DE109971C - - Google Patents

Description

KAISERLICHES

PATENTAMT.

Vorliegende Erfindung betrifft eine Neuerung bei elektrolytischen Prozessen, bei denen in einer neutralen Salzlösung die Anode ohne Sauerstoff- bezw. Gaspolarisation gelöst wird, das Anodenmetall aber nicht zur Kathode wandert, sondern unterwegs als unlösliches Salz oder Oxyd gefällt wird, die Kathode daher in ihrer ursprünglichen Beschaffenheit bestehen bleibt.

Die Neuerung besteht darin, dafs man durch zweckmäfsige Wahl der Kathode, deren Material in dem erwähnten Specialfalle für den elektrolytischen Prozefs an sich gleichgültig ist, die Badspannung erheblich herabdrückt.

Man hat .für elektrolytische Prozesse im Allgemeinen bereits substanziell verschiedene Elektroden benutzt. Man hat z. B. in der Patentschrift 68834 vorgeschlagen, als Anode z. B. Quecksilber, Silber oder Blei und als Kathode Zink zu verwenden.

Die Wahl des Zinks als Kathodenmetall erklärt sich aber in diesem Falle ganz einfach daraus, dafs der Elektrolyt Zinkchlorid ist. Bei Verwendung irgend eines anderen Metalles würde das Kathodenmetall sehr bald nach dem Stromschlufs mit einem Zinküberzug versehen sein. Somit würde es bei dem fraglichen Verfahren gar keinen Zweck haben, ein anderes Kathodenmetall als Zink zu verwenden.

In allen derartigen Fällen, wo die Kathode infolge der Elektrolyse mit einem Metallüberzug versehen wird, und ebenso in den Fällen, wo die Anode nicht gelöst wird, also Sauerstoff- oder Gaspolarisation auftritt, gegen welche der Einflufs der Spannungsverringerung durch die Kathodenwahl verschwindet, ist es von vornherein ausgeschlossen, dafs man durch geeignete Wahl des Kathodenmetalles die Badspannung irgendwie erheblich verringern kann.

Kupferkathoden sind für die Bleiweifsgewinnung von Brown vorgeschlagen worden (Elektrochemische Zeitschrift Bd. 3, S. 74). Hierbei wurde jedoch der Elektrolyt nicht constant gehalten. Es wird ferner nicht, wie nach der vorliegenden Erfindung, ein unlösliches Product, sondern salpetersaures Blei und Natronlauge erzeugt. Für die Wahl des Kupfers als Kathode ist seine Unangreifbarkeit durch die Natronlauge mafsgebend gewesen.

Das »Constantbleiben« des Elektrolyten ist so zu verstehen, dafs in chemischer Beziehung; während des Durchganges des Stromes an dem' Elektrolyten nichts geändert wird. Ist der Elektrolyt z. B. Na₂ SO₄, so wird er zwar in. die Jonen 2 Na und ,S O₄ gespalten; dieselben vereinigen sich jedoch wieder sofort zu Na₂ und S O₄, nachdem das S O₄ Jon das Anodenmetall gelöst und die Na Jonen Na 0 H gebildet und das gelöste Mefallhydroxyd ausgefällt haben. Der Elektrolyt bleibt also immer Na₂SO₄^, da die Metallausfäüung bei richtig geleitetem Prozefs so vor sich geht, dafs zu keiner Zeit im Elektrolyten Metall in Lösung nachgewiesen werden kann. Dies ist für den Fall der Oxyddarstellung; der Elektrolyt bleibt hierbei von selbst constant.

Sollen unlösliche Salze dargestellt werden, so ist dem Elektrolyten noch ein Fä'llungssalz

beizugeben, dessen Sä'urerest mit dem Metalloxyd sich verbindet. In diesem Falle ist für Constanz des Elektrolyten durch neue Zufuhr eines Theiles zu sorgen, indem das den Säurerest abgebende Salz ständig regenerirt wird.

In beiden Fällen mufs aufserdem das zersetzte Wasser neu zugefügt werden.

Dahingegen kann man bei denjenigen elektrolytischen Prozessen, bei denen das Kathodenmetall für das beabsichtigte Product gleichgültig ist, die als Elektrolyt dienende Alkalilösung während der Elektrolyse constant bleibt, die Anode zwar gelöst wird, aber deren Bestandtheile nicht zur Kathode wandern, sondern unterwegs als Oxyde oder unlösliche Salze ausgefällt werden, die Kathode daher in ihrer ursprünglichen Beschaffenheit bestehen bleibt, durch geeignete Anwendung einer von der Anode verschiedenen Kathode infolge der verminderten Badspannung einen erheblichen technischen Vortheil erzielen, wie dies aus folgenden Versuchsresultaten, deren Zahlen für die Zwecke der Praxis genügend genau sind, unzweideutig hervorgeht.

Bei einem Elektrodenabstand von 1,5 bis 2 cm ergaben sich bei äufserer Stromzuführung folgende Spannungen zwischen den angegebenen Elektroden:

A. Bei Verwendung von i5proc. Na	,1
triumchloratlösung als Elektrolyt.
r. Anode Kathode	,2
	,25
Aluminium zu Kobalt 0,8	,35
- Blei
- Nickel	1,4
- Antimon	[,6
- Gold
- Kupfer	,9
- Silber	2,2.
- Eisen
- Cadmium	1,4
- Wismuth	,6
- Zinn	t ?75
- Zink	,8
- Aluminium :	,8
2. Anode Kathode	,8
Kupfer zu Eisen	1,8
- Kobalt	2,05
- Nickel
- Kupfer	2,2
- Gold	2,2
- Silber	2,2
- Antimon
- Zink :
- Wismuth
- Blei
- Cadmium
- Aluminium
- Zinn

3-

Anode	Kathode	0,1
Zink	zu Eisen	0,7
-	- Nickel	0,8
-	- Gold	0,8
-	- Antimon	0,9
-	- Silber	1,0
-	- Kupfer '	1,0
-	- Kobalt
-	- Zink	I,'
-	- Cadmium	1J2
	- Blei	1,2
-	- Wismuth	1,3
-	- Zinn	1,4.
-	- Aluminium
Anode	Kathode	0,2
Cadmium	zu Eisen	0,2
-	- Kobalt	0,4
-	- Zinn	0,5
-	- Nickel	0,9
-	- Kupfer	0,9
-	- Zink	0,9
-	- Antimon	I,o
	- Blei	1,2
_	- Wismuth	1,3
	- Aluminium	1,7
-	- Gold	1,8
_	- Silber	1,8.
-	- Cadmium
Anode	Kathode	0,8
Zinn	zu Eisen	1,2
_	- Gold	1,2
-	- Kobalt	1,3
-	- Nickel
_	- Cadmium
-	- Blei
-	- Silber
-	- Kupfer
-	- Wismuth
-	- Zink
-	- Zinn
-	- Antimon
-	- Aluminium	,3
Anode	Kathode	,3
Blei	zu Eisen	,4
_ ■	- Nickel	[,4
-	- Kobalt	,4
_	- Silber	,5
-	- Gold	,7
-	- Antimon	,7
-	- Kupfer	,8.
-	- Zink
-	- Aluminium	0,6
-	- Blei	r,i
_	- Wismuth	1,15
-	- Cadmium	1,2
-	- Zinn	1,25
	1,3
	1,35
1,4
1,45
1,6
1,6
1,6
,65

Anode	•	_	Kathode	O	!,7	B. Bei Verwendung von 26 proc. Na	■	Kathode	,°
Antimon	_	zu Wismuth	1,8	triumchloridlösung als Elektrolyt.	14. Anode	zu Kupfer c	j°
_		- Cadmium	2,2	12. Anode	Zink	- Eisen c	,°
		- Antimon	2,2	Aluminium		- Nickel c	>°
		- Eisen	2,2	-	-	- Zink c	1J1
_		- Zinn	2,3	-		- Gold c	I ,1.
_	_	- Kupfer	2,4		_
_		- Gold	2,55	-	-	),I
-	Anode	- Nickel	2,55	-	_	),2	1,1
		- Zink	2,6	-	-	>,5	1,3
	Eisen	- Silber	2,6	-	_	),5	1,4
_	zeigt starke Sauerstoff	- Blei	2,7	-	_	>,6	1,4
_	entwickelung.	- Kobalt	2,7·	-		- Antimon 0,7	1,4
_		- Aluminium		-	-	- Silber 0,9	1,4
	Anode			_	15. Anode	- Blei	1,5
				_	Cadmium	- Zinn ι	1,6
Anode	Nickel	Kathode	0,2		-	- Cadmium	1,6
Wismuth	zeigt starke	zu Eisen	0,2	13. Anode	-	- Aluminium	!,7
	Sauerstoff	- Kobalt	0,2	Kupfer	-	- Kobalt	',7
	entwickelung.	- Nickel	0,3	-	-	- Wismuth	1,7
_		- Zinn	0,6	-	-		1,8.
_	Anode	- Kupfer	0,9	-	-	Kathode
Kobalt	- Gold	0,9	-	-	zu Eisen	O ι
_	- Zink	0,9	-	-	- Kobalt	O ι
_	- Blei	0,9	-	-	- Antimon	0,15 0,2
-	- Antimon		-	_	- Nickel	0,2
-	- Silber	I,Ό	-	-	- Kupfer	0,2
_	- Cadmium	1,3	-		- Silber	0,2
_	- Wismuth	1,4.	-	- Gold	0,3
_	- Aluminium		-	- Zink	0,5
_			- Cadmium	0,6
	Kathode		- Blei	0,7
_			- Aluminium	0,8
	—		- Wismuth	3,8.
_			- Zinn
		Kathode	I
		zu Eisen	1,1
Kathode		- Antimon	1,2
		- Kupfer - Nickel	1,2
—		- Zink	1,2
		- Kobalt	1,3
		- Aluminium	1,3
		- Cadmium	1,4
		- Gold	1,45
Kathode	Ι,ο	- Wismuth	1,5
zu Eisen	IjI5	- Blei	1,6
- Zink	1,3	- Silber	1,6
- Kobalt	1,4	- Zinn (	1,7·
- Kupfer	-1,5	Kathode
- Gold	1,5	zu Blei
- Blei	1,5	- Eisen
- Antimon	1,5	- Gold
- Cadmium	1,6	- Kupfer
- Nickel	1,6	- Kobalt
- Zinn	1,6	- Antimon
- Wismuth	1,65	- Nickel
- Silber	2,0.	- Silber
- Aluminium	- Zink
- Cadmium
- Aluminium
- Wismuth
- Zinn

i6. Anode Kathode

Zinn zu Eisen 0,9

- Zink

- Blei

- Kobalt

- Gold

- Kupfer

- Antimon

- Silber

- Nickel

- Aluminium

- Cadmium 1,2

- Wismuth 1,3

- Zinn 1,5.

17. Anode

Blei

zeigt starke Chlorentwickelung.

Anode
Antimon

Anode
Wismuth

Anode
Eisen

Kathode

Kathode

zu Gold 1,3

- Cadmium 1,4

- Silber 1,5

- Wismuth 1,65

- Antimon 2,2

- Zinn 2,5

- Eisen 2,6

- Kobalt 2,6

- Nickel 2,7

- Kupfer 2,7

- Zink 2,7

- Aluminium 3,1

- Blei 5.

Kathode

zu Blei 0,05

- Eisen 0,1

- Gold 0,2

- Kupfer 0,2

- Nickel 0,3

- Kobalt 0,3

- Zinn 0,4

- Antimon 0,4

- Cadmium 0,4

- Silber 0,5

- Zink 0,5

- Wismuth 1,1

- Aluminium 1,1.

Kathode

zu Nickel 1,0

- Kobalt 1,0

- Silber 1,1

- Eisen 1,1

- Antimon 1,1

- Gold 1,2

- Kupfer 1,2

- Zink 1,3

- Aluminium 1,3

Eisen

Anode
Nickel

Anode
Kobalt

zu Wismuth	1,4
- Cadmium	1,4
- Blei	1,5
- Zinn	1,6
Kathode
zu Zinn	I,1
- Gold
- Kobalt	1,2
- Silber	1,3
- Cadmium	1,3
- Eisen	',4
- Blei	1,4
- Antimon	1,4
- Nickel	',5
- Kupfer	1,6
- Zink	1,6
- Wismuth	1,6
- Aluminium	1,75
Kathode
zu Blei (	3,6
- Eisen	[,0
- Nickel	,1
- Kupfer
- Gold	52
- Zink	1,2
- Zinn	,2
- Kobalt	,2
- Antimon	,3
- Silber	,35
- Wismuth	,4
- Cadmium	,4
- Aluminium	,7·

Aus vorstehenden Tabellen ergiebt sich das Wesen und die Bedeutung vorliegender Erfindung ohne Weiteres.

Wie die Kathode in bestimmten Fällen zu wählen ist, erläutern die folgenden Beispiele.

Für die Darstellung einer Zinkverbindung in 15 proc. Natriumchloratlösung giebt die Tabelle III folgende Werthe:

Anode
Zink

Kathode

Eisen 0,1 Volt,

Zink 1,1

Aluminium

Man wird also bei Darstellung einer Zinkverbindung nicht Aluminium als Kathode verwenden, da solches gegenüber dem Zink einen gröfseren Energie-Aufwand erfordern würde, dagegen das Eisen dem Zink vorziehen und so etwa 91 pCt. an Energie sparen.

Unter gleichen Bedingungen zeigen

Anode	Kathode	!,7	Volt,
Antimon	Wismuth	2,2	_
-	Antimon	2.2	_
	Eisen

Man würde also in diesem Falle nicht Eisen als Kathode, sondern Wismuth wählen.

Anode
Aluminium

Kathode

Kobalt 0,8 Volt,

Eisen ι ,4 -

Aluminium 2,2 - .

In diesem Falle zeigt die gleiche Kathode die höchste Spannung, und man würde Eisen statt Aluminium und Kobalt statt Eisen wählen.

Je nachdem der Elektrolyt ein anderer, wechselt das günstigste Spannungsverhältnifs der Metalle so, dafs die beste Wahl für jeden Fall bestimmt werden mufs; so giebt z. B., wenn man statt wie beim ersten Beispiel 15 proc. Natriumchloratlösung 26 proc. Natriumchloridlösung als Elektrolyt benutzt:

Anode Kathode

Zink Eisen 0,1 Volt,

Zink 0,2

Aluminium 0,2 - .

Bei Verwendung von Eisen würden also nur 50 pCt. Energie gespart und die Verwendung von Aluminium böte keinen Vortheil.

Diese Beispiele werden genügen, damit jedem Fachmann der Nutzen der Erfindung klar und er dieselbe für specielle Fälle praktisch zu verwerthen im Stande ist.

Claims (1)

1. Patent-Anspruch :

   Bei elektrolytischen Prozessen, bei denen das Kathodenmetall für das beabsichtigte Product ohne Bedeutung ist, die als Elektrolyt dienende Alkalilösung während der Elektrolyse constant bleibt, die Anode zwar gelöst wird, aber deren Bestandtheile nicht zur Kathode wandein, sondern unterwegs als Oxyde oder unlösliche Salze ausgefällt werden, die Kathode daher in ihrer ursprünglichen Beschaffenheit bestehen bleibt, die Anwendung von substanziell verschiedenen Elektroden, zu dem Zweck, die für die Elektrolyse erforderliche Spannung durch zweckentsprechende Wahl der verschiedenen Metalle herabzudrücken.