DE2523950A1

DE2523950A1 - Elektrochemische vorrichtung und ihre verwendung

Info

Publication number: DE2523950A1
Application number: DE19752523950
Authority: DE
Inventors: Placido M Spaziante; Carlo Traini
Original assignee: Parel SA
Current assignee: Parel SA
Priority date: 1974-05-30
Filing date: 1975-05-30
Publication date: 1975-12-18
Also published as: GB1497542A; IE41068L; ZA753322B; CA1043732A; NL7506395A; SE7506233L; JPS512632A; IE41068B1; PL107640B1; DK239575A; IT1041375B; FR2273089A1; SE415281B; FR2273089B1; FI60039B; US4019968A; AU8147675A; FI751590A; LU72595A1; FI60039C

Description

VON KREiSLER SCHOk⁵WALD S\\hYhii EISHOLD FUES VON KREISLER KELLER SELTING .

PATENTANWÄLTE Dr.-Ing. von Kreisler + 1973

Dr.-Ing. K. Schönwald, Köln Dr.-Ing. Th. Meyer, Köln Dr.-Ing. K. W. Eishold, Bad Soden Dr. J. F. Fues, Köln Dipl.-Chem. Alek von Kreisler, Köln Dipl.-Chem. Carola Keller, Köln Dipl.-Ing. G. Selling, Köln

Ke/Ax

5 Köln ι 28. Mai 1975

DEICHMANNHAUS AM HAUPTBAHNHOF

PAREL SOCIETE ANONYME, l4, Rue A!dringen, Luxemburg

"Elektrochemische Vorrichtung und ihre Verwendung"

Die Erfindung betrifft elektrochemische Vorrichtungen und Verfahren, insbesondere, aber nicht ausschließlich elektrochemische Vorrichtungen, in denen feinteilige Kathoden verwendet werden, und unter Verwendung dieser elektrochemischen Vorrichtungen durchgeführte Verfahren der elektrolytischen Abscheidung.

Elektrochemische Verfahren können im allgemeinen in Abhängigkeit von der Elektrode, an der die technisch wichtige Reaktion stattfindet, als kathodische Prozesse oder anodische Prozesse angesehen werden. Bei den meisten kathodischen Verfahren wird entweder ein Metall elektrolytisch abgeschieden oder ein Bestandteil des Elektrolyten in Gegenwart von Wasserstoff, der an der Kathode gebildet wird, elektrolytisch reduziert. Zur erstgenannten Klasse von kathodischen Verfahren gehören das Elektroplattieren, das Elektroraffinieren und die elektrolytische Metallgewinnung (electrowinning), und zur letztgenannten Klasse gehören die Reduktion von organischen Verbindungen und die Herstellung von Natriumhydroxyd. Bei den meisten anodischen Prozessen werden entweder Anionen

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aus· der Lösung an einer im wesentlichen stabilen Anode, entladen, oder die Anode selbst wird aufgelöst. Zur erstgenannten Klasse von anodischen Verfahren gehören Verfahren zur Herstellung von Chlor und Sauerstoff, und die letztgenannte Klasse umfaßt Verfahren zur Gewinnung von wertvollen Metallen aus Schrott und das Raffinieren oder Reinigen von Metallen. Weitere Einzelheiten über großtechnische elektrochemische Verfahren finden sich im Buch "Industrial Electrochemical Processes" von A.Kuhn (herausgegeben von Elsevier Publishing Company 1971). . j

Bei einer Anzahl elektrochemischer Verfahren werden sog. bipolare oder doppelpolige Elektroden verwendet. Diese bipolaren Elektroden haben eine Fläche, an der eine Kathodenreaktion stattfindet, und eine andere Oberfläche, an der eine Anodenreaktion stattfindet. Bipolare Elektroden finden u.a. Anwendung bei Elektroplattierverfahren, bei denen ein Metall auf der Kathodenseite der bipolaren Elektrode elektrolytisch abgeschieden wird, jedoch an der Anodenseite der Elektrode in Lösung geht. Bei einigen elektrochemischen Verfahren, bei denen die Elektroden mit fortschreitender Zellenraktion im wesentlichen gleichbleibende Abmessungen behalten, z.B. in Fällen, in denen sowohl bei der Anodenreaktion als auch bei der Kathodenreaktion ein Gas an der Oberfläche der jeweiligen Elektrode entwickelt wird, werden bipolare Elektroden als Separatoren verwendet, die benachbarte Zellen in einer Gruppe von elektrochemischen Zellen, die elektrisch in Serie geschaltet sind, trennen. Bei elektrochemischen Verfahren, bei denen die Abmessungen einer der Elektroden sich mit fortschreitender Zellenreaktion ändern, beispielsweise bei einer elektrolytischen Abscheidung von Metallionen auf der Kathode, ist jedoch die Verwendung von bipolaren Elektroden zum Trennen benachbarter Zellen nicht möglich, weil es notwendig ist, Elektroden, deren

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Abmessungen sich mit fortschreitender Zellenreaktion ändern, periodisch aus der Zelle zu entfernen und zu

ι ersetzen. i

Kürzlich wurden verschiedene Formen von elektrochemischen Vorrichtungen beschrieben, die im wesentlichen aus einer elektrochemischen Zelle bestehen, in der eine für

Ionen durchlässige Wand zwischen den Elektroden der ! Zelle angeordnet ist, und in der die Kathode eine feinteilige Elektrode ist, die aus einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Teilchen besteht, auf denen beispielsweise ein Metall elektrolytisch abgeschieden werden kann. Eine solche Vorrichtung wird beispielsweise in der BE-PS 818 453 beschrieben. Diese Vorrichtung enthält ein für die Verwendung mit einer anodischen Gegenelektrode zur Durchführung eines elektrochemischen Verfahrens geeignetes Elektrodensystem, das eine feinteilige Kathode aufweist, einen Stromleiter (der häufig als "Stromspeiser¹¹ oder "Speiseelektrode" bezeichnet wird), ein die feinteilige Elektrode und den Stromleiter enthaltendes Gefäß mit einer für Ionen durchlässigen Wand, die wenigstens zum Teil zur feinteiligen Elektrode geneigt ist und über dieser liegt, und Mittel zur Führung eines fließfähigen Mediums durch das Gefäß im Kontakt mit der feinteiligen Kathode. Weitere feinteilige Elektroden werden beispielsweise in der GB-PS 1 194 181, in den US-PSen 3 180 810, 3 527 617 und 3 551 207 und in der FR-PS 1 500 269 beschrieben.

Elektrochemische Vorrichtungen, die mit feinteiligen ; Kathoden arbeiten, können u.a. für Verfahren zur elek- i

trolytischen Gewinnung von Metallen verwendet werden. ' Beispielsweise beschreibt die BE-PS 818 453 ein Verfahren zur elektrolytischen Gewinnung eines Metalls aus einem Elektrolyten, der aus einer wässrigen Lösung eines oder ! mehrerer Salze eines Metalls besteht. Bei diesem Verfahren wird der Elektrolyt durch einen Kathodenraum einer elek-

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trochemischen Zelle geleitet, der ein Elektrodensystem des vorstehend beschriebenen Typs enthält, während kleine elektrisch leitfähige Teilchen in den Kathodenraum eingeführt werden, in dem sie einen Teil der feinteiligen Kathode bilden, und vergrößerte Teilchen, auf denen Metall elektrolytisch abgeschieden worden ist, aus dem Kathodenraum abgezogen werden, wobei die Verteilung der Teilchen der feinteiligen Kathode im Kathodenraum während des Verfahrens so geregelt wird, daß im wesentlichen alle Teilchen zwischen einem im Kathodenraum gebildeten ersten Bereich, in dem im wesentlichen alle Teilchen

während eines großen Teils der Zeit, die sie im ersten Bereich verweilen, voneinander getrennt sind, und einem im Kathodenraum gebildeten, von der für Ionen durch- ι

lässigen Wand entfernten zweiten Bereich, in dem im wesentlichen alle Teilchen während eines großen Teils der Zeit, die sie im zweiten Bereich verweilen, mit anderen Teilchen in Berührung sind,umgewälzt werden.

Gegenstand der Erfindung ist gemäß einem ersten Merkmal eine elektrochemische Vorrichtung mit zwei elektrochemischen Zellen, die durch ein bipolares oder doppelpoliges Bauelement getrennt sind, wobei jede Zelle wenigstens eine feinteilige Elektrode und eine Gegenelektrode ent- ^; hält und im Betrieb das bipolare Bauelement eine elektrische Verbindung zwischen der feinteiligen Elektrode der einen Zelle und der Gegenelektrode der anderen Zelle bildet und die Anordnung so getroffen ist, daß im Betrieb wenigstens ein Teil des bipolaren Bauelements in elektrischem Kontakt mit der feinteiligen Elektrode ist und einen Stromspeiser für die feinteilige Elektrode bildet.

Zwar kann die Vorrichtung gemäß der Erfindung aus nur zwei elektrochemischen Zellen bestehen, jedoch werden im Rahmen der Erfindung bei ihrer großtechnischen Anwendung Vorrichtungen bevorzugt, die mehr als zwei elektrisch in Serie geschaltete Zellen enthalten, wobei die benachbar-

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ten Zellen durch ein doppelpoliges Bauelement getrennt sind. Es wird angenommen, daß die bevorzugte Zahl von Zellen in einer solchen Vorrichtung im Bereich von 5 bis 100 liegen würde, wobei 10 bis 30 Zellen besonders bevorzugt werden.

Gemäß einem zweiten Merkmal ist die Erfindung auf ein Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung eines Metalls aus einem wässrigen Elektrolyten auf die Teilchen von zwei oder mehr feinteiligen Elektroden gerichtet. Das Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, daß man den wässrigen Elektrolyten so durch eine Vorrichtung gemäß dem ersten Merkmal der Erfindung führt, daß er die feinteiligen Elektroden berührt, und zwischen der feinteiligen Elektrode und der Gegenelektrode jeder Zelle der Vorrichtung eine solche Potentialdifferenz einstellt, daß die feinteilige Elektrode in jeder Zelle der Vorrichtung kathodisch zur Gegenelektrode gemacht wird, wodurch Metall aus dem Elektrolyten elektrolytisch auf den Teilchen jeder feinteiligen Elektrode abgeschieden wird.

Das in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendete '' doppelpolige Bauelement weist im allgemeinen einen plattenförmigen Teil auf, der im Betrieb dazu dient, die beiden Zellen oder jeweils benachbarte Zellen der Vorrichtung zu trennen. Der plattenförmige Teil weist zwei Hauptseiten auf, und im Betrieb ist eine dieser Seiten mit der feinteiligen Elektrode in Berührung, während die andere Seite mit der Gegenelektrode einer benachbarten Zelle in Berührung ist oder deren Gegenelektrode bildet. Wenigstens ein Teil der mit der feinteiligen Elektrode in Berührung befindlichen Seite des doppelpoligen Bauelements ist so ausgebildet, daß er elektrischen Strom zu oder von den Teilchen der Elektrode leitet, d.h. er dient als Stromleiter oder Stromspeiser für die feinteilige Elektrode. :

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Die in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendeten bipolaren Bauelemente unterscheiden sich von bekannten^ bipolaren Elektroden dadurch, daß wenigstens ein Teil einer Seite des bipolaren Bauelements als Speiseelektrode dient, die den Strom zu oder von den Teilchen der feinteiligen Elektrode, mit der sie in Berührung ist, führt. Bei den bekannten bipolaren Elektroden dienen beide Seiten als Elektroden, auf deren Oberflächen eine Elektrodenreaktion stattfindet. Bei vielen Anwendungen dieser bipolaren Elektroden ist es daher wichtig, eine möglichst große Elektrodenoberfläche innerhalb der Zelle vorzusehen. Im Gegensatz hierzu dient bei den bipolaren Bauelementen gemäß der Erfindung wenigstens eine Seite oder ein Teil einer Seite des bipolaren Bauelements als Stromspeiser, dessen aktive Oberfläche nur einen kleinen Bruchteil der Oberfläche der feinteiligen Elektrode, mit dem er in Berührung ist, zu betragen braucht. Der Grund hierfür liegt darin, daß eine Elektrodenreaktion an einer feinteiligen Elektrode nur auf den Teilchen oder in der Nähe der Teilchen der Elektrode stattfindet, und daß die Stromzuführung einzig und allein den Zweck hat, den Strom zu oder von den Teilchen der feinteiligen Elektrode zu führen. Zwar kann eine gewisse Elektrodenreaktion an der Oberfläche der Stromzuführung stattfinden, wenn die feinteilige Elektrode nicht wirksam arbeitet, jedoch ist es im allgemeinen erwünscht, daß an der Oberfläche des Stromspeisers keine Reaktion stattfindet. Der Stromspeisar sollte so ausgebildet sein, daß er mit hohem Wirkungsgrad arbeitet. Es wurde gefunden, daß dies bei feinteiligen Elektroden, die ein Bett aus Kupferteilchen aufweisen, mit einem Stromspeiser erreicht werden kann, dessen aktive Oberfläche nur einen geringen Prozentsatz, z.B. 5 bis 20% der senkrechten Querschnittsfläche der feinteiligen Elektrode ausmacht. Wenn jedoch feinteilige Elektroden aus Teilchen, die weniger elektrisch leit-

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fähig als Kupfer sind, verwendet werden, können Strom— speiser mit einer aktiven Fläche, die bis zu 50% dieser Querschnittsfläche ausmacht, notwendig sein. Im allgemeinen sollte der Stromspeiser sich nicht in die Bereiche des Elektrodenraums erstrecken, in denen die Verteilung der Teilchen und des- elektrischen Feldes derart sind, daß starke elektrolytische Abscheidung von Metall darauf möglich ist. ι

In einer feinteiligen Elektrode ist die Oberfläche, auf der die Elektrodenreaktion stattfindet, im allgemeinen um wenigstens eine Größenordnung größer als die einer planaren Elektrode in einer Zelle mit gleichen Abmessungen. In einer Zelle, die mit einer feinteiligen Elektrode und einer planaren Elektrode ausgestattet ist, kann es daher zweckmäßig sein, die aktive Oberfläche der planaren Elektrode so zu vergrößern, daß sie sich derjenigen der feinteiligen Elektrode dichter nähern kann. Wenn ferner eine Elektrodenreaktion, bei der ein Gas entwickelt wird, an der planaren Elektrode stattfindet, ist es wichtig, daß Vorkehrungen zum schnellen Entweichen der Blasen des entwickelten Gases von der Oberfläche der Elektrode getroffen werden. Eine Möglichkeit, die Oberfläche einer planaren Elektrode zu vergrößern und ; schnelles Entweichen der entwickelten Gase zu ermöglichen, ist die Ausbildung der Elektrode als Netz oder Gitter. Ein bipolares Bauelement, das einen Teil der Vorrichtung gemäß der Erfindung bildet (und das eine ; Seite, die wenigstens teilweise als Stromleiter wirksam ist, und eine zweite Seite aufweist, die wenigstens : teilweise als Gegenelektrode wirksam ist), wird gewöhnlich so ausgebildet, daß das Verhältnis der elektrisch ^: aktiven Fläche der ersten Seite zu derjenigen der zweiten Seite im Bereich von 1:2 bis 1:10 und häufig bei : etwa 1:5 liegt. Bei üblichen bipolaren Elektroden nähert sich das Verhältnis der elektrisch aktiven Flächen der

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Elektrodenseiten, die als Elektroden wirksam sind, in der Mehrzahl der Fälle dem Wert 1:1. Die Konstruktion eines Stromleiters unterscheidet sich häufig erheblich von derjenigen einer Elektrode. Eine Elektrode ist so ausgebildet, daß sie den ständigen Fortschritt einer Elektrodenreaktion auf ihrer Oberfläche begünstigt. Dies wird erreicht, indem die Oberfläche der Elektrode groß ausgebildet wird und indem häufig die Oberfläche mit einer elektrokatalytisch aktiven Substanz beschichtet wird. Die Oberfläche muß den korrodierenden Wirkungen der Elektrodenreaktion und etwaigen in Verbindung damit auftretenden Beanspruchungen widerstehen. Der Stromleiter ist andererseits so ausgebildet, daß wirksamer elektrischer Kontakt zwischen ihm und den Teilchen der Elektrode, zu oder von denen er den Strom führt, sichergestellt ist. Ein solcher wirksamer elektrischer Kontakt vermindert die Potentialdifferenz zwischen dem Stromleiter und den an ihn angrenzenden Teilchen auf ein unbedeutendes Maß, und dies trägt mit dazu bei, die Neigung einer Elektrodenreaktion, an der Oberfläche des Stromleiters stattzufinden, zu verringern. Wirksamer elektrischer Kontakt zwischen dem Stromleiter und den Elektrodenteilchen kann erreicht werden, indem der Stromleiter in eine Wand des Elektrodenraums, der die feinteilige Elektrode enthält, so eingelassen wird, daß seine Oberfläche mit der Wand des Elektrodenraums in einer Ebene liegt. Ferner wird die Bewegung der Teilchen der feinteiligen Elektrode durch einen solchen eingelegten Stromleiter nicht behindert. Es wird angenommen, daß durch ein solches Hindernis die Teilchen an der Oberfläche des Stromleiters haften bleiben und dort agglomerieren.

Normalerweise sind in der Vorrichtung gemäß der Erfindung die Elektroden jeder Zelle durch eine für Ionen durchlässige Wand getrennt, wodurch in jeder Zelle ein Anodenraum und ein Kathodenraum gebildet werden. Eine solche

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für Ionen durchlässige Wand dient dazu, zu verhindern, daß die Teilchen der feinteiligen Elektrode in elektrischen Kontakt mit der anderen Elektrode der Zelle kommen und auf diese Weise die Zelle kurzschließen. Die für Ionen durchlässige Wand kann für fließfähige Medien durchlässig oder für diese Medien im wesentlichen undurchlässig und ionisch permselektiv sein. Für fließfähige Medien undurchlässige Diaphragmen eignen sich für die Verwendung bei elektrochemischen Verfahren, bei denen es erwünscht ist, daß ein Kontakt des die Anode umgebenden Elektrolyten mit dem die Kathode umgebenden Elektrolyten verhindert wird. ]

Bei einer Anwendung der Erfindung wird mit einer Vorrichtung, die mehrere Zellen aufweist, von denen jede eine feinteilige Kathode und eine nicht feinteilige Anode enthält, die durch eine für Ionen durchlässige Membran getrennt sind, eine wässrige Lösung, die Sulfationen und Metallionen enthält, elektrolysiert. Auf diese Weise kann Sauerstoff an der Anode gebildet werden, während Metall auf den Teilchen der Kathode elektrolytisch abgeschieden werden kann. Eine Vorrichtung gemäß der Erfindung kann somit für ein Verfahren zur elektrolytischen ', Gewinnung von Metall aus einer wässrigen Sulfatlösung, die beispielsweise aus einem Metallerz hergestellt worden ist, verwendet werden. Gemäß einer Ausführungsform ist die Erfindung auf eine Vorrichtung gerichtet, die mehrere elektrochemische Zellen enthält, wobei benachbarte Zellen durch plattenförmige Bauteile getrennt sind, die jeweils eine für die Funktion als Anode in einer Zelle geeignete erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche aufweisen, von der wenigstens ein Teil für die Funktion als Stromleiter für eine feinteilige Kathode in der benachbarten Zelle geeignet ist, wobei die beiden Oberflächen durch die ^; Masse der plattenförmigen Bauteile in elektrischem Kontakt miteinander sind. Die plattenförmigen Bauteile

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dienen somit als bipolare oder doppelpolige Bauteile. Sämtliche Zellen sind zweckmäßig ähnlicherweise wie eine Plattenfilterpresse angeordnet, und die elektrischen Anschlüsse zu einer äußeren Stromquelle für die Zellenreaktion werden lediglich an jedem Ende dieser Anordnung hergestellt. Die plattenförmigen Bauteile dienen im wesentlichen dazu, den Durchgang von Elektrolyt, Ionen oder Teilchen der feinteiligen Elektroden zwischen benachbarten Zellen zu verhindern.

Titan ist häufig ein geeigneter Werkstoff, aus dem die plattenförmigen bipolaren Bauelemente hergestellt werden können, wenn sie für ein elektrolytisches Abscheidungsverfahren gemäß dem zweiten Merkmal der Erfindung verwendet werden sollen. Der Grund hierfür liegt darin, daß unter den besonderen Bedingungen, die bei vielen dieser Verfahren vorliegen, Titan verhältnismäßig indifferent ist. Außer Titan können auch andere Werkstoffe verwendet werden, jedoch ist es zweckmäßig, daß sie gegenüber den vorliegenden Reaktionsbedingungen indifferent sind. Eine Anzahl von Metallstäben oder ein Drahtnetz kann zweckmäßig an die Seite der Titanplatte, die im Betrieb die Anodenseite wird, geschweißt werden. Die Stäbe oder das Drahtnetz sind vorzugsweise mit einem Überzug versehen, der elektrokatalytisch aktiv ist, so daß diese beschichteten Oberflächen als anodische Oberflächen wirksam sind, während die unbeschichteten Bereiche der Stäbe oder des Drahtnetzes und andere Bereiche der Anodenseite der Titanplatte indifferent bleiben. Es kann zweckmäßig sein, einen nicht leitfähigen Schutzüberzug aus Titandioxyd auf diejenigen Bereiche der Anodenseite der Titanplatte aufzubringen, die inert bleiben sollen. Die Zusammensetzung des elektrokatalytisch aktiven Anodenüberzuges wird unter Berücksichtigung der Betriebsbedingungen der Zelle, z.B. der Stromdichte, der jeweiligen Anodenreaktion und der Zusammensetzung des Elektrolyten, gewählt.

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Das gewählte Material sollte eine hohe Korrosionsbeständigkeit haben, so daß die Anode unter diesen Bedingungen maßbeständig ist. Der Anodenbelag kann aus einem oder mehreren Edelmetallen (wobei Platin besonders geeignet ist) oder Edelmetalloxyden odor Gemischen von Edelmetalloxyden mit Oxyden von unodien Metallen bestehen. Übergangsmetalle, Metallegierungen und Metalloxyde wie Blei, nichtrostender Stahl, Bleidioxyd oder Mangandioyyd, können ebenfalls geeignet sein. Beispiele solcher Überzüge werden beispielsweise -in den US-PSen 3 616 445, 3 632 498 und 3 711 385 .beschrieben.

Das in der Vorrichtung gemäß der Erfindung verwendete plattenförmige bipolare Bauelement kann bimetallisch sein und eine anodenseitige Oberfläche und Ausbildung der vorstehend beschriebenen Art und beispielsweise eine Kupferplatte als Stromzuführung aufweisen, die einen Teil der Stromzuführungsseite des Bauelements bildet. Die [ Oberfläche der Stromzuführungsseite des Bauelements kann ferner zur Verbesserung seiner Wirksamkeit im Betrieb modifiziert werden, indem Teile der Platte so isoliert ■ werden, daß sie keinen Kontakt mehr mit der feinteiligen Kathode herstellen können. Die Teile der Platte könnten isoliert werden, indem auf ihre Oberfläche beispielsweise eine Titandioxydschicht, ein Isolieranstrich, ein Kunststoffüberzug oder eine dünne Kunststoffplatte aufgebracht wird. Es ist auch möglich, die Oberfläche der Stromzuführung zu vergrößern, indem Bauteile wie elektrisch leitfähige senkrechte Rippen senkrecht zur Oberfläche der Platte und in elektrischem Kontakt mit dieser eingesetzt werden. Es hat sich jedoch gezeigt, daß bei den [ in den später folgenden Beispielen beschriebenen Zellen eine Stromzuführung mit verhältnismäßig kleiner aktiver Oberfläche ohne Rippen ausreicht. Die Anwesenheit von Rippen auf der Stromzuführung bei den in den Beispielen beschriebenen Verfahren kann sogar nachteilig sein, da

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diese Rippen die Strömung der Teilchen über die Oberfläche der Stromzuführung stören und Anlass zu Agglomerierung der Teilchen auf der Stromzuführung sein können. Die Verv/endung der Rippen kann jedoch bei anderen elektrochemischen Verfahren, bei denen der elektrische Kontakt zwischen den Teilchen an der Stromzuführung weniger gut ist, beispielsweise wenn die Teilchen der Elektrode weiter verteilt sind oder ihre Oberflächen aus schlecht leitendem Werkstoff bestehen, erwünscht oder notwendig

sein. i

In den später folgenden Beispielen waren die feinteiligen Elektroden in der verwendeten Vorrichtung nach den allgemeinen Grundsätzen ausgebildet, die in der BE-PS 818 453 beschrieben sind. Hierbei bildet jede feinteilige Elektrode einen Teil eines feinteiligen Elektrodensystems, das aus einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Teilchen und einem Stromleiter besteht, die in einem Gefäß mit einer für Ionen durchlässigen Wand, die wenigstens zum Teil zur feinteiligen Elektrode geneigt ist und über der feinteiligen Elektrode liegt, enthalten sind. Am ', Boden des Gefäßes ist ein Strömungsver.teiler' angeordnet, durch den im Betrieb ein Elektrolyt so geführt wird, daß er die feinteilige Elektrode berührt und die diese Elektrode bildenden Teilchen veranlasst, um das Gefäß zu '· zirkulieren, und zwar angrenzend an die für Ionen durchlässige Membran nach oben und angrenzend an die Stromzuführung nach unten. Die Ausbildung einer solchen zirkulierenden Bewegung der Teilchen bewirkt, daß das Volumen des Betts von Teilchen größer wird als das Volumen, das es einnimmt, wenn es sich im statischen, ruhenden Zustand befindet. Es wurde gefunden, daß bei Verwendung in der Vorrichtung gemäß der Erfindung diese umgewälzten feinteiligen Elektroden im allgemeinen bei einer gesamten Volumenausdehnung im Bereich von 5 bis 10% einwandfrei .arbeiten, wenn die für Ionen durchlässige Membran in

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einem Winkel im Bereich von 5 bis 40 , vorzugsweise 10 bis 30 zur aufv/ärts verlaufenden Senkrechten geneigt ist und über der feinteiligen Elektrode liegt. ,

Zum besseren Verständnis und zur klaren Darstellung, wie sie durchgeführt werden kann, wird die Erfindung nachstehend als Beispiel unter Bezugnahme auf die Abbildungen beschrieben.

Fig.l zeigt schematisch eine Draufsicht auf eine elektrochemische Vorrichtung.

Fig.2 ist ein Fließschema eines in einer elektrochemischen Vorrichtung durchgeführten Verfahrens.

Fig.3, 4, 7, 8 und 9 zeigen jeweils einen senkrechten Schnitt durch eine elektrochemische Vorrichtung senkrecht zur Ebene des darin enthaltenen plattenförmigen bipolaren Bauelements.

Fig.5a zeigt eine Draufsicht und Fig.5b eine Stirnansicht einer ersten Ausführungsform des plattenförmigen bipolaren Bauelements.

Fig.6 zeigt als Stirnansicht eine zweite Ausführungsform des plattenförmigen bipolaren Bauelements.

Fig.10a, 10b und 10c zeigen eine dritte Ausführungsform eines plattenförmigen bipolaren Bauelements, und zwar Fig.10a eine erste Seite,? Fig.10b einen von einer Kante gesehenen Schnitt und Fig.10c eine zweite Seite der Platte.

Fig.l zeigt schematisch eine elektrochemische Vorrichtung 1 mit zwei elektrochemischen Zellen 2 und 3, die aus Isoliermaterial hergestellt sind. Die Zellen 2 und sind durch ein plattenförmiges bipolares Bauelement 4 mit den Hauptseiten 15 und 18 getrennt. Eine große Fläche der Seite 15 ist mit einem -^solieranstrich 16 bedeckt.

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Ein allgemein zentral liegender Bereich 17 der Seite 15 ist jedoch nicht von diesem Anstrich bedeckt. Jede Zelle ist mit einer für Ionen durchlässigen Wand 5 versehen, die die Zelle in zwei Räume trennt. Die Zelle 2 weist die Räume 6 und 7 und die Zelle 3 die Räume 8 und 9 auf. Die Räume 6 und 9 an jedem Ende der Vorrichtung enthalten Elektroden 10 und 11, die am Stromleiter 12 bzw. 13 angeschlossen sind. Die Räume 7 und 9 enthalten eine Vielzahl von elektrisch leitfähigen Teilchen 14. ^!

Wenn die elektrochemische Vorrichtung in Betrieb ist, wird ein Elektrolyt allen vier Räumen 6 bis 9 durch Leitungen und einen Strömungsverteiler (nicht dargestellt) im Boden jedes Raumes zugeführt. Eine Potentialdifferenz wird so an die Stromleiter 12 und 13 gelegt, daß die Elektrode 11 kathodisch zur Elektrode 10 ist. Das plattenförmige bipolare Bauelement 4 nimmt ein elektrisches Potential an, das zwischen dem der Elektrode 10 und dem der Elektrode 11 liegt, und ist daher kathodisch zur Elektrode 10 und anodisch zur Elektrode 11. Im Betrieb ist die freiliegende Fläche 17 der Seite 15 als Stromleiter zu den Teilchen 14 wirksam, die eine feinteiiige Kathode bilden. Die Fläche 18 dient als Stelle der Anodenreaktion in der Zelle 3. S

Fig.2 zeigt schematisch eine mit der in Fig.l dargestellten Vorrichtung arbeitende Anlage für ein kontinuierlich durchgeführtes Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung. Die Kathodenräume 7 und 9 der Vorrichtung sind in einen Kreislauf 20 für einen Katholyten C einbezogen. Zum Kreislauf 20 gehören ein Umwälzbehälter 21 und eine Pumpe 22. Der Umwälzbehälter 21 ist mit zwei Leitungen 21a und 21b versehen. In einer ähnlichen Anordnung sind die Anodenräume 6 und 8 der Vorrichtung in einen Kreislauf 23 für einen Anolyten A einbezogen, wobei zum Kreislauf 23 ein Umwälzbehälter 24 und eine Pumpe 25 gehören. Der Umwälzbehälter 24 ist mit Leitungen 24a und 24b und

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einem Abzug 24c versehen. Eine Zweigleitung 26, die zum Boden jedes Betts von Teilchen 14 in den Kathodenräumen 7 und 9 offen ist, führt zu einer Teilchenklassiervorrichtung 27. Die Teilchenklassiervorrichtung 27 ist mit einem Austritt 28 und einer*Leitung 29 mit Zweigleitungen versehen, die in den Kathodenräumen 7 und 9 münden. Von der Leitung 29 geht eine weitere Zweigleitung 30 aus, die zu einem Aufgabebehälter 31 für frische Teilchen
führt.

Die in Fig.2 dargestellte Vorrichtung arbeitet im wesentlichen in der gleichen Weise, wie für die in Fig.l dargestellte Vorrichtung beschrieben. Der Anolyt A wird den Anodenräumen 6 und 8 durch die Pumpe 25 aus dem Umwälzbehälter 24 und der Katholyt C den Räumen 7 und 9 durch die Pumpe 22 aus dem Umwälzbehälter 21 zugeführt. Während des Verfahrensablaufs wird die Zusammensetzung des Anolyten A und des Katholyten C im Umlaufbehälter 24 bzw.
21 normalerweise im wesentlichen konstant gehalten, indem ausgebrauchte Lösung aus den Umlaufbehältern durch
die Leitungen 24b bzw. 21b abgezogen und diese ausgebrauchte Lösung durch frische Lösung ersetzt wird, die
den Umlaufbehältern durch die Leitungen 24a bzw. 21a
zugeführt wird. Die Abzugsöffnung 24c im Umwälzbehälter 24 des Anolyten ermöglicht es, Gas, das an den Anoden

entwickelt wird, aus dem Kreislauf 23 entweichen zu
lassen. Bei Verfahren, bei denen das Diaphragma ionisch permselektiv und im wesentlichen undurchlässig für
fließfähige Medien ist, kann der Fall eintreten, daß
Anolyt und Katholyt wesentlich verschiedene Zusammensetzungen haben. Wenn jedoch ein Diaphragma mit großer ; Durchlässigkeit für fließfähige Medien verwendet wird,
haben Anolyt und Katholyt häufig im wesentlichen die
gleiche Zusammensetzung. Sie können sogar aus einem gemeinsamen Behälter im Kreislauf geführt werdein. Während J des Prozesses werden Teilchen, auf deren Oberflächen

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so viel Metall elektrolytisch abgeschieden worden ist, daß sie zu groß geworden sind, um weiterhin in den feinteil igen Elektroden belassen zu werden, aus der Vorrichtung abgezogen und durch frische, kleine Teilchen ersetzt. Dies wird erreicht, indem geringe Mengen der Teilchen aus den Kathodenräumen 7 und 9 entweder kontinuierlich als stetiger kleiner Strom oder durch periodische Probenahme abgesogen werden. Die aus den Kathodenräurnen 7 und 9 abgezogenen Teilchen gelangen durch die Leitung 26 zur Teilchenklassierung 27. Teilchen, die für den Prozess zu groß, geworden sind, werden am Austritt 28 der Teilchenklassierung ausgetragen, während kleinere Teilchen durch die Leitung 29 in die Kathodenräume zurückgeführt werden. Frische kleine Teilchen in einer solchen Zahl, daß die erforderliche Größenverteilung im Bett aufrecht erhalten wird, werden gleichzeitig in die Leitung 29 eingeführt.

Fig.3 zeigt als senkrechten Schnitt die Konstruktion einer Ausführungsform einer Vorrichtung gemäß der Erfindung, die sich zur Verwendung in der in Fig.2 dargestellten Anlage eignet. Die Teile der in Fig.3 dargestellten Vorrichtung entsprechen im allgemeinen den in Fig.l dargestellten und vorstehend unter Bezugnahme auf diese Abbildung beschriebenen Teilen. Die Vorrichtung ist weitgehend aus einem klaren Kunststoff hergestellt. Bei der in Fig.3 dargestellten Vorrichtung ist auf einen allgemein zentralen Teil der Seite 18 des plattenförmigen bipolaren Bauelements 4 ein Gitter oder Netz aus Titanstäben 32 und 33 geschweißt. Auf das Gitter ist ein elektrokatalytischer Belag aufgebracht, auf den vorstehend eingegangen! wurde. Das Netz aus Titanstäben 32 und 33 ist so dicht am Diaphragma 5 angeordnet, daß es eine Auflage für das Diaphragma bildet, wenn die Vorrichtung in Betrieb ist. Leitungen 34 führen zum Boden der Kathodenräume 7 und 9, und Leitungen 35 stellen eine Verbin-

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dung zum Boden der Anodenräume 6 und 8 her. Leitungen 36 führen zu den oberen Teilen der Kathodenräume und Leitungen 37 zu den oberen Teilen der Anodenräume. Die Leitungen 34 münden im Boden der Kathodenräume 7 und 9 über Strömungsverteiler 38, die mehrere Kanäle 39 aufweisen, die sich am Boden der keilförmigen Bauteile 40 befinden. j

Wenn die Vorrichtung in Betrieb ist, wird der Katholyt C durch die Leitungen 34 und die Kanäle 39 in einer solchen Menge nach oben geführt, daß die Teilchen 14 in den Kathodenräumen 7 und 9 aufgewirbelt und in ihren jeweiligen Kathodenräumen umgewälzt werden, wobei sie sich angrenzend an das Diaphragma 5 nach oben und angrenzend an den Stromleiter nach unten bewegen. Der Katholyt C verläßt : die Kathodenräume durch die Leitungen 36, die im allgemeinen mit (nicht dargestellten) Mitteln versehen sind, mit deren Hilfe kleine Teilchen 14, die mit dem Katholyt mitgetragen werden, entfernt und in die Kathodenräume zurückgeführt werden. Nicht dargestellt in Fig.3 sind : weitere Mittel, mit denen Teilchen aus den feinteiligen Elektroden zur Klassierung abgezogen werden,, und mit , deren Hilfe die kleinen Teilchen in die feinteiligen ' Elektroden zurückgeführt werden. Der Anolyt A wird den | Anodenräumen 6 und 8 durch die Leitungen 35 zugeführt. Der Anolyt und an der Oberfläche der Anode gebildetes _; Gas verlassen die Anodenräume durch die Leitungen 37. ;

Die Durchflußmenge des Anolyten durch die Anodenräume ist im allgemeinen nicht so groß wie die Durchflußmenge durch die Kathodenräume, die die feinteiligen Elektroden enthalten. Bei einem Verfahren zur elektrolytischen Ab- ; scheidung von Kupfer aus einer sauren Kupfersulfatlösung

ist die Durchflußmenge von Anolyt durch die Anodenräume sehr befriedigend, so lange sie genügt, die gesamte ak- j

tive Oberfläche der Anoden ständig mit Anolyt benetzt zu | halten. ■ ι

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Fig.4 zeigt einan Teil einer zweiten Ausführungsform einer elektrochemischen Vorrichtung, die sich für die in Fig.2 dargestellte Apparatur eignet. Bei dieser Ausführungsform sind wenigstens fünf elektrochemische Zellen vorgesehen, die aus einem klaren Kunststoff hergestellt und als Gruppe elektrisch in Serie geschaltet sind. Der in Fig.4 dargestellte Teil der Vorrichtung zeigt nicht die Enden der Baugruppe von Zellen und daher nicht die Art und Weise, in der im Betrieb eine elektrische Potentialdifferenz an die Enden der Baugruppe gelegt ist. Jede Zelle der Baugruppe ist an sich im wesentlichen gleich in der Konstruktion und im Betrieb wie die Zellen, die zu der in Fig.3 dargestellten Vorrichtung gehören. Der Hauptunterschied in der Konstruktion ist die andere Form des keilförmigen Bauteils 40 am Boden jedes Kathoden- ' rauras. Im Gegensatz zu den Zellen in Fig.3 sind jedoch die Zellen der in Fig.4 dargestellten Ausführungsform in überlappender oder "versetzter" Beziehung zueinander ^: so angeordnet, daß die Baugruppe in allgemein waagerechter Richtung verlängert werden kann, während die einzelnen Zellen der Baugruppe im allgemeinen aus der senk— ! rechten Richtung so geneigt sind, daß die Membranen 5 in der Baugruppe sämtlich einen Winkel von etwa 30 zur senkrechten Richtung nach oben bilden.

Fig.5a zeigt.eine Draufsicht auf eine Fläche 18 und Fig.5b eine Stirnansicht eines aus Titan bestehenden plattenförmigen Bauelements 4, das sich für die Verwendung als bipolares Bauelement beispielsweise in den in Fig.3 und Fig.4 dargestellten Ausführungsformen der Erfindung eignet. Auf einen allgemein zentralen Teil der Fläche 18 ist ein Gitter aus Titanstäben 32 und 33 geschweißt. Auf die Stäbe 32 und 33 ist der oben beschriebene elektrokatalytische Überzug aufgebracht. Auf die andere Seite 15 des aus Titan bestehenden Bauelements 4 mit Ausnahme eines zentralen Teils dieser Seite ist ein

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(nicht dargestellter) Isolieranstrich aufgebracht. :

Fig.6 zeigt eine Stirnansicht eines anderen plattenförmigen Bauelements 4 aus Titan, das sich für die Verwendung in Apparaturen eignet, die elektrochemische Zellen enthalten, in denen ein Diaphragma im wesentlichen senkrecht angeordnet ist, und in denen eine feinteilige Elektrode in einem Elektrodenraum von Kegelstumpfform enthalten ist. Auf die Fläche 18 des aus Titan bestehenden Bauelements 4 ist ein Gitter aus Titanstäben 32 und 33 geschweißt, die so angeordnet sind, daß die Stäbe 33 in einer Ebene liegen, die nicht parallel zur Ebene des aus Titan bestehenden Bauelements 4 verläuft. Auf die andere Seite 15 des Bauelements 4 ist eine Anzahl von j Lobelien od^r Rippen 41 geschweißt, die sich senkrecht ; von der Ebene des Bauelements 4 erstrecken. :

Wenn das in Fig.6 dargestellte plattenförmige Bauelement in Betrieb ist, sind die Rippen 41 als Teil einer Stromzuführung zu einer feinteiligen Elektrode wirksam, die die Fläche 15 berührt. Die Fläche 15 des Ti-Bauelements k kann unbeschichtet sein, so daß im Betrieb ein großer Teil seiner Oberfläche elektrisch aktiv ist. Als Alternative kann die Oberfläche 15 des Bauelements 4 in dem Bereich um die Rippen 41 mit einem Isolieranstrich bedeckt sein. In diesem Fall ist nur der Bereich der Oberfläche 15 um die Rippen 41 im Betrieb als Stromzuführung zur feinteiligen Elektrode wirksam. j

Fig.7 zeigt eine andere Ausführungsform einer Vorrichtung, die sich beispielsweise für die Verwendung in der in Fig.2 dargestellten Apparatur eignet. Ebenso wie in Fig.4 ist die Zelle an jedem Ende der Baugruppe von \ Zellen nicht dargestellt. Die in Fig.7 dargestellten Zellen sind im Aufbau und im Betrieb den in Fig.4 dargestellten Zellen im wesentlichen gleich. Bei den in Fig.7 dargestellten Zellen sind jedoch die Ebenen sowohl der

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Diaphragmen 5 und der bipolaren Bauelemente 4 im wesentlichen senkrecht angeordnet, während im Gegensatz hierzu diese Ebenen in dar in Fig*3 und Fig«4 dargestellten Vorrichtung aus der senkrechten Ebene geneigt sind. Die Sfcrörcungsverteiler 38 der in Fig.7 dargestellten Zellen haben ein verhältnismäßig kleines keilförmiges Bauelement 40 angrenzend an die Diaphragmen 5, jedoch ein größeres keilförmiges Bauelement 42 angrenzend an die bipolaren Bauelemente 4. In Versuchen wurde von der Anmelderin festgestellt, daß bei einem Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung aus wässrigen Lösungen von Metallsulfaten diese Ausbildung der elektrochemischen Zelle nicht so wirksam ist wie die in Fig.3 dargestellte geneigte Ausbildung. j

Fig.8 zeigt eine modifizierte Form der in Fig.7 dargestellten Vorrichtung. Die in Fig.8 dargestellte Vorrichtung enthält als bipolare Bauelemente die in Fig.6 dargestellten plattenförmigen Bauelemente 4. Die Zellen haben senkrechte Diaphragmen und Kathodenräume mit kegelstumpf förmigem Querschnitt, die feinteilige Elektroden enthalten. Jeder Strömungsverteiler 38 weist einen einzelnen Kanal 39 auf, der sich über praktisch die gesamte Breite des Elektrodenraums erstreckt. Eine Wand des Kanals 39 wird durch das Diaphragma 5 gebildet. Über den Strömungsverteilern 38 sind große keilförmige Bauelemente 42 angrenzend an die bipolaren Bauelemente 4 angeordnet.

Fig.9 zeigt eine Ausführungsform der Vorrichtung, die sich beispielsweise für die in Fig.3 dargestellte Appa- . ratur eignet. Hierbei ist jede Zelle mit zwei feinteiligen Elektroden versehen, die durch eine im wesentlichen senkrechte Membran getrennt sind. Die jede Zelle trennenden bipolaren Bauelemente bestehen aus einem im wesentlichen senkrechten Titanblech mit beiderseits aufgeschweißten Rippen 41.

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Wenn diese Ausführungsform der Vorrichtung in Betrieb ist, sind beide Hauptflächen der bipolaren Bauelemente 4 als Stromzuführungen zu den jeweiligen feinteiligen Elektroden, mit denen sie in Kontakt sind, wirksam. Die in Fig.8 und Fig.9 dargestellten Ausführungsformen finden für gewisse elektrochemische Verfahren, z.B. bei Verfahren Anwendung, bei denen schlecht elektrisch leitfähige Elektrodenteilchen mit einer Dichte, die im Vergleich zu derjenigen der meisten Metalle gering ist, verwendet werden. Die von der Anmelderin durchgeführten Versuche haben jedoch ergeben, daß diese Ausführungsformen für Verfahren der elektrolytischen Abscheidung auf metallischen Elektrodenteilchen im allgemeinen weniger befriedigend sind als beispielsweise die in Fig.3 dargestellte Ausführungsform. \

Fig.10 zeigt eine weitere Ausführungrform des plattenförmigen Bauelements 4, das sich für die Verwendung beispielsweise in den in Fig.3 und Fig.4 dargestellten Apparaturen eignet, wenn diese beispielsweise für ein Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung von Kupfer aus wässrigen Lösungen von Kupfersalzen verwendet werden. Das plattenförmige Bauteil 4 besteht aus einem Flächengebilde aus Isoliermaterial, in dessen zentralen Teil ein Titanstreifen 43 eingesetzt ist, auf den ein Kupfer— streifen 44 geschweißt ist. Der Kupferstreifen 44 hat eine Fläche 45, die mit der Oberfläche 15 des Bauelements 4 in einer Ebene liegt. Der Titanstreifen 43 steht erhaben auf der Oberfläche 18 des Bauelements 4. Auf diesen Titanstreifen ist eine Vielzahl von Titanstäben 33 geschweißt, die mit weiteren Titanstäben 32, mit denen sie verschweißt sind, ein Gitter aus Titanstäben bilden. Das Gitter aus den Stäben 32 und 33 ist in der oben beschriebenen Weise mit einem elektrokatalytischen Belag versehen.

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Wenn das in Fig.10 darqestellie plattenfcrmige Bauelement 4 in einer Vorrichtung der in Fig.3 oder Fig.4 dargestellten Art verwendet wird, wird es so angeordnet, daß seine Oberfläche 15 mit einer feinteiligen Elektrode in Berührung ist. Im Betrieb ist der Kupferstreifen 44 als Stromzuführung zur feinteiligen Elektrode wirksam, während das Gitter aus Titanstäben 32 und 33 als Anode in der benachbarten Zelle dient. \

Die Erfindung wird durch die folgenden Beispiele weiter erläutert.

Beispiel 1

Eine Baugruppe aus zwei elektrochemischen Zellen ähnlich der schematisch in Fig.3 dargestellten Vorrichtung wurde für die elektrolytische Abscheidung von Kupfer aus einer Lösung von Kupfersulfat und Schwefelsäure bei einem Chargenversuch, der etwa 10 Stunden dauerte, verwendet. Die bei diesem Versuch verwendete Apparatur war im wesent liehen so ausgebildet, wie schematisch im Fließschema von Fig.2 dargestellt.

Jede der beiden elektrochemischen Zellen hatte eine ^; innere Breite von 450 mm, eine Höhe von 640 mm und eine Dicke von 50 mm. Das bipolare Bauelement zwischen den beiden Zellen bestand aus einem Titanblech. Auf der : kathodischen Seite des bipolaren Bauteils war ein großer Teil der Oberfläche mit einem nicht leitenden Überzug aus Metalloxyden beschichtet. Eine kleine Fläche des Titanblechs war jedoch blank gehalten, so daß sie als Stromzuführung zur feinteiligen Kathode dienen konnte. Ein Netz aus senkrechten und waagerechten Titanstäben war aufdie Anodenseite des bipolaren Bauteils über einen Bereich von etwa 160 χ 160 mm geschweißt. Diese Fläche der Anodenseite des bipolaren Bauelements wurde dann mit einem elektrokatalytischen Belag beschichtet, der vor- ; stehend bereits beschrieben wurde. Das Diaphragma, das

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den Anodenraum und den Kathodenraurr. leder Zeile trennte, bestand aus den"- Werkstoff <.'<■: τ Handelsbezeichnung "Darak 5000" (Hersteller W.R.Grace 3, Co.). Die Baugruppe der Zellen war so geneigt, daß die Diaphragmen einen Winkel von etwa 28° zur aufwärts gerichteten Senkrechten bildeten und über de η feinteiligen Kathoden lagen mit denen sie in Berührung waren. Die Teilchen der feinteiligen Kathoden bestanden aus Kupfer und hatte eine Größe im Boreich von 200 bis 800 ,u Durchmesser. Der Anolyt und der Katholyt hatten im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung. ;

Die Baugruppe von Zellen wurde unter den folgenden Bedingungen betrieben:

Durchflußmenge des Katholyten 2,5 m/Std./Zelle Durchflußmenge des Anolyten etwa 200 1/Std./Zelle Gesamte Volumenausdehnung des

Betts von Kathodenteilchen etwa 5% \

Temperatur des Elektrolyten 35°C

Zusammensetzung des Elektrolyten j

zu Beginn (Bedingungen zum Schluß |

in Klammern) . ■

Cu 25 (0,05) g/l :

H₂SO₄ 100 (138) g/l j

Stromdichte (bezogen auf ver- « j

fügbare Diaphragmafläche) 1000 A/m ;

Spannung in jeder Zelle 1,7 V \

Gesamtwirkungsgrad der Kathode über 95%

Beispiel 2

Die bei dem in Beispiel 1 beschriebenen Verfahren verwendete Baugruppe von zwei elektrochemischen Zellen wurde kontinuierlich für eine Dauer von 100 Stunden betrieben. Gesättigte Katholytlösung wurde dem Umlaufbehälter zugesetzt, und ausgebrauchte Lösung wurde aus dem Behälter abgezogen, wobei die Mengen so dosiert wurden,

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daß die Zusammensetzung des Katholyten im Umwälztank im wesentlichen konstant blieb. Das kontinuierliche Verfahren wurde unter den folgenden Bedingungen durchgeführt:

Durchflußmenge des Katholyten Durchflußmenge des Anolyten etwa

Gesamte Volumenausdehnung des Betts der Kathodenteilchen etwa

2,5rn/Std./Zelle 200 1/Std./Zelle

5%

Temperatur des Elektrolyten	35	°C	95%	g/Std./Zelle
Zusammensetzung der gesättigten Lösung:			180
Cu	25	g/i
H₂SO₄	100	g/i
Zusammensetzung der ausgebrauchten Lösung:
Cu	5	g/i
H₂SO₄	131	g/i
Zugeführte Menge der gesättigten Lösung	19	l/Std.
Stromdichte	1000	A/m²
Spannung in jeder Zelle	1,7	V
Gesamtwirkungsgrad der Kathode über
Kupfererzeugung

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Claims

Patentansprüche !

(a) Elektrochemische Vorrichtung mit zwei elektrochemischen Zellen, die durch ein bipolares Bauelement voneinander getrennt sind, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle wenigstens eine feinteilige Elektrode und eine Gegenelektrode enthält und daß das bipolare Bauelement eine elektrische Verbindung zwischen der feinteiligen Elektrode einer Zelle und der Gegenelektrode der anderen Zelle herstellt, wobei die Anordnung so getroffen ist, daß im Betrieb wenigstens ein Teil des bipolaren Bauelements in elektrischem Kontakt mit der feinteiligen Elektrode ist und eine Stromzuführung für die feinteilige Elektrode bildet. j
2) Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede Zelle zwei Elektrodenräume aufweist, die , durch eine für Ionen durchlässige Wand getrennt sind.
3) Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die für Ionen durchlässige Wand für fließfähige Medien im wesentlichen undurchlässig und ionisch permselektiv ist. ;
4) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bipolare Bauelement eine allgemein planare Form hat.
5) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das bipolare Bauelement in der elektrochemischen Vorrichtung so angeordnet ist, daß es im wesentliche parallel zu den für Ionen durchlässigen Wänden verläuft.
6) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Gegenelektrode keine feinteilige Elektrode ist. . j

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7) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis der Fläche des bipolaren Bauelements, die im Betrieb die Stromzuführung darstellt, zur Fläche der Gegenelektrode 1:2 bis 1:10 beträgt.
8) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die feinteiligen Elektroden im Betrieb als Kathoden geschaltet sind.
9) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die für Ionen durchlässigen Wände zur Senkrechten so geneigt sind, daß sie sich über den feinteiligen Elektroden befinden, mit denen die in Kontakt sind, und dass die Vorrichtung ferner mit Mitteln zur Umwälzung der Teilchen jeder feinteiligen Elektrode in ihren zugehörigen Elektrodenräumen versehen ist.- ;
10) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die für Ionen durchlässigen Wände in einem Winkel von 5° bis 40° zu der nach oben verlaufenden Senkrechten geneigt sind.
11) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß das bipolare Bauelement mit einem aus Titan bestehenden Gitter oder Netz versehen ist, das während des Betriebs der Vorrichtung wenigstens teilweise als Anode dient.
12) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß das Gitter oder Netz wenigstens teil- _v weise mit einem Überzug aus einem elektrokatalytischen V Material versehen ist. i
13) Vorrichtung nach Anspruch. 1 bis 12, dadurch gekenn- \ zeichnet, daß der Teil des bipolaren Bauelements, der ; ι im Betrieb die Stromzuführung bildet, eine Fläche hat, \

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die nicht größer ist als 50% der Fläche des mit der feinteiligen Elektrode in Kontakt befindlichen bipolaren Bauelements. j
14) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß der Teil des bipolaren Bauelements, der im Betrieb die Stromzuführung bildet, aus einem Metall besteht, das im wesentlichen die gleiche Zusammensetzung hat wie das Metall der Oberflächen im wesentlichen aller Teilchen der feinteiligen Elektrode, mit der er in Kontakt ist. - ■ I
15) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß sie 5 bis 100 elektrochemische Zellen enthält. i
16) Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß sie in ähnlicher V/eise wie eine Plattenfilterpresse ausgebildet ist.
17) Verfahren zur elektrolytischen Abscheidung eines Metalls aus einem wässrigen Elektrolyten auf die Teilchen von zv/ei oder mehr feinteiligen Elektroden, dadurch gekennzeichnet, daß man den wässrigen Elektrolyten durch eine Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 16 führt und zwischen der feinteiligen Elektrode und der Gegenelektrode jeder Zelle der Vorrichtung eine solche Potentialdifferenz einstellt, daß die feinteilige Elektrode in jeder Zelle der Vorrichtung kathodisch zur Gegenelektrode der Zelle gemacht wird, wodurch das Metall aus dem Elektrolyten elektrolytisch auf den Teilchen jeder feinteiligen Elektrode abgeschieden ; wird. I

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