CH681696A5

CH681696A5 -

Info

Publication number: CH681696A5
Application number: CH1375/91A
Authority: CH
Inventors: Juergen Johann
Original assignee: Hager & Elsaesser
Priority date: 1990-05-18
Filing date: 1991-05-07
Publication date: 1993-05-14
Also published as: DE4016000C2; AT401739B; ATA83891A; DE4016000A1

Description

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CH 681 696 A5 CH 681 696 A5

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Beschreibung description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Aufbereitung von insbesondere metallhaltigen Flüssigkeiten durch lonenaustausch und gleichzeitige oder periodische Regenerierung des lonenaustauscher-harzes durch Elektrodialyse. The invention relates to a device for the treatment of, in particular, metal-containing liquids by ion exchange and simultaneous or periodic regeneration of the ion exchange resin by electrodialysis.

lonenaustauscherharze ermöglichen es, aus verdünnten Lösungen mit Konzentrationen kleiner als 100 ppm, die in Lösung befindlichen Ionen mehr oder weniger selektiv zu entfernen. Sobald das Harz mit Ionen beladen ist, muss es regeneriert werden. Die Regenerierung erfolgt im Falle eines Kationenaustauschers mit einer Säure und im Falle eines Anio-nenaustauschers mit einer Base. Da der lonenaustausch aber stets ein Gleichgewichtsprozess ist, lässt sich eine vollständige Regenerierung des lo-nenaustauscherharzes nur dann erreichen, wenn man mit grossem Säure- bzw. Basenüberschuss arbeitet und möglichst die bei der Regenerierung freigesetzten Ionen aus der den Ionenaustauscher umgebenden Liquidphase entfernt. Dies wird gewöhnlich dadurch erreicht, dass man eine wässrige Säure bzw. Basenlösung kontinuierlich über die lo-nenaustauscherschüttung leitet. Bei dieser Art der Regenerierung wird jedoch ein Vielfaches der stöchiometrischen Säure bzw. Basenmenge benötigt, so dass hierbei grosse Mengen stark verdünnter wässriger Lösungen anfallen, welche nicht wirtschaftlich aufgearbeitet werden können. Ausserdem können die Metallionen nur in zusätzlichen Verfahrensschritten aus dem Régénérât wiedergewonnen werden. Ion exchange resins make it possible to remove the ions in solution more or less selectively from dilute solutions with concentrations of less than 100 ppm. Once the resin is loaded with ions, it needs to be regenerated. Regeneration takes place in the case of a cation exchanger with an acid and in the case of an anion exchanger with a base. However, since ion exchange is always an equilibrium process, complete regeneration of the ion exchange resin can only be achieved if you work with a large excess of acid or base and if possible remove the ions released during the regeneration from the liquid phase surrounding the ion exchanger. This is usually achieved by continuously passing an aqueous acid or base solution over the ion exchange bed. With this type of regeneration, however, a multiple of the stoichiometric acid or base amount is required, so that large amounts of highly dilute aqueous solutions are obtained which cannot be worked up economically. In addition, the metal ions can only be recovered from the Régénérât in additional process steps.

Die Rückgewinnung von Ionen aus wässrigen Lösungen durch Elektrodialyse ist auch bekannt. Mit Hilfe der Elektrodialyse ist es jedoch nicht möglich, die Ionen vollständig aus der wässrigen Lösung zu entfernen, so dass hierbei die aus dem Modul ab-fliessende Lösung noch eine Restkonzentration aufweist. The recovery of ions from aqueous solutions by electrodialysis is also known. With the aid of electrodialysis, however, it is not possible to remove the ions completely from the aqueous solution, so that the solution flowing out of the module still has a residual concentration.

Durch die DE-OS 2 529 277 ist ein Verfahren zur elektrolytischen Regenerierung von mit schweren Metallen beladenen Ionenaustauschern bekannt geworden. Hierbei befindet sich das lonenaustau-scherharz zwischen zwei senkrechten Elektroden in einer Säule mit rechteckigem Querschnitt. Nach dem Beladen des Harzes und dem Auswaschen wird eine saure Lösung mit einem bestimmten pH-Wert in die Säule eingegeben. Danach wird eine elektrische Spannung zwischen den Elektroden angelegt und die Kationen werden an der Kathode abgeschieden. Diese Art der Regenerierung des Ionenaustauschers, d.h. die Rückgewinnung der Metalle an der Kathode verläuft potentiostatisch, d.h. bei konstanter angelegter Spannung. Da jedoch mit wachsender Regenerierung die lonenkonzentration sinkt, nimmt auch die Stromstärke immer mehr ab. Insgesamt sind dabei nur sehr niedrige Stromstärken möglich, so dass das Verfahren bei grossen lo-nenaustauschermengen eine sehr lange Regenerierzeit benötigt. DE-OS 2 529 277 discloses a process for the electrolytic regeneration of ion exchangers loaded with heavy metals. The ion exchange resin is located between two vertical electrodes in a column with a rectangular cross-section. After loading the resin and washing it out, an acidic solution with a certain pH is introduced into the column. An electrical voltage is then applied between the electrodes and the cations are deposited on the cathode. This type of regeneration of the ion exchanger, i.e. the recovery of the metals on the cathode is potentiostatic, i.e. with constant applied voltage. However, since the ion concentration decreases with increasing regeneration, the current intensity also decreases more and more. Overall, only very low currents are possible, so that the process requires a very long regeneration time for large quantities of ion exchangers.

Durch die Zeitschrift Chem.-Ing.-Tech 56 (1984) Nr. 3, Seite 214-220 - «Die Elektrodialyse - ein Membranverfahren mit vielen Anwendungsmöglichkeiten», ist ein Verfahren zur wasserfreien Regeneration von Ionenaustauschern mittels Elektrodialyse auf den Seiten 217 und 218 beschrieben. Nachteilig ist jedoch bei diesem bekannten Verfahren, dass Through the magazine Chem.-Ing.-Tech 56 (1984) No. 3, pages 214-220 - "Electrodialysis - a membrane process with many possible uses" is a process for the water-free regeneration of ion exchangers using electrodialysis on pages 217 and 218 described. However, a disadvantage of this known method is that

1. keine Aufkonzentration möglich ist; 1. no concentration is possible;

2. die Elektrodenspannungen in der Grössenord-nung der Zellspannungen liegen; 2. the electrode voltages are in the order of magnitude of the cell voltages;

3. die für die Abscheidung der Metallionen benötigte Überspannung an den Elektroden viel kleiner ist als die für die Regenerierung benötigte Zellspannung, da die Konzentration in der Kathodenkammer sehr gering ist. Folglich ergibt sich hierbei nur eine sehr geringe Stromausbeute. 3. The overvoltage at the electrodes required for the deposition of the metal ions is much smaller than the cell voltage required for the regeneration, since the concentration in the cathode chamber is very low. As a result, the current yield is very low.

Ferner ist durch die US-PS 2 812 300 eine Vorrichtung zur elektrolytischen Regenerierung von lo-nenaustauscherharzen bekanntgeworden. Nachteilig ist bei dieser bekannten Vorrichtung, dass a) die aus dem Harz freigesetzten Ionen unter der treibenden Kraft des elektrischen Feldes im Falle des Kationenaustauschs durch die Diaphragmen 22 (siehe Fig. 1, 2, 3) zur Kathode wandern, wo eine Abscheidung von zum Beispiel Metallionen erfolgt. Hierdurch muss die Kathode des öfteren gewechselt werden. Im Falle des Anionenaustausches wandern die Anionen durch die Diaphragmen 22 (siehe Fig. 1, 2, 3) zur Anode und hier kann zum Beispiel giftiges Chlorgas entstehen, wobei auch die Anode zerstört wird; Furthermore, a device for the electrolytic regeneration of ion exchange resins has become known from US Pat. No. 2,812,300. The disadvantage of this known device is that a) the ions released from the resin move under the driving force of the electric field in the case of cation exchange through the diaphragms 22 (see FIGS. 1, 2, 3) to the cathode, where a deposition of Example is metal ions. As a result, the cathode has to be changed frequently. In the case of the anion exchange, the anions migrate through the diaphragms 22 (see FIGS. 1, 2, 3) to the anode and here, for example, poisonous chlorine gas can be produced, the anode also being destroyed;

b) im Falle einer Mehrzellenanordnung, wobei die einzelnen Zellen durch Diaphragmen getrennt sind, die aus den Austauschern freigesetzten Ionen schon regeneriertes Austauschermaterial einer Nachbarzelie wieder beladen können, so dass der Gesamtregeneriergrad sehr schlecht ist; b) in the case of a multi-cell arrangement, the individual cells being separated by diaphragms, the ions released from the exchangers being able to reload already regenerated exchange material from a neighboring cell, so that the overall degree of regeneration is very poor;

c) um dem in Fall b) beschriebenen Problem entgegenzuwirken, mehrere Elektroden in einer Apparatur untergebracht werden müssen; c) in order to counteract the problem described in case b), several electrodes have to be accommodated in one apparatus;

d) keine kontinuierliche Regenerierung des Harzes beschrieben wird, sondern die Regenerierung des Austauscherharzes erfolgt, nachdem das Harz in seiner Kapazität erschöpft ist. Hierbei ergeben sich sehr lange Regenerierzeiten für sehr kleine Harzvolumina (für 60 ml Harz 23 h ... 71 h); d) no continuous regeneration of the resin is described, but the regeneration of the exchange resin takes place after the capacity of the resin has been exhausted. This results in very long regeneration times for very small resin volumes (for 60 ml resin 23 h ... 71 h);

e) eine Aufkonzentrierung der freigesetzten Ionen nicht möglich ist, da keine selektiven lonenaus-tauschermembranen verwendet werden; e) a concentration of the released ions is not possible since no selective ion exchange membranes are used;

f) die während der Regenerierung freigesetzten Ionen aus den Schüttungen ausgespült werden müssen. f) the ions released during the regeneration must be flushed out of the beds.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglicht, die gute Reinigungsleistung von lonenaustauscherschüttungen in Kombination mit einer energiesparenden Regeneration durchzuführen, bei der die Metallionen mit möglichst geringem Chemikalien-Waschwasserverbrauch aus dem Ionenaustauscher entfernt und in fester Form zurückgewonnen werden können. The object of the invention is to provide a device which makes it possible to carry out the good cleaning performance of ion exchange beds in combination with an energy-saving regeneration in which the metal ions can be removed from the ion exchanger with as little chemical wash water consumption as possible and be recovered in solid form.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruches 1 erfüllt. Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung According to the invention, this object is achieved by a device having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention

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sind in den abhängigen Unteransprüchen gekennzeichnet. are identified in the dependent subclaims.

Durch die erfindungsgemässen Massnahmen wird eine Rückgewinnung von Ionen aus Lösungen ermöglicht, wobei zum Beispiel Metalle in fester Form wiedergewonnen werden können. Durch Elektrodialyse ist gleichzeitig eine Regenerierung der Ionenaustauscher möglich, bei welcher kein Abwasser entsteht. Weiterhin kann eine direkte Anpassung des Moduls an unterschiedliche Lösungsmengen und Konzentrationen entweder durch den Einbau einer entsprechenden Anzahl von lonenaus-tauscherkammern oder aber durch Parallelschaltung mehrerer Module erfolgen. The measures according to the invention enable ions to be recovered from solutions, metals, for example, being able to be recovered in solid form. Electrodialysis also makes it possible to regenerate the ion exchangers without producing any waste water. Furthermore, the module can be directly adapted to different solution quantities and concentrations either by installing a corresponding number of ion exchange chambers or by connecting several modules in parallel.

Durch die Hintereinanderschaltung der Kammern mit Katolyt in der Kationenaustauschervorrichtung und der Kammern mit Anoiyt in der Anionenaustau-schervorrichtung kann eine Aufkonzentrierung der An- bzw. Kationen in einem Kreis erfolgen, wobei die höchste Konzentrierung in einer Abscheidevorrichtung vorliegt. By connecting the chambers with catholyte in series in the cation exchange device and the chambers with anion in the anion exchange device, the concentrations of the ions or cations can be concentrated in a circle, the highest concentration being in a separating device.

Durch die Möglichkeit der Erhöhung der Temperatur des gesamten Systems wird ein Anstieg der elektrolytischen Leitfähigkeit um rund 3%/°C erreicht, wodurch sich der elektrische Energiebedarf für Regenerierung und Abscheidung verringert. Weiterhin ergibt eine Temperaturerhöhung eine grössere Löslichkeit von Salzen, wodurch die Aufkonzentrierung noch weiter gesteigert werden kann. Eine Temperierung lässt sich auf einfache Weise durch Wärmetauscher im Anoiyt- und Kato-lytkreis erreichen. The possibility of increasing the temperature of the entire system results in an increase in the electrolytic conductivity of around 3% / ° C., which reduces the electrical energy requirement for regeneration and separation. Furthermore, an increase in temperature results in a greater solubility of salts, as a result of which the concentration can be increased still further. Temperature control can be achieved in a simple manner by means of heat exchangers in the Anoiyt and Kato-lytkreis.

In sehr grossen Modulen, d.h. in Modulen mit vielen lonenaustauscherkammern sowohl in den Kationenaustauschereinheiten als auch in den Anio-nenaustauschereinheiten, kann durch eine Kombination von parallel und hintereinander durchströmten Katolytkammern bzw. Anolytkammern eine optimale Konzentration in der Abscheideeinheit bzw. in der Kathodenkammer eingestellt werden. In very large modules, i.e. In modules with many ion exchange chambers both in the cation exchange units and in the anion exchange units, an optimum concentration in the separation unit or in the cathode chamber can be set by a combination of parallel and successively flowed through catholyte chambers or anolyte chambers.

Der Stofftransport an die Phasengrenze der ionenselektiven Membranen und an die Kathode ist dann intensiver, wenn die Dicke der Diffusionsgrenzschicht durch erzwungene Konvektion verringert wird. Das lässt sich einerseits erreichen durch entsprechende Strömungsgeschwindigkeit des Ano-lyten bzw. des Katolyten und andererseits durch den Einbau von Abstandsvorrichtungen in den Kammern, welche auch gleichzeitig einen äquidistanten Abstand zwischen den Membranen bewirken. The mass transfer to the phase boundary of the ion-selective membranes and to the cathode is more intensive if the thickness of the diffusion boundary layer is reduced by forced convection. This can be achieved on the one hand by the corresponding flow rate of the analyte or the catholyte and on the other hand by installing spacing devices in the chambers, which at the same time bring about an equidistant distance between the membranes.

Die Erfindung ist auch zur Durchführung eines weiteren Verfahrens geeignet, wenn bei der Regenerierung der Kationenaustauscherharze Metallionen anfallen, welche in der elektrochemischen Spannungsreihe in der Nähe von Wasserstoff stehen oder aber elektrochemisch positiver als Wasserstoff sind. Handelt es sich hierbei um nur eine Metallionensorte, so kann das entsprechende Metall direkt an der Kathode abgeschieden werden. Sind mehrere Metallionen in der Katolytlösung enthalten, so kann durch Einbau einer Anionenaustau-schermembran vor der Kathode eine Abscheidung in der Kationenaustauschereinheit vermieden werden. Die einzelnen Metalle können dann in einer Abscheideeinheit, welche zum Beispiel mehrere Elektrolysebäder enthält, selektiv durch Einstellen der jeweiligen Überspannung zurückgewonnen werden. Alternativ zur Abscheidung der Metallionen kann die aufkonzentrierte Lösung auch in einen vorgeschalteten Prozess zurückgeführt werden. The invention is also suitable for carrying out a further process if, when regenerating the cation exchange resins, metal ions are obtained which are close to hydrogen in the electrochemical voltage series or which are electrochemically more positive than hydrogen. If this is only one type of metal ion, the corresponding metal can be deposited directly on the cathode. If there are several metal ions in the catholyte solution, a deposit in the cation exchange unit can be avoided by installing an anion exchange membrane in front of the cathode. The individual metals can then be selectively recovered in a deposition unit, which contains, for example, several electrolysis baths, by adjusting the respective overvoltage. As an alternative to separating the metal ions, the concentrated solution can also be returned to an upstream process.

In weiterer Ausgestaltung der Vorrichtung ist ein zylindrischer Aufbau des gesamten Systems möglich. Hierbei befindet sich die Anode im Falle des Kationenaustausches bzw. die Kathode im Falle des Anionenaustausches in der Mitte des Moduls. Koaxial um die Anode sind die Anodenkammer bzw. Kathodenkammer, die lonenaustauscherkammern, die Katolytkammern, die Anolytkammern und die Kathodenkammer bzw. Anodenkammer angeordnet. Die lonenaustauscherkammern werden durch jeweils zwei Kationenaustauschermembranen begrenzt. Die gesamte Einheit wird durch ein Metallzylindergehäuse abgeschlossen, welches gleichzeitig die Kathode bzw. Anode darstellt. In einer solchen zylindrischen Anordnung nimmt die Stromdichte in radialer Richtung ab, d.h. man erreicht eine hohe Stromdichte an der mittleren Elektrode und in den lonenaustauscherkammern, während die Stromdichte an der äusseren Elektrode wesentlich kleiner ist, was die Stromausbeute günstig beeinflusst. In a further embodiment of the device, a cylindrical structure of the entire system is possible. The anode is in the middle of the module in the case of cation exchange and the cathode in the case of anion exchange. The anode chamber or cathode chamber, the ion exchange chambers, the catholyte chambers, the anolyte chambers and the cathode chamber or anode chamber are arranged coaxially around the anode. The ion exchange chambers are delimited by two cation exchange membranes each. The entire unit is closed off by a metal cylinder housing, which is also the cathode or anode. In such a cylindrical arrangement, the current density decreases in the radial direction, i.e. a high current density is achieved at the middle electrode and in the ion exchange chambers, while the current density at the outer electrode is considerably lower, which has a favorable effect on the current efficiency.

Durch Einsatz einer Bandkathode, welche sich stückweise im Kathodenraum bewegt, kann zum Beispiel die Abscheidung von Metallionen in einer Kationenaustauschereinheit erfolgen. Dies ist im Falle hoher Metallionenkonzentrationen, welche in grossen Modulen vorliegen, günstig, da hierdurch kein Auswechseln der Kathode in bestimmten Zeitintervallen nötig ist. The use of a strip cathode, which moves piece by piece in the cathode space, allows, for example, the deposition of metal ions in a cation exchange unit. This is favorable in the case of high metal ion concentrations, which are present in large modules, since this means that it is not necessary to change the cathode at certain time intervals.

Im folgenden wird ein Laborversuch mit einer erfindungsgemässen Anordnung näher erläutert: A laboratory test with an arrangement according to the invention is explained in more detail below:

Hierbei wurde ein mit Kupfer beladener, stark saurer Kationenaustauscher (Lewatit SP 112) verwendet. Das Elektrodialysemodul war, wie in Fig. 1 dargestellt, aus vier lonenaustauscherkammern aufgebaut. Als Anode wurde ein platziertes Titannetz mit einer Fläche von 100 cm2 verwendet. Als Kathode wurde ein Kupferblech mit einer Fläche von ebenfalls 100 cm2 eingesetzt. Im Anolytkreis wurde mit 5%-iger H2SO4 und im Katolytkreis mit 7%-iger H2SO4 gefahren. Die effektive Membranfläche betrug 100 cm2. Die Dicken der lonenaustauscherkammern und Anolytkammern waren jeweils 5 mm, die der Katolytkammern betrugen 3 mm. Die Regenerierzeit wurde auf 6 Stunden festgelegt. Nach dieser Zeit wurden bei einer Stromdichte von 20 mA/cm2 60% des Kupfers an der Kathode abgeschieden. Die Stromausbeute lag bei diesem Versuch bei 20%. Here, a strongly acidic cation exchanger (Lewatit SP 112) loaded with copper was used. As shown in FIG. 1, the electrodialysis module was constructed from four ion exchange chambers. A placed titanium mesh with an area of 100 cm2 was used as the anode. A copper sheet with an area of likewise 100 cm 2 was used as the cathode. 5% H2SO4 was used in the anolyte circuit and 7% H2SO4 in the catholyte circuit. The effective membrane area was 100 cm2. The thicknesses of the ion exchange chambers and anolyte chambers were each 5 mm, those of the catholyte chambers were 3 mm. The regeneration time was set at 6 hours. After this time, 60% of the copper was deposited on the cathode at a current density of 20 mA / cm 2. The current yield in this test was 20%.

Die Erfindung wird anhand der Beschreibung und der Zeichnungen (Fig. 1 bis 5) erläutert. The invention is explained on the basis of the description and the drawings (FIGS. 1 to 5).

Es zeigt: It shows:

Fig. 1 Eine Vorrichtung mit vier Kationenaustauschern, bei der die Abscheidung der Kationen (Metallionen) direkt an der Kathode erfolgt. Fig. 1 A device with four cation exchangers, in which the deposition of the cations (metal ions) takes place directly on the cathode.

Fig. 2 Eine Vorrichtung mit vier Kationenaustauschern, bei der eine Anionenaustauscher-Mem-brantrennwand vor der Kathode angeordnet ist und der entweder aufkonzentrierte Katolyt in einer Vorlage gesammelt und in einen vorgeschalteten Pro- 2 shows a device with four cation exchangers, in which an anion exchanger membrane partition is arranged in front of the cathode and the concentrated catholyte is either collected in a template and placed in an upstream process

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zess zurückgeführt wird oder die Abscheidung der Metalle in einer Abscheidevorrichtung erfolgt. zess is recycled or the metals are deposited in a separator.

Fig. 3 Eine Vorrichtung mit vier Anionenaustau-schern, bei der eine Vorlage für das aufkonzentrierte Anoiyt nachgeschaltet ist. Fig. 3 shows a device with four anion exchangers, in which a template for the concentrated Anoiyt is connected downstream.

Fig. 4 Eine Vorrichtung zur Entfernung von Kationen und Anionen mit vier Kationenaustauschern und einer nachgeschalteten Vorrichtung mit vier Anionenaustauschern, wobei der Katolytkreis der ersten Vorrichtung und der Anolytkreis der zweiten Vorrichtung miteinander verbunden sind. 4 shows a device for removing cations and anions with four cation exchangers and a downstream device with four anion exchangers, the catholyte circuit of the first device and the anolyte circuit of the second device being connected to one another.

Fig. 5 Eine Hälfte einer zylindrischen Anordnung der Vorrichtung, in welcher die Anode in der Mitte und die Kathode aussen angeordnet ist. Fig. 5 A half of a cylindrical arrangement of the device, in which the anode is arranged in the middle and the cathode outside.

Für die Rückgewinnung von Metallen aus wässrigen Lösungen, in welchen sich nur Metallionen einer Sorte befinden, wird eine Vorrichtung wie in Fig. 1 dargestellt verwendet. Der Behälter 1 umfasst auch die Anode 2 und die Kathode 8. Der Ionenaustauscher 5 ist mit Kationenaustauscherharzen 23 und die Kammern 3 bzw. 6 mit flüssigem Anoiyt 12 bzw. Katolyt 13 gefüllt. Die benachbarten Kammern 3 und 6 sind jeweils durch die Anionenaustauscher-Membranwand 7 voneinander getrennt. Die Kammern 3 sind jeweils mit der Umwälzpumpe 10 druck-und saugseitig durch die Leitungen 14 bzw. 15 verbunden. Die Kammern 6 sind durch die Leitungen 17 hintereinandergeschaltet und als ganzes System mit der Umwälzpumpe 11 druck- und saugseitig durch die Leitungen 16 und 18 verbunden. Die Kationenaustauscher 5 werden mit einer ionenhaltigen wässrigen Lösung durch die Leitungen 25 und 26 parallel durchströmt und die Metallionen von den Kationenaustauscherharzen aufgenommen. Eine elektrische Spannung wird während oder nach dem Beladen des Ionenaustauschers 5 erzeugt und an die Elektroden 2 (+) und 8 (-) angelegt. Die Umwälzpumpen 10 und 11 werden eingeschaltet und das Anoiyt 12 durch die Kammern 3 und das Katolyt durch die Kammern 6 im Kreislauf geführt. A device as shown in FIG. 1 is used for the recovery of metals from aqueous solutions in which there are only metal ions of one type. The container 1 also includes the anode 2 and the cathode 8. The ion exchanger 5 is filled with cation exchange resins 23 and the chambers 3 and 6 with liquid anolyte 12 and catholyte 13, respectively. The adjacent chambers 3 and 6 are each separated from one another by the anion exchanger membrane wall 7. The chambers 3 are each connected to the circulation pump 10 on the pressure and suction side through the lines 14 and 15, respectively. The chambers 6 are connected in series by the lines 17 and connected as a whole system to the circulation pump 11 on the pressure and suction side by the lines 16 and 18. An ion-containing aqueous solution flows through the lines 25 and 26 in parallel through the cation exchangers 5 and the metal ions are taken up by the cation exchange resins. An electrical voltage is generated during or after charging the ion exchanger 5 and applied to the electrodes 2 (+) and 8 (-). The circulation pumps 10 and 11 are switched on and the Anoiyt 12 through the chambers 3 and the catholyte through the chambers 6 in a circuit.

Die auf den Kationenaustauscherharzen befindlichen Metallionen werden durch Wasserstoffionen bzw. Kationen (z.B. Natrium-Ionen), welche aus Kammer 3, die unmittelbar nach der Anode 2 angeordnet ist, durch die Kationenaustauscher-Membrantrennwand 4, in den ersten Kationenaustauscher 5 eindringen, ersetzt. Die Metallionen gelangen durch die andere Kationenaustauscher-Membrantrennwand 4a in die Kammer 6, wo sie durch Hintereinanderschaltung derselben bis zur letzten Kammer 6 vor der Kathode 8 aufkonzentriert werden. Durch die Anionenaustauscher-Membrantrennwände 7 wird verhindert, dass Metallionen direkt zur Kathode strömen. In der letzten Katolytkammer 6 werden die Metallionen an der Kathode 8 abgeschieden und Katolyt 13 strömt danach durch die Kammern 6. The metal ions on the cation exchange resins are replaced by hydrogen ions or cations (e.g. sodium ions), which penetrate into the first cation exchanger 5 from chamber 3, which is arranged immediately after the anode 2, through the cation exchanger membrane partition wall 4. The metal ions pass through the other cation exchanger membrane partition 4a into the chamber 6, where they are concentrated in series by connecting them to the last chamber 6 before the cathode 8. The anion exchanger membrane partition walls 7 prevent metal ions from flowing directly to the cathode. In the last catholyte chamber 6, the metal ions are deposited on the cathode 8 and catholyte 13 then flows through the chambers 6.

Sind mehrere Sorten von Metallionen in wässri-ger Lösung vorhanden, wird eine Vorrichtung gemäss Fig. 2 eingesetzt. Hierbei wird durch den Einbau einer Anionenaustauscher-Membrantrenn-wand 9 vor der Kathode 8 die Abscheidung von Metallen im Behälter 1 verhindert. Die aufkonzentrierte Katolytlösung 13 durchströmt die Abscheidevorrichtung 19, die durch die Leitungen 27 und 28 hintereinandergeschalteten Elektrolysezellen 20, 21 und 22, in welche die Metalle selektiv abgeschieden werden. Nach Durchströmen der Elektrolysezellen 20, 21, 22 wird das Katolyt 13 durch die Leitung 28 wieder der der Kathode vorletzten vorgeschalteten Katolytkammer 6 zugeführt. If several types of metal ions are present in aqueous solution, a device according to FIG. 2 is used. The installation of an anion exchanger membrane partition 9 in front of the cathode 8 prevents the deposition of metals in the container 1. The concentrated catholyte solution 13 flows through the separating device 19, through the electrolytic cells 20, 21 and 22 connected in series through the lines 27 and 28, into which the metals are selectively separated. After flowing through the electrolytic cells 20, 21, 22, the catholyte 13 is fed again through the line 28 to the catholyte chamber 6 which is penultimate to the cathode.

In der Vorrichtung nach Fig. 3 befindet sich vor jeder lonenaustauscherkammer 5 eine Kammer 3, die Katolyt enthält, aus welcher die zur Regenerierung des Anionenaustauscherharzes 24 benötigten Anionen, unter der treibenden Kraft des elektrischen Feldes, über Anionenaustauschermembra-nen 4 in die lonenaustauscherkammern 5 wandern. Die aus den Ionenaustauschern freiwerdenden Anionen gelangen über das darauffolgende Anionenaustauschermembran 4a in die Kammern 6, die Anoiyt enthalten, welche so miteinander verbunden sind, dass eine Aufkonzentrierung erfolgt und die höchste Konzentration in der Abscheidevorrichtung 19 vorliegt. In the device according to FIG. 3 there is a chamber 3 in front of each ion exchange chamber 5, which contains catholyte, from which the anions required for the regeneration of the anion exchange resin 24 migrate into the ion exchange chambers 5 via anion exchange membranes 4 under the driving force of the electric field . The anions released from the ion exchangers pass through the subsequent anion exchange membrane 4a into the chambers 6, which contain anion, which are connected to one another in such a way that concentration takes place and the highest concentration is present in the separating device 19.

In Fig. 4 ist eine Vorrichtung zur gemeinsamen Abtrennung von An- und Kationen dargestellt, wobei eine Vorrichtung gemäss Fig. 1 und eine Vorrichtung gemäss Fig. 2 hintereinandergeschaltet und durch die Leitungen 30, 31 und 32 miteinander verbunden sind. Die Leitung 16 und die Pumpe 11 (Fig. 1 ) sowie die Leitung 18 (Fig. 2) fallen weg. FIG. 4 shows a device for the common separation of ions and cations, a device according to FIG. 1 and a device according to FIG. 2 being connected in series and connected to one another by lines 30, 31 and 32. The line 16 and the pump 11 (FIG. 1) and the line 18 (FIG. 2) are omitted.

In Fig. 5 ist ein Schnitt durch die Hälfte einer zylindrischen Vorrichtung dargestellt, bei welcher die Abscheidung der Metallionen an der äusseren Kathode stattfindet. Auch hier kann durch Einbau einer Anionenaustauschermembran vor der Kathode die Abscheidung der Metallionen in Elektrolysezellen 20, 21, 22, wie in Fig. 2 dargestellt, ausserhalb des Moduls erfolgen. 5 shows a section through half of a cylindrical device, in which the deposition of the metal ions takes place on the outer cathode. Here too, by installing an anion exchange membrane in front of the cathode, the metal ions can be deposited in electrolytic cells 20, 21, 22, as shown in FIG. 2, outside the module.

Claims

1. Device for the preparation of in particular metal-containing liquids by ion exchange and simultaneous or periodic regeneration of the ion exchange resin by electrodialysis, characterized in that, starting at the electrode (2), which acts as an anode and ending at the electrode (8) as The cathode is used, the container (1) is provided with a plurality of ion exchangers (5) arranged one behind the other and equidistant from one another, which are loaded with cation exchange resin (23) and each delimited by a membrane partition (4) (4a) which is formed from cation exchange membranes are, the chambers (3) and (6), which contain Anoiyt (12) and Katolyt (13), are respectively arranged before and after the ion exchangers (5) and adjacent chambers (3) (6) each through a membrane partition (7), which is formed from anion exchanger membranes, is separated and the chambers (3) are each connected to the circulation pump (10) on the pressure and suction side and the chambers ( 6) connected in series and connected as a whole to the circulation pump (11) on the pressure and suction side.

2. Device according to claim 1, characterized in that the electrode (2) serves as the cathode and the electrode (8) as the anode, the chambers

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(3) or (6) contain catholyte (13) or Anoiyt (12), which load ion exchangers (5) with anion exchange resin (24) and their delimiting membrane partitions (4) (4a) are formed by anion exchange membranes, wherein the membrane partitions (7) and (9) are formed by cation exchange membranes and the membrane partition (9) is arranged as a cation exchange membrane directly in front of the electrode (8).

3. Device according to claims 1 and 2, characterized in that the membrane partitions (4) (7) (9), the ion exchanger (5) and the electrode (8) are arranged coaxially to the electrode (2).

4. Device according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the ion exchanger (5) are connected in parallel.

5. Device according to claims (1, 2 and 3, characterized in that the ion exchangers (5) are connected in series.

6. The device according to claim 1, characterized in that the membrane partition (9), which is formed by anion exchange membrane, is arranged directly in front of the electrode (8) and the circulation pump (11) a template for concentration or separation (19) e.g. with several electrolysis cells (20) (21) (22).

7. Device according to claims 1, 2 and 3, characterized in that the connection between the chamber (3) and the circulation pump (10) and the chamber (6) and the circulation pump (11) is each provided with a heating device.

8. Device according to claims 1 and 3, characterized in that the electrode (8) is designed as a ribbon cathode.

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