Behältnis für eine instabile Lösung eines Metallsalzes oder -komplexes und Verfahren zur Dichtung eines solchen Behältnisses

Abstract

 Die bewegte Welle (S) ist mittels einer Lippendichtung (X) durch eine Wand des Behältnisses (V) hindurchgeführt. Zur Vermeidung von unerwünschten Ablagerungen und damit zur Verminderung der Dichtwirkung ist die Lippendichtung aus elektrisch leitendem Material ausgebildet und an die Anode einer elektrischen Spannungsquelle (U) angeschlossen. Die Katode der Spannungsquelle (U) ist mit einer im Behältnis (V) angeordneten Gegenelektrode (C) verbunden.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft eine wirksame Abdichtung eines unter Druck stehenden Behältnisses, in dessen Innerem eine Welle hin und-her gehend bewegbar oder drehbar vorhanden ist und das eine instabile Lösung eines Metallsalzes oder -komplexes enthält.

[0002] Viele Metallsalz- oder -komplexlösungen sind instabil, da sich unter gewissen Bedingungen das Salz oder der Komplex zersetzt und das Metall aus der Lösung ausfällt. Vor allem Silber- und Kupfersalz- oder -komplexlösungen sind besonders instabil.

[0003] Unter Druck stehende Behältnisse, in deren Innerem eine hin und her bewegbare oder drehbare Welle vorgesehen ist, die zum Mischen oder Rühren des Behältnisinhalts dienen kann, erfordern z.B. die Welle umgebende Dichtungsmittel, die verhindern, daß der Behältnisinhalt dort, wo die Welle in das Behältnis eintritt, entweichen kann. Zur Erzielung einer solchen Abdichtung wurden verschiedene Verfahren entwickelt, wie die Verwendung von Stopfbuchsen und insbesondere von Lippendichtungen und mechanischen Flächendichtungen. Jedoch erfordern alle diese Abdichtungsmethoden eine enge Berührung von zwei Flächen, von denen die eine sich gegenüber der anderen dreht oder hin und her bewegt. Im Falle einer Lippendichtung sind dies die Oberflächen der Lippendichtung selbst und diejenige der Welle. Im Falle einer mechanischen Flächendichtung sind dies die Oberflächen der beiden Komponenten der Dichtung, von denen die eine fest steht und die andere sich mit der Welle dreht.

[0004] Solche Dichtungssysteme erfordern grundsätzlich das Vorhandensein eines dünnen Flüssigkeitsfilms der eingeschlossenen Flüssigkeit zwischen den beiden Oberflächen, wobei dieser Film ein wirkungsvolles Dichtungsmedium darstellt. Werden solche Dichtungssysteme bei Behältnissen verwendet, welche instabile Lösungen von Metallsalzen oder -komplexen enthalten, so wurde festgestellt, daß zwischen den dichtenden Flächen eine Zersetzung des Flüssigkeitsfilms stattfindet, die zum Niederschlag von Metall auf den Dichtungsflächen und damit zu starken Verlusten durch Entweichen von Lösung aus dem Behältnis führt.

[0005] Das Auftreten der beschriebenen Undichtigkeit fällt besonders schwer ins Gewicht, wenn wässerige Lösungen von Silbersalzen oder Silberkomplexsalzen verwendet werden.

[0006] In der US-PS 3 910 833 wird ein elektrolytisches Silberwiedergewinnungsgerät beschrieben, das eine komplizierte und kostspielige Flüssigkeitsdichtungseinrichtung aufweist. In der US-PS 3 985 634 ist ebenfalls ein elektrolytisches Wiedergewinnungsbehältnis beschrieben, welches eine aus dünnen kreisförmigen Scheiben aus modifiziertem Tetrafluor- äthylen bestehende Dichtung enthält. Diese Scheiben bilden eine sehr wirksame Dichtung, die aber gleichwohl bei Niederschlag von Silber auf der Dichtung störanfällig ist.

[0007] In der GB-PS 1 224 047 wird ein anodisches Passivierungsverfahren beschrieben, in welchem Nickel mittels einer alkalischen Lösung und einer porösen Trennwand daran gehindert werden soll, sich in unerwünschten Bereichen eines "Vernickehngsbades" abzusetzen. Dieses Verfahren mag bei einem Vernickelungsbad wirksam sein, kann aber nicht bei einer Silberwiedergewinnungszelle angewandt werden, in welcher eine saure Lösung elektrolysiert wird.

[0008] Die vorliegende Erfindung verwirklicht nun eine technische Lehre, um Flüssigkeitsverluste zu unterdrücken und um eine wirksame Dichtung von Behältnissen der eingangs erwähnten Art zu erreichen.

[0009] Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren der im Patentanspruch 1 und ein Behältnis der im Patentanspruch 2 beschriebenen Art, deren erfinderische Merkmale in den kennzeichnenden Teilen dieser Patentansprüche aufgeführt sind, erreicht.

[0010] Gemäß einer Ausführungsform der Dichtung nach der Erfindung ist diese eine mechanische Flächendichtung, deren unbeweglicher Teil aus elektrisch leitendem Material besteht.

[0011] Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Dichtung nach der Erfindung ist diese eine aus elektrisch leitendem Material hergestellte Lippendichtung.

[0012] Das Verfahren nach der Erfindung ist besonders bei einem unter Druck stehenden Behältnis anwendbar, welches zur elektrolytischen Wiedergewinnung von Metall dient und eine rotierende Elektrode enthält. Weiter ist es anwendbar bei einem unter Druck stehenden Behältnis, welches aus der Druckkammer einer Pumpe besteht. Besonders vorteilhaft ist das Verfahren nach der Erfindung bei instabilen Lösungen eines Silbersalzes oder -komplexes anzuwenden, denn solche Lösungen haben die Neigung,äußerst instabil zu sein.

[0013] Um das Verfahren nach der Erfindung zu verdeutlichen, wird auf die beiliegende Zeichnung Bezug genommen, deren einzige Figur eine Seitenansicht im Längsschnitt durch ein elektrolytisches Metallwiedergewinnungsbehältnis mit rotierender Kathode darstellt. Die wässerige, Metallionen enthaltende Lösung wird im Behältnis unter Druck umgewälzt.

[0014] Das elektrolytische Wiedergewinnungsgerät umfaßt einen aus PVC bestehenden zylindrischen Behälter V. Im Behälter V ist eine drehbar gelagerte Kathode C aus nichtrostendem Stahl vorgesehen. Die Kathode C sitzt auf einer Antriebswelle S, die in einem Lager B in der Gehäusewandung des Behälters V gelagert ist. Auf der Welle S sitzt eine Antriebsrolle P fest auf, die mit außerhalb des Geräts gelegenen (nicht gezeigten) Antriebsmitteln verbunden ist. Der elektrische Anschluß der Kathode C erfolgt über die Welle S. Die Antriebsmittel setzen die Kathode C im Behälter V in Drehung. Die Welle S ist im Behälter V mittels eines mechanischen DichtungssystemsX abgedichtet, welches aus einem rotierenden Oberflächendichtungselement X₁ besteht, das auf der Welle S mittels eines Gummibalges Be befestigt ist. Das Oberflächendichtungselement X₁ steht in dichtender Berührung mit dem Gegenflächendichtungselement X₂₀ das am oberen Gehäuseteil des Behälters V mittels eines O-Ringes O befestigt ist.

[0015] An der Innenwand des Behälters V ist mit diesem konzentrisch eine Graphitanode A befestigt.

[0016] Ein Lösungseinlaß Q führt von einem Lösungsvorratsbehälter (nicht gezeigt) über eine Pumpe in das Innere des Behälters V, und ein Auslaßrohr R führt aus dem Behälter V heraus.

[0017] Eine elektrische Verbindungsleitung W verbindet die Gegenflächendichtung X₂ mit der Anode A.

[0018] Weiter unten wird das Material, aus welchem die Dichtungen X₁ und X₂ bestehen, noch näher beschrieben.

[0019] Ohne zunächst auf die elektrische Verbindungsleitung W einzugehen, wird bei neutralem Betrieb eine wässerige, Metallionen enthaltende Lösung durch den Einlaß Q in das Innere des Behälters V gepumpt, während die Kathode C und die Anode A über die elektrischen Anschlußklemmen U_l und U₂ unter Bildung einer elektrischen Zelle an eine Stromquelle U angeschlossen sind. Die Kathode C wird in Drehung versetzt und das Metall aus der wässerigen Lösung auf der Kathode abgelagert. Die wässerige Lösung wird kontinuierlich langsam in den Behälter V durch den Einlaß Q hineingepumpt und verläßt ihn wieder durch den Auslaß R, so daß die Lösung im Behälter V ständig unter Druck steht.

[0020] Um die Welle S herum muß eine flüssigkeitsdichte Abdichtung vorgesehen sein. Ist dies nicht der Fall, so kriecht Flüssigkeit längs der Welle und tritt am oberen Ende des Behälters aus. Dies verursacht eine Korrosion des mit der Lösung in Kontakt kommenden Lagers B, und außerdem eine Verschmutzung, da die Lösung aus dem oberen Ende des Behälters um den Schaft herum in unkontrollierbarer Weise herausgedrückt wird. Es ist daher erforderlich, daß die Dichtungselemente X1und X₂ zusammen eine sogenannte "Flüssigkeitsdichtung" bilden.

[0021] Hierbei bildet, während das auf der rotierenden Welle festsitzende Dichtungselement X₁ in enger Berührung mit dem Dichtungselement X₂ rotiert, ein dünner Flüssigkeitsfilm eine Flüssigkeitsdichtung zwischen den beiden Elementen, welche eine direkte Berührung zwischen den beiden Dichtungselementen verhindert und als Schmiermittel zwischen ihnen wirkt.

[0022] Ist jedoch eine instabile Lösung eines Metallsalzes oder -komplexes im Behälter vorhanden, so wurde festgestellt, daß diese Lösung dazu neigt,sich an der Stelle der Flüssigkeitsdichtung zu zersetzen, so daß Metall auf den Oberflächen der beiden Dichtungselemente X₁ und X₂ abgelagert. wird.

[0023] Dies verursacht eine Vergrößerung des Abstandes zwischen den Dichtungsflächen der beiden Elemente und gestattet den Zutritt von mehr Lösung an die Dichtungsstelle, was zur Folge hat, daß nun mehr Metall auf den Dichtungsflächen der beiden Elemente abgelagert wird, bis sie schließlich so weit auseinanderklaffen, daß keine Flüssigkeitsdichtung mehr bewirkt wird und die Flüssigkeit an der Welle entlang fließen kann.

[0024] Bei einem Vergleichsversuch bestand das rotierende Dichtungsflächenelement X₁ aus keramischem Material und das feststehende Dichtungsflächenelement X₂ aus Graphit.

[0025] Bei einem Vorversuch wurde die Zelle nicht mit einer Stromquelle verbunden, jedoch Wasser durch den Behälter V mit einem Druck von 1.01 bar durchgelassen und die Kathode C mit einer Drehzahl von 1000 U./min. in Drehung versetzt. Nach 48 Stunden kontinuierlichem Betrieb wurden keine Flüssigkeitsverluste aus dem Behälter festgestellt.

[0026] Bei einem zweiten Versuch wurde die Zelle ebenfalls nicht mit der Stromquelle verbunden, jedoch wurde eine Kochsalzlösung (lOOg NaCl je Liter) kontinuierlich unter einem Druck von 1.01 bar durch den Behälter gepumpt und die Kathode wiederum mit 1000 U./min. in Drehung versetzt. Wiederum wurde beim Behälter nach 48 Stunden kontinuierlichem Betrieb kein Flüssigkeitsverlust festgestellt, denn Natriumchlorid bildet eine stabile Salzlösung.

[0027] In einem dritten Versuch wurde eine Lösung eingesetzt, deren Zusammensetzung ungefähr derjenigen einer photographischen Fixierlösung entsprach und die je Liter:

0,5 mol Ammoniumthiosulfit

O,1 mol Natriumsulfit

0,2 mol Essigsäure und

0,03 mol Silberbromid

enthielt.Tatsächlich bildet das Silberbromid mit dem Thiosulfit einen instabilen wasserlöslichen Komplex, so daß eine instabile wässerige Silbersalzlösung gebildet wird.

[0028] Die Zelle wurde wiederum nicht an die Stromquelle angeschlossen, jedoch die Fixierlösung unter 1.01 bar Druck durch den Behälter gepumpt und die Kathode mit 1000 U./min. rotiert. Nach drei Stunden Betrieb wurde beobachtet, daß Flüssigkeit aus dem Behälter an der Eintrittsstelle der Welle S in diesen austrat. Der Betrieb wurde unterbrochen und die Dichtungselemente X₁ und X₂ untersucht. Es wurde gefunden, daß auf beiden Elementen Ablagerung von metallischem Silber stattgefunden hatte, welche einen Spalt zwischen den Dichtungsflächen verursachte und damit die Flüssigkeitsdichtung aufgehoben hatte.

[0029] Bei einem vierten Versuch wurde die gleiche Fixierlösung unter den gleichen Bedingungen durch den gleichen Behälter gepumpt, jedoch in diesem Falle die Zelle an eine Stromquelle angeschlossen, wobei jedoch die Leitung W nicht mit dem Dichtungselement X₂ verbunden war. Der Behälter arbeitete dann als eine Elektrolytzelle mit einer Stromdichte von 0,2 A·cm^-2. Jedoch wurde nach zwei Stunden der Austritt von Flüssigkeit aus dem Behälter um die Welle S herum beobachtet. Der Versuch wurde dann unterbrochen und der Behälter geöffnet. Es wurde gefunden, daß sich metallisches Silber auf der Kathode C in Pulverform abgesetzt hatte. Auch wurden Ablagerungen von Silbermetall auf den Dichtungsflächen der beiden Elemente X_l und X₂ .festgestellt.

[0030] Beim fünften Versuch wurde die gleiche Fixierlösung unter den gleichen Bedingungen durch den gleichen Behälter gepumpt und die Zelle an die Stromquelle angeschlossen, aber hierbei die Leitung W mit der Anode A und mit dem elektrisch leitenden Dichtungselement X₂ verbunden. In diesem Falle konnte sogar nach 48 Stunden ununterbrochenem Betrieb kein Flüssigkeitsverlust aus dem Behälter beobachtet werden. Der Versuch wurde dann unterbrochen und der Behälter geöffnet. Wiederum wurde auf der Kathode eine Ablagerung von Silber in Pulverform festgestellt, jedoch kein Niederschlag von Silbermetall oder irgendeiner anderen Ablagerung auf den Flächen der beiden Dichtungselemente X₁ und X₂. In diesem Falle betrug das Potential zwischen dem Dichtungselement X₂ und der Welle 1,5 V.

[0031] Als weiteres elektrisch leitendes Material für das feststehende Dichtungselement X₂ ist nichtrostender Stahl geeignet. Das drehbare Dichtungselement X₁ kann ebenfalls aus Graphit oder nichtrostendem Stahl bestehen. Andere geeignete Herstellungsmaterialien sind Wolframkarbid und Polytetrafluoräthylen. Die bevorzugte Kombination ist Graphit-Graphit.

[0032] In dem zuletzt beschriebenen Versuch stellt der Behälter eine elektrolytische Zelle dar, und der durch die Potentialdifferenz zwischen dem Dichtungselement X₂ und der Kathode erzeugte Strom verursacht,daß sich etwas Silbermetall auf der Kathode ablagert. Wird jedoch das Verfahren nach der Erfindung zum Schutze von Dichtungen in anderen unter Druck stehenden Behältnissen verwendet, in welchen eine Welle sich dreht oder sich hin und her bewegt, _so können die Abmessungen der Gegenelektrode und erforderlichenfalls durch elektrische Abschirmung der elektrisch leitenden Dichtung auch der Stromfluß durch die so gebildete Zelle auf ein Mindestmaß beschränkt werden. Hierdurch wird auch die Menge des auf der Gegenelektrode abgesetzten Metalls sowie etwaige Nebenwirkungen auf die Lösung im Behälter gleichermaßen niedrig gehalten.

Ansprüche

1. Verfahren zur dichten Durchführung einer bewegten Welle (S) durch die Wand eines Behältnisses (V) für eine instabile Lösung eines Metallsalzes oder Komplexes, dadurch gekennzeichnet, dass eine zumindest teilweise aus elektrisch leitendem Material bestehende Dichtung (X) verwendet, im Behältnis (V) eine Gegenelektrode (C) angeordnet und zwischen Dichtung (X) und Gegenelektrode (C) eine elektrische Spannung (U) mit der Dichtung als Anode angelegt wird.

2. Behältnis für eine instabile Lösung eines Metallsalzes oder Komplexes, bei dem eine bewegliche Welle (S) mittels einer Dichtung (X) flüssigkeitsdicht durch eine Behältniswand hindurchgeführt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (X) zumindest teilweise aus elektrisch leitendem Material besteht, dass im Behälter (V) eine Gegenelektrode (C) angeordnet ist und dass ein elektrischer Anschluss (U , U₂) zum Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der Dichtung (X) und der Gegenelektrode (C) vorgesehen ist.

3. Behältnis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung (X) einen feststehenden (X₂) und einen rotierenden Teil (X₁) aufweist, und dass wenigstens der feststehende Teil (X₂) aus dem elektrisch leitenden Material besteht.

4. Behältnis nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Material Graphit ist.

5. Behältnis nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Dichtung als Lippendichtung ausgebildet ist, wobei die Dichtungslippe aus dem elektrisch leitenden Material besteht.

6. Behältnis nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrisch leitende Material Graphit oder rostfreier Stahl ist.

7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die instabile Lösung eine Lösung eines Silbersalzes oder -komplexes ist.

Zeichnung