-
Umlaufverfahren für den Elektrolyten in kanalförmigen Zellen und Vorrichtung
zur Ausübung des Verfahrens Die Erfindung bezieht sich auf ein Umlaufverfahren für
den Elektrolyten in kanalförmigen elektrolytischen Zellen und auf eine Vorrichtung
zur Ausübung dieses Verfahrens.
-
Die Erfindung bezweckt die Erzielung einer großen Umlaufgeschwindigkeit
des Elektrolyten zwischen gleichgerichteten und dicht nebeneinander angeordneten,
in die gleiche Lösung eintauchenden Elektroden, und zwar gleichgerichtet mit den
Oberflächen der Elektroden. Ferner soll dieser Umlauf gleichmäßig über den ganzen
Umfang dieser Oberflächen gestaltet werden. Weiter bezweckt sie, diese große Umlaufgeschwindigkeit
durch Verwendung verhältnismäßig einfacher und wenig kostspieliger Mittel zu erzielen.
-
Ein weiteres Ziel der Erfindung ist, der elektrolytischen Vorrichtung,
wie sie durch die Patentschrift 373 872 bekanntgeworden ist, eine größere
Wirksamkeit zu geben. In dieser Vorrichtung sind mehrere Elektrodengruppen im Abstand
voneinander in derselben kanalförmigen Zelle(Wanne) angeordnet. Zwischen den Elektroden,
die gleichlaufend zur Kanalachse liegen, läuft der Elektrolyt um von einem Ende
zum anderen, um dann in einen untenliegenden Behälter zu fallen. Er wird darauf
durch eine Pumpe aufgenommen und in einen obenliegenden Behälter zurückgedrückt,
um schließlich wieder in die Wanne zurückzugelangen.
-
Wegen der besonderen Anordnung der Elektroden kann die Umlaufgeschwindigkeit
des Elektrolyten einen höheren Wert erreichen als in den Zellen üblicher Bauart,
in denen die Elektroden quer zur allgemeinen Richtung des Stromes liegen. Indessen
ergeben sich auch hier Schwierigkeiten, wenn man mit dieser Bauart sehr große Umlaufgeschwindigkeiten
erzielen will, weil einerseits sehr beträchtliche Lösungsmengen bewegt werden müssen
und andererseits sehr hohe Ladungsverluste in den Zwischenräumen zwischen den Elektroden
auftreten, insbesondere wenn diese sehr dicht nebeneinanderliegen.
Die
Erfindung überwindet diese Schwierigkeiten und gibt dem kanalförmigen Zellensystem
seine volle Wirksamkeit.
-
Verschiedene Mittel sind bereits zur Er zielung einer hohen Umlaufgeschwindigker
der Lösungen in den Elektrolysekanälen vor geschlagen worden. Neben wohlbekannteü`
Pumpen mit oder ohne Hochbehälter hat man Schrauben- oder Schaufelräder verwendet,
die sich dicht an den Elektroden drehten und eine allgemeine Verdrängung der Lösung
im Kanal durch Erzielung eines geschlossenen Umlaufs zwischen den Elektroden hindurch
bewerkstelligen sollten. Diese Umlaufarten erwiesen sich als unzulänglich, da viel
Energie in unnützen Wirbeln verlorenging; ferner war die durch diese Anordnungen
erreichte Umlaufgeschwindigkeit zwischen den Elektroden noch zu schwach und unregelmäßig.
-
Nach der Erfindung wird ein besser geführter Umlauf erreicht, der
regelmäßiger über die Elektroden verteilt und gleichzeitig kräftiger ist, besonders
in Fällen, wo die Elektroden sehr dicht nebeneinanderliegen. Das Verfahren nach
der Erfindung besteht darin, daß zur Verstärkung des Durchflusses des Elektrolyten
in der Längsrichtung der Zelle der Elektrolyt durch jede Elektrodengruppe mittels
je einer Injektoreneinrichtung gedrückt wird, der von einer Pumpe ein Teil des die
Elektrodengruppe verlassenden Elektrolyten zugeführt wird, während der übrige Teil
des Elektrolyten .nach dem Durchfluß durch die Zelle durch einen außerhalb der Elektrodengruppe
liegenden Kanal zurückgeführt wird. Der Elektrolyt kann in Einzelströmen durch mehrere
Düsen zwischen die Elektrodenpaare einer Gruppe eingeführt werden. Der Elektrolyt
kann auch durch einen Injektor in eine vor der Elektrodengruppe liegende Druckkammer
eingeführt werden, von wo er zwischen, die Elektroden verteilt wird. Die Vorrichtung
zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß
der Querschnitt zwischen den Anoden an der Inj ektorseite durch von Schrägflächen
begrenzte Verdikkungen düsenförmig verengt ist. Die zu jeder Elektrodengruppe gehörende
Pumpe kann mit den Düsen durch Rohre verbunden sein, die in, einem unterhalb der
Elektrodengruppe liegenden, sich über die ganze Zelle erstreckenden Kanal angeordnet
sind. Die Pumpe kann auch in .einem neben der Zelle liegenden Rücklaufkanal angeordnet
und durch ein Förderrohr mit dem Injektor verbunden sein.
-
Um die Erfindung besser verständlich zu machen, ist ihre Anwendung
auf Einrichtungen zur Elektrolyse von Kupfersulfatlösungen mit einer kanalförmigen
Zelle gemäß der in der Patentschrift 373 $72 beschriebenen Bauart beispielsweise
dargestellt.
-
Fig. z und 2 stellen Längs- und Quer-,Schnitte durch eine Zelle in
Form eines %änals dar, die mehrere mit der Kanalachse g``dchgerichtete Elektrodengruppen
enthält; Fig. i ist ein Querschnitt nach Linie 1-I der Fig:2 und Fig.2 ein Längsschnitt
nach Linie II-II der Fig. 3; Fig. 3 ist eine Draufsicht auf den Kanal, teilweise
ein Schnitt nach Linie III-III der Fig. i ; Fig. 4 ist eine Querschnitt nach Linie
IV-IV der Fig. 6 und zeigt eine Abänderung; Fig.5 ist ein zugehöriger Längsschnitt
nach Linie V-V der Fig. 6; Fig. 6 ist eine Draufsicht mit Schnitt nach Linie VI-VI
der Fig. 4; Fig.7 ist ein Längsschnitt nach Linie VII-VII der Fig.9 und -neigt eine
weitere Ausführungsform; Fig.8 ist ein Längsschnitt nach Linie VIII-VIII der Fig.
g; Fig.9 ist eine Draufsicht, zum Teil ein Schnitt nach Linie IX-IX von Fig. 7:
In den Fig. i bis 3 ist die Zelle i in Gestalt eines Kanals in Beton ausgeführt
und innen mit einem gleichzeitig isolierenden wie auch der Säurewirkung der Lösungen
widerstehenden Überzug versehen, z. B. mi: einem Asphaltüberzug. - Im Kanal sind
hintereinander Gruppen unter sich gerennter Elektroden angebracht, deren freie Zwischenräume
mit Elektrolyt ausgefüllt sind.
-
Bei jeder Elektrodengruppe ist der Kanal durch Längswände 2 unterteilt,
zwischen denen Kathoden 3 aus dicken Platten leitenden Stoffes eingefügt sind. Die
Wände 2 sind ebenso wie die den Kathoden zugelzehr- i ten Innenwände des Kanals
mit Bleibelägen 4. verkleidet, welche die Anoden darstellen. Sammelplatten 5, auf
denen sich das niederzuschlagende Metall anhäuft, umgeben die Kathoden 3, auf denen
sie angeordnet und durch eine Halterreihe 6 oder zwei an Ort und Stelle gehalten
werden, je nachdem man eine Platte oder zwei für die Kathode verwendet.
-
Die verschiedenen Elektrodengruppen sind hintereinandergeschaltet.
Die Elektroden gleicher Polarität jeder Gruppe sind parallel geschaltet. Der Strom
wird durch eine Zuführungsschiene 7 geliefert, die an -einem Zellenrand entlang
läuft und an den Stellen 3 in ebenso viele Abschnitte zerlegt ist, wie es Elektrodengruppen
gibt. Jeder Schienenabschnitt ist einerseits mit einer Querschiene g verbunden,
an der die Anoden 4 durch Halter io hängen, andererseits steht er mit einer Querschiene
i i in Verbindung, die an einem abnehmbaren Deckel 13 sitzt. Dieser
trägt
durch Zapfen 12 und Splinte 14. die Kathoden 3. Das Einschlagen der Spinte 14 auf
der Querschiene i i sichert gleichzeitig die elektrische Verbindung zwischen den
Kathoden 3 und der Schiene 7.
-
Die Längswände 2 können aus Beton bestehen. Sie zeigen vorn eine Verdickung
15. Sie stehen auf einer Grundplatte 16, auf der sie durch Zapfen 17 befestigt sind.
Die mit Asphaltüberzug versehene Platte 16 ruht auf starren Glas- oder Porzellanstützen
18 und trennt die Elektrodengruppe von einem unter ihr liegenden Kanal 19.
-
Der Deckel 13, dessen Unterfläche durch einen säurewiderstehenden
Stoff geschützt ist, ist als waagerechte Platte mit aufgebogenen Längsrändern 2o
gestaltet. Wie Fig. 3 zeigt, ist die Zelle i in ihrem oberen "feil 21 aus folgendem
Grunde erweitert: wenn das Bad bis zur Höhe 22 reicht, sind die Kathoden vollständig
in die Lösung eingetaucht. ° Nach unten vorstehende Ränder 23 des Deckels 13 ruhen,
ohne sich zu stützen, in Nuten 24., die in auf die Seitenwände der Zelle gelegten
Porzellanstücken 25 angebracht sind. Sollte unter diesen Umständen unter der Platte
13 ein gewisser Überdruck entstehen, so kann er nur die Lösung unter den vorspringenden
Rändern leicht verdrängen, und die verdrängte Menge findet einen leichten Ausweg
in dem erweiterten Teil des Kanals.
-
Die verschiedenen, j e eine zweiseitige Kathode 3 einschließenden
Abteilungen finden stromauf ihren Abschluß in infolge der Verdickungen 15 der Wände
:2 trichterförmig erweiterten und verengten Kanälen 26. In diese wird der Elektrolyt
durch Düsen 27 eingespritzt, die an durch Rohre 30 und 31 mit der Ausströmöffnung
einer Pumpe 29 verbundenen Verteilrohren 28 sitzen. Die aus einem Schraubenrad bestehende
Pumpe 29 wird durch Kegelräder-32 und Achsen 33 von einem Motor 34. angetrieben.
Leitungen und Pumpe bestehen aus Hartblei, um der Einwirkung der Schwefelsäure widerstehen
zu können.
-
Ein Elektrolytstrom durchläuft den ganzen Kanal und kehrt schließlich
nach vorn durch den unteren Kanal 19 zurück, während jede einzelne der Elektrolytgruppen
einem auf die Wirkung von Injektoren zurückzuführenden beschleunigten Lösungsstrom
unterworfen ist.
-
Der durch die Leitschienen 7 und 9 zugeführte elektrische Strom verteilt
sich auf die verschiedenen Bleianoden. Von den Kathoden läuft der Strom dann durch
den Leiter i i über den Schienenabschnitt 7 der folgenden Ei lektrodengruppe
über usw.
-
Die Vorrichtung arbeitet wie folgt: Wenn die Sammelplatten 5 auf den
Kathoden 3 angebracht und auf ihnen bei 6 seitlich befestigt werden, ist die 'waagerechte
Platte 13 an Ringen 35 angehoben. Die Kathoden werden in ihre Kammern niedergetaucht,
während die oberen Plattenränder sich auf die Zellenränder aufsetzen. Riegel 36
werden befestigt, um zu verhindern, daß die Deckplatte sich abhebt, und dann setzt
man den '-Motor 34 in Gang, der den Umlauf bewirkt. Der Umlauf entsteht in Richtung
der Pfeile F1, und man schließt den elektrischen Strom der Gruppe durch Herausziehen
eines Pflockes 37, der ihn unterbrach.
-
Um die verdickten Kathoden herauszuziehen, wird im umgekehrten Sinne
verfahren. Im Augenblick, wo die Pumpe 29 stehenbleibt, wird man bemerken, daß der
allgemeine Strom in der Zelle dank den zwischen den Horizontalwänden 16 jeder Elektrodengruppe
gelassenen freien Zwischenräumen nicht unterbrochen wird, die es ermöglichen, die
Strömung der Lösung im Augenblick entsprechend den Pfeilen F2 umzulenken.
-
Selbstverständlich kann die beschriebene Vorrichtung, die zur Erzielung
hoher Umlaufgeschwindigkeiten zwischen dicht nebeneinanderliegenden Elektroden bestimmt
ist, kleinen Abänderungen unterworfen werden, ohne dadurch aus dem Rahmen der Erfindung
zu fallen. So kann die Schraubenradpumpe durch eine Schleuderpumpe oder irgendeine
andere Vorrichtung ersetzt werden, die imstande ist, den Elektrolyten unter erhöhtem
Druck in die Injektoren einzuführen.
-
Man kann auch, falls es sich um die Beschickung mehrerer Vorrichtungen
mit unter Druck stehendem Elektrolyten handelt, diesen einem Hochbehälter entnehmen,
in den eine gemeinsame Pumpe einen Teil . des Elektrolyten der Zellen fördert. Die
Anordnung mehrerer Vorrichtungen in einer gemeinsamen Zelle gestattet eine leichte
Regelung der Flüssigkeitsstände ebenso wie ein gemeinsames Entnehmen der einzudrückenden
Lösung.
-
Anstatt mehrere Inj ektoren für jede Elektrodengruppe zu verwenden
kann man einen einzigen Injektor so anordnen, daß er den Elektrolyten unter Druck
in eine Kammer schickt, von wo er sich zwischen die Elektrodenpaare verteilt. Eine
derartige Anordnung ist in den Fig. 4 bis 6 dargestellt, wo i den Zellenkanal bezeichnet,
in dem Elektrodengruppen mit den Kathoden 3 und den Anoden q. angebracht sind. Vor
jeder Elektrodengruppe befindet sich eine durch eine weite bffnung durchbrochene
Querwand 4o, in der eine nach beiden Richtungen trichterförmig erweiterte Düse :1
.1 sitzt. Diese nimmt einerseits die unter Druck entsprechend dem Pfeil F zugebrachte
Flüssigkeit durch ein Förderrohr 42 der Pumpe 29 auf, andererseits
aber
auch Teile der umgebenden Flüssigkeit, die entsprechend dem Pfeil F, durch die von
der Injektion erzeugte Saugkraft in die Düse mitgerissen wird. Durch die Düse 41
:gelangt die unter Druck stehende Flüssigkeit in eine Verteilungskammer 43, von
wo aus sie in kleinen gleichgerichteten Strömen zwischen die Elektroden eintritt.
Dann wird sie zum Teil, wie der Pfeil Fi zeigt, durch das Verbindungsrohr 41 der
folgenden Gruppe angesaugt, zum andern Teil, wie der Pfeil F2 zeigt, durch einen
Rücklaufkanal 44, der mit der Saugöffnung 38 der Pumpe 29 in Verbindung steht. Dieser
Kanal 44; die Pumpen 29 und ihre Motoren 39 liegen neben der Zelle.
-
Indem Beispiel der Fig. i bis 3 ist die Anordnung der Elektroden gleich
der bei dem früheren Patent dargestellten. Ein Deckel 13 begrenzt nach oben die
Kammer 43 sowie die engen Zwischenräume zwischen den Elektroden.
-
In dem Beispiel der Fig.7 bis 9 hängen die Kathoden 3 einfach an über
die Querschienen 46 gelegten Zuleitern 45, die ihrerseits mit der Zuleitungsschiene
7 verbunden sind, die ganz an der Zelle i entlang läuft.
-
Ein untenliegender Rücklaufkanal i 9 ist unter den Elektrodengrüppen
vorgesehen. Die Pfeile F, Fi; F2 und F, zeigen die Hauptströmungen des Elektrolyten
an. F zeigt den unmittelbar durch die Pumpe eingespritzten Strom an; F, den Lauf
des durch die Saugkraft des Injektors in Richtung auf die folgende Elektrodengruppe
mitgerissenen Elektrolytenteiles, 172 den Lauf des von der Pumpe angesaugten
Elektrolytenteils und F3 den Rücklauf des Elektrolyten durch den Rücklaufkanal i9,
vom äußersten stromabliegenden bis zum äußersten stromaufliegenden Ende der Zelle
i.
-
Auch andere Abänderungen der Form oder der Anordnung können vorgesehen
werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen. Man kann auch die doppeltrichterförmigen
Düsen 41 weglassen und die Gesamtmenge des zwischen die Elektroden. gebrachten Elektrolyten
durch die Pumpen eindrücken. Diese Anordnung ist indessen weniger vorteilhaft, weil
sie eine Pumpe von größeren Abmessungen erfordert.
-
Allgemein ermöglicht das Umlaufsystem nach der Erfindung eine große
Anzahl von Elektrolysen unter höheren Stromdichten als. bisher. Sie gestattet die
Erhöhung der Ergiebigkeit der Vorrichtungen bei gleichem Raumbedarf, oder auch (wenn
die Leistung einer Vorrichtung gleichbleibt) die Elektro-Iv se viel metallärmerer
Lösungen. Das Verfahren nach der Erfindung ist aber auch nicht an die Verwendung
eines Zellenkanals gebunden, sondern es ist in allen Fällen verwendbar, wo es darauf
ankommt, den Umlauf des Elektrolyten zu erhöhen.