CH689641A5 - Vorrichtung zur Elektrodialyse von sauren Galvanikbaedern und Verwendung eines Diaphragmas zur Elektrodialyse. - Google Patents

Description

  
 



  Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Elektrodialyse von sauren Galvanik-Bädern sowie die Verwendung eines Diaphragmas zur Elektrodialyse von sauren Galvanik-Bädern. 



  In der Galvanotechnik fallen in verschiedenen Anwendungsbereichen Bäder an, die neben stark schwankenden Mengen an metallischen Kationen (wie z.B. von Al, Zn, Fe) noch teilweise erhebliche Mengen Mineralsäuren wie z.B. Schwefelsäure, Phosphorsäure oder Salzsäure enthalten. 



  Die Aufarbeitung dieser sauren Bäder ist in mehrfacher Hinsicht von besonderem technischen Interesse. Zum einen ist die Rückgewinnung dieser Metalle aus wirtschaftlichen Gründen sinnvoll und zum anderen müssen die sauren Abwasser aus Gründen der Umweltbelastung einer weiteren Aufarbeitung zugeführt werden, bevor diese entsorgt werden können. 



  Es hat bisher nicht an Versuchen gefehlt, diese sauren Galvanik-Bäder wieder aufzubereiten, wobei entsprechend dem Stand der Technik mit Adsorptionsmitteln wie z.B. Aktivkohle oder lonenaustauscherharzen gearbeitet wird, wobei jedoch die Rückgewinnung der Metalle erst nach der Neutralisation der freien Säuren möglich ist. 



  Besonders nachteilig bei diesem chemischen Verfahren ist der hohe Salzgehalt im Abwasser, der aus Umweltschutzgründen ebenfalls unerwünscht ist. Zur Umgehung dieses Problems wurde auch schon vorgeschlagen, zur Aufbereitung dieser Galvanik-Bäder auf physikalische und insbesondere elektrochemische Methoden zurückzugreifen. 



  So ist es beispielsweise aus der DE-OS 2 015 739 bekannt, anodische Oxidationsbäder einer Elektrodialyse zu unterwerfen, um auf diese Weise das in diesen Bädern enthaltene Aluminium zurückzugewinnen. 



  Als Diaphragmamaterial werden gebrannte Tonerdesilikate mit einer Porenweite von ca. 1  mu m empfohlen. Ganz abgesehen davon, dass diese Silikate relativ teuer sind, besteht ein weiterer Nachteil darin, dass bei relativ hoher Stromdichte gearbeitet werden muss, die bei ca. 150 A/m<2> Diaphragmafläche liegen. Auch gemäss der DE-OS 4 121 965 wird zur Spülwasserregenerierung von galvanischen Bädern die Elektrodialyse empfohlen, wobei das Diaphagmamaterial aus Kationen - und Anionenaustauschermembranen besteht. 



  Diese Austauschermembranen weisen nur eine geringe Wandstärke von mehreren Millimetern auf. 



  Aufgrund dieser geringen mechanischen Stabilität sind sie relativ störungsanfällig, insbesondere beim Verstopfen der Poren. 



  Der vorliegenden Erfindung lag daher die Aufgabe zu Grunde, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Elektrodialyse von sauren Galvanik-Bädern zu entwickeln, welche die genannten Nachteile des Standes der Technik nicht aufweisen, sondern auf kostengünstigem Weg eine relativ unproblematische und wenig störungsanfällige Elektrodialyse ermöglichen. 



  Diese Aufgabe wurde erfindungsgemäss dadurch gelöst, dass in einer Dialysezelle ein Diaphragma eingesetzt wurde, das aus einem porösen Kunststoff mit einem Porendurchmesser von 4-10  mu m bestand und eine Wandstärke von 5-10 mm aufwies. 



  Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist demzufolge die im Patentanspruch 1 definierte Elektrodialysezelle und die im Patentanspruch 8 definierte Verwendung eines Diaphragmas aus einem porösen Kunststoff mit einem Porendurchmesser von 4-10  mu m und einer Wandstärke von 5-10 mm. 



  Es hat sich nämlich überraschenderweise gezeigt, dass man auf diese Weise die Elektrodialyse bei vergleichsweise niedrigen Stromdichten durchführen kann und sich ausserdem Verstopfungen der Poren während der Dialyse weitgehend vermeiden lassen. 



  Bei der Vorrichtung bzw. der Verwendung entsprechend der vorliegenden Erfindung werden die sauren Galvanik-Bäder, wie z.B. elektrolytische Glanzbäder, saure Beizbäder, anodische Oxidationsbäder (Eloxalbäder) oder organische Färbebäder (Diluate) elektrodialysiert, um die 5 Kationen bzw. Al, Zn, Fe usw. auf der Konzentratseite anzureichern. 



  Die Konzentration der Kationen kann hierbei sehr stark schwanken und je nach Anwendungsbereich ca. 10 mg/l bis ca. 100 g/l Diluat betragen. 



  Die Elektrodialyse kann hierbei in üblichen Elektrodialysezellen durchgeführt werden, die ein Diaphragma aufweisen, das den nachstehenden erfindungswesentlichen Kriterien genügt. 



  Eine typische Elektrodialysezelle gemäss der Erfindung besteht aus einem Elektrolytbehälter, der von dem jeweiligen Elektrolyten durchflossen wird, der über eine Leitung zugeführt wird. 



  Im Zentrum des Elektrolytbehälters befindet sich ein konzentrischer Diaphragmenbehälter, durch den eine alkalische Lösung gepumpt wird, mit welcher die Kationen im Konzentrat ausgefällt und aus dem Diaphragmenbehälter über eine Leitung abgezogen werden können. Innerhalb des Diaphragmenbehälters sind die Kathoden, z.B aus Stahl oder Eisen und im Ringspalt zwischen Diaphragmen - und Elektrolytbehälter die Anoden angeordnet, welche vorzugsweise aus Blei bestehen. 



  Es ist als erfindungswesentlich anzusehen, dass das Diaphragma aus einem porösen Kunststoff mit einem Porendurchmesser von 4-10  mu m besteht, und eine Wandstärke von 5 bis 10 mm aufweist. 



  Aufgrund der relativ grossen Porenweite, die vorzugsweise bei 5 bis 8  mu m liegt, wird sichergestellt, dass die Kationen selektiv durch das Diaphragma hindurch diffundieren können. Somit werden nicht nur Verstopfungen vermieden, sondern es können darüber hinaus auch bei relativ niedrigen Stromdichten von ca. 30 bis 50 A/m<2> Diaphragmafläche gearbeitet werden,  wodurch der Energiebedarf geringer ist und gleichzeitig höhere Durchsätze erzielt werden können. 



  Durch die vergleichsweise hohe Wandstärke des Diaphragmas, die vorzugsweise 6 bis 8 mm beträgt, wird sichergestellt, dass das Diaphragma eine geringe Verstopfungsneigung aufweist und wenig stör- bzw. reparaturanfällig ist, was insbesondere beim kontinuierlichen Betrieb der Elektrodialyse von besonderem Vorteil ist. 



  Die Art des eingesetzten Kunststoffs ist relativ unkritisch, sofern die Kriterien bezüglich Porendurchmesser und Wandstärke erfüllt sind. Als besonders vorteilhaft haben sich hierbei gesinterte Kunststoffe aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polyethylen (PE) erwiesen. 



  Aufgrund der hohen Stabilität des Diaphragmas kann gemäss einer bevorzugten Ausführungsform der Elektrolytbehälter druckfest ausgelegt sein, um die Elektrodialysezelle kurzzeitigen Druckstössen aussetzen zu können. 



  Dies ist besonders beim Starten der Elektrodialyse von Vorteil, weil durch die Druckbeaufschlagung ein langwieriges "Wässern" der Zelle vermieden werden kann oder - falls es beim Dauerbetrieb doch zu Verstopfungen kommt - die Poren des Diaphragmas wieder rasch und technisch einfach wieder durchgängig gemacht werden können. 



  Im folgenden wird die Erfindung unter Bezugnahme auf einen Ausführungsweg mittels der einzigen beiliegenden Zeichnung näher erläutert. 



  Die einzige Figur zeigt eine erfindungsgemässe Elektrodialysezelle, mit welcher das erfindungsgemässe Verfahren durchgeführt werden kann. 



  Die Elektrodialyse kann in üblichen Elektrodialysezellen, die mit einem Diaphragma gemäss obiger Beschreibung versehen sind, durchgeführt werden, die wie in der einzigen Figur dargestellt, aus einem Elektrolytbehälter besteht, der von dem jeweiligen Elektrolyten 2 durchflossen wird, der über Leitung 3 zugeführt wird. 



  Im Zentrum des Elektrolytbehälters befindet sich der konzentrische Diaphragmenbehälter 4, durch den vorzugsweise kontinuierlich eine alkalische Lösung 5 gepumpt wird, mit welcher die Kationen im Konzentrat ausgefällt und ggf. kontinuierlich aus dem Diaphragmenbehälter über die Leitung 6 abgezogen werden können. Innerhalb des Diaphragmenbehälters sind die Kathoden 7 bzw. aus Stahl oder Eisen und im Ringspalt zwischen Diaphragmen - und Elektrolytbehälter die Anoden 8 angeordnet, welche vorzugsweise aus Blei bestehen. 



  Die Druckauslegung der Diaphragmazelle kann sehr einfach dadurch erfolgen, dass der Elektrolytbehälter 1 einen abnehmbaren Deckel 9 aufweist, der evtl. einen Pressluftanschluss sowie ggf. Bohrungen für Zu- oder Ableitungen aufweist und der mit dem Elektrolytbehälter druckfest verschlossen werden kann. 



  Aufgrund des kostengünstigen und wenig störungsanfälligen Membranmaterials ist das erfindungsgemässe Verfahren besonders gut für den technischen Dauerbetrieb geeignet, weil es ausserdem, bedingt durch die niedrige Stromdichte, hohe Durchsätze bei geringem Energieaufwand ermöglicht. 



  Das nachfolgende Beispiel soll die Erfindung näher erläutern. 


 Beispiel: 
 



  Ein saures Glänzbad bestehend aus Schwefelsäure (650 g/l) und Phosphorsäure (700 g/l) sowie einem Aluminiumgehalt von ca. 40 g/l wurde in einer Elektrodialysezelle entsprechend Fig. 1 behandelt, die mit Kathoden aus rostfreiem Stahl und Anoden aus Blei bestückt war. Das Diaphragmamaterial bestand aus gesintertem PE mit einem Porendurchmesser von ca. 5  mu m und einer Wandstärke von 6 mm. Die Elektrodialyse wurde kontinuierlich bei einer Spannung von 10 V und einer Stromstärke von 50 A betrieben. 



  Die Stromdichte betrug ca. 40 A/m<2> Diaphragmafläche. 



  Nach einer Elektrodialysezeit von 1 Std. (50 Ah) war der Aluminiumgehalt des Elektrolyten auf 32 g/l gesunken, so dass insgesamt also 8 g/l aus dem Elektrolyten entfernt wurden. 



  Die entsprechende Menge an Aluminiumionen, die durch das Diaphragma in den Anodenraum gewandert waren, wurde mit 10%iger NaOH-Lösung ausgefällt und in Form eines Al (OH)3-Niederschlages kontinuierlich über Leitung (6) ausgetragen und so einer Wiederverwertung zugeführt. 

Claims (8)

1. Elektrodialysezelle zur Elektrodialyse von sauren Galvanik-Bädern, enthaltend einen Elektrolytbehälter (1), der von einem Elektrolyten (2) durchfliessbar ist, einen Diaphragmenbehälter (4), dessen Wände mindestens teilweise aus einem Diaphragma bestehen, der sich im Zentrum des Elektrolytbehälters (1) befindet, durch den eine alkalische Lösung (5) pumpbar ist sowie mindestens eine Anode (8), die sich ausserhalb des Diaphragmenbehälters befindet, und mindestens eine Kathode (7), die sich innerhalb des Diaphragmenbehälters befindet, dadurch gekennzeichnet, dass das Diaphragma aus einem porösen Kunststoff mit einem Porendurchmesser von 4-10 mu m besteht und eine Wandstärke von 5-10 mm aufweist.

2. Elektrodialysezelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Kunststoff einen Porendurchmesser von 5-8 mu m aufweist.

3.

Elektrodialysezelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der poröse Kunststoff aus Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polyethylen (PE) besteht.

4. Elektrodialysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Diaphragma eine Wandstärke von 6-8 mm besitzt.

5. Elektrodialysezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Elektrodialyse eine Stromdichte von 30 bis 50 A/m<2> Diaphragmafläche angelegt ist.

6. Elektrodialysezelle nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytbehälter (1) als Druckbehälter ausgebildet ist.

7. Elektrodialysezelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckbehälter mit einem abnehmbaren Deckel (9) versehen ist.

8.

Verwendung eines Diaphragmas nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Elektrodialyse von sauren Galvanik-Bädern, dadurch gekennzeichnet, dass das Diaphragma des Diaphragmenbehälters aus einem porösen Kunststoff mit einem Porendurchmesser von 4-10 mu m besteht und eine Wandstärke von 5-10 mm aufweist.