Zur Kenntnis der elektrolytischen Zinkgewinnung
Authors: Palmær  , Wejnarth A. 
Published: August 2023

1. Die in den letzten Jahren viel verbreitete elektrolytische Zinkgewinnung wurde in kleinem Maßstab mit schwedischem Zinkerz durchgeprüft. Dabei wurde die Theorie des Verfahrens weiter entwickelt und einige neue Erscheinungen beobachtet.

2. In einigen historischen Bemerkungen werden u. a. Angaben über die von Siemens & Halske ausgeführten Arbeiten mitgeteilt.

3. Es wird die Ansicht ausgesprochen und begründet, daß die Verwendung von Schwefelsäure bzw. Zinksulfatlösung der Verwendung von Salzsäure bzw. Zinkchloridlösung vorzuziehen ist.

4. Es wird gezeigt, daß das Ergebnis der Versuche und der Praxis, wobei etwa die Hälfte des Zinkinhalts der Lösung mit einer mittleren Stromausbeute von etwa 75% niedergeschlagen wird, mit den theoretischen Vorausberechnungen im besten Einklang steht.

5. Die Einwirkung der schädlichen Fremdmetalle (Fe, Mn, Cd, Cu, As, Sb, Co) wird erörtert und erklärt; dabei wird die wahrscheinliche Annahme gemacht, daß die Überspannung für Wasserstoff bei Cd, As, Sb, Co kleiner als bei Zn ist. Betreffs der Chloride, die auch bei Elektrolyse von Zinksulfatlösungen mit Bleianoden sehr schädlich sind, kann auf Grund der Erfahrungen aus der Bleiakkumulatorentechnik deren Einwirkung erklärt werden.

6. Die Auslaugung des Erzes und die Reinigung der Lösung wird beschrieben und einige dabei gemachten Beobachtungen mitgeteilt.

7. Der bisweilen empfohlene Zusatz von Leim zur Elektrolyse erwies sich jedenfalls bei unserer Arbeitsweise als überflüssig.

8. Die Anodenfrage wird besprochen und der Verschleiß von Anoden aus elektrolytischem Blei vorläufig untersucht; es ergab sich ein Bleiverbrauch, der etwa 0,8 bis 1% vom Gewicht des gleichzeitig gewonnenen Zinks entsprechen dürfte.

9. Es stellt sich heraus, daß Aluminium als Kathodenmaterial sehr geeignet ist, wie in der technischen Literatur angegeben. Das Passivwerden dieses Metalls in sauren Sulfatlösungen scheint hierbei eine Rolle zu spielen, wie näher auseinandergesetzt wird.

10. Daß der Zinkniederschlag so leicht von der Aluminiumkathode losgemacht werden kann, beruht aber hauptsächlich darauf, daß im ausgefällten Zink starke Spannungen vorhanden sind, so daß die Zinkplatten mit der Zeit stark gekrümmt werden, ohne jedoch zu bersten.

11. Es wird darauf hingewiesen, daß dies eine ziemlich allgemeine Erscheinung bei elektrolytischen Niederschlägen (Fe, Ni, Sb, Bi, MnO2, PbO2 und Zn) ist und die Ursache besprochen. Ein Übergang vom amorphen in den kristallisierten Zustand als Erklärungsgrund wird abgelehnt, weil eine nähere Untersuchung sogar von kolloidalen Metallen gelehrt hat, daß auch diese kristallisiert sind. Eine allotrope Umwandlung (Polymorphie) ist auch als Erklärungsgrund sehr unwahrscheinlich, weil dies bedeuten würde, daß sämtliche genannten Stoffe bei etwa gewöhnlicher Temperatur einen Umwandlungspunkt besitzen sollten. Durch röntgenkristallographische Untersuchung wurde auch festgestellt, daß eine solche Umwandlung beim Zink nicht vorliegt. Auch die Abgabe von adsorbierten Gasen als eigentliche Ursache der Erscheinung wird aus angegebenen Gründen nicht akzeptiert. Die wahrscheinliche Erklärung ist, daß eine Rekristallisation im Sinne der Theorie von Tammann stattfindet.

12. Die Zersetzungsspannung (Polarisation) wurde direkt bei Unterbrechung der Elektrolyse gemessen. Mit Berücksichtigung einer Bestimmung der Überspannung für Sauerstoff an Bleisuperoxyd wurde der Wert 2,53 V bei gewöhnlicher Temperatur berechnet. Gefunden wurde 2,62 V, was mit Hinsicht auf die Konzentrationsänderungen in nächster Nähe der Elektroden, die bei der Beobachtungsmethode mitspielen, sowie auf die Unsicherheit, die den Bestimmungen von Zersetzungsspannungen anhaftet, als eine befriedigende Übereinstimmung angesehen werden muß.

13. Es wird gezeigt, daß in einem Beispiel die Leitfähigkeit der Lösung im Laufe der Elektrolyse 5,2 mal höher als zu Anfang wurde, je nachdem Zinksulfat durch Schwefelsäure ersetzt wurde. Dies beruht teils auf verschiedener Wanderungsgeschwindigkeit der Ionen, teils auf der stärkeren Dissoziation der Schwefelsäure. Die Klemmenspannung sinkt demzufolge bedeutend im Laufe der Elektrolyse.

14. Für die Praxis scheint man mit einer Stromausbeute von 75% und einer mittleren Spannung von 3,5 V pro Elektrolyseur rechnen zu können. Hiervon ausgehend, wird die elektrolytische Zinkgewinnung mit der elektrothermischen vom ökonomischen Gesichtspunkt aus verglichen.