungsmittel erstrecken sich hierbei vorzugsweise entlang der Längsachse der Kathode, sodass die Hülle entlang der Länge der Kathode zusätzlich gut an dieser befestigt ist. Beispielweise werden als Befestigungsmittel Schrauben verwendet, welche in die Kathode hineingedreht werden, wodurch die Hülle zusätzlich an der Kathode fixiert wird.
Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorgehender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft eine mit einem Vlies umgebende Kathode in einem Elektrolyt angeordnet ist.
Es zeigt

Figur 1: schematisch eine Anordnung einer mit einem Vlies umgebenden Kathode in einem Säure-Bad,
Figur 2: schematisch einen Querschnitt einer Kathode mit einer Hülle, welche insbesondere außerhalb eines Elektrolytbades eine Sammelkammer für an der Kathode gebildeten Wasserstoff in Form von Aerosol bildet,
Figur 3: schematisch einen Querschnitt einer Kathode mit einer weiteren Hülle, deren Sammelkammer mit Hohlkörpern gefüllt ist,
Figur 4: schematisch einen Querschnitt einer Kathode mit einer Hülle, deren Sammelkammer alternativ mit Glaswolle befüllt ist,
Figur 5: schematisch einen Querschnitt einer Kathode mit einer alternativ gestalteten Hülle, deren in ein Elektrolytbad getauchtes Ende offen ausgebildet und
Figur 6: schematisch einen Querschnitt einer Kathode mit einer weiteren Hüllen, deren in ein Elektrolytbad getauchtes Ende kegelförmig und offen ausgebildet ist.

Das in der Figur 1 gezeigte Eloxalbad 1 weist eine mit einem Elektrolyt 2 gefüllte Wanne 3 auf. Das Elektrolyt 2 ist säurehaltig und leitet negativ geladene Partikelchen 4 (hier stark vergrößert dargestellt) von einem als Kathode 5 verwendeten Aluminiumbalken 6 aus weg. Der Aluminiumbalken 6 ist an einer Halterung 7 befestigt, wobei die Halterung 7 mittels einer ersten Verdrahtung 8 elektrisch negativ geladen ist.
Die Kathode 5 ist vorliegend etwas mehr als die Hälfte in dem Elektrolyt 2 eingetaucht. Der Aluminiumbalken 6, also die Kathode 5, ist von einem Vlies 9 derart umgeben, dass das Vlies 9 bis zur Halterung 7 reicht und den Aluminiumbalken 6 vollständig umgibt.
Da an der Kathode 5 entstehende Wasserstoffbläschen 10, im Gegensatz zu den Partikelchen 4, das Vlies 9 nicht passieren können, sammeln sich die Wasserstoffbläschen 10 zwischen dem Aluminiumbalken 6 und dem Vlies 9 und agglomerieren dort zu Wasserstoffgasblasen 10A. Die derart agglomerierten Wasserstoffblasen 10A steigen an dem Aluminiumbalken 6 empor und entweichen an der oberen Stelle 11 des Vlieses in die Umgebung 12. Hierbei geben die agglomerierten Wasserstoffgasblasen 10A eine wesentlich geringere Menge an Schwefelsäure in die Umgebung ab als entsprechend viele Wasserstoffgasbläschen 10. Somit ist wirkungsvoll unterbunden, dass ein Aerosol, bestehend aus Teilen des Elektrolyts 2 und Wasserstoffbläschen 10, in die Umgebung 12 gelangt, dort zerplatzt und eine große Menge an Säure in der Umgebung 12 freisetzt.
Die Partikelchen 4 wandern auf Grund ihrer negativen Ladung zu einem als Anode 13 geschalteten Aluminiumbauteil 14. Das Aluminium-bauteil 14 ist mittels einer weiteren Verdrahtung 15 positiv geschaltet.
Die in der Figur 2 gezeigte Kathode 107 ist mit ihrem oberen Ende 120 an einem Kathodenhaltebalken 121 befestigt. Die Kathode 107 ist lotrecht nach unten in ein Elektrolytbad 101 eingetaucht. Die Kathode 107 ist in diesem Ausführungsbeispiel zu etwa 2/3 von einer Hülle 109 umgeben.
Die Hülle 109 erstreckt sich insbesondere von einem unteren Ende 122 der Kathode 107, welches in das Elektrolytbad 101 eingetaucht ist, bis in einen Bereich 123 unterhalb des Kathodenhaltebalkens 121. Die Hülle 109 ist im Bereich 123 mittels einer ersten Verschlussschiene 124 und einer zweiten Verschlussschiene 125 fest an die Kathode 107 gedrückt.
Die Hülle 109 bildet somit eine Barriere, mit welcher insbesondere oberhalb der Elektrolytbadoberfläche 126 eine Sammelkammer 127 gebildet ist, in welchem sich an der Kathode 107 gebildeter Wasserstoff 110 als Aerosol sammelt und der Wasserstoff 110 dort von Elektrolyt 102 getrennt wird.
Die kleinen Wasserstoffbläschen 110, die als kleine Primärgasbläschen an der Kathode 107 entstehen und in dem Elektrolytbad 101 aufsteigen, nehmen beim Verlassen des Elektrolytbades 101 Mengen an Elektrolyt 102, insbesondere an Säure, mit über die Elektrolytbadoberfläche 126 hinaus. Jedoch gelangen diese Primärgasbläschen 110 mit der daran anhaftenden Säure als Aerosol nicht in die Umgebung 112, sondern werden in der Sammelkammer 127 zurückgehalten.
Idealerweise agglomerieren die Primärgasbläschen 110 dort zu größeren Wasserstoffgasblasen 110A. Selbst wenn eine derartige Agglomeration der Primärgasbläschen 110 in der Sammelkammer 127 ausbleibt bzw. nicht alle Primärgasbläschen 110 sich zu größeren Wasserstoffgasblasen 110A verbinden, verhindert die Hülle 109 als Barriere für die an dem Wasserstoffgasblasen 110A anhaftende Säure, dass die Säure aus der Sammelkammer 127 in die Umgebung 112 gelangt. So kann zwar der Wasserstoff die Hülle 109 durchdringen und aus der Sammelkammer 127 entweichen. Jedoch gelingt dies der Säure bzw. dem Elektrolyt 102 des Elektrolytbades 101 nicht, sodass die an den Wasserstoffgasblasen 110A (Aerosol) bzw. an den Primärgasbläschen 110 anhaftende Säure innerhalb der Sammelkammer 127 zurückbleibt und dem Elektrolytbad 101 wieder zugeführt wird.
So entweicht aus der Sammelkammer 127 lediglich "sauberer" Wasserstoff 128 in die Umgebung 112.
Die Hülle 109 ist bei diesem Ausführungsbeispiel als ein Gewebesack aus Polypropylen hergestellt. Vorliegend weist das Gewebematerial ein spezifisches Gewicht von 110 g/m².
Es versteht sich, dass vorliegend jedoch jegliches Gewebe, welches stromleitend und säurebeständig ist, eingesetzt werden kann, solange es eine gewisse Durchlässigkeit für Wasserstoff aufweist, jedoch eine Säure, welche an Wasserstoffgasbläschen haftet, zurückhält und somit für diese Säure undurchlässig ist.
Die in der Figur 3 gezeigte Kathode 207 ist mit ihrem oberen Ende 220 an einem Kathodenhaltebalken 221 befestigt. Das untere Ende 222 der Kathode 207 ist von einer Hülle 209 umgeben.
Die Hülle 209 bildet eine Barriere, welche die Kathode 207 zumindest teilweise umgibt. Mittels dieser Barriere wird unterbunden, dass ein Aerosol aus Wasserstoff und Säure ungehindert in die Umgebung 212 gelangt.
Hierzu bildet die Hülle 209 zumindest oberhalb der Elektrolytbadoberfläche 226 eine Sammelkammer 227, in welcher sich aus dem Elektrolyt 202 aufsteigende Wasserstoffbläschen 210 in Form von Aerosol sammeln und das Elektrolyt 202 von dem Wasserstoff getrennt wird.
Die Sammelkammer 227 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit Hohlkörpern 230 gefüllt, welche auf dem Elektrolyt 202 schwimmen und somit im Wesentlichen oberhalb der Elektrolytbadoberfläche 226 verbleiben.
Die Hohlkörper 230 stellen im Sinne vorliegender Anmeldung zum einen Mittel zum Vergrößern einer benetzbaren Oberfläche innerhalb der Sammelkammer 227 dar. Zum Anderen bilden die Hohlkörper 230 Mittel zum Trennen von Wasserstoff und Säure innerhalb der Sammelkammer 227.
Somit verschmelzen in der Sammelkammer 227 einerseits Primärgasbläschen 210 zu weiteren Gasbläschen bzw. Gasblasen, die bei etwa identischem Volumen eine geringere Gesamtoberfläche bilden, an welchem das Elektrolyt 202, insbesondere die in dem Elektrolyten 202 befindliche Säure, anhaften kann.
Andererseits stellt die Barriere aus Hohlkörpern 230 eine sehr große Oberfläche zur Verfügung, an welcher sich diese Säure der weiteren Gasbläschen bzw. der Gasblasen ablagern kann.
Dadurch, dass sich die Säure an den Oberflächen der Hohlkörper 230 ablagert, trennt sich die Säure von dem Wasserstoff.
Der so "gesäuberte" Wasserstoff 228 passiert nun die Barriere aus Hohlkörpern 230 und gelangt hierbei aus dem Sammelbereich 227 in die Umgebung 212.
Idealerweise bleibt hierbei die zuvor an dem Wasserstoff anhaftende Säure vollständig in der Sammelkammer 227 zurück und wird wieder dem Elektrolytbad 201 zugeführt.
In der Figur 4 ist eine weitere Anordnung aus einer Kathode 307, einem Kathodenhaltebalken 321 und einer Hülle 309, welche zumindest das untere Ende 322 der Kathode 307 umschließt, also das dem Elektrolytbad 301 zugewandten der Kathode 307, dargestellt.
Mittels der Hülle 309 ist insbesondere oberhalb der Elektrolytbadoberfläche 326 eine Sammelkammer 327 für Aerosol aus an der Kathode 307 entstehenden Wasserstoffgasbläschen 310 und einem Elektrolyt 302 des Elektrolytbades 301 gebildet.
Die Sammelkammer 327 ist in diesem Ausführungsbeispiel mit Glaswolle 335 gefüllt. Mittels der Glaswolle 335 kann innerhalb der Sammelkammer 327 eine Vergrößerung der benetzbaren Oberfläche erzielt werden, an welcher sich an Wasserstoffgasbläschen 310 bzw. an Wasserstoffgasblasen 310A anhaftende Säure (Elektrolyt 302) ablagern kann. Hierdurch wird erzielt, dass Wasserstoff und Säure auf baulich einfache Weise getrennt werden, sodass der Wasserstoff von Säure befreit die Barriere aus Glaswolle 335 als "gesäuberter" Wasserstoff 328 durchströmen kann.
Die in der Figur 5 gezeigte alternative Anordnung einer Kathode 407 an einem Kathodenhaltebalken 421 umfasst eine Hülle 409.
Die Hülle 409 bildet eine Barriere um die Kathode 407 und weist oberhalb der Elektrolytbadoberfläche 426 eine Sammelkammer 427 für ein Aerosol aus Wasserstoff und daran anhaftendem Elektrolyt 402 auf. Die Hülle 409 ist an ihrem der Sammelkammer 427 abgewandten Ende 440 barrierefrei.
"Barrierefrei" bedeutet im Zusammenhang mit vorliegender Anmeldung, dass in diesem Bereich Wasserstoffgasbläschen 410, welche an der Kathode 407 während einer Elektrolyse gebildet werden, die Hülle 409 ungehindert passieren könnten.
Da dieser barrierefreier Bereich jedoch unterhalb der Kathode 407 angeordnet ist und die primären Wasserstoffgasbläschen 410 zur Elektrolytbadoberfläche 426 streben, ist die barrierefrei Zone an dieser tief in das Elektrolytbad 401 eingetauchten Stelle unkritisch.
Damit ein mit einem Elektrolyt 402 kontaminierter Wasserstoff die Hülle 409 oberhalb der Elektrolytbadoberfläche 426 nicht passieren und in die Umgebung 412 gelangen kann, ist in der Sammelkammer 427 eine Vielzahl an Hohlkörpern 430 angeordnet, an deren Oberfläche sich die in dem Wasserstoff gebundenen Säure (Elektrolyt 402) ablagert. Somit passiert lediglich "gesäuberter" Wasserstoff 428 die Barriere aus Hohlkörpern 430.
Die in der Figur 6 gezeigte Anordnung aus einer Kathode 507 und einem Kathodenhaltebalken 521 umfasst eine Hülle 509, die oberhalb einer Elektrolytbadoberfläche 526 eine Sammelkammer 527 bildet und unterhalb der Elektrolytbadoberfläche 526 kegelförmig ausgebildet ist. Der kegelförmig ausgebildete Bereich der Hülle 509 bildet einen sich zur Sammelkammer 527 hin verjüngenden Trichter 550, der von der Kathode 507 gebildete Primärwasserstoffbläschen 510 großflächig erfasst und in den Sammelbereich 527 der Hülle 509 leitet. Somit ist sichergestellt, dass an der Kathode 507 aufsteigende Wasserstoffbläschen 510 als Aerosol nicht unmittelbar aus dem Elektrolyt 502 in die Umgebung 512 gelangen, sondern zuvor eine Barriere, welche in diesem Ausführungsbeispiel aus Steinwolle 551 besteht, passieren muss.
Somit gelangt aus dem Elektrolytbad 501 lediglich "sauberer" Wasserstoff 528 in die Umgebung 512.
Durch die vorliegende Erfindung werden die Arbeitsbedingungen im Bereich der Galvanik, insbesondere im Zusammenhang mit dem Eloxieren von Aluminium, wesentlich verbessert, wodurch die Gesundheitsgefährdung von dort arbeitendem Personal wesentlich verringert wird.

Bezugsziffernliste:

1: Eloxalbad
2: Elektrolyt
3: Gefüllte Wanne
4: Negativ geladene Partikelchen
5: Kathode
6: Aluminiumbalken
7: Halterung
8: Erste Verdrahtung
9: Vlies
10: Wasserstoffgasbläschen
10A: Wasserstoffgasblasen
11: obere Stelle des Vlieses
12: Umgebung
13: Anode
14: Aluminiumbauteil
15: Zweite Verdrahtung
101: Elektrolytbad
102: Elektrolyt
107: Kathode
109: Hülle
110: Wasserstoffgasbläschen
112: Umgebung
120: oberes Ende der Kathode 107
121: Kathodenhaltebalken
122: Unteres Ende der Kathode 107
123: Bereich
124: Erste Verschlussschiene
125: Zweite Verschlussschiene
126: Elektrolytbadoberfläche
127: Sammelkammer
128: "sauberer" Wasserstoff
201: Elektrolytbad
202: Elektrolyt
207: Kathode
209: Hülle
210: Wasserstoffgasbläschen
212: Umgebung
220: oberes Ende der Kathode 207
221: Kathodenhaltebalken
222: Unteres Ende der Kathode 207
226: Elektrolytbadoberfläche
227: Sammelkammer
228: "sauberer" Wasserstoff
230: Hohlkörper
301: Elektrolytbad
302: Elektrolyt
307: Kathode
309: Hülle
310: Wasserstoffgasbläschen
312: Umgebung
321: Kathodenhaltebalken
322: Unteres Ende der Kathode 307
326: Elektrolytbadoberfläche
327: Sammelkammer
328: "sauberer" Wasserstoff
335: Glaswolle
401: Elektrolytbad
402: Elektrolyt
407: Kathode
409: Hülle
410: Wasserstoffgasbläschen
412: Umgebung
421: Kathodenhaltebalken
426: Elektrolytbadoberfläche
427: Sammelkammer
428: "sauberer" Wasserstoff
430: Hohlkörper
440: barrierefreier Bereich
501: Elektrolytbad
502: Elektrolyt
507: Kathode
509: Hülle
510: Wasserstoffgasbläschen
512: Umgebung
521: Kathodenhaltebalken
526: Elektrolytbadoberfläche
527: Sammelkammer
528: "sauberer" Wasserstoff
550: Trichter der Hülle 509
551: Steinwolle

Claims

Vorrichtung zum elektrolytischen Behandeln eines Metalls in einem Elektrolytbad, wie etwa das Eloxieren von Aluminium, mit einer Kathode und mit einer Anode, gekennzeichnet durch Mittel zum Agglomerieren von während der Elektrolyse entstehenden Primärgasbläschen.
Vorrichtung zum elektrolytischen Behandeln eines Metalls in einem Elektrolytbad, wie etwa das Eloxieren von Aluminium, mit einer Kathode und mit einer Anode, gekennzeichnet durch Mittel zum Trennen von während der Elektrolyse an der Kathode entstehendem Wasserstoff und einer Säure des Elektrolytbades.
Vorrichtung zum elektrolytischen Behandeln eines Metalls in einem Elektrolytbad, wie etwa das Eloxieren von Aluminium, mit einer Kathode und mit einer Anode, gekennzeichnet durch eine Sammelkammer (127) für ein Aerosol, insbesondere für an der Kathode (107) entstehendem Wasserstoff (110).
Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkammer (127) die Kathode (107) zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, umgibt.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sammelkammer (127) oberhalb der Elektrolytbadoberfläche (126) angeordnet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass in der Sammelkammer (127) Mittel zum Agglomerieren von Primärgasbläschen (110) angeordnet sind.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (7) eine Hülle (9) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (109) eine Barriere für eine Sammelkammer (127) umfasst.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle (9) einen Teil der Kathode (5) umgibt, welcher aus dem Elektrolytbad (2) hinaus ragt.
Verfahren zum Verringern einer Aerosolabgabe während einer Elektrolyse von Metall aus einem Elektrolytbad in die Umgebung, bei welchem ein Metall als Kathode gepolt wird, dadurch gekennzeichnet, dass Primärgasbläschen zu weiteren Gasbläschen oder Gasblasen agglomeriert werden.
Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärgasbläschen einer Oberflächenreduzierung unterzogen werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine an den Primärgasbläschen, an den weiteren Gasbläschen und/oder an den Gasblasen anhaftende Säure an hierfür bereit gestellte Oberflächen heran geführt wird und die Oberflächen hierbei benetzt, so dass die Säure von den Primärgasbläschen, von den weiteren Gasbläschen und/oder von den Gasblasen getrennt wird.