Verwendung einer Blei-Legierung für Anoden bei der elektrolytischen Gewinnung von Zink

Die naßmetallurgische Gewinnung von Zink erfolgt üblicherweise nach dem Verfahrensprinzip Zinkblenderöstung, Laugung des Röstgutes, Laugenreinigung, elektrolytische Abscheidung von Zink und Umschmelzen des zuvor von den Kathoden abgezogenen Zinks. Die elektrolytische Abscheidung geschieht dabei praktisch ausschließlich aus schwefelsauren Lösungen mit Hilfe von Aluminiumkathoden und Bleianoden.

Anodenmaterialien sind vorwiegend ternäre Blei-Legierungen mit meist Silber-Gehalten, die zwischen 0,5 bis 1,0 Gew.% liegen. Hinsichtlich der dritten Legierungskomponente liegen Untersuchungen über Thallium, Tellur, Selen, Wismut, Calzium, Gold, Quecksilber, Strontium, Barium, Arsen, Zinn und Kobalt vor (The Journal of Applied Chemistry of the UdSSR -english translation- Vol. 24 (1951) S. 1429 ff) sowie Magnesium und Silizium (The Journal of Applied Chemistry of the UdSSR -english translation- Vol. 26 (1953) S. 847 ff).

Dabei zeigt sich, daß Anoden aus verschiedenen Legierungen während des Elektrolysebetriebes einen beträchtlichen Gewichtsverlust erleiden, der - abgesehen vom schnellen Verbrauch des Anodenmaterials - auch insofern nachteilig ist, als sich beträchtliche Schlammengen bilden können oder aber das kathodisch abgeschiedene Zink stark verunreinigt wird. Eine zusätzliche Problematik ergibt sich aus dem Umstand, daß verschiedene Legierungen nicht die erforderliche mechanische Festigkeit aufweisen oder während des Gebrauchs die anfänglich vorhandene Festigkeit verlieren. Es kann dann zu Verwerfungen und als Folge hiervon zu Kurzschlüssen und Brennern kommen.

Wie insbesondere auch die Ausführungen in "Blei und Blei- legierungen" von W. Hofmann, Springer-Verlag 1962, S. 285 ff zeigen, sind die Einflüsse der von Blei verschiedenen Legierungskomponenten vielfältig, zum Teil widersprüchlich und praktisch nicht vorhersehbar. Schließlich sind auch die mit der Herstellung der Legierung verbundenen Kosten von beträchtlicher Bedeutung, insbesondere wenn man berücksichtigt, daß sich in der Bäderhalle moderner Zinkelektrolysen Bleilegierungsmengen in der Größenordnung von 1.000 t und mehr befinden.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Legierung für Anoden bei der elektrolytischen Gewinnung von Zink aus sauren Lösungen bereitzustellen, die die Nachteile der bekannten Legierungen nicht aufweisen, vorteilhafte elektrische und mechanische Eigenschaften besitzen und möglichst kostengünstig herstellbar sind.

Die Lösung der Aufgabe liegt in der Verwendung einer Blei-Legierung, bestehend aus 0,05 bis 0,25 Gew.% Strontium und/oder 0,05 bis 0,1 Gew.% Calzium sowie 0,1 bis 0,5 Gew.% Silber, Rest Blei für Anoden bei der elektrolytischen Gewinnung von Zink aus sauren Lösungen.

Sofern strontiumhaltige Legierungen vorgesehen sind, kommen vorzugsweise solche zur Anwendung, in denen der Strontium-Gehalt 0,05 bis 0,1 Gew.% beträgt.

Die aus den vorgenannten Legierungen hergestellten Anoden besitzen eine beträchtliche Härte und eine hohe Elastizität. Sie sind formbeständig, so daß sie - verglichen mit üblichen Anoden - in geringerer Dicke hergestellt werden können. Hiermit verbunden ist eine Einsparung an Legierungsmaterial generell und insbesondere an Silber möglich. Infolge des geringen Gewichtes der Anoden können auch die Anschlußelemente, insbesondere die Tragestangen, leichter konstruiert werden.

Die hohe Formbeständigkeit der Anoden läßt es zu, daß der Elektrodenabstand verkleinert werden kann, so daß eine Verringerung des Energieverbrauchs erzielt wird.

Aus Gründen der einfacheren Herstellung werden zweckmäßigerweise Legierungen eingesetzt, die Calzium oder Strontium enthalten. Hinsichtlich ihrer Eigenschaften sind jedoch auch solche, die beide Legierungsbestandteile aufweisen, gleichwertig.

Die Herstellung der Anoden kann durch Walzen oder Gießen erfolgen. Insbesondere die Möglichkeit des Gießens ist insofern vorteilhaft, als die Anoden unmittelbar ihre endgültigen Abmessungen erhalten und - sofern erwünscht - bereits beim Guß Durchtrittsöffnungen für den Elektrolyt vorgesehen werden können. Die Festigkeit der Metalllegierung ist so hoch, daß auch bei der Herstellung von Anoden mit Durchtrittsöffnungen eine größere Dicke - etwa aus Stabilitätsgründen - nicht erforderlich ist.

Bei der Herstellung von Gußanoden, die generell eine höhere Härte als Walzanoden aufweisen, empfiehlt sich eine langsame Abkühlung, weil hierdurch im Vergleich zur schnellen Abkühlung eine zusätzliche Erhöhung der Härte und der Korrosionsbeständigkeit erzielt wird.

Die Korrosionsbeständigkeit der Anoden ist so hoch, daß ein Abtrag selbst nach monatelangem Betrieb praktisch nicht vorhanden ist. Dies ist insbesondere deswegen überraschend als zu befürchten war, daß eine Reduktion des Silber-Gehaltes in der Legierung mit einer Vergrößerung der Korrosion verbunden sein würde.

Die erhaltenen Anoden werden unter den üblicherweise angewendeten Elektrolysebedingungen eingesetzt, d.h. beispielsweise

bei einer Stromdichte von 160 bis 630 A/m² einer Temperatur von 30 bis 46°C und bei einem Schwefelsäuregehalt des Elektrolyten von 165 bis 220 g/1 und

einem Zinkgehalt des Elektrolyten von 40 bis 70 g/l.