CH642033A5 - Process and equipment for the treatment of waste waters containing heavy metals - Google Patents
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Description
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Rückgewinnung von Schwermetallen aus Abwässern in einem geschlossenen Kreislauf, die zuverlässig und ohne grossen Wartungs- und Chemikalienaufwand mit guter Stromausbeute sowie unter Rückgewinnung der abgetrennten Schwermetalle in reiner Form durchführbar ist und bei der die verwendete Vorrichtung einfach und übersichtlich aufgebaut ist. The object of the present invention is therefore the recovery of heavy metals from waste water in a closed circuit, which can be carried out in pure form reliably and without great maintenance and chemicals, with good electricity yield and with recovery of the separated heavy metals, and in which the device used is simple and clearly structured is.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den in Anspruch 1 angegebenen Merkmalen sowie durch eine Anlage zur Durchführung dieses Verfahrens gelöst. This object is achieved by a method with the features specified in claim 1 and by an installation for carrying out this method.
Die einzige Figur der beigeschlossenen Zeichnung zeigt das Fliessbild einer bevorzugten Form des erfindungsge-mässen Verfahrens. The only figure in the attached drawing shows the flow diagram of a preferred form of the method according to the invention.
Durch Nachschaltung der Elektrolysezelle hinter die Konzentrierungs- und Reinigungseinrichtung können verhältnismässig gering modifizierte konventionelle Elektrolysezellen mit Elektrodenanordnungen, von denen die abgeschiedenen Metalle auf einfache mechanische Art entfernt werden können, eingesetzt werden, die einfach und billig herzustellen sind. Durch ihre einfache Bauweise sind diese Zellen nur wenig störungsanfällig und leichter zu betreiben als die komplexen Kompaktelektrolysezellen. By connecting the electrolytic cell downstream of the concentration and cleaning device, it is possible to use relatively slightly modified conventional electrolytic cells with electrode arrangements, from which the deposited metals can be removed in a simple mechanical manner, which are simple and inexpensive to produce. Due to their simple design, these cells are only slightly prone to malfunction and easier to operate than the complex compact electrolysis cells.
Wenn als Konzentrierungs- und Reinigungseinrichtung eine Ionenaustauscher-, Umkehrosmose-, Elektrodialyse-Dialyse- Ultrafiltrations- oder Verdampfungsanlage verwendet wird, wird der Betrieb dieser einfachen Elektrolysezellen in einem optimalen Konzentrationsbereich ermöglicht; insbesondere durch die Ausführungsform der Erfindung, bei der Ionenaustauscher als Konzentrierungs- und Reinigungseinrichtung verwendet werden, ist ein sehr wirtschaftliches Verfahren gewährleistet, da hierbei hohe Schwermetallionen-Konzentrationen in der Lösung verwendet werden können, bei deren Elektrolyse hochkonzentrierte säure- und basenhal-tige Elektrolytlösungen anfallen, die im Kreislauf zur Regenerierung bzw. Eluierung auf die Ionenaustauscher zurückgeführt werden können. Damit werden die Betriebskosten äusserst niedrig gehalten. Beim erfindungsgemässen Verfahren können Ionenaustauscher daher einerseits zur Herstellung einer konzentrierten Schwermetallionenlösung und andererseits zu ihrer Abtrennung von dem noch weitere Verunreinigungen, teilweise in Ionenform, enthaltenden Abwässern dienen, und haben somit zwei Funktionen, während sie nach dem Stand der Technik nur die vorgeschriebenen Höchstkonzentrationen an Schwermetallen erreichen sollen. Der erfindungsgemäss erhaltene Ablauf von den Ionenaustauschern kann weitgehend schwermetallfrei gehalten werden. Zusätzlich können durch spezielle Schaltungen und bei Einsatz bestimmter Ionenaustauscherharze aus der Lösung vor der Elektrolyse störende Inhaltsstoffe abgetrennt werden, so dass die Reinheit der elektrolytisch abgeschiedenen Metalle wesentlich verbessert wird. If an ion exchange, reverse osmosis, electrodialysis, dialysis, ultrafiltration or evaporation system is used as the concentration and purification device, the operation of these simple electrolysis cells is made possible in an optimal concentration range; In particular, the embodiment of the invention, in which ion exchangers are used as concentration and cleaning devices, ensures a very economical process, since high concentrations of heavy metal ions can be used in the solution, the electrolysis of which results in highly concentrated acidic and base-containing electrolyte solutions which can be recycled to the ion exchangers for regeneration or elution. This keeps the operating costs extremely low. In the process according to the invention, ion exchangers can therefore serve on the one hand to produce a concentrated heavy metal ion solution and on the other hand to separate them from the wastewater containing further impurities, some of which are in ionic form, and thus have two functions, whereas according to the prior art they only have the prescribed maximum concentrations of heavy metals should achieve. The discharge from the ion exchangers obtained according to the invention can be kept largely free of heavy metals. In addition, using special circuits and when using certain ion exchange resins, disruptive constituents can be separated from the solution prior to electrolysis, so that the purity of the electrodeposited metals is significantly improved.
Ferner bietet das erfindungsgemässe Verfahren viel Flexibilität und gestattet, sowohl aus sehr verdünnten Abwässern, die nur einige ppm Schwermetall enthalten, als auch aus konzentrierten Abwässern mit mehreren 10 000 ppm Schwermetall in einem einzigen Verfahrensgang das Schwermetall selektiv und bis auf die behördlich zugelassenen Werte zu entfernen. Furthermore, the method according to the invention offers a great deal of flexibility and allows the heavy metal to be removed selectively and from the officially approved values both from very dilute wastewater containing only a few ppm heavy metal and from concentrated wastewater with several 10,000 ppm heavy metal in a single process step .
Bei dem erfindungsgemässen Verfahren können verschiedene Verfahrensstufen kombiniert werden. Zur wirtschaftlichen und effektiven Arbeitsweise der Elektrolyseeinheit ist es zweckmässig, die Schwermetallkonzentration je nach Metallart auf über 1,5 g/I, insbesondere auf 10 bis 150 g/1 zu erhöhen, wenn die anfallenden Abwässer geringeren Schwermetallgehalt aufweisen. Dies erfolgt in entsprechenden Konzentrierungs- und Reinigungseinrichtungen, wie Ionenaustauschersäulen, Umkehrosmose-, Elektrodialyse-, Ultrafiltrations-, Dialyse-, Elektrolyse- oder Verdampfungsvorrichtungen. In der Regel muss die Aufkonzentrierungseinrich-tung jedoch das Schwermetall so selektiv abtrennen, dass der entstehende Anteil an Lösung mit niedrigem Schwermetallgehalt entweder in einer Entmineralisierungseinrichtung, wie etwa einer Ionenaustauscher-Kreislaufanlage, oder auch in einer Umkehrosmosevorrichtung oder dergl. wieder wirtschaftlich aufbereitet werden kann oder ohne zusätzliche Behandlung direkt abgeleitet werden kann. Various process stages can be combined in the process according to the invention. For economical and effective operation of the electrolysis unit, it is advisable to increase the heavy metal concentration to over 1.5 g / l, in particular to 10 to 150 g / l, depending on the type of metal, if the wastewater obtained has a lower heavy metal content. This takes place in corresponding concentration and cleaning devices, such as ion exchange columns, reverse osmosis, electrodialysis, ultrafiltration, dialysis, electrolysis or evaporation devices. As a rule, however, the concentration device must selectively separate the heavy metal in such a way that the resulting portion of solution with a low heavy metal content can either be economically reprocessed either in a demineralization device, such as an ion exchange circuit, or in a reverse osmosis device or the like can be derived directly without additional treatment.
Die für die Elektrolysezelle benötigte und gewünschte Schwermetallkonzentration kann kontinuierlich erzeugt werden. Hierfür wird z.B. kontinuierlich Eluat aus der Konzentrierungs- und Reinigungseinrichtung in dem Masse, wie Schwermetall auf der Kathode abgeschieden wird, in die Elektrolysezelle eingeleitet. Besonders gut geeignet sind hierfür kontinuierliche Konzentrierungsverfahren, wie Umkehrosmose, Elektrodialyse oder kontinuierlicher Ionenaustausch. Eine annähernd kontinuierliche Zumischung von Eluat ist bei Verwendung von Ionenaustauschersäulen auch mit zwei Säulen zu erreichen, wenn in einem konventionellen System die im Betrieb befindliche Säule die Aufkonzentrierung bewirkt, während die zweite Säule kontinuierlich regeneriert wird. Hierbei wird die zweite Säule kontinuierlich mit in der Elektrolysezelle gebildetem saurem oder alkalischem gering schwermetallhaltigem Elektrolyt als Regeneriermittel durchflössen. Bei kontinuierlicher Verfahrensführung wird der für die Regenerierung vorgesehene Elektrolyt in einem Ausgleichsgefäss als Zwischenspeicherbehälter aufgefangen und von dort in die Regenerier- und Waschkolonne des kontinuierlichen Systems gepumpt. The heavy metal concentration required and desired for the electrolysis cell can be generated continuously. For this, e.g. continuously eluate from the concentration and purification device in the mass, as heavy metal is deposited on the cathode, into the electrolysis cell. Continuous concentration processes such as reverse osmosis, electrodialysis or continuous ion exchange are particularly well suited for this. An almost continuous admixture of eluate can also be achieved with the use of ion exchange columns with two columns if, in a conventional system, the column in operation brings about concentration, while the second column is continuously regenerated. Here, the second column is continuously flowed through with acidic or alkaline electrolyte, which contains little heavy metals, as a regenerating agent. In the case of continuous process control, the electrolyte provided for the regeneration is collected in a compensating vessel as an intermediate storage container and pumped from there into the regeneration and washing column of the continuous system.
Bei Verwendung eines Ionenaustauschers kann das im Abwasser enthaltene Schwermetall an einem Ionenaus-tauschharz gebunden und damit von den anderen Ionen abgetrennt werden. Die Schwermetallionen werden meist anschliessend mit einem alkalischen Elektrolyten, z.B. verdünnter Natronlauge, der während der elektrolytischen Abscheidung der Schwermetalle in dem elektrolytischen Bad gebildet wird, oder mit einem sauren Elektrolyten, der z.B. Schwefelsäure enthält, eluiert. Die eluierte Lösung, die die When using an ion exchanger, the heavy metal contained in the wastewater can be bound to an ion exchange resin and thus separated from the other ions. The heavy metal ions are usually subsequently coated with an alkaline electrolyte, e.g. dilute sodium hydroxide solution, which is formed in the electrolytic bath during the electrodeposition of the heavy metals, or with an acidic electrolyte, e.g. Contains sulfuric acid, eluted. The eluted solution that the
4 4th
s s
10 10th
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
5 5
642033 642033
Schwermetallionen in konzentrierter Form enthält, wird meist kontinuierlich in eine Elektrolysezelle eingeleitet. Das Schwermetall kann elektrolytisch wiedergewonnen und die Schwermetallkonzentration der Lösung in der Elektrolysezelle in Form des schwermetallhaltigen Eluats der Ionenaustauschersäule kontinuierlich ergänzt werden. Wenn der Elektrolyt alkalisch ist, wird meist ein schwach saures Kationenaustauscherharz oder ein schwach basisches Anionenau-stauscherharz in der Ionenaustauscherstufe verwendet. V"rd dagegen ein saurer Elektrolyt verwendet, ist als Ionenaustauscherharz ein stark saures oder ein schwach saures Kationenaustauscherharz geeignet. Contains heavy metal ions in concentrated form, is usually introduced continuously into an electrolysis cell. The heavy metal can be recovered electrolytically and the heavy metal concentration of the solution in the electrolytic cell can be continuously supplemented in the form of the heavy metal-containing eluate of the ion exchange column. If the electrolyte is alkaline, a weakly acidic cation exchange resin or a weakly basic anion exchange resin is usually used in the ion exchange stage. In contrast, when an acidic electrolyte is used, a strongly acidic or a weakly acidic cation exchange resin is suitable as the ion exchange resin.
Der vom Ionenaustauscherharz abfliessende Ablauf, der kein oder nur geringe Mengen Schwermetall enthält, wird zweckmässig in eine Entsalzungseinrichtung für die Wasserwiedergewinnung geleitet. So kann durch Abtrennung der noch vorhandenen Ionen gereinigtes Wasser gebildet werden, das zum Plattierungsprozess zurückgeleitet und dort als Spülwasser wiederverwendet werden kann. Natürlich kann der Ablauf auch direkt abgeleitet werden. The effluent from the ion exchange resin, which contains no or only a small amount of heavy metal, is expediently directed to a desalination device for water recovery. By separating the ions still present, purified water can be formed, which can be returned to the plating process and reused there as rinsing water. Of course, the process can also be derived directly.
Gemäss dem Fliessschema in der Figur sind die wesentlichen Bestandteile der erfindungsgemässen Vorrichtung eine Konzentrierungs- und Reinigungseinrichtung 1, hier als Ionenaustauscheranlage dargestellt, ein elektrolytisches Bad 2 und eine Einrichtung 21 zur Zirkulation des Elektrolyten. Mit A wird eine Metallraffinier- oder Oberflächenbehandlungsanlage, z.B. eine Plattieranlage mit einem Plattie-rungsbad, einem Wiedergewinnungstank, einem Standspültank oder einem laufenden Spültank, bezeichnet. Mit B wird eine Entsalzungseinrichtung für die Wiedergewinnung von industriellem Wasser durch weitere Reinigung des vom Ionenaustauscher kommenden Ablaufs, der weitgehend oder vollständig von Schwermetallionen befreit wurde, According to the flow diagram in the figure, the essential components of the device according to the invention are a concentration and purification device 1, shown here as an ion exchange system, an electrolytic bath 2 and a device 21 for circulating the electrolyte. With A a metal refining or surface treatment plant, e.g. denotes a plating system with a plating bath, a recovery tank, a standing wash tank or a running wash tank. B is a desalination device for the recovery of industrial water by further cleaning the discharge coming from the ion exchanger, which has been largely or completely freed from heavy metal ions,
bezeichnet. Diese Einrichtung kann z.B. eine Ionenaustauscher-Kreislaufanlage, eine Verdampfungs-Elektrodialyse-, Dialyse-, Elektrolyse-, Ultrafiltrations- oder Umkehrosmosevorrichtung sein. designated. This facility can e.g. an ion exchange circuit, an evaporation electrodialysis, dialysis, electrolysis, ultrafiltration or reverse osmosis device.
In der Konzentrierungs- und Reinigungseinrichtung 1 können die Ionenaustauschersäulen 5,5' paarweise oder in mehrfacher Kombination installiert sein, so dass eine kontinuierliche Behandlung möglich ist, ohne dass die Beladung während der Eluierung (Regeneration) mit dem Elektrolyten unterbrochen zu werden braucht. Eine kontinuierliche Trennung der Schwermetallionen von begleitenden Ionen durch Adsorption und die Eluierung der Schwermetallionen mit dem Elektrolyten gleichzeitig in den gleichen Ionenaustauschersäulen, die kontinuierliche Fest- und Schwebebetten aus Ionenaustauschharz enthalten, ist besonders wirksam. The ion exchange columns 5, 5 'can be installed in pairs or in multiple combinations in the concentration and purification device 1, so that continuous treatment is possible without the need to interrupt the loading of the electrolyte during the elution (regeneration). A continuous separation of the heavy metal ions from accompanying ions by adsorption and the elution of the heavy metal ions with the electrolyte simultaneously in the same ion exchange columns containing continuous fixed and floating beds made of ion exchange resin is particularly effective.
Zur Füllung der Ionenaustauschersäulen 5 und 5' für die Abtrennung bzw. Aufkonzentrierung von Kationen kommen schwach oder stark saure Kationenaustauscherharze in Frage. Je nach Schwermetallkonzentration und pH-Wert des Mediums ist es notwendig, die Harze entweder in der H-Form oder nach Konditionierung in der Na-Form zu betreiben. Die Konditionierung ist vor allem beim schwach sauren Kationenaustauscherharz wichtig, wenn der pH-Wert der aufzubereitenden Lösung niedrig ist, da sonst die Kapazität des Harzes für Schwermetalle zu gering ist. Weak or strongly acidic cation exchange resins can be used to fill the ion exchange columns 5 and 5 'for the separation or concentration of cations. Depending on the heavy metal concentration and pH of the medium, it is necessary to operate the resins either in the H form or after conditioning in the Na form. Conditioning is particularly important for weakly acidic cation exchange resins when the pH of the solution to be prepared is low, otherwise the resin's capacity for heavy metals is too low.
Zur Entfernung von Anionen oder anionischen Komplexen werden schwach oder stark basische Anionenaustau-scher in der OH-Form oder konditioniert in der Salzform (vorzugsweise Chlroid- oder Sulfat-Form) verwendet. To remove anions or anionic complexes, weakly or strongly basic anion exchangers are used in the OH form or conditioned in the salt form (preferably chloroid or sulfate form).
Schwach saure bzw. basische Austauscher haben eine verhältnismässig stark ausgeprägte Selektivität für bestimmte Schwermetalle oder Schwermetallkomplexe. In manchen Fällen ist jedoch diese Selektivität nicht ausreichend, so dass es nötig wird, spezielle, dem Fachmann bekannte Chelat-harze einzusetzen. Weakly acidic or basic exchangers have a relatively strong selectivity for certain heavy metals or heavy metal complexes. In some cases, however, this selectivity is not sufficient, so that it is necessary to use special chelate resins known to the person skilled in the art.
Die Anordnung der Elektrolysezelle, die Zusammensetzung des Elektrolyten und die Elektrolysebedingungen werden so ausgewählt, dass für die elektrolytische Wiedergewinnung des gewünschten Schwermetalls die geeignetsten Bedingungen vorliegen. Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird eine Elektrolysezelle der folgenden Bauart verwendet: Die Elektrolysezelle 8 enthält mindestens eine Kathodenplatte 14 im Kathodenraum 14' und eine Anodenplatte 15 im Anodenraum 15' und ein Diaphragma 16 mit porösen Wandungen. Die Elektrolysezelle ist bei 38 an die Stromquelle mit Gleichrichter angeschlossen. Sie weist vorzugsweise eine Heizeinrichtung 37 auf. The arrangement of the electrolysis cell, the composition of the electrolyte and the electrolysis conditions are selected so that the most suitable conditions are present for the electrolytic recovery of the desired heavy metal. In a preferred embodiment of the invention, an electrolysis cell of the following type is used: The electrolysis cell 8 contains at least one cathode plate 14 in the cathode space 14 'and one anode plate 15 in the anode space 15' and a diaphragm 16 with porous walls. The electrolytic cell is connected at 38 to the power source with a rectifier. It preferably has a heating device 37.
Die Kathodenplatte 14 kann aus Eisen, rostfreiem Stahl, Aluminium oder einem anderen, für die elektrolytische Wiedergewinnung des gewünschten Schwermetalls geeignetem Metall bestehen. Es wird vorzugsweise eine normale Plattenelektrode verwendet, die jedoch zur besseren Ablösung der sich bildenden Metallauflage mit einer Winkelgummileiste versehen ist, die am Umfang der Elektrode angeordnet ist. Wenn das abgeschiedene Metall eine Dicke von 0,2 bis 1 mm erreicht hat, kann es mit Hilfe der Gummileiste leicht abgehoben und anstelle der ursprünglichen Plattenkathode als Neukathode eingesetzt werden. Die Metallschicht nimmt dann gleichmässig zu und es treten keine Schwierigkeiten bei der Trennung des abgeschiedenen Metalls von der ursprünglichen Elektrode auf. The cathode plate 14 may be made of iron, stainless steel, aluminum or other metal suitable for the electrolytic recovery of the desired heavy metal. A normal plate electrode is preferably used, but is provided with an angle rubber strip, which is arranged on the circumference of the electrode, for better detachment of the metal coating which forms. When the deposited metal has reached a thickness of 0.2 to 1 mm, it can be easily lifted off with the help of the rubber strip and used as a new cathode instead of the original plate cathode. The metal layer then increases evenly and there are no difficulties in separating the deposited metal from the original electrode.
Die Anodenplatte 15 besteht aus Blei oder einer Bleilegierung für einen sauren Elektrolyten. Für einen alkalischen Elektrolyten besteht die Anodenplatte 15 aus einem für die elektrolytische Wiedergewinnung des betrachteten Schwermetalls geeigneten unlöslichen Material. Die Verwendung des sauren oder alkalischen Elektrolyten als Regeneriermittel in der Ionenaustauschersäule 5,5' erfordert eine hohe Säureoder Alkalikonzentration im Anodenraum der Elektrolysezelle und daher wird für das Diaphragma 16 ein korrosionsbeständiges Material verwendet. Die Zirkulationseinrichtung 21 für den Elektrolyten ist so ausgebildet, dass alkalischer oder saurer Elektrolyt durch die Ionenaustauschersäule 5,5' zirkulieren kann. In dieser Ausführung wird eine Pumpe P3 für die Zirkulation verwendet. Es ist dabei vorteilhaft, den pH-Wert des Katholyten dadurch zu regulieren, dass man einen Teil des Anolyten in die Kathodenkammer zurückführen kann. The anode plate 15 consists of lead or a lead alloy for an acidic electrolyte. For an alkaline electrolyte, the anode plate 15 consists of an insoluble material suitable for the electrolytic recovery of the heavy metal under consideration. The use of the acidic or alkaline electrolyte as a regenerant in the ion exchange column 5,5 'requires a high acid or alkali concentration in the anode space of the electrolytic cell and therefore a corrosion-resistant material is used for the diaphragm 16. The circulation device 21 for the electrolyte is designed such that alkaline or acidic electrolyte can circulate through the ion exchange column 5, 5 '. In this version, a pump P3 is used for the circulation. It is advantageous to regulate the pH of the catholyte by being able to return part of the anolyte to the cathode chamber.
Die Kontrolleinrichtung für das Eluat enthält einen Messfühler 7, der die Beendigung der Eluierung des Schwermetalls aus der Ionenaustauschersäule 5 oder 5' anzeigt. Dieser Fühler kann ebenfalls dazu dienen, das Ende der nachfolgenden Konditionierung (Überführung des Harzes in die Salzform) zu überwachen. The control device for the eluate contains a sensor 7 which indicates the end of the elution of the heavy metal from the ion exchange column 5 or 5 '. This sensor can also be used to monitor the end of the subsequent conditioning (transfer of the resin to the salt form).
Das erfindungsgemässe System weist ausserdem ein Ausgleichsgefäss 18 auf, in dem der Ablauf, der bei der Zirkulation des Elektrolyten aus der Ionenaustauschersäule 5 oder 5' anfällt, zeitweise gelagert wird. Durch Verwendung der beschriebenen Vorrichtungen wird ein geschlossenes System zur Rückgewinnung von Schwermetallen erhalten. The system according to the invention also has a compensating vessel 18 in which the outflow which occurs when the electrolyte is circulated from the ion exchange column 5 or 5 'is temporarily stored. A closed system for the recovery of heavy metals is obtained by using the devices described.
Zur Aufrechterhaltung gleichmäsiger Elektrolysierbedin-gungen in der Elektrolysezelle ist es vorteilhaft, den Elektrolyten z.B. mittels der Zirkulationseinrichtung 21 zu rühren, zu filtrieren, mit Aktivkohle zu reinigen und/oder seine Temperatur und den pH mittels Heizeinrichtung 37 und Messeinrichtung 36 zu kontrollieren. Dies kann z.B. dadurch geschehen, dass man einen Teilstrom der zu elektrolysie-renden Lösung der Elektrolysezelle 8 entnimmt und über Leitung 23 auf ein spezielles Reinigungsfilter 24 führt, das Absorptionsmaterial enthält, und von dort die gereinigte Lösung über Leitung 25' in die Elektrolysezelle 8 zurückleitet. Diese Reinigung ist besonders dann angebracht, wenn s In order to maintain uniform electrolysis conditions in the electrolysis cell, it is advantageous to e.g. to stir by means of the circulation device 21, to filter, to clean with activated carbon and / or to control its temperature and the pH by means of the heating device 37 and measuring device 36. This can e.g. by taking a partial flow of the solution to be electrolyzed from the electrolytic cell 8 and passing it via line 23 to a special cleaning filter 24, which contains absorption material, and from there returning the cleaned solution via line 25 'to the electrolytic cell 8. This cleaning is particularly appropriate when s
io io
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
642033 642033
6 6
die zu elektrolysierende Lösung stark mit. organischer und/ oder anorganischer Substanz verunreinigt ist, die bei der Metallabscheidungzu Störungen führt. Als Absorptionsmaterial kann in diesem Fall Aktivkohle, makroporöses inertes Absorptionsmaterial auf Basis eines organischen Polymeren oder makroporöser Ionenaustauscher eingesetzt werden, wobei letzterer mit alkalischem Elektrolyt, der in der gleichen Zelle gebildet wird, regeneriert werden kann. the solution to be electrolyzed strongly. organic and / or inorganic substance, which leads to disturbances in the metal deposition. In this case, activated carbon, macroporous inert absorption material based on an organic polymer or macroporous ion exchanger can be used as the absorption material, the latter being able to be regenerated with alkaline electrolyte which is formed in the same cell.
Vorteilhaft ist hier besonders eine Elektrolyselösung, die neben hoher Alkalität auch einen hohen Neutralsalzgehalt aufweist. Die Reinigung kann vor oder während des Elektrolysevorgangs durchgeführt werden. Wird etwa bei der Elektrolyse aus einer Lösung, die Schwermetall in Form organischer Komplexe enthält, durch Spaltung des Komplexes laufend organische Substanz gebildet, so ist die Kreislaufführung über das Reinigungsfilter während der Elektrolyse empfehlenswert. Die aus dem Schwermetallkomplex entstehende organische Substanz kann beim Elektrolysevorgang durch chemische Reaktionen in kleinere Moleküle aufgespalten werden, die z.B. durch Einlagerung in die Oberfläche des abgeschiedenen Metalls dessen Reinheit verringern. Durch ständige Entfernung eines bestimmten Anteils dieser organischen Substanz im Filter 24 kann ihre Gehalt in der Elektrolyselösung auf eine so geringe Konzentration eingestellt werden, dass die Metallabscheidung nicht beeinträchtigt wird. An electrolysis solution is particularly advantageous here, which in addition to high alkalinity also has a high neutral salt content. Cleaning can be done before or during the electrolysis process. If, for example, during the electrolysis from a solution that contains heavy metal in the form of organic complexes, organic substance is continuously formed by splitting the complex, then it is advisable to recycle through the cleaning filter during the electrolysis. The organic substance resulting from the heavy metal complex can be split into smaller molecules during the electrolysis process by chemical reactions, which e.g. reduce its purity by embedding it in the surface of the deposited metal. By continuously removing a certain proportion of this organic substance in the filter 24, its content in the electrolysis solution can be adjusted to such a low concentration that the metal deposition is not impaired.
Zum besseren Durchmischen der Elektrolyseflüssigkeit ist ein Umwälzkreislauf 23,25 mit einer Umwälzpumpe P2 vorgesehen. A circulation circuit 23, 25 with a circulation pump P2 is provided for better mixing of the electrolysis liquid.
In der Figur wird ein System mit zwei Ionenaustauschersäulen dargestellt. Bei Einsatz von nur einer Ionenaustauschersäule oder einer anderen diskontinuierlich arbeitenden Konzentrierungs- und Reinigungseinrichtung, wie etwa einer Verdampferanlage, kann die gewünschte Schwermetallkonzentration im Elektrolyten dadurch aufrechterhalten werden, dass bei Unterschreiten dieser Konzentration der Elektrolysevorgang unterbrochen wird und die schwermetallhaltige Lösung über die Konzentrierungs- und Reinigungseinrichtung 1 so lange zirkuliert wird, bis entweder die gewünschte Maximalkonzentration erreicht wird oder bei Einsatz eines Ionenaustauschers das Ionenaustauscherharz beladen ist. Das bei der Regenerierung des Ionenaustauscherharzes entstehende Eluat wird entweder der noch Restschwermetall über den zulässigen Wert enthaltenden Elektrolytlösung zugemischt, bis eine gewünschte Maximalkonzentration eingestellt ist, oder das Konzentrat oder Eluat wird direkt für die Elektrolyse wieder eingesetzt. Voraussetzung dafür ist jedoch, dass die Elektrolytlösung, nachdem sie über die Ionenaustauscher zirkuliert wurde, soweit von Schwermetall befreit wurde, dass sie nach diesem Aufkonzentrierungs- und Schwermetallabtrennungsvorgang abgeleitet werden kann. In the figure, a system with two ion exchange columns is shown. If only one ion exchange column or another discontinuous concentration and cleaning device, such as an evaporator system, is used, the desired heavy metal concentration in the electrolyte can be maintained by interrupting the electrolysis process when the concentration falls below this concentration and the solution containing heavy metals via the concentration and cleaning device 1 is circulated until either the desired maximum concentration is reached or the ion exchange resin is loaded when using an ion exchanger. The eluate formed during the regeneration of the ion exchange resin is either admixed with the remaining heavy metal above the permissible value until the desired maximum concentration is reached, or the concentrate or eluate is used again directly for the electrolysis. A prerequisite for this, however, is that the electrolyte solution, after it has been circulated over the ion exchangers, has been freed of heavy metal to such an extent that it can be removed after this concentration and heavy metal separation process.
Für die kontinuierliche Rückgewinnung von Schwermetallen ist es jedoch besser, zwei oder mehr Ionenaustauschersäulen 5,5' zu verwenden oder kontinuierliche Ionenaustauschersysteme einzusetzen, deren Ionenaustauschersäulen Ionenaustauscherharz 6,6' in Schwebe- und Festbettform enthalten und aus denen entsprechend dem Beladungszustand des Betts Harchargen entnommen, in externen Regenerierungskolonnen regeneriert und nach der Regeneration und dem Auswaschen überschüssiger Regeneriermittel in Ionenaustauscherbetriebssäulen zurückgeführt werden. For the continuous recovery of heavy metals, however, it is better to use two or more ion exchange columns 5,5 'or to use continuous ion exchange systems whose ion exchange columns contain ion exchange resin 6,6' in floating and fixed bed form and from which, depending on the loading state of the bed, batches are taken, are regenerated in external regeneration columns and, after regeneration and the washing out of excess regeneration agents, are returned in ion exchange operating columns.
Günstig ist die Verwendung von 3 Ionenaustauschersäulen, wobei 2 dieser Säulen hintereinandergeschaltet in Betrieb sind und die Dritte mit Anolyt aus der Elektrolysezelle regeneriert oder eluiert wird. It is favorable to use 3 ion exchange columns, 2 of which are connected in series and the third is regenerated or eluted with anolyte from the electrolysis cell.
Die Hintereinanderschaltung der Ionenaustauscher im Betriebszustand dient zur Beladung des ersten Ionenaustauschers bis praktisch zu einer Totalkapazität, damit bei der nachfolgenden Eluierung eine möglichst hohe Schwermetallkonzentration im Eluat erreicht wird. Der erste Ionenaustauscher wird daher soweit ausgefahren, bis die Ablaufkonzentration an Schwermetallionen gleich der Zulaufkonzentration ist. Danach wird der in zweiter Stufe geschaltete Ionenaustauscher in die Stellung 1 gebracht und der inzwischen eluierte und konditionierte dritte Austauscher in Stellung 2. Der vorher in Stellung 2 befindliche Ionenaustauscher wird dann mit Anolyt aus der Elektrolysezelle regeneriert. The series connection of the ion exchangers in the operating state serves to load the first ion exchanger up to a total capacity, so that the highest possible heavy metal concentration in the eluate is achieved in the subsequent elution. The first ion exchanger is therefore extended until the outlet concentration of heavy metal ions is equal to the inlet concentration. The ion exchanger switched in the second stage is then brought into position 1 and the meanwhile eluted and conditioned third exchanger in position 2. The ion exchanger previously in position 2 is then regenerated with anolyte from the electrolytic cell.
Das Einschalten der Konzentrierungs- und Reinigungseinrichtung 1 ist allgemein dann erforderlich, wenn aus irgendwelchen Gründen die in der Elektrolysezelle enthaltene Schwermetallösung, deren Schwermetallkonzentration noch über den behördlich zugelassenen Werten liegt, abgelassen werden muss. Die Aufbereitung der Lösung kann jedoch dann auch ohne Aufkonzentrierung mit üblichen Techniken durch chemische Entgiftung und Neutralisation erfolgen. It is generally necessary to switch on the concentration and cleaning device 1 if, for any reason, the heavy metal solution contained in the electrolytic cell, the heavy metal concentration of which is still above the officially approved values, has to be drained off. However, the solution can then be prepared without concentration using conventional techniques by chemical detoxification and neutralization.
Ein weiteres Ausführungsbeispiel wird anhand der elektrolytischen Nickelrückgewinnung aus Nickelionen enthaltendem Spülwasser, das bei dem Metalloberflächenbehandlungsverfahren A verwendet wird, erläutert. Gebrauchtes Spülwasser, das Nickelionen enthält und das bei dem Verfahren A anfällt, wird über Vorbehälter 40 mit Pumpe PI und Leitung 12 in die Ionenaustauschersäule 5, geleitet. Dort werden Nickelionen an dem schwach sauren Kationenaustauscherharz 6, das in der Na-Form konditioniert vorliegt, gebunden. Der Ablauf der Ionenaustauschersäule enthält das gegen Nickel ausgetauschte Natrium. Er wird über die Leitung 13 in eine Entsalzungseinrichtung B und eine Neutral-salzgewinnungseinheit B' zur Wiedergewinnung von Wasser und Neutralsalzen geleitet. In dieser Einrichtung wird das Wasser entsalzt und dann zur Wiederverwendung dem Verfahren A zugeleitet. Wenn eine weitere lonenaustauscher-säule 5' vorhanden ist, kann der Rückgewinnungsbetrieb kontinuierlich erfolgen, da verbrauchtes, Nickelionen enthaltendes Spülwasser in die eine Ionenaustauschersäule fliessen kann, während die andere Säule eluiert, gewaschen und zur Natriumform konditioniert wird, nachdem sie mit Nickelionen beladen und erschöpft wurde. Another embodiment is illustrated by electrolytic nickel recovery from rinse water containing nickel ions used in the metal surface treatment method A. Used rinsing water, which contains nickel ions and is obtained in process A, is fed into the ion exchange column 5 via a preliminary tank 40 with a pump PI and line 12. There, nickel ions are bound to the weakly acidic cation exchange resin 6, which is conditioned in the Na form. The outlet of the ion exchange column contains the sodium exchanged for nickel. It is passed via line 13 into a desalination device B and a neutral salt extraction unit B 'for the recovery of water and neutral salts. In this facility, the water is desalted and then sent to process A for reuse. If a further ion exchange column 5 'is present, the recovery operation can take place continuously, since used rinsing water containing nickel ions can flow into one ion exchange column while the other column is eluted, washed and conditioned to the sodium form after it has been loaded with nickel ions and exhausted has been.
Nach Erschöpfung des Ionenaustauscherharzes 6 in der Ionenaustauschersäule 5 durch Nickelionen wird die Spülwasserzufuhr von der Nickelplattierung her in die Ionenaustauschersäule 5 unterbrochen. Das Austauscherharz 6 wird mit reinem Wasser oder weichem Wasser zur Entfernung von Cl", SO42" usw. gewaschen. After the ion exchange resin 6 in the ion exchange column 5 has been exhausted by nickel ions, the rinse water supply from the nickel plating into the ion exchange column 5 is interrupted. The exchange resin 6 is washed with pure water or soft water to remove Cl ", SO42" etc.
Nach Entnahme des verbrauchten Waschwassers aus der Ionenaustauschersäule 5,5' wird der noch vorhandene Elektrolyt aus der Elektrolysezelle 8 über den Ausgleichstank 18 mittels der Pumpe P3 über Ventil 20, Leitung 9, Strömungsmesser 19, Leitung 10 und Ventil 3 zur Eluierung der Nickelionen aus dem Ionenaustauscherharz 6' in die Ionenaustauschersäule gepumpt und mit dem Elektrolysevorgang in der Elektrolysezelle 8 begonnen. After removal of the used washing water from the ion exchange column 5.5 ', the electrolyte still present from the electrolysis cell 8 via the equalization tank 18 by means of the pump P3 via valve 20, line 9, flow meter 19, line 10 and valve 3 for eluting the nickel ions from the Pumped ion exchange resin 6 'into the ion exchange column and started the electrolysis process in the electrolysis cell 8.
Die Elektrolysezelle 8 und die Ionenaustauschersäule werden über die Leitungen 9 und 10, die zur lonenaustau-schersäule 5' führen, und Leitung 11, die mit der Elektrolysezelle 8 verbunden ist, verbunden. Die Elektrolyse in der Elektrolysezelle 8 ergibt eine Nickelabscheidung auf der Kathodenplatte 14 und eine Ansäuerung der Lösung, bedingt durch anionische Konzentrierung um die Anodenplatte 15. Dann wird der angesäuerte Anolyt allein mit der Pumpe P3 in die Ionenaustauschersäule 5' über Leitungen 9 und 10 transportiert. Dabei werden Nickelionen, die vom Ionenaustauscherharz 6' adsorbiert sind, durch die Säure in dem Anolyten unter Bildung von Nickelsulfat eluiert. Das Eluat wird erneut über Leitung 11 in die Elektrolysezelle 8 geleitet. Wenn dieser Betrieb kontinuierlich durchgeführt wird, bis die am Ionenaustauscherharz 6' adsorbierten Nickelionen vollständig her- The electrolysis cell 8 and the ion exchange column are connected via the lines 9 and 10, which lead to the ion exchange shear column 5 ', and line 11, which is connected to the electrolysis cell 8. The electrolysis in the electrolysis cell 8 results in a nickel deposition on the cathode plate 14 and an acidification of the solution, due to anionic concentration around the anode plate 15. Then the acidified anolyte is transported with the pump P3 into the ion exchange column 5 'via lines 9 and 10. Here, nickel ions adsorbed by the ion exchange resin 6 'are eluted by the acid in the anolyte to form nickel sulfate. The eluate is again conducted via line 11 into the electrolysis cell 8. If this operation is carried out continuously until the nickel ions adsorbed on the ion exchange resin 6 'are completely
5 5
to to
15 15
20 20th
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
7 7
642 033 642 033
auseluiert sind, erniedrigt sich gegen Ende der Eluierung der pH-Wert der Lösung am Ausgang der Ionenaustauschersäule 5' allmählich, was dann mit dem Messfühler 7 festgestellt wird. are eluted out, the pH value of the solution at the outlet of the ion exchange column 5 ′ gradually decreases towards the end of the elution, which is then determined with the sensor 7.
Nachdem die Nickelionen vollständig vom Ionenaustauscherharz 6' eluiert sind, wird der Betrieb zur Ionenaustauschersäule 5 umgeleitet, wo die Nickelionen abgetrennt werden. Dadurch kann die Elektrolyse zur Nickelrückgewinnung kontinuierlich geführt werden. After the nickel ions are completely eluted from the ion exchange resin 6 ', the operation is diverted to the ion exchange column 5, where the nickel ions are separated. As a result, the electrolysis for nickel recovery can be carried out continuously.
Nickelionen enthaltende, im Kreislauf geführte Lösung, die in der Ionenaustauschsäule 5' nach der Nickelionen-eluierung verbleibt, wird über Leitung 17 und Ventil 22 in das Ausgleichsgefäss 18 geleitet. Dieser Behälter 18 hat allgemein die Funktion, Elektrolyt oder höher schwermetallhaltige Eluate, Waschwässer und dergl. aufzunehmen. Bei Inbetriebnahme der Anlage werden die Elektrolysezelle 8 und der Behälter 18 mit Eluat des Ionenaustauschers oder einem speziell angesetzten Elektrolyt gefüllt. Der Anolyt, der für die Regeneration des einen Austauschers aus dem Anodenraum 15' abgezogen wird, läuft kontinuierlich in den Behälter 18 und wird von dort über den zu eluierenden Ionenaustauscher zirkuliert. Durch die Aufwärmung der Lösung mit der Heizeinrichtung 37 in der Elektrolysezelle und die durch die chemische Reaktion entstehende Wärme wird während des Elektrolysevorganges ständig Flüssigkeitsvolumen verdampft. Dadurch nimmt der Wasserspiegel im Behälter 18 ab. Bei der Rückspülung und den Waschvorgängen, die vor und nach der Regeneration eines Ionenaustauschers erfolgen, wird der höher metallhaltige Anteil von Rückspül-und Verdrängungswasser sowie von Waschwasser in den Behälter 18 geleitet. Nur verdünnte Lösungen mit wenig Metall werden in die Entsalzungseinrichtung B und Neutral-salzgewinnungseinheit B' mit Katastropheneinheit C und Entmineralisierungswasserbehälter 39 und/oder Entsalzungseinheit D geführt. Recirculated solution containing nickel ions, which remains in the ion exchange column 5 'after the nickel ion elution, is passed via line 17 and valve 22 into the compensating vessel 18. This container 18 generally has the function of holding electrolyte or eluates containing heavy metals, washing water and the like. When the system is started up, the electrolytic cell 8 and the container 18 are filled with eluate from the ion exchanger or a specially prepared electrolyte. The anolyte which is withdrawn from the anode space 15 'for the regeneration of the one exchanger runs continuously into the container 18 and is circulated from there via the ion exchanger to be eluted. Due to the heating of the solution with the heating device 37 in the electrolysis cell and the heat generated by the chemical reaction, the volume of liquid is continuously evaporated during the electrolysis process. As a result, the water level in the container 18 decreases. During backwashing and the washing processes that take place before and after the regeneration of an ion exchanger, the higher metal content of backwashing and displacing water as well as washing water is passed into the container 18. Only dilute solutions with little metal are fed into the desalination device B and neutral salt extraction unit B 'with disaster unit C and demineralization water tank 39 and / or desalination unit D.
Dagegen enthält das Ausgleichsgefäss 18 dann nickelfreien oder gering nickelhaltigen Elektrolyt, wenn abgearbeiteter Elektrolyt mit niedrigem Nickel- oder Schwermetallgehalt zur Aufkonzentrierung über die Ionenaustauscher geführt wird. In diesem Fall wird das Schwermetall von den Ionenaustauscherharzen aufgenommen. Beim Kreislauf über die Umlaufpumpe P3, der dem des Anolyten bei der Eluierung eines Ionenaustauschers entspricht, tritt eine allmähliche Verarmung an Schwermetallen ein, bis der gewünschte Restmetallgehalt erreicht wird, der unter dem Wert der behördlichen Richtlinien liegen soll. On the other hand, the compensation vessel 18 contains nickel-free or low nickel-containing electrolyte when processed electrolyte with a low nickel or heavy metal content is passed over the ion exchanger for concentration. In this case, the heavy metal is absorbed by the ion exchange resins. When circulating via the circulation pump P3, which corresponds to that of the anolyte when eluting an ion exchanger, there is a gradual depletion of heavy metals until the desired residual metal content is reached, which should be below the value of the official guidelines.
Nach der Eluierung und vor der Wiederinbetriebnahme des Ionenaustauscherharzes in der Ionenaustauschersäule 5' erfolge eine Konditionierung des Austauscherharzes in die Na-Form. Diese wird durchgeführt, indem man Natriumhydroxidlösung über die Leitung 12, die Ionenaustauschersäule 5', die Leitung 13 und die Entsalzungseinrichtung B führt. Als Natronlauge kann gegebenenfalls der in der Elektrolysezelle erzeugte alkalische Elektrolyt verwendet werden. Sind mehrere Elektrolytbäder nebeneinander angeordnet, so kann auch der alkalische Elektrolyt aus einer anderen Elektrolysezelle eingesetzt werden. Eine Konditionierung ist auch mit Frischwasser möglich, dessen Gehalt an Calcium- und Magnesiumionen vorher durch Enthärtung gegen Natrium ausgetauscht wurde. Vorteilhaft ist hier ein Rohwasser mit einer hohen Calcium- und Magnesiumhärte, um eine möglichst hohe Konzentration an Natrium in dem zur Konditionierung verwendeten enthärteten Wasser zu erhalten. After the elution and before restarting the ion exchange resin in the ion exchange column 5 ', the exchange resin is conditioned into the Na form. This is carried out by passing sodium hydroxide solution via line 12, the ion exchange column 5 ', line 13 and the desalination device B. If necessary, the alkaline electrolyte generated in the electrolysis cell can be used as the sodium hydroxide solution. If several electrolyte baths are arranged side by side, the alkaline electrolyte from another electrolytic cell can also be used. Conditioning is also possible with fresh water, the content of calcium and magnesium ions of which has been replaced by sodium by softening. Raw water with a high calcium and magnesium hardness is advantageous in order to obtain the highest possible concentration of sodium in the softened water used for conditioning.
Ist zur Spülwasserentsalzung oder zur Entsalzung des Ablaufs der Konzentrierungs- und Reinigungseinrichtung der Rückgewinnungsanlage eine zusätzliche Entsalzungseinheit D, wie etwa eine Ionenaustauscherkreislaufanlage oder dergl. vorhanden, so ist eine Konditionierung des Ionenaustausches dadurch möglich, dass man einen Teilstrom des dort erzeugten entsalzten Wassers mit Natronlauge versetzt und zur Konditionierung über die nicht in Betrieb befindliche Ionenaustauschersäule leitet. Bei dieser Art der Konditionierung wird das Natrium des Natriumhydroxids durch den zu konditionierenden Ionenaustauscher aufgenommen und wiederentsalztes Wasser gebildet, das, um Wasserverluste zu vermeiden, wieder in den Spül wasserkreislauf des Prozesses zurückgeführt werden kann, aus dem es entnommen wurde. Die Wasserzufuhr für die Entsalzungseinheit D zum Regenerieren und Waschen der Ionenaustauschersäulen 5,5' erfolgt über E4. Im Entmineralisierungswasserbehälter 39 kann in den verschiedenen Stufen des erfindungsgemässen Verfahrens anfallendes entmineralisiertes Wasser gesammelt werden. If an additional desalination unit D, such as an ion exchange circulation system or the like, is available for rinsing water desalination or for desalting the outflow of the concentration and cleaning device of the recovery system, conditioning of the ion exchange is possible by adding a partial stream of the desalinated water generated there with sodium hydroxide solution and for conditioning via the ion exchange column which is not in operation. In this type of conditioning, the sodium of the sodium hydroxide is taken up by the ion exchanger to be conditioned and deionized water is formed which, in order to avoid water losses, can be returned to the rinsing water circuit of the process from which it was removed. The water supply for the desalination unit D for the regeneration and washing of the ion exchange columns 5.5 'takes place via E4. Demineralized water obtained in the various stages of the method according to the invention can be collected in the demineralization water tank 39.
Wenn die Konzentrierungs- und Reinigungseinrichtung aus mindestens zwei Ionenaustauschern besteht, kann man auch einen regenerierten und konditionierten Ionenaustauscher mit einem regenerierten, aber noch nicht konditionierten Ionenaustauscher in der H+ oder OH~-Form in Serie schalten. Wenn man nun den regenerierten und konditionierten Ionenaustauscher mit Schwermetallionen aus dem Abwasser belädt, wird der nachgeschaltete regenerierte Ionenaustauscher durch die aus dem vorgeschalteten Ionenaustauscher verdrängten Ionen konditioniert. If the concentration and purification device consists of at least two ion exchangers, a regenerated and conditioned ion exchanger can also be connected in series with a regenerated but not yet conditioned ion exchanger in the H + or OH ~ form. If you now load the regenerated and conditioned ion exchanger with heavy metal ions from the wastewater, the downstream regenerated ion exchanger is conditioned by the ions displaced from the upstream ion exchanger.
Nach dem erfindungsgemässen Verfahren kann man gleichzeitig Schwermetalle, Neutralsalze und Wasser unter Verwendung eines geschlossenen Systems bei geschlossenem Kreislauf und Katastrophensystem wiedergewinnen, indem man in die Entsalzungseinrichtung B mit Neutralsalzgewin-nungseinheit B' über die Leitung 13 eine Natriumsalz enthaltende Lösung leitet, die durch die Säule 5 oder 5' während der Nickelionenadsorption durch ein schwach saures Kationenaustauscherharz 6 hindurchgeleitet wurde. Das entstehende, entmineralisierte Wasser kann zu dem Verfahren A rezykliert werden, wo es wieder verwendet werden kann. Das Metall, das in der Elektrolyseanlage 2 zurückgewonnen wurde, kann über El wieder in die Plattieranlage A eingeführt werden. Über E2 wird Wasser, das in geschlossenem Kreislauf verdampft ist, ergänzt. According to the method according to the invention, heavy metals, neutral salts and water can be recovered at the same time using a closed system with a closed circuit and catastrophe system by passing a solution containing sodium salt through line 13 into the desalination device B with a neutral salt extraction unit B ' 5 or 5 'was passed through a weakly acidic cation exchange resin 6 during the nickel ion adsorption. The resulting demineralized water can be recycled to Process A where it can be reused. The metal that was recovered in the electrolysis plant 2 can be reintroduced into the plating plant A via EL. Water that has evaporated in a closed circuit is added via E2.
Wenn der pH-Wert in der Elektrolysezelle 8 unerwünscht steigt, kann durch Zumischen von Lösung aus dem Ausgleichsgefäss 18 über die Leitungen 9 und 33 zur Elektrolysezelle der pH-Wert gesenkt werden. Man zweigt dazu aus dem Anolyten, der über den zu eluierenden Ionenaustauscher im Kreislauf geführt wird, einen Teilstrom ab. In diesem Fall wird der Ionenaustauscher umgangen, da beim Eluieren des Ionenaustauschers Säure verbraucht wird und deshalb das aus dem Ionenaustauscher in die Elektrolysezelle rücklaufende Eluat weniger Säure enthält als der Anolyt, der sich im Ausgleichsgefäss 18 befindet. If the pH value in the electrolysis cell 8 increases undesirably, the pH value can be lowered by admixing solution from the compensating vessel 18 via lines 9 and 33 to the electrolysis cell. For this purpose, a partial stream is branched off from the anolyte, which is circulated through the ion exchanger to be eluted. In this case, the ion exchanger is bypassed, since acid is consumed when the ion exchanger is eluted and therefore the eluate returning from the ion exchanger into the electrolysis cell contains less acid than the anolyte which is located in the compensation vessel 18.
Zur Kontrolle des pH-Werts, der Schwermetallkonzentration und gegebenenfalls auch der organischen Verunreinigungen in der Elektrolysezelle 8 dient eine Messeinrichtung 36. Eine weitere Messeinrichtung 34 dient zur Kontrolle von pH-Wert, Schwermetallgehalt und Giftstoffgehalt im Katastrophentank 35 der Katastropheneinheit C, damit kein un-aufbereitetes Wasser in den Vorfluter abgeleitet wird. Aus dem Katastrophentank 35 wird über E3 vor allem Wasser abgeleitet, das in B im Überschuss erzeugt wurde. A measuring device 36 is used to check the pH value, the heavy metal concentration and possibly also the organic impurities in the electrolysis cell 8. Another measuring device 34 is used to check the pH value, heavy metal content and toxin content in the disaster tank 35 of the disaster unit C, so that no treated water is drained into the receiving water. From the disaster tank 35, above all water that is produced in B in excess is discharged via E3.
Zur Erläuterung des erfindungsgemässen Verfahrens werden im folgenden die quantitativen Angaben für fünf Beispiele zusammengestellt: To explain the method according to the invention, the quantitative information for five examples is compiled below:
5 5
10 10th
15 15
•20 • 20
25 25th
30 30th
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
642 033 642 033
8 8th
Beispiel 1 example 1
Nickelwiedergewinnung aus Abfallwasser mit niedrigem Schwermetallgehalt Nickel recovery from waste water with a low heavy metal content
Tabelle I Table I
Versuchsbedingungen und -ergebnisse Test conditions and results
Abfallösung Waste solution
Abstrom, der beim Spülen in einem Nickelplattierungsbad anfällt gelöste Ionen Outflow that occurs when flushing in a nickel plating bath. Dissolved ions
Ni++ = 95 ppm, Na+ = 20 ppm Ni ++ = 95 ppm, Na + = 20 ppm
SO4- = 140 ppm, Cl- = 30 ppm SO4- = 140 ppm, Cl- = 30 ppm
Ionenaustauschharz schwach saures Kationenaustauschharz (Na-Form) Ion exchange resin weakly acidic cation exchange resin (Na form)
Volumen volume
11 11
Ni++-Beladung Ni ++ loading
90 g/1 90 g / 1
Elektrolytisches Bad Electrolytic bath
51 51
Anodenplatte Anode plate
Pb (2 Platten) Pb (2 plates)
Kathodenplatte rostfreier Stahl eingetauchter Teil der Platte Stainless steel cathode plate immersed part of the plate
2 dm2 2 dm2
Zusammensetzung des Elektrolyten Composition of the electrolyte
NÌSO4 (als Ni-Gehalt) 40 g/1 NÌSO4 (as Ni content) 40 g / 1
Na2S04 40 g/1 Na2S04 40 g / 1
H3BO3 40 g/1 H3BO3 40 g / 1
Vol. d. Elektrolyten Vol. D. Electrolytes
61 61
Stromdichte Current density
1,25 A/dm2 1.25 A / dm2
Elektrolytzirkulierung Electrolyte circulation
2 1/h pH-Wert d. Elektrolyten 2 1 / h pH d. Electrolytes
1,6 bis 2,5 Anodenseite 1.6 to 2.5 anode side
4,0 bis 5,5 Kathodenseite 4.0 to 5.5 cathode side
Elektrolysezeit Electrolysis time
48 h pH-Wert der Lösung am Auslass der 48 h pH of the solution at the outlet of the
5 bis 6 5 to 6
I onenaustauschsäule I on exchange column
Ergebnisse Results
Ni-Abscheidung Ni deposition
121g 121g
Stromausbeute Current efficiency
92,5% 92.5%
Beispiel 2 Example 2
Nickelwiedergewinnung aus Abfallwasser mit hohem Schwermetallgehalt Nickel recovery from waste water with a high heavy metal content
Tabelle II Table II
Versuchsbedingungen und -ergebnisse Test conditions and results
Abfallösung verbrauchtes Spülwasser in einem Wiedergewinnungstank (Stehspültank) von Waste solution used rinse water in a recovery tank (standing rinse tank) from
einem Ni-Plattierungsverfahren gelöste Ionen ions dissolved in a Ni plating process
Ni++ = 4800 ppm, SO4- = 6500 ppm, Ch = 1000 ppm Ni ++ = 4800 ppm, SO4- = 6500 ppm, Ch = 1000 ppm
Ionenaustauschharz die Lösung wird von dem schwach sauren Ionenaustauschharz abgesogen, das Ion exchange resin the solution is drawn off from the weakly acidic ion exchange resin which
in die H-Form durch vollständige Elution des bei Beispiel I adsorbierten Ni++ into the H form by complete elution of the Ni ++ adsorbed in Example I.
überführt wurde und der Austauscher wird mit Wasser gewaschen. Dann wird was transferred and the exchanger is washed with water. Then it will be
NaOH-Lösung in einer Rate von SV = 4 zum Konditionieren zur Na-Form NaOH solution at a rate of SV = 4 for conditioning to the Na form
durchgeleitet. Anschliessend wird das Harz für die nachfolgende Verwendung passed through. The resin is then used for subsequent use
mit Wasser 1 Stunde gewaschen. washed with water for 1 hour.
Elektrolytisches Bad Electrolytic bath
Kathodenplatte das bei Beispiel 1 auf der Kathodenplatte abgeschiedene Nickel wird abgelöst Cathode plate the nickel deposited on the cathode plate in Example 1 is removed
und zu einer Elektrodenplatte verarbeitet and processed into an electrode plate
Elektrolysezeit Electrolysis time
72 h 72 h
Die anderen Bedingungen sind die gleichen wie bei Beispiel 1 The other conditions are the same as in Example 1
Ergebnisse Results
Zustand der Ni-Abscheidung State of Ni deposition
Die Abscheidung besteht hauptsächlich aus einer Nickelplatte, die als Anode The deposition mainly consists of a nickel plate, which acts as an anode
bei der Ni-Plattierung verwendet werden kann can be used in Ni plating
Zusammensetzung der abgeschiedenen Composition of the deposited
Fe 0,01% oder geringer Fe 0.01% or less
Ni-Platte Ni plate
Cu 0,001% oder geringer Cu 0.001% or less
Pb 0,01% oder geringer Pb 0.01% or less
Ni 99,9% oder höher Ni 99.9% or higher
Stromausbeute Current efficiency
95% 95%
642 033 642 033
Beispiel 3 Kupferwiedergewinnung Example 3 Copper recovery
Tabelle III Table III
Abfallösung gelöste Ionen pH-Wert verbrauchtes Spülwasser aus einem sauren Beizverfahren Cu++ = 60 ppm, SO4- = 150 ppm 3 Waste solution dissolved ions pH value flushed water from an acid pickling process Cu ++ = 60 ppm, SO4- = 150 ppm 3
Ionenaustauschharz Volumen Ion exchange resin volume
Rate, mit der das Abfall wasser in das Ionenaustauschharz fliesst schwach saures Kationenaustauschharz (Na-Form) 11 Rate at which the waste water flows into the ion exchange resin weakly acidic cation exchange resin (Na form) 11
SV = 20 SV = 20
Elektrolyse electrolysis
Kathodenplatte Anodenplatte die Elektrolyse erfolgt, während Cu++ aus mit Cu++ erschöpftem Ionenaustauschharz durch Gegenstromzirkulierung des Elektrolyten aus einem elektrolytischen Bad eluiert wird Cu hartes Pb (Sb = 3,5%) Cathode plate anode plate the electrolysis takes place while Cu ++ is eluted from an ion exchange resin depleted with Cu ++ by countercurrent circulation of the electrolyte from an electrolytic bath Cu hard Pb (Sb = 3.5%)
Ergebnisse Results
Cu-Abscheidung Cu deposition
Stromausbeute Current efficiency
99,9% oder höher 95% 99.9% or higher 95%
Beispiel 4 Kupferwiedergewinnung Example 4 Copper recovery
Tabelle IV Versuchsbedingungen und -ergebnisse Table IV Test conditions and results
Abfallösung gelöste Ionen pH-Wert verbrauchtes Spülwasser aus einem sauren Beizverfahren Cu++ = 60 ppm, SO4- = 150 ppm 3 Waste solution dissolved ions pH value flushed water from an acid pickling process Cu ++ = 60 ppm, SO4- = 150 ppm 3
Ionenaustauschharz schwach saures Kationenaustauschharz (Na-Form) Ion exchange resin weakly acidic cation exchange resin (Na form)
Volumen 11 Volume 11
Rate, mit der das Abfallwasser in das Rate at which the waste water enters the
Ionenaustauschharz fliesst SV = 15 Ion exchange resin flows SV = 15
nach dem Ionenaustausch in der Lösung verbleibendes Cu""* Cu++ < 0,1 ppm gebundenes Cu+* Cu = 90 g Cu "" * Cu ++ <0.1 ppm bound Cu + * Cu = 90 g remaining in the solution after the ion exchange
Elektrolyse diaphragmafrei Diaphragm-free electrolysis
Kathodenplatte Cu 1 dm2 Cathode plate Cu 1 dm2
Anodenplatte Pb 1 dm2 Anode plate Pb 1 dm2
elektrolytisches Bad 11 Becherglas electrolytic bath 11 beaker
Elektrolyt CuSCk 50 g/1 Electrolyte CuSCk 50 g / 1
H2SO4 50 g/1 H2SO4 50 g / 1
Temperatur 25 bis 30°C Temperature 25 to 30 ° C
Stromdichte 1 A/dm2 Current density 1 A / dm2
Die Elektrolyse erfolgt, während Cu++ aus mit Cu++ erschöpftem Ionenaustauschharz durch den zirkulierenden Elektrolyten eluiert wird The electrolysis takes place while Cu ++ is eluted from the ion exchange resin depleted with Cu ++ through the circulating electrolyte
Ergebnisse Results
Cu-Abscheidung 85 g Cu deposition 85 g
Zusammensetzung Cu à 99,9% Fe s; 0,01% Pb;ä 0,01% Composition Cu at 99.9% Fe s; 0.01% Pb; 0.01%
Stromausbeute 98% Current efficiency 98%
642 033 642 033
IO OK
Abfallwasser gelöste Ionen Waste water dissolved ions
Beispiel 5 Example 5
Zinkwiedergewinnung aus Abfallwasser mit niedrigem Zinkgehalt Zinc recovery from waste water with low zinc content
Tabelle V Table V
Versuchsbedingungen und -ergebnisse Test conditions and results
ZnS04 enthaltendes Abfall wasser Zn++ = 50 ppm, S04~ = 80 ppm Waste water containing ZnS04 Zn ++ = 50 ppm, S04 ~ = 80 ppm
I onenaustauschharz Volumen Ion exchange resin volume
Rate, mit der das Abfallwasser in das Ionenaustauschharz fliesst gebundenes Zn++ Rate at which the waste water flows into the ion exchange resin bound Zn ++
schwach saures Kationenaustauschharz (Na-Form) 11 weakly acidic cation exchange resin (Na form) 11
SV= 15 Zn++ = 100 g SV = 15 Zn ++ = 100 g
Elektrolyse Kathodenplatte Electrolysis cathode plate
Verwendungeines Diaphragmas AI Use of an AI diaphragm
Anodenplatte elektrolytisches Bad Elektrolytzusammensetzung Anode plate electrolytic bath electrolyte composition
Temperatur Stromdichte Elektrolytzirkulierung Temperature current-tight electrolyte circulation
Pb Pb
11 Becherglas ZnSÜ4 Ah(S04)3 H3BO3 40° ± 5°C 4 A/dm2 SV = 5 11 beaker ZnSÜ4 Ah (S04) 3 H3BO3 40 ° ± 5 ° C 4 A / dm2 SV = 5
250 g/1 30 g/1 20 g/1 250 g / 1 30 g / 1 20 g / 1
Ergebnisse Zn-Abscheidung Results of Zn deposition
Stromausbeute Current efficiency
Zusammensetzung: Zn ^ 99,9% Fejï 0,1% Cuä 0,05% Composition: Zn ^ 99.9% Fejï 0.1% Cuä 0.05%
98% 98%
Bei der Anwendung des erfindungsgemässen Verfahrens zur elektrolytischen Rückgewinnung von Chrom aus Chrom enthaltendem Abwasser wird das Chrom zu Cr3+-Ionen reduziert, wenn es nicht bereits in dieser Form vorliegt. Anschliessend wird nach Einstellung des pH's die Lösung zur Bindung der Chromionen über das Ionenaustauscherharz geleitet. Nach Erschöpfung des Harzes werden die gebunden Chromionen eluiert, indem man in die Ionenaustauscherharzsäule den sauren, Chromsulfat und Schwefelsäure enthaltenden Elektrolyten nach Reduktion von Cr6+ leitet. Der Elektrolyt wird dabei aus der Anodenkammer 15' der Elektrolysezelle 8, die mit einem Diaphragma 16 in einen Kathodenraum 14' und einen Anodenraum 15' getrennt wird, entnommen. Das mit Chrom beladene Eluat wird kontinuierlich in die Kathodenkammer 14' geleitet, um das Chrom elektrolytisch wiederzugewinnen. When using the method according to the invention for the electrolytic recovery of chromium from waste water containing chromium, the chromium is reduced to Cr3 + ions if it is not already in this form. After the pH has been adjusted, the solution for binding the chromium ions is then passed over the ion exchange resin. After the resin has been exhausted, the bound chromium ions are eluted by passing the acidic electrolyte containing chromium sulfate and sulfuric acid into the ion exchange resin column after reduction of Cr6 +. The electrolyte is removed from the anode chamber 15 'of the electrolytic cell 8, which is separated with a diaphragm 16 into a cathode space 14' and an anode space 15 '. The chromium-laden eluate is continuously fed into the cathode chamber 14 'in order to electrolytically recover the chromium.
Bei der elektrolytischen Rückgewinnung von Zink, Kupfer, Silber oder Gold aus Abwasser, das Pyrophosphat-ionen oder andere Komplexbildner enthält oder das die Schwermetallionen in Form von Cyanidkomplexen enthält und bei der Plattierung mit cyanidischen Zink-, Kupfer-, Silber- und Goldbädern entsteht, ist es notwendig, um eine Verblockung des Anionenaustauschers, der den anionenak-tiven Komplex aufnimmt, zu vermeiden, die Lösung zuerst durch einen Kationenaustauscher vorzureinigen. Der Kationenaustauscher nimmt Metall, das die Lösung verunreinigt, aus dieser heraus. Zur Elektrolyse gelangt der von störenden Schwermetallen befreite Metallkomplex. In the electrolytic recovery of zinc, copper, silver or gold from wastewater, which contains pyrophosphate ions or other complexing agents or which contains the heavy metal ions in the form of cyanide complexes and is formed when plating with cyanide zinc, copper, silver and gold baths, In order to avoid blocking of the anion exchanger, which takes up the anion-active complex, it is necessary to first pre-clean the solution by means of a cation exchanger. The cation exchanger removes metal that contaminates the solution. The metal complex freed from disruptive heavy metals is used for electrolysis.
Die Bindung der Metallkomplexe und die Abtrennung von anderen, noch vorhandenen Anionen erfolgt dann in einer Säule mit schwach basischem Anionenaustauscherharz. Das Anionenaustauscherharz, das durch die Beladung mit den Schwermetallkomplexen erschöpft ist, wird mit einem Natriumhydroxid enthaltenden Elektrolyt regeneriert. Wegen der The binding of the metal complexes and the separation of other anions still present is then carried out in a column with weakly basic anion exchange resin. The anion exchange resin, which is depleted by the heavy metal complex loading, is regenerated with an electrolyte containing sodium hydroxide. Because of the
35 hohen Selektivität des eingesetzten Anionenaustauschers ist es bei der Eluierung jedoch erforderlich, neben dem alkalischen Elektrolyt bzw. der Natronlauge, auch noch einen starken Komplexbildner, wie etwa Natriumcyanid oder organische Komplexbildner wie Äthylendiämintetraessigsäure, 40 Nitrilotriacetat und dergl. der Regenerierlösung zuzusetzen. Die Kapazität und Selektivität der eingesetzten Harze, speziell eines schwach sauren Kationenaustauschers für die Reinigung oder eines mittelbasischen Anionenaustauschers für die Aufkkonzentrierung, kann durch Konditionierung der Austauscher nach der Eluierung der Schwermetalle bzw. Schwermetallkomplexe mittels alkalischem Elektrolyt oder Natronlauge bei schwach saurem Kationenaustauscher mittels saurem Elektrolyt, Schwefelsäure, Salzsäure bei mittelbasischen Anionenaustauschern und mittels hochkonzentrierten Neutralsalzlösungen, wie z.B. Natriumchloridlösung oder Natriumsulfatlösung bei Einsatz eines stark basischen Anionenaustauschers verbessert werden. Ist in der aufzubereitenden Lösung neben dem komplexgebundenen Metall noch viel Fremdmetall oder viel Neutralsalz vorhanden, 35 high selectivity of the anion exchanger used, it is necessary to add a strong complexing agent such as sodium cyanide or organic complexing agents such as ethylenediaminetetraacetic acid, 40 nitrilotriacetate and the like to the regeneration solution in addition to the alkaline electrolyte or sodium hydroxide solution. The capacity and selectivity of the resins used, in particular a weakly acidic cation exchanger for cleaning or a medium-based anion exchanger for concentration, can be determined by conditioning the exchanger after elution of the heavy metals or heavy metal complexes using an alkaline electrolyte or sodium hydroxide solution in the case of weakly acidic cation exchangers using an acidic electrolyte, Sulfuric acid, hydrochloric acid in medium-based anion exchangers and using highly concentrated neutral salt solutions, such as Sodium chloride solution or sodium sulfate solution can be improved when using a strongly basic anion exchanger. If the solution to be processed contains a lot of foreign metal or a lot of neutral salt in addition to the complex-bound metal,
kann zur Reinigung, d.h. zur Vorschaltung vor dem Aufkon-zentrierungsaustauscher, auch ein Chelatharz notwendig werden, um ausreichende Kapazität oder ausreichende Trennung oder Störsubstanzen zu erreichen. can be used for cleaning, i.e. to connect upstream of the concentration exchanger, a chelate resin may also be necessary in order to achieve sufficient capacity or sufficient separation or interfering substances.
Mittelbasische Ionenaustauscherharze besitzen für anionische Schwermetallkomplexe unter bestimmten Voraussetzungen, nämlich nicht zu hoher Alkalität der aufzubereitenden Lösung, eine wesentlich bessere Kapazität als stark basische Anionenaustauscherharze. Weiterhin lassen sich bestimmte Komplexe normalerweise von mittelbasischen Ionenaustauscherharzen besser als von stark basischen eluieren. Stark basische Anionenaustauscherharze in der Neutralform haben besonders gute Selektivität für bestimmte Edelmetallkomplexe (Silber- und Goldcyanidkomplexe). For certain anionic heavy metal complexes, medium-based ion exchange resins have a significantly better capacity than strongly basic anion exchange resins under certain conditions, namely that the solution to be prepared is not too alkaline. Furthermore, certain complexes can normally be eluted better from medium-based ion exchange resins than from strongly basic ones. Strongly basic anion exchange resins in the neutral form have particularly good selectivity for certain noble metal complexes (silver and gold cyanide complexes).
50 50
55 55
60 60
11 11
Durch Schichtung beider Ionenaustauscher in einem Schichtbett lassen sich beträchtliche Kapazitätsverbesserungen und auch die Trennung verschiedener Metallkomplexe voneinander erreichen, wenn wechselweise mit alkalischem Regeneriermittel einmal ohne und einmal mit Komplexbildner rege- 5 neriert wird. By layering both ion exchangers in a layer bed, considerable capacity improvements and also the separation of different metal complexes from one another can be achieved if regeneration is carried out alternately with an alkaline regenerant, once without and once with a complexing agent.
Reicht der pH-Wert des Elektrolyten zum Regenerieren des Ionenaustauschers nicht aus, so kann er durch Zumischen saurer oder basischer Lösungen entsprechend eingestellt werden. Zur sauren Konditionierung dient ein Schwe- 10 feisäure enthaltender Tank 30, aus dem bei niedrigem Metallgehalt in der Elektrolysezelle bzw. im Ausgleichsgefäss 18 über Leitung 31 Schwefelsäure in dem Kreislauf eingeschleust wird, damit eine einwandfreie Eluierung der Ionen642 033 If the pH of the electrolyte is not sufficient to regenerate the ion exchanger, it can be adjusted accordingly by adding acidic or basic solutions. For acidic conditioning, a tank 30 containing sulfuric acid is used, from which, with a low metal content in the electrolysis cell or in the compensating vessel 18, sulfuric acid is introduced into the circuit via line 31, so that the ions can be properly eluted642 033
austauschersäule möglich ist. Entsprechend befindet sich in dem Konditionierungstank 32 Natronlauge, die über die Pumpe P3 und Leitung 10 zur Konditionierung in den eluierten Ionenaustauscher eingespeist wird. exchange column is possible. Accordingly, there is 32 sodium hydroxide solution in the conditioning tank, which is fed via the pump P3 and line 10 for conditioning into the eluted ion exchanger.
Mit dem erfindungsgemässen Verfahren können Schwermetalle durch Kreislaufbehandlung zurückgewonnen und ausserdem gereinigtes Wasser aus Abströmen, die gemischte bzw. verschiedene Ionen enthalten, gewonnen werden, indem man gleichzeitig eine Entmineralisierungs- und Neutralsalz-wiedergewinnungseinheit für industrielle Wasserwiedergewinnung verwendet. Durch das erfindungsgemässe Verfahren wird somit gleichzeitig die Umweltverschmutzung kontrolliert und eine Vergeudung an wertvollen Rohstoffen vermieden. With the method according to the invention, heavy metals can be recovered by recycling treatment and, in addition, purified water can be obtained from effluents which contain mixed or different ions by simultaneously using a demineralization and neutral salt recovery unit for industrial water recovery. The method according to the invention thus simultaneously controls environmental pollution and avoids wasting valuable raw materials.
u u
1 Blatt Zeichnungen 1 sheet of drawings
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