PROCESS FOR REDUCING THE ALUMINIUM CONTENT OF ALCALINE SOLUTIONS OF AN ELECTROLYTE OF BATTERIES HAVING ALUMINIUM ANODES

Abstract: 1. Method of reducing the aluminium content of alkaline electrolyte solutions in batteries with aluminium anodes, characterized in that the electrolyte solution is reacted with a precipitation medium in a hydroxide of the alkaline earth metals.

Description: Verfahren und Vorrichtung zur Verringerung des Aluminiumgehalts von alkalischen Lösungen Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verringerung des Aluminiumgehalts von alkalischen Lösungen. Bei einem durch den BAYER-Prozess bekanntgewordenen Verfahren dieser Art wird zum Zweck der industriellen Gewinnung von reinem Aluminiumoxid das Bauxit durch Erhitzen mit Natronlauge im Autoklaven aufgeschlossen, wobei das im Bauxit enthaltene Aluminiumhydroxid als Aluminat in Lösung geht, das dann entweder durch Einleiten von Kohlendioxid oder durch Ausrühren mit bereits dargestelltem Alur'..Ii.ium- hydroxid zerlegt wird. Die Zerlegung beim Ausrühren beruht darauf, dass die durch Erhitzen im Autoklaven erhaltene Aluminatlösung nach dem Abkühlen und Verdünnen metastabil ist. Das zugesetzte Aluminiumhydroxid beschleunigt den Zerfall des Aluminats, indem es für die Abscheidung des aus dem Aluminat gebildeten Aluminiumhydroxids die Kristallisationskeime liefert. Ein ähnlicher Kristallisationsprozess findet auch in alkalischen Elektrolytlösungen statt, wie sie beispielsweise auch in Batterien mit Aluminiumanoden zur Anwendung kommen. Infolge erheblich abweichender Konzentrationsbereiche und auch Al/OH-Verhältnisse kommt es hier jedoch zu keiner ausreichenden Ausscheidung; die Anreicherung des Elektrolyten mit Aluminiumhydroxid führt vielmehr zu unerwünschten Störungen sowohl im elektrochemischen Stoffumsatz als auch im technisch-funktionellen Bereich, da mit steigender Viskosität z.B. Pumpen und Leitungen schneller verstopfen. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung der eingangs genannten Art aufzuzeigen, deren Wirkung selbst noch bei solchen Verhältnissen gewährleistet ist, wie sie insbesondere in Elektrolyten von Al/02-Zellen vorherrschen. Die Aufgabe wird erfindungsgemäss bei einem Verfahren der gattungsgemässen Art dadurch gelöst, dass die Lösung mit einem Fällungsmittel aus einem Hydroxid der Erdalkalimetalle versetzt wird. Die Vorrichtung der gattungsgemässen Art ist demgegenüber gekennzeichnet durch einen Reaktor, in dem sich ein Fällungsmittel aus einem Hydroxid der Erdalkalimetalle befindet und dessen Gehäuse mit einem Einlass und einem Auslass für die Zu- und Abführung der alkalischen Lösung versehen ist. Auf diese Weise kommt es zur Ausfällung eines Aluminats der Erdalkalimetalle, das im Gegensatz zum Natriumaluminat unlöslich ist. Die Wirkung tritt bereits nach relativ kurzer Zeit ein und lässt sich auch noch bei minimalsten A1/OH Verhältnissen nachweisen. Die Aluminat- bzw. Hydroxidkon zentration der Lösung erreicht nach einer gewissen Zeit einen im wesentlichen konstanten Wert. Bei bevorzugter Zugabe des Fällungsmittels als Feststoff kommt es zu einer Festkörperreaktion, die in quantitativer Hinsicht genau vorherbestimmbar ist. Andere zweckmässige Ausführungen und Ausgestaltungen der Erfindung sind durch weitere Ansprüche gekennzeichnet. Ein Fällungsmittel aus einem Hydroxid der Erdalkalimetalle lässt sich erfindungsgemäss insbesondere zur Verringerung des Aluminiumgehalts von alkalischen Elektrolytlösungen für Batterien mit Aluminiumanoden verwenden. Dadurch wird die Leistungsfähigkeit elektrochemischer Zellen wesentlich verbessert und ihre Nutzzeit verlängert. Gleichzeitig sind auch Einsparungen der dazu erforderlichen Elektrolytmengen zu erzielen, was sich wiederum nicht zuletzt günstig auf die Dimensionierung einer entsprechenden Anlage auswirken kann. Ein weiteres Anwendungsgebiet der Erfindung kann u.a. auch die Abwasserreinigung sein. So lassen sich nach der Erfindung aluminiumhaltige Abwässer von Brauereien in einfacher Weise entsorgen. Die Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen bei spielshalber näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 eine Vorrichtung gemäss der Erfindung in einer schematisierten Schnittdarstellung, und Fig. 2 eine schematische Gesamtansicht einer elektro chemischen Zellenanlage mit einer integrier ten Vorrichtung nach Fig. 1 Gemäss Fig. 1 besteht die Vorrichtung aus einem Reaktor 10, dessen Gehäuse 11 als Kartusche ausgebildet ist. Der zylinderförmige Innenraum ist endseitig durch einen unteren Deckel 12 und einen oberen Deckel 13 verschlossen, die über Dichtungen 14 mit der Gehäusewandung verbunden sind. Im unteren Deckel ist ein Einlassstutzen 15 und im oberen Deckel 13 #ein Auslassstutzen 16 für die Zu- und Abführung der alkalischen Lösung vorgesehen. Im unteren Teil des Gehäuseinnenraums befindet sich ein Fällungsmittel 17 in Form eines Feststoffes aus zerkleinertem Marmorkalkhydrat, der durch einen Flüssigkeitsverteiler 18 von der Einlass öffnung getrennt ist. Oberhalb des Fällungsmittels 17 ist in dem Gehäuse 11 ein Filtereinsatz 19 untergebracht, der durch Halterungen 20 gehalten wird. Als ein geeignetes Filtermaterial wird Glaswolle bevorzugt. Fig. 2 zeigt eine Anlage zur Gewinnung elektrischer Energie bestehend aus einer elektrochemischen Zelle 21, einem geschlossenen Leitungssystem 22 für die Elektrolytlösung, einem Kühler 23 und einem Tank 24. Ferner ist ein Reaktor 25 vorgesehen, der im Aufbau im wesentlichen der Vorrichtung nach Fig. 1 entspricht und der über ein parallel geschaltetes Leitungssystem 26 an den Tank 24 angeschlossen ist. Selbstverständlich kann der Reaktor 25 auch in Reihe zwischen Kühler 23 und Tank 24 geschaltet sein (nicht dargestellt). Die elektrochemische Zelle 21 besteht vorzugsweise aus einer Batterie mit einer Aluminiumanode. Als Elektrolytlösung wird eine Kalilauge bevorzugt. Die Wirkungsweise der Erfindung wird durch die nachstehende Versuchsdurchführung verdeutlicht. Für eine Al/02-Zelle wird eine 6,5 Mol KOH-Lösung bei 800C mit A1(OH)3 angereichert, bis eine Konzentration von ca. 3 Mol/l erreicht ist. Nach Abkühlung der Elektrolytlösung auf ca. 600C werden 2 Mol (148,2 g) Ca(OH)2 beigegeben und anschliessend in bestimmten Zeitabständen die sich aus der nachfolgenden Tabelle ergebenden Werte ermittelt: Probe t(h) U(mv) ppm C(M/1) 1 0,0 - 59,68 142,5 2,64 2 0,1 - 67,68 133,5 2,47 3 0,5 - 69,55 127,5 2,36 4 1,0 - 70,23 126,5 2,34 5 2,0 - 70,00 125,5 2,32 6 4,0 - 70,90 125,5 2,32 7 5,0 - 70,60 125,0 2,31 8 96,0 - 70,60 125,0 2,31 Nach Ablauf von 96 h trat keine weitere Konzentrationsänderung mehr ein. Bezugszeichenliste: 10 Reaktor 11 Gehäuse 12 unterer Deckel 13 -oberer Deckel 14 Dichtung 15 Einlassstutzen 16 Auslassstutzen 17 Fällungsmittel 18 Flüssigkeitsverteiler 19 Filtereinsatz 20 Halterung 21 Zelle 22 Leitungssystem 23 Kühler 24 Tank 25 Reaktor 26 Leitungssystem

Claims: Patentansprüche: 1. Verfahren zur Verringerung des Aluminiumgehalts von alkalischen Lösungen, insbesondere elektrochemisches Verfahren zur Entsorgung von an Aluminium angereicher ten Lösungen, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, dass die Lösung mit einem Fällungsmittel aus einem Hydro xid der Erdalkalimetalle versetzt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Fällungsmittel in fester Form zugegeben wird. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, dass die Zugabe des Fällungsmittels unter erhöhten Temperaturen erfolgt. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch ge kennzeichnet, dass das Fällungsmittel aus Calciumhydro xid besteht. 5. Vorrichtung zur Verringerung des Aluminiumgehalts von alkalischen Lösungen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekenn zeichnet durch einen Reaktor (10), in dem sich ein Fäl lungsmittel aus einem Hydroxid der Erdalkalimetalle be findet und dessen Gehäuse (11) mit einem Einlass (15) und einem Auslass (16) für die Zu- und Abführung der alkalischen Lösung versehen ist. 6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Fällungsmittel in fester Form vorliegt. 7. Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeich net, dass dem Fällungsmittel in Strömungsrichtung ein Filter (19) nachgeschaltet ist. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Fällungsmittel aus Calciumhy droxid besteht. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Reaktors (10) als Kartusche mit im wesentlichen in Längsrichtung diametral angeordnetem Ein- und Auslass ausgebildet ist. 10. Verwendung eines aus dem Hydroxid der Erdalkalimetalle bestehendes Fällungsmittel gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Verringerung des Aluminiumgehalts von alka lischen Elektrolytlösungen für Batterien mit Aluminium anoden. 11. Verwendung eines aus dem Hydroxid der Erdalkalimetalle bestehendes Fällungsmittel gemäss einem der Ansprüche 1 bis 4 zur Entsorgung von aluminiumhaltigen Abwässern von Brauereien.

Inventors: KATRYNIOK, DETLEF, DR., PACK, HUGO, RUCH, JEAN, DR., TILLMANN, HEINZ-GUNTHER, Tillmann, Heinz-Günther
Applicants: ACCUMULATORENWERKE HOPPECKE  CARL ZOELLNER & SOHN GMBH & CO. KG
Application year: 1983
Main classification: C02F9
IPC codes: C02F9, C02F1, B08B3, H01M10, H01M12, C01D1