DE19940698A1 - Elektrolyseanlage für die Metallgewinnung - Google Patents

Abstract

Zur Elektrolyseanlage gehört ein Elektrolytbehälter zur Aufnahme eines Elektrolytbades mit zwei am Rand des Behälters angeordneten Stromschienen mit Anschlüssen an eine Gleichstromquelle. Es gibt mehrere, als Kathoden oder Anoden dienende Elektroden aus Metall, wobei jede Elektrode eine horizontale Tragstange und eine in das Elektrolytbad eintauchende Elektrodenfläche aufweist. Die Elektroden liegen beim Elektrolysebetrieb mit ihrer Tragstange im Bereich eines Berührungskontakts zur Stromübertragung auf einer der Stromschienen auf. Der Berührungskontakt zwischen der Tragstange und der zugehörigen Stromschiene erfolgt bei mindestens einigen der Elektroden entlang mindestens einer geraden, horizontalen Kontaktlinie, deren Länge 10 bis 500 mm beträgt, wobei eine der beiden sich berührenden Metallflächen einen Winkel x, gemessen gegen die Horizontale, von 30 bis 80 bildet. Die Breite des Berührungskontakts, senkrecht zur Kontaktlinie gemessen, beträgt 0,2 bis 4 mm.

Description

Beschreibung

Die Erfindung betrifft eine Elektrolyseanlage für die Metallgewinnung, mit einem Elektrolytbehälter zur Aufnahme eines Elektrolytbades, mit zwei am Rand des Behälters angeordneten Stromschienen aus Metall mit Anschlüssen an eine Gleichstromquelle, mit mehreren, als Kathoden oder Anoden dienenden Elektroden aus Metall, wobei jede Elektrode eine horizontale Tragstange und eine in das Elektrolytbad eintauchende Elektrodenfläche aufweist und wobei die Elektroden beim Elektrolysebetrieb mit ihrer Tragstange im Bereich eines Berührungskontakts zur Stromübertragung auf einer der Stromschienen aufliegen.

Elektrolysenanlagen dieser Art sind aus dem US-Patent 4 035 280 und aus EP-A-0 121 509 bekannt. Hierbei weisen die Tragstangen V-förmige Kerben auf, deren gerade Außenkanten im Bereich eines Berührungskontakts auf kegelstumpfförmigen Flächen der Stromschiene aufliegen. Dadurch weist jeder Berührungskontakt vier Berührungspunkte auf, an denen der Stromübergang erfolgt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen auch für hohe Ströme geeigneten Berührungskontakt zwischen Stromschiene und Tragstange zu schaffen. Gleichzeitig sollen die dafür nötigen Anlagenteile einfach herstellbar und verschleißarm sein. Erfindungsgemäß gelingt dies bei der eingangs genannten Elektrolyseanlage dadurch, daß der Berührungskontakt zwischen der Tragstange und der zugehörigen Stromschiene bei mindestens einigen der Elektroden entlang mindestens einer geraden, horizontalen Kontaktlinie erfolgt, deren Länge 10 bis 500 mm beträgt, daß eine der beiden sich berührenden Metallflächen einen Winkel x, gemessen gegen die Horizontale, von 30 bis 80° bildet und daß die Breite des Berührungskontakts, senkrecht zur Kontaktlinie gemessen, 0,2 bis 4 mm beträgt.

Der erfindungsgemäße Berührungskontakt ist so ausgebildet, daß entlang der horizontalen Kontaktlinie nicht nur eine vertikale sondern auch eine horizontale Kraftkomponente wirkt. Dadurch wird der Übergangswiderstand für den Stromfluß minimiert, auch dann, wenn sich im Kontaktbereich störende Beläge bilden können. Insbesondere dann, wenn die Elektrolyseanlage mit hohen Strömen betrieben wird, wird die Länge einer Kontaktlinie mindestens 20 mm betragen. Die erfindungsgemäße Ausbildung der Kontaktfläche kann für die Kathoden und/oder die Anoden erfolgen, dabei empfielt es sich, nicht nur einige, sondern alle Berührungskontakte demgemäß auszubilden.

Eine Ausgestaltungsmöglichkeit der Berührungskontakte besteht darin, daß mindestens eine Stromschiene rinnenförmig mit mindestens einer schrägen Wand ausgebildet ist und daß die Kontaktlinien der zugeordneten Elektroden entlang der schrägen Wand verlaufen. Eine rinnenförmige Stromschiene ist einfach herstellbar, gleichzeitig kann die Rinne zum Führen von Kühlflüssigkeit und/oder Reinigungsflüssigkeit verwendet werden. Es kann sich empfehlen, mindestens eine Stromschiene rinnenförmig mit zwei schrägen Wänden auszubilden, so daß sich eine Tragstange auf der Stromschiene entlang zweier Kontaktlinien abstützt.

Eine einfache Variante besteht darin, daß mindestens eine Stromschiene als horizontale Stange mit einer Stützkante ausgebildet ist, daß der Behälter auf dem der Stromschiene gegenüberliegenden Rand mindestens eine stromlose Gegenstütze aufweist und daß mindestens eine der Tragstangen einen stromleitenden Kopf mit schräger Kontaktfläche aufweist, der beim Elektrolysebetrieb die Stützkante berührt. Auch hierbei bildet die schräge Fläche gegen die Horizontale einen Winkel x von 30 bis 80°.

Eine weitere Möglichkeit ist, mindestens eine Stromschiene zahnstangenartig mit Eintiefungen zur Aufnahme von Tragstangen und zur Ausbildung von Berührungskontakten mit zwei Kontakt­ linien pro Tragstange auszubilden. Die rinnenartigen Eintiefungen verlaufen hierbei parallel zur Tragstange und ergeben ebenfalls eine einfache Ausführungsform jeder Stromschiene. Gleichzeitig stellen die Eintiefungen eine vorgegebene Positionierung für die Elektroden dar.

Ausgestaltungsmöglichkeiten der Elektrolyseanlage werden mit Hilfe der Zeichnung erläutert. Es zeigt:

Fig. 1 eine Elektrolyseanlage in perspektivischer, schematischer Darstellung,

Fig. 2 einen Schnitt nach der Linie II-II durch die Anlage der Fig. 1,

Fig. 3 das Zusammenwirken einer Tragstange mit einer Stromschiene in gegenüber Fig. 2 vergrößerter Darstellung,

Fig. 4 eine modifizierte Version der Fig. 3,

Fig. 5 eine zahnstangenartig ausgebildete Stromschiene in perspektivischer Darstellung,

Fig. 6 einen Schnitt nach der Linie VI-VI in Fig. 5 und Fig. 7,

Fig. 7 einen Schnitt nach der Linie VII-VII in Fig. 5 und Fig. 6,

Fig. 8 eine weitere Variante mit rinnenartiger Stromschiene in zu Fig. 2 analoger Darstellung und,

Fig. 9 eine Variante mit einer Stromschiene mit rechteckigem Querschnitt in zu Fig. 2 analoger Darstellung.

Der Elektrolysebehälter (1) der Fig. 1 weist einen Zulauf (2) für den Elektrolyten und einen Ablauf (3) auf. Im Elektro­ lysebetrieb hängen im Behälter (1) im nicht dargestellten Elektrolytbad hintereinander abwechselnd zahlreiche Kathoden und Anoden, wobei in Fig. 1 der besseren Übersichtlichkeit wegen nur eine Kathode (4) und eine Anode (5) dargestellt sind. Die Stromzuführung erfolgt über Stromschienen (6) und (7), wobei die Elektroden mit ihren Tragstangen (8) auf der zugehörigen Schiene aufliegen und der Stromübergang im Berührungsbereich erfolgt. Zur Kathode (4) gehört eine stromlose Stützschiene (16) und zur Anode (5) gehört die stromlose Stützschiene (17). Die Schienen sind mit den Rändern des Behälters (1) befestigt, wie das in Fig. 1 und 2 dargestellt ist.

Jede Tragstange (8) stützt sich einerseits auf der dazu­ gehörigen Stromschiene (6) und der gegenüberliegenden, zugehörigen Stützschiene (16) ab, vergleiche auch Fig. 2. Mit jeder Tragstange (8) ist eine Elektrodenfläche (9) leitend verbunden, auf welche sich im Falle der Kathode das zu gewinnende Metall, z. B Kupfer, Zink, Nickel oder Kobalt abscheidet.

Wie am deutlichsten aus Fig. 3 hervorgeht, weist die Tragstange (8) an einem Ende einen quaderförmigen Metallklotz (8b) auf, mit dem sie elektrisch leitend verbunden ist. Der Klotz (8b), der hier auch "Kopf" genannt wird, kann z. B. aus Kupfer oder einer Kupferlegierung gefertigt sein, damit er den Strom gut leitet. Der Klotz (8b) sitzt in der Stromschiene (6), die eine längsverlaufende Rinne (11) mit schrägen Wänden (11a) und (11b) sowie einen Boden (11c) aufweist. Gegen die Horizontale bilden die Wände (11a) und (11b) einen Winkel (x) von 30 bis 80°. Der Klotz (8b) berührt mit seinen unteren, horizontalen Kanten (12a) und (12b) jeweils eine der schrägen Wände (11a) und (11b) entlang einer horizontalen, geraden Linie (Kontaktlinie), deren Länge durch die Maße des Klotzes bestimmt ist. Die Kontakt­ linienlänge liegt im Bereich von 10 bis 500 mm und vorzugsweise beträgt sie mindestens 20 mm. Die Breite des Berührungskontakts entlang der Kontaktlinie, senkrecht zur Kontaktlinie gemessen, ist relativ klein und liegt im Bereich von 0,2 bis 4 mm. Durch das Gewicht der Elektrode kommt diese Kontaktbreite zustande, weil die Kanten (12a) und (12b) nicht ideal scharfkantig sind und sich ein wenig in die Wände (11a) und (11b) der Stromschiene (6) eindrücken. Die Stromschiene besteht üblicherweise aus Kupfer oder einer Kupferlegierung, damit sie bei ausreichender Festigkeit den Strom genügend gut leitet. Zur Erhöhen der Festigkeit der Schiene kann dem Kupfer z. B. Zirkon zugegeben sein.

Die Rinne (11) kann auch zur Aufnahme einer Kühl- oder Reinigungsflüssigkeit dienen. Zu diesem Zweck kann es nützlich sein, den Boden (11c) der Rinne mit eingetieften Rillen (14) zu versehen, wie das in Fig. 3 dargestellt ist. Diese Rillen (14) sorgen für eine möglichst gleichmäßige Verteilung der Flüssigkeit über dem Boden (11c), doch sind sie nicht unbedingt erforderlich, um eine Flüssigkeit durch die Rinne (11) zu führen.

Bei der Variante der Fig. 4 ist der Kontaktkopf (8b) nicht mit eckigen Kanten sondern mit zylinderartig abgerundeten Flächen (12c) und (12d) ausgebildet, welche die Wände (11a) und (11b) der Schiene (6) entlang horizontaler Kontaktlinien berühren. Die berührende Fläche entlang der Linien wird dadurch gegenüber den eckigen Kanten (12a) und (12b) der Fig. 3 etwas Verbreitert.

Bei der Variante gemäß Fig. 5 bis 7 ist eine der beiden Stromschienen (6) oder (7) oder es sind beide Schienen zahnstangenartig ausgebildet und mit Eintiefungen (20) versehen. Die Eintiefungen (20) etwa in der Art von Kerben weisen schräge Wände (20a) und (20b) auf, die gegen die Horizontale einen spitzen Winkel von 30 bis 80° bilden. Zu jeder Eintiefung (20) gehört eine Tragstange (8) einer Elektrode und die Tragstange, die in Fig. 5 der besten Übersichtlichkeit wegen weggelassen wurde, weist einen in der Eintiefung sitzenden Metallklotz (8b) auf, der gemäß Fig. 6 und 7 Quaderform hat. Der Klotz ist elektrisch leitend mit der Tragstange (8) verbunden und er stützt sich mit seinen unteren Längskanten (12a) und (12b) jeweils auf einer der beiden schrägen Wände (20a) und (20b) ab. Dadurch wird eine relativ schmale Kontaktlinie entlang der Wände gebildet, deren senkrecht zur Linie gemessene Breite mindestens 0,2 mm beträgt. Gegenüber der Stromschiene stützt sich jede Tragstange (8) auf einer Stützschiene (16) ab, wie das z. B. zusammen mit Fig. 1 erläutert wurde. Abweichend von Fig. 6 kann man auf die eckigen Unterkanten des Klotzes (8b) auch verzichten und zylinderähnlich abgerundete Berührungsflächen vorsehen, wie das ähnlich schon zusammen mit Fig. 4 erläutert wurde.

Wenn jede Elektrode und ihre zugehörige Tragstange (8) den Strom von einer Sromschiene nur entlang einer einzigen Kontaktlinie übernimmt, bieten sich Ausgestaltungsmöglichkeiten an, wie sie in Fig. 8 und Fig. 9 dargestellt sind. Gemäß Fig. 8 berührt der Kontaktkopf (8b) der Tragstange (8) nur die schräge Wand (11a) entlang einer horizontalen Kontaktlinie. Auch hier ist die Stromschiene (6) und auch die Stromschiene (7) als Rinne geformt, durch die man Flüssigkeit zum Reinigen und/oder Kühlen führen kann. Durch den Anschlag (8a) wird die Tragstange auf der Stützschiene (16) ausreichend abgestützt und gehalten, so daß die Elektrode im Behälter (1) fixiert ist.

Gemäß Fig. 9 weist die Tragstange (8) einen Kontaktkopf (18) mit einer nach unten gerichteten schrägen Stützfläche (18a) auf. Diese Stützfläche berührt eine obere Längskante der als Stange ausgebildeten Stromschiene (7), wobei sich ebenfalls wieder eine horizontale Kontaktlinie ergibt. Auf der gegenüberliegenden Seite stützt sich die Tragstange ebenfalls mit einer schrägen Fläche (18b) gegen die Stützschiene (17). Im Übrigen ist die Elektrolyseanordnung die gleiche wie bereits zusammen mit Fig. 1 erläutert. Es ist ersichtlich, daß die Kante der Stromschiene, welche den Kontaktkopf berührt, auch mehr oder weniger abgerundet sein kann.

Claims (5)

1. Elektrolyseanlage für die Metallgewinnung, mit einem Elektrolytbehälter zur Aufnahme eines Elektrolytbades, mit zwei am Rand des Behälters angeordneten Stromschienen aus Metall mit Anschlüssen an eine Gleichstromquelle, mit mehreren, als Kathoden oder Anoden dienenden Elektroden aus Metall, wobei jede Elektrode eine horizontale Tragstange und eine in das Elektrolytbad eintauchende Elektrodenfläche aufweist und wobei die Elektroden beim Elektrolysebetrieb mit ihrer Tragstange im Bereich eines Berührungskontakts zur Stromübertragung auf einer der Stromschienen aufliegen, dadurch gekennzeichnet, daß der Berührungskontakt zwischen der Tragstange und der zugehörigen Stromschiene bei mindestens einigen der Elektroden entlang mindestens einer geraden, horizontalen Kontaktlinie erfolgt, deren Länge 10 bis 500 mm beträgt, daß eine der beiden sich berührenden Metallflächen einen Winkel x, gemessen gegen die Horizontale, von 30 bis 80° bildet, und daß die Breite des Berührungskontakts, senkrecht zur Kontaktlinie gemessen, 0,2 bis 4 mm beträgt.

2. Elektrolyseanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Stromschiene rinnenförmig mit mindestens einer schrägen Wand ausgebildet ist und daß die Kontaktlinien der zugeordneten Elektroden entlang der schrägen Wand verlaufen.

3. Elektrolyseanlage nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Stromschiene rinnenförmig mit zwei schrägen Wänden ausgebildet ist und daß sich eine Tragstange auf der Stromschiene mit zwei Kontaktlinien abstützt.

4. Elektrolyseanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Stromschiene zahnstangenartig mit Eintiefungen zur Aufnahme von Tragstangen und zur Ausbildung von Berührungskontakten mit zwei Kontaktlinien pro Tragstange ausgebildet ist.

5. Elektrolyseanlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Stromschiene als horizontale Stange mit einer Stützkante ausgebildet ist, daß der Behälter auf dem der Stromschiene gegenüberliegenden Rand mindestens eine stromlose Gegenstütze aufweist und daß mindestens eine der Tragstangen einen stromleitenden Kopf mit schräger Kontaktfläche aufweist, der beim Elektrolysebetrieb die Stützkante berührt.