Verfahren zum elektrolytischen Abscheiden von Metallen aus einem Elektrolysebad

Abstract

 Beschrieben wird ein Verfahren zum elektrolytischen Abscheiden von Metallen aus einem Elektrolysebad, wobei man bei verhältnismäßig geringen Konzentrationen zwischen etwa 5 und 0,01 g Metall pro Liter Elektrolysebad dieses beim Abscheidevorgang mechanischen Schwingungen aussetzt. Die verbleibenden, geringeren Konzentrationen werden anschließend mit Hilfe einer Festbettelektrolyse abgeschieden. Sind höhere Konzentrationen vorhanden, so scheidet man diese vorher mit Hilfe einer Plattenelektrolyse ab, und zwar ohne wesentliche Schwingungserregung des Elektrolysebades.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum elektrolytischen Abscheiden von Metallen aus einem Elektrolysebad, wobei man das Elektrolysebad beim Abscheidevorgang mechanischen Schwingungen aussetzt.

[0002] Metalle werden aus Elektrolysebädern seit langem mit Plattenelektroden abgeschieden, wobei auch die Möglichkeit diskutiert wird, das Elektrolysebad beim Abscheidevorgang mechanischen Schwingungen auszusetzen. Grundlegende Überlegungen zu diesem Themenkreis sind zu finden in der Zeitschrift "Quarterly Reviews", Band 7 (1985), Seite 84 bis 101.

[0003] Ausgehend von diesem Verfahren liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Verfahren so zu führen, daß die Abscheidung der Metalle aus dem Elektrolysebad mit einem besonders guten Wirkungsgrad erfolgt.

[0004] Zur Lösung dieser Aufgabe ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß man ein Elektrolysebad mit einer Konzentration zwischen etwa 5 und 0,01 g Metall pro Liter Elektrolysebad beim Abscheidevorgang den mechanischen Schwingungen aussetzt.

[0005] Überraschenderweise wurde gefunden, daß gerade zwischen diesen Grenzwerten mit besonderem Vorteil eine sogenannte Vibratorzelle für den Abscheidevorgang eingesetzt werden kann, bei der man also das Elektrolysebad den erwähnten mechanischen Schwingungen aussetzt. Bei höheren Konzentrationen fällt der Wirkungsgrad des Abscheidevorganges bei Verwendung ! einer solchen Vibratorzelle überraschenderweise wieder ab. Für dieses Phänomen gibt es im Augenblick keine be-

[0006] friedigende Erklärung. Bei geringeren Konzentrationen des Elektrolysebades sinkt wiederum die Stromausbeute der Vibratorzelle und hier wird man wiederum ein anderes Abscheideverfahren anwenden, nämlich die Festbettelektrolyse.

[0007] Die genauen Grenzen der Konzentration des Elektrolysebades wird man den jeweiligen Verhältnissen anpassen, insbesondere der Art des abzuscheidenden Metalls. Versuche haben ergeben, daß man bei abzuscheidendem Kupfer besonders gute Ergebnisse erzielt, wenn die Konzentration des Elektrolysebades zwischen etwa 3 und 0,02 g Metall pro Liter Elektrolysebad liegt.

[0008] Die Einbringung der Schwingungsenergie ist nicht kritisch. Bei den erwähnten Versuchen wurden Elektroschwinger mit einer Frequenz von 60 Hz verwendet. Man kann aber sicherlich auch Schwinger mit geringeren oder höheren Frequenzen mit Vorteil einsetzen.

[0009] Eine wichtige Ausgestaltung der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß man das Elektrolysebad anschließend mittels Festbettelektrolyse behandelt. Bei diesen geringeren Konzentrationen, also kleiner als etwa 0,02 oder 0,01 g Metall pro Liter Elektrolysebad, treten, bedingt durch diese relativ niedrigen Konzentrationen, keine störenden Gasbläschen mehr an der Granulatzelle auf, die den Wirkungsgrad des Abscheidevorganges dort verringern würden.

[0010] Sofern ein Bad mit relativ hoher Konzentration behandelt werden soll, so wird man den hohen Bereich der Konzentrati bis zum Einsetzen der erwähnten Vibratorzelle mit Hilfe einer Plattenelektrolyse, d.h. ohne wesentliche Schwingungserregung, behandeln. Diese herkömmliche Plattenelektrolyse zeichnet sich im Bereich der hohen Konzentrationen durch einen besonders guten Wirkungsgrad aus.

[0011] Die Erfindung wird im folgenden anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert, aus dem sich weitere wichtige Merkmale ergeben. Die Figur zeigt ein Diagramm, wobei über der in Stunden gemessenen Betriebszeit die Konzentration des Elektrolysebades, gemessen in Milligramm Kupfer pro Liter Elektrolysebad, aufgetragen ist. Gleichzeitig ist rechts in der Figur die jeweilige Stromausbeute in Prozent angegeben. Über der Betriebszeit ist fernerhin angedeutet, durch welches der vorstehend beschriebenen Verfahren in vorteilhafter Weise die Abscheidung durchgeführt werden soll.

[0012] Es handelt sich um bei einem Großversuch gewonnene Werte. Der Badinhalt betrug dabei 4.000 Liter. Die Spannung lag zwischen 9 und 10 Volt. Der Strom betrug 600 bis 400 Ampere. Die maximale Stromdichte betrug 3 Ampere pro Quadratdezimeter. Das Elektrolysebad enthielt Kupfer, und zwar anfänglich knapp 20 g Kupfer pro Liter Elektrolysebad.

[0013] Die Kurve 1 erläutert die erzielte Abreicherung bzw. Ausscheidung des Kupfers aus dem Bad über der Betriebszeit, und zwar bei den drei vorstehend erläuterten Verfahren, nämlich Plattenelektrolyse, Vibratorzelle und Festbettelektrolyse. Es zeigt sich, daß die Plattenelektrolyse bis zu einem Punkt 2 der Kurve 1 sinnvoll ist. Dieser Punkt 2 liegt bei etwa 3 g Kupfer pro Liter Elektrolysebad.

[0014] In dem daran anschließenden Teil wird die erfindungsgemäße Vibratorzelle eingesetzt, und zwar bis zu einer Konzentration von etwa 25 mg Kupfer pro Liter Elektrolysebad. Dies wird durch den Punkt 3 der Kurve 1 angedeutet.

[0015] Anschließend, d.h. zur Abscheidung der verbleibenden und relativ geringen Konzentrationen, verwendet man eine Festbettelektrolysezelle. Die Kurve 1 zeigt außerdem, daß der Versuch bei einer verbleibenden Konzentration von etwa 5,5 mg Kupfer pro Liter Elektrolysebad abgebrochen wurde. Die Abscheidung läßt sich zwar weiter durchführen, jedoch mit keinem praktisch mehr vertretbaren Aufwand, insbesondere an Betriebszeit.

[0016] Die Abszisse der Figur erläutert weiterhin, daß der Bereich links von Punkt 2 der Kurve 1, d.h. das Einsatzgebiet der Plattenelektrolyse, bei dem erläuterten Beispiel knapp 240 Stunden war. Die Betriebszeit der Vibratorzelle schloß sich daran an bis zur Betriebszeit von etwa 360 Stunden. Daran wiederum schloß sich die Betriebszeit der Festbettelektrolysezelle an, die nach einer Betriebszeit von etwa 570 Stunden abgebrochen wurde.

[0017] Außerdem sind in der Figur die Stromausbeuten der drei erläuterten Betriebsarten aufgetragen. Die Stromausbeute der Plattenzelle zeigt die Kurve 4. Daraus ergibt sich zusammen mit der Kurve 1 und der zugehörenden Legende, daß die Stromausbeute bei Annäherung an den Punkt 2 steil abfiel und beim Punkt 2 etwa 20 % erreichte. Hätte man die Plattenelektrolyse weiter durchgeführt, so wäre schon etwa beim Schnittpunkt der beiden Kurven 1, 4 eine Stromausbeute nahe 0 % erreicht worden. Dies belegt sehr augenfällig, daß die Plattenelektrolyse ihre Einsatzgrenzen hat.

[0018] Der Pfeil 5 erläutert die Stromausbeute der erfindungsgemäßen Vibratorzelle, die bei etwa 75 % anfängt und bis etwa 50 % reicht.

[0019] Der Pfeil 6 schließlich erläutert die Stromausbeute der Festbettelektrolyse, die bei etwa 40 % beginnt und bis etwa 30 % reicht.

[0020] Die Prozentzahlen der Stromausbeute sind rechts in der Figur neben den Kurven 4, 5, 6 angegeben.

[0021] Bei dem beschriebenen Versuch waren in einem Badinhalt von 4.000 Litern knapp 20 g Kupfer pro Liter gelöst, d.h. insgesamt knapp 80 kg Kupfer. Die in der Figur angegebenen Zahlen erläutern diesbezüglich, daß mit Hilfe der Plattenelektrolyse 58,4 kg Kupfer abgeschieden wurden. Mit Hilfe der Vibratorzelle wurden 11,9 kg Kupfer angeschieden und mit Hilfe der Festbettelektrolyse wurde der Restgehalt an Kupfer bis auf einen Rest von 100 g abgeschieden. Dies ist bei einem Badinhalt von 4.000 Litern sehr wenig.

[0022] Ein Vergleichsversuch ohne die erfindungsgemäße Vibratorzelle, bei dem also die Plattenelektrolyse bis zum Punkt 7 geführt wurde und sich daran die Festbettelektrolyse anschloß, ergab bei der Plattenelektrolyse eine abgeschiedene Kupfermenge von 70 kg, während nach Beendigung der Festbettelektrolyse ein Restgehalt von 400 g Kupfer im Bad verblieb. Verglichen mit dem erfindungsgemäßen Verfahren war also der Restgehalt des Kupfers etwa viermal höher und dies wurde mit einem fühlbar höheren Einsatz an elektrischer Energie erreicht. Dies belegt sehr augefällig die Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Ansprüche

1. Verfahren zum elektrolytischen Abscheiden von Metallen aus einem Elektrolysebad, wobei man das Elektrolysebad beim Abscheidevergang mechanischen Schwingungen aussetzt,
dadurch gekennzeichnet,
daß man ein Elektrolysebad mit einer Konzentration zwischen etwa 5 und 0,01 g Metall pro Liter Elektrolysebad beim Abscheidevorgang den mechanischen Schwingungen aussetzt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Konzentration des Elektrolysebades zwischen etwa 3 und 0,02 g Metall pro Liter Elektrolysebad liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß man das Elektrolysebad anschließend mittels Festbettelektrolyse behandelt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet,
daß höhere Konzentrationen des Elektrolysebades mit Hilfe einer Plattenelektrolyse, ohne wesentliche Schwingungserregung, behandelt werden.

Zeichnung