DD257361A3 - ELECTROCHEMICAL CIRCULAR PROCESS FOR THE APPLICATION OF IRON AND ITS ALLOYS - Google Patents
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- DD257361A3 DD257361A3 DD27148984A DD27148984A DD257361A3 DD 257361 A3 DD257361 A3 DD 257361A3 DD 27148984 A DD27148984 A DD 27148984A DD 27148984 A DD27148984 A DD 27148984A DD 257361 A3 DD257361 A3 DD 257361A3
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- C23F—NON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
- C23F1/00—Etching metallic material by chemical means
- C23F1/46—Regeneration of etching compositions
Abstract
Die Erfindung beinhaltet ein elektrochemisches Kreislaufverfahren zum Aetzen von Eisen und seinen Legierungen. Dabei wird das Aetzen mit einer Loesung durchgefuehrt, die Eisen-III-chlorid enthaelt. Sie dient insbesondere zur Herstellung praezise durchbrochener Strukturen. Die vorgeschlagene Loesung beinhaltet dabei eine vollstaendige oder teilweise Regeneration des beim Aetzprozess verbrauchten Eisen-III-chlorides. Das Verfahren eignet sich auch fuer Eisenlegierungen und hier insbesondere fuer Legierungen mit Nickel und/oder Kobalt. Es wird mit Eisen-III-chlorid enthaltenen Loesungen gearbeitet, die zusaetzlich Chloride der Legierungsbestandteile enthalten. Diese Aetzloesungen werden nach Durchlaufen der Aetzmaschine und erfolgter Aetzung wieder getrennt.The invention includes an electrochemical cycling process for the treatment of iron and its alloys. The etching is carried out with a solution containing ferric chloride. It is used in particular for the production of precisely broken structures. The proposed solution involves a complete or partial regeneration of the iron (III) chloride consumed during the etching process. The method is also suitable for iron alloys and in particular for alloys with nickel and / or cobalt. It works with solutions containing ferric chloride, which also contain chlorides of the alloying constituents. These redemptions are separated after passing through the Aetzmaschine and completed Aetzung again.
Description
reinem Eisen anfallen. Beide Verfahren eignen sich jedoch nur für das Ätzen von Materialien aus reinem Eisen. Bei Eisenlegierungen, vorzugsweise solchen mit Nickel und/oder Kobalt sind sie nicht anwendbar, da sich durch die bevorzugte katodische Abscheidung von Eisen gegenüber den Legierungsbestandteilen Nickel und Kobalt eine schnelle Anreicherung dieser Metalle in der Ätzlösung ergibt, wobei die zulässige Grenzkonzentration, die noch eine kantenscharfe Ätzung ergibt, sehr bald erreicht wird und die verbrauchte Ätzlösung ersetzt werden muß. Infolge der katodischen Abscheidung des Eisens wird diese Grenzkonzentration viel eher erreicht, als bei einer üblichen Regenerierung durch Chlorgas.incurred pure iron. However, both methods are only suitable for the etching of pure iron materials. In iron alloys, preferably those with nickel and / or cobalt, they are not applicable, since the preferred cathodic deposition of iron over the alloying constituents nickel and cobalt results in a rapid accumulation of these metals in the etching solution, the permissible limit concentration, which is still an edge-sharp Etching results, is reached very soon and the spent etching solution must be replaced. As a result of the cathodic deposition of iron, this limit concentration is reached much sooner than with a conventional regeneration by chlorine gas.
Aber selbst bei der Ätzung von reinem Eisen ergeben sich eine Reihe von Nachteilen dieser Regenerationsverfahren. So ist eine wirklich kontinuierliche Arbeitsweise deshalb nicht möglich, weil die Katode nur eine begrenzte Menge des abgeschiedenen Eisens ohne Störung des Elektrolyseprozesses aufzunehmen in der Lage ist. Um ein Zuwachsen des Katodenraumes zu vermeiden, muß bei geringem Abstand Katode-Diaphragma das abgeschiedene Eisen bereits nach kurzer Betriebszeit mechanisch oder chemisch entfernt werden. Bei größerem Abstand Katode-Diaphragma ergeben sich zwar längere Betriebszeiten, aber infolge des größeren Zellenwiderstandes auch höhere Zellspannungen und damit Verluste an Elektroenergie. Weitere Verluste ergeben sich dadurch, daß auch Eisen-lll-chlorid durch Diffusion und Migration in den Katodenraum gelangt, so daß ein Teil des Stromes für dessen katodische Reduktion verbraucht wird. Das wirkt sich stromausbeutemindernd aus. Es hat sich gezeigt, daß die Anpassung der in den Katodenraum übertretenden und dort zu entladenden Menge an Eisenionen an den anodischen Prozeß außerordentlich schwierig ist, da sich Diffusion und Migration durch das Diaphragma nicht in beliebiger Weise steuern lassen. Bekannt ist auch die komplexe Bindung von in Lösung gehenden Kupferionen bei der Ätzung von Kupfer mit Eisen-lll-chlorid. Sie ist in der DD-PS 113026 beschrieben, ohne eine Regeneration anzugeben.But even in the etching of pure iron, there are a number of disadvantages of these regeneration processes. Thus, a truly continuous operation is not possible because the cathode is able to absorb only a limited amount of the deposited iron without disturbing the electrolysis process. In order to prevent the cathode space from growing, the separated iron must be removed mechanically or chemically after a short period of operation at a short distance between the cathode and the diaphragm. With a larger gap cathode diaphragm, although longer operating times, but due to the greater cell resistance also higher cell voltages and thus losses of electrical energy. Further losses result from the fact that iron chloride also passes through diffusion and migration in the cathode space, so that a portion of the current is consumed for its cathodic reduction. This has a negative effect on current yield. It has been found that the adaptation of the amount of iron ions passing into the cathode space and to be discharged therein to the anodic process is extremely difficult, since diffusion and migration through the diaphragm can not be controlled in any desired manner. Also known is the complex binding of dissolving copper ions in the etching of copper with ferric chloride. It is described in DD-PS 113026, without indicating a regeneration.
Die bekannten Verfahren zur Regeneration von Eisen-lll-chlorid enthaltenden Ätzlösungen sind also einerseits mit relativ hohen technischen und ökonomischen Aufwendungen verbunden, andererseits nur bedingt oder überhaupt nicht für das präzise Ätzen von Eisenlegierungen geeignet.The known methods for the regeneration of ferric chloride-containing etching solutions are therefore on the one hand associated with relatively high technical and economic expenses, on the other hand, only partially or not at all suitable for the precise etching of iron alloys.
Ziel der Erfindung ist es, ein elektromechanisches Kreislaufverfahren zum Ätzen und Regenerieren zu entwickein, welches sich auch zum Ätzen von Eisen und Legierungen des Eisens, vorzugsweise mit Nickel und/oder Kobalt eignet und die vorstehend beschriebenen Nachteile des Standes der Technik vermeidet.The object of the invention is to develop an electromechanical recirculation method for etching and regeneration, which is also suitable for etching iron and alloys of iron, preferably with nickel and / or cobalt, and avoids the disadvantages of the prior art described above.
Daraus leitet sich die technische Aufgabenstellung so ab, ein Verfahren durch Wahl einer für ein genaues kantenscharfes Ätzen durchbrochener Strukturen in dünnen Blechen sowie für einen nachfolgenden elektromechanischen Regenerationsprozeß gleichermaßen günstigen Zusammensetzung der Ätzlösung in Kombination mit einem elektromechanischen Regenerationsverfahren, welches die Abscheidung von Metallen an der Katode vermeidet und eine einfache Prozeßführung auch bei Anwesenheit von Legierungsbestandteilen wie Nickel/Kobalt in der Ätzlösung ermöglicht, zu entwickeln. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch charakterisiert, daß mit Eisen-lll-chlorid enthaltenden Ätzlösungen, die zusätzlich Chloride der Legierungsbestandteile bis zu einem Metallgehalt von 110g/l, vorzugsweise bis zu 60g/l enthalten und eine Dichte von 1,40 bis 1,53g/cm3 bei 2OX, vorzugsweise 1,46 bis 1,51 g/cm3 besitzen, gearbeitet wird. Diese Ätzlösungen werden nach Durchlaufen der Ätzmaschine den Anodenräumen einer durch geeignete Trennungssysteme geteilten, bipolaren Regenerationselektrolysezelle mit vorzugsweise Graphitelektroden zugeführt, deren Katodenräume von einem Salzsäure enthaltenden stationären Elektrolyten im Kreislauf durchströmt werden. Dabei wird die im Gesamtprozeß verbrauchte Salzsäuremenge vollständig, die zu Einhaltung des Dichteintervalls der Ätzlösung erforderliche Wassermenge vollständig oder teilweise über die Katodenräume der Regenerationszelle zugeführt. Geeignete Trennsysteme im Sinne der Erfindung sind Diaphragmen, besonders solche aus mikroporösem PVC, die vorzugsweise gerippt sind. Durch die Rippung wird nicht nur die mechanische Stabilität verbessert, sondern auch die Strömungszuführung durch Ausbildung von Störungskanälen stabilisiert. Aber auch Kationenaustauschmembranen können als Trennsysteme eingesetzt werden. Es wurde gefunden, daß es nur im angegebenen engen Dichteintervall gelingt, bei ausreichend hoher Ätzgeschwindigkeit auch eine gute bis sehr gute Kantenschärfe zu erreichen. Dabei hat es sich überraschend erwiesen, daß das Eisenchlorid zu einem Teil durch andere, aus der Legierung stammende Metallchloride ersetzt werden kann, ohne daß Ätzgeschwindigkeit und Kantenschärfe in unzulässiger Weise zurückgehen. Im erfindungsgemäß vorzugsweise einzuhaltenden Bereich der Dichte und des Fremdmetallgehaltes ist es auch beim Ätzen von Metallfolien mit einer Stärke > 50μ.ΓΠ möglich, eine hohe Präzision bei guter Kantenschärfe zu erreichen. Im übrigen erfindungsgemäß einzuhaltenden Bereich ist noch ein präzises Ätzen dünnerer Folien (< 50^m) möglich, während bei dickeren Folien eine geringere, aber für viele Anwendungszwecke noch ausreichend Kantenschärfe erhalten wird. Je nach dem Verwendungszweck und den geforderten Parametern ist es deshalb notwendig, im erfindungsgemäß einzuhaltenden Konzentrationsbereich die günstigste Zusammensetzung der Ätzlösung festzulegen und einzuhalten.From this, the technical task is derived from a method by selecting a structure for thin edges in an accurate edged etching as well as for a subsequent electromechanical regeneration process equally favorable composition of the etching solution in combination with an electromechanical regeneration process, the deposition of metals at the cathode avoids and allows easy process control even in the presence of alloying components such as nickel / cobalt in the etching solution allows to develop. The process according to the invention is characterized in that iron-chloride-containing etching solutions which additionally contain chlorides of the alloy constituents up to a metal content of 110 g / l, preferably up to 60 g / l and a density of 1.40 to 1.53 g / cm 3 at 2OX, preferably 1.46 to 1.51 g / cm 3 , is worked. After passing through the etching machine, these etching solutions are fed to the anode compartments of a bipolar regeneration electrolysis cell, preferably divided by suitable separation systems, with preferably graphite electrodes whose cathode compartments are circulated through by a stationary electrolyte containing hydrochloric acid. In this case, the amount of hydrochloric acid consumed in the overall process is completely, the amount of water required to comply with the density interval of the etching solution completely or partially supplied via the cathode chambers of the regeneration cell. Suitable separation systems in the context of the invention are diaphragms, especially those made of microporous PVC, which are preferably ribbed. The ribbing not only improves the mechanical stability, but also stabilizes the flow supply by forming interference channels. But also cation exchange membranes can be used as separation systems. It has been found that it is possible to achieve a good to very good edge sharpness at a sufficiently high etching speed only within the specified narrow sealing interval. It has surprisingly been found that the iron chloride can be replaced in part by other, derived from the alloy metal chlorides without etch rate and edge sharpness go back in an inadmissible way. In the range of the density and the foreign metal content, which is preferably to be maintained according to the invention, it is also possible, when etching metal foils with a thickness> 50 .mu.m, to achieve high precision with good edge sharpness. In the rest of the invention to be observed range is still a precise etching thinner films (<50 ^ m) possible, while in thicker films a smaller, but still sufficient for many applications edge sharpness is obtained. Depending on the intended use and the required parameters, it is therefore necessary to set and maintain the most favorable composition of the etching solution in the concentration range to be maintained according to the invention.
Durch die erfindungsgemäße Kombination des Ätzprozesses mit einer bipolaren Elektrolysezelle zur Regeneration der Ätzlösung bei gleichzeitiger Einstellung des erforderlichen Dichteintervalls durch Zuführung von Verdünnungswasser über die Katodenräume bzw. Anodenräume der Regenerationszelle ist es möglich, die jeweiligen günstigsten Ätzbedingungen einzustellen und aufrechtzuerhalten.The inventive combination of the etching process with a bipolar electrolysis cell for the regeneration of the etching solution while adjusting the required density interval by supplying dilution water through the cathode chambers or anode chambers of the regeneration cell, it is possible to set and maintain the respective most favorable etching conditions.
Die vollständig über die Katodenräume zugeführte Salzsäure ermöglicht durch die saure Reaktion des stationären Katolyten nicht nur die Einhaltung einer guten elektrischen Leitfähigkeit des Katolyten, sondern verhindert bei der erfindungsgemäß einzuhaltenden Stromdichte auch die Abscheidung von Eisen und Legierungsmetallen an der Katode. Dadurch wird die Verwendung einer optimal dimensionierten Elektrolysezelle unter Verwendung von echtem bipolaren Elektroden, besonders solchen aus flüssigkeitsdicht imprägnierten Graphit, überhaupt erst möglich. Die Vorteile einer bipolaren Zelle, einfacher konstruktiver Aufbau und geringe Spannungsverluste, können dadurch für den Prozeß voll genutzt werden. Außerdem wird dadurch eine zusätzliche Anreicherung der Legierungsbestandteile im Anodenraum infolge einer bevorzugten katodischen Abscheidung von Eisen vermieden. Es gelingt sogar in überraschenderweise, die Anreicherung der Legiergungsbestandteile in dem über die Ätzmaschine im Kreislauf geführten Anolyten dadurch zu verlangsamen, daß sich im stationären KatolytenDue to the acidic reaction of the stationary catholyte, the hydrochloric acid, which is supplied completely via the cathode chambers, not only ensures the maintenance of a good electrical conductivity of the catholyte, but also prevents the deposition of iron and alloying metals at the cathode in the current density to be maintained in accordance with the invention. As a result, the use of an optimally dimensioned electrolytic cell using real bipolar electrodes, especially those made of liquid-tight impregnated graphite, even possible. The advantages of a bipolar cell, simple design and low voltage losses can be fully utilized for the process. In addition, thereby an additional enrichment of the alloy components in the anode compartment due to a preferred cathodic deposition of iron is avoided. It is even possible, surprisingly, to slow down the accumulation of the constituents of the alloy in the anolyte which is circulated via the etching machine, in that in the stationary catholyte
während des Elektrolyseprozesses die Legierungsbestandteile anreichern. Es wurde gefunden, daß sich die Katolyten Nickel und/oder Kobalt im Verhältnis zum Eisen auf das 3 bis 5fache gegenüber der Zusammensetzung des Anolyten anreichern. Nach einem weiteren Merkmal der Erfindung wird der Prozeß zunächst mit einer frisch angesetzten Eisen-lll-chloridlösung begonnen, die so lange über Ätzmaschine und Regenerationszelle geführt wird, bis der für das geforderte Ätzergebnis bei gleichzeitiger Volumenvergrößerung noch zulässige Gehalt an Legierungsbestandteilen erreicht wird. Danach wird die erschöpfte Ätzlösung komplett ausgetauscht und der Zyklus wiederholt sich. Es ist aber auch möglich, kontinuierlich die erforderliche Menge an Eisen-lll-chloridlösung vor der Ätzmaschine zuzuführen und einen Teil der erschöpften Ätzlösung nach der Ätzmaschine abzutrennen.accumulate the alloy components during the electrolysis process. It has been found that the catholyte nickel and / or cobalt in relation to the iron accumulate 3 to 5 times compared to the composition of the anolyte. According to a further feature of the invention, the process is first started with a freshly prepared ferric chloride solution, which is conducted over the etching machine and regeneration cell until the content of alloy constituents which is still permissible for the required etching result with simultaneous increase in volume is reached. Thereafter, the exhausted etching solution is completely replaced and the cycle is repeated. But it is also possible to continuously supply the required amount of ferric chloride solution before the etching machine and to separate a part of the exhausted etching solution after the etching machine.
Dabei wirkt sich die Anreicherung von Legierungsbestandteilen im Katolyten sehr vorteilhaft aus, da dadurch die Nutzungsdauer ' des Ätzansatzes verlängert bzw..die Menge der kontinuierlich zuzuführenden frischen Eisen-lll-chlorid-Lösung verringert werden kann.In this case, the enrichment of alloying components in the catholyte has a very advantageous effect since it prolongs the useful life of the etching batch or reduces the amount of fresh iron-III chloride solution to be fed in continuously.
Bei Eisenlegierungen mit einem niedrigen Gehalt an Fremdmetallen und/oder bei geringeren Anforderungen an die erreichbare Kantenschärfe ist es möglich, das Molverhältnis der Metalle in der erschöpften Ätzlösung dem in der eingeätzten Legierung anzupassen. Dadurch ergibt sich die Möglichkeit, den Gesamtprozeß mit einer annähernd konstant zusammengesetzten Ätzlösung ohne Zusatz von Eisen-lll-chiorid kontinuierlich ablaufen zu lassen.For iron alloys with a low content of foreign metals and / or lower demands on the achievable edge acuity, it is possible to adjust the molar ratio of the metals in the exhausted etching solution to that in the etched alloy. This results in the possibility to run the entire process continuously with an approximately constant composite etching solution without the addition of iron-lll-chiorid.
Auch hierbei ist es von besonderem Vorteil, daß es durch die Anreicherung der Legierungsbestandteile im Katodenraum gelingt, einen solchen kontinuierlichen Prozeß mit einer Lösungszusammensetzung ablaufen zu lassen, die noch eine gute bzw. ausreichende Ätzqualität ermöglicht. Je nach den gewählten bzw. geforderten Prozeßparametern soll das nach der Regeneration erreichte Verhältnis von Eisen-lll-chlorid im Bereich zwischen 5:1 und 40:1 eingestellt werden.Again, it is of particular advantage that it is possible by the enrichment of the alloy components in the cathode space to run such a continuous process with a solution composition that still allows a good or sufficient Ätzqualität. Depending on the chosen or required process parameters, the ratio of ferric chloride reached after regeneration in the range between 5: 1 and 40: 1 should be set.
Der kombinierte Ätz- und Regenerationsprozeß wird vorteilhaft bei Temperaturen zwischen 30 und 60°C durchgeführt. Damit ist es möglich, PVC als Werkstoff für Zellenbauteile und für das Umlaufsystem zu verwenden. Höhere Temperaturen, die prinzipiell möglich sind, wurden in Anwendung besonderer, teuerer Werkstoffe erforderlich machen.The combined etching and regeneration process is advantageously carried out at temperatures between 30 and 60 ° C. This makes it possible to use PVC as a material for cell components and for the circulation system. Higher temperatures, which are possible in principle, would require the use of special, expensive materials.
Die bei der Regeneration einzuhaltenden Stromdichten liegen zwischen 2 und 15A/dm2. Niedrigere Stromdichten erfordern zu hohe Aufwendungen für die Regenerationszeile, höhere ergeben infolge der steigenden Zellspannung einen zu großen spezifischen Elektroenergieverbrauch. Letzterer wird außerdem auch durch die Abstände der bipolaren Elektroden von den Diaphragmen entscheidend mitbestimmt, die so gering wie möglich zu wählen sind. Aus der katodischen Wasserstoffentwicklung und der sich dadurch ergebenden stationären Gasbeladung des Katolyten resultiert jedoch eine Zunahme des elektrischen Widerstandes im Katodenraum und damit ein Anstieg der Zellspannung. Durch die erfindungsgemäß vorzusehende Kreislaufführung des Katolyten durch die fördernde Wirkung des sich entwickelnden Wasserstoffes wird dem wirkungsvoll entgegengewirkt. Damit gelingt es nicht nur, den Gasanteil auch bei geringem Abstand Katode-Diaphragma zu erniedrigen, sondern bei Führung des Katolytkreislaufes über einen vorzusehenden Wärmeaustauscher kann auch eine Temperierung der Zelle erfolgen, ohne die bipolaren Elektroden selbst kühlen zu müssen. Dabei wird die Kühlung vorteilhafterweise so eingestellt, daß die Joulsche Wärme zur Aufheizung der Ätzanlage bzw. zur Aufrechterhaltung der Arbeitstemperatur genutzt wird. So kann z. B. nach Neuansatz der Ätzlösung die Zelle so lange ohne Kühlung betrieben werden, bis die Arbeitstemperatur im Bereich von 30 bis 6O0C erreicht wird. Über eine Regelung der Kühlwassermenge kann dann diese optimale Arbeitstemperatur aufrecht erhalten werden.The current densities to be maintained during regeneration are between 2 and 15A / dm 2 . Lower current densities require too much expenditure for the regeneration line, while higher ones result in excessive specific electrical energy consumption as a result of the increasing cell voltage. The latter is also decisively determined by the distances of the bipolar electrodes from the diaphragms, which are to be chosen as small as possible. However, the cathodic evolution of hydrogen and the resulting stationary gas loading of the catholyte results in an increase of the electrical resistance in the cathode space and thus an increase in the cell voltage. By inventively provided for circulation of the catholyte by the promoting effect of the evolving hydrogen is effectively counteracted. This not only makes it possible to lower the gas content even at a small distance cathode diaphragm, but in guiding the Katolyt cycle over a heat exchanger to be provided can also be a temperature control of the cell, without having to cool the bipolar electrodes themselves. The cooling is advantageously adjusted so that the Joule heat is used to heat the etching or to maintain the working temperature. So z. B. after re-preparation of the etching solution, the cell are operated without cooling until the working temperature in the range of 30 to 60 0 C is reached. By regulating the amount of cooling water, this optimum working temperature can then be maintained.
Wie bereits dargestellt, wird erfindungsgemäß Salzsäure und Wasser in den Katodenkreislauf, ein Teil des Wassers erforderlichenfalls außerdem in den Anodenkreislauf eindosiert. Das führt zu einer Volumenzunahme des Katolyten, eventuell auch des Anolyten. Es hat sich nun als vorteilhaft erwiesen, wenn ständig ein Teil des stationären Katolyten durch die Poren der Diaphragmen in den Anodenraum überführt wird. Das wird vorzugsweise durch Einstellung eines hydrostatischen Überdrucks im Katodenraum erreicht. Dadurch wird einem Übertritt von Anolyt in dem Katodenraum, der zu Ausbeuterminderung durch katodische Reduktion des bereits gebildeten Eisen-lll-chlorids führen würde, entgegengewirkt. Damit lassen sich im stationären Katolyten auch die erforderlichen Konzentrationen an Metallchloriden und an Salzsäure einstellen. Letzteres kann auch durch Anordnung von Überströmkanälen vom Katodenraum zum Anodenraum erreicht werden. Diese Variante ist besonders bei Verwendung von Kationenaustauschermembran als Trennsystem vorzuziehen. Ein Volumenzuwachs der Ätzlösung und/oder des stationären Katolyten je nach der Prozeßführung wird durch einen als Puffervolumen geschalteten Zwischenbehälter aufgefangen, aus dem die mit Legierungsbestandteilen angereicherten Lösungen ohne Beeinträchtigung des Kreislaufes zur Verwertung entnommen werden können. Dadurch wird verhindert, daß ein Teil der Ätzlösung bzw. des Katolyten durch Überlauf bereits aus dem Kreislauf entfernt wird, ehe die erfindungsgemäß einzuhaltende bzw. erforderliche Fremdmetallkonzentration erreicht ist.As already mentioned, according to the invention, hydrochloric acid and water are metered into the cathode circulation, and some of the water is also metered into the anode circulation, if necessary. This leads to an increase in volume of the catholyte, possibly also of the anolyte. It has now proved to be advantageous if a portion of the stationary catholyte is constantly transferred through the pores of the diaphragms into the anode compartment. This is preferably achieved by setting a hydrostatic overpressure in the cathode compartment. This counteracts a transfer of anolyte in the cathode space, which would lead to reduction of yield by cathodic reduction of the iron l chloride already formed. Thus, the required concentrations of metal chlorides and hydrochloric acid can be adjusted in the stationary catholyte. The latter can also be achieved by arranging overflow channels from the cathode compartment to the anode compartment. This variant is to be preferred especially when using cation exchange membrane as a separation system. An increase in volume of the etching solution and / or of the stationary catholyte, depending on the process control, is absorbed by an intermediate container connected as a buffer volume, from which the solutions enriched with alloy constituents can be taken for recycling without impairing the circulation. This prevents that a portion of the etching solution or of the catholyte is already removed by overflow from the circulation before the present invention to be respected or required foreign metal concentration is reached.
Aus den am Ende des Ätz-Regenerationszyklus anfallenden erschöpften Ätzlösungen und/oder dem mit Legierungsbestandteilen angereicherten, ausgekreisten Elektrolyten können die Metalle nach bekannten Methoden zurückgewonnen werden. Eine Möglichkeit dazu besteht beispielsweise in einer separaten Metallgewinnungselektrolyse, in der unter an sich bekannten Bedingungen die Metalle katodisch abgeschieden werden.From the exhausted etching solutions obtained at the end of the etch-regeneration cycle and / or the alloyed-out, recirculated electrolyte, the metals can be recovered by known methods. One possibility for this is, for example, in a separate metal extraction electrolysis, in which the metals are deposited catodically under known conditions.
Das Prinzip des elektrochemischen Kreislaufverfahrens soll nachfolgend anhand des technologischen Schemas näher beschrieben werden (Fig. 1).The principle of the electrochemical circulation process will be described in more detail below with reference to the technological scheme (FIG. 1).
Das Kreislaufsystem besteht im wesentlichen aus einer herkömmlichen Ätzanlage 1, einem Zwischenbehälter 2 zur Volumenpufferung der Ätzlösung und der Regenerationszelle 3. Die Regenerationszelle enthält Anoden- und Katodenräum, die voneinander durch ein mikroporöses PVC-Diaphragma getrennt sind. Anoden- und Katodenmaterial bestehen aus Graphit. Die Ätzflüssigkeit wird durch eine Motorpumpe 4 im Kreislauf bewegt. Ausgangs des Anodenraumes befindet sich ein Mischer 5 der eventuell im Überschuß entstandenes Chlor in turbulenter Vermischung mit restlichem Fe2+ reagieren läßt. Mit dem Fe3VFe2+- Analysator 6 kann über ejne Momentanalyse des Fe3+ und Fe2+ die Stromstärke des Regenerationsvorganges eingestellt werden. Im Katodenkreislauf erfolgt in einem Mischer oder Abscheider 7 durch Zudosierung von Wasser und Salzsäure die Aufrechterhaltung einer bestimmten Salzsäurekonzentration und die Abscheidung des an der Katode gebildeten Wasserstoffs. Durch einen Wärmetauscher 8 im Katodenkreislauf kann im Bedarfsfall eine Temperierung der Zelle erfolgen, ohne die bipolaren Elektroden selbst kühlen zu müssen. Zur näheren Erläuterung des elektrochemischen Kreislaufsystems sollen einige bevorzugte Ausführungsbeispiele angegeben werden.The circulation system consists essentially of a conventional etching system 1, an intermediate container 2 for volume buffering of the etching solution and the regeneration cell 3. The regeneration cell contains anode and Katodenräum, which are separated from each other by a microporous PVC diaphragm. Anode and cathode material are made of graphite. The etching liquid is circulated by a motor pump 4. Output of the anode compartment is a mixer 5 of the possibly formed in excess chlorine can react in turbulent mixing with residual Fe 2+ . With the Fe 3 VFe 2+ analyzer 6, the current strength of the regeneration process can be adjusted via a moment analysis of the Fe 3+ and Fe 2+ . In Katodenkreislauf carried in a mixer or separator 7 by metered addition of water and hydrochloric acid, the maintenance of a certain hydrochloric acid concentration and the deposition of the hydrogen formed at the cathode. By means of a heat exchanger 8 in the cathode circulation, it is possible, if necessary, to temper the cell without having to cool the bipolar electrodes themselves. For a more detailed explanation of the electrochemical circulatory system, some preferred embodiments are given.
In einer FeCI3-Ausgangslösung von 230g/l Fe3+ (p20°C = 1,485g/cm3) werden zur Formteilherstellung teilweise mitÄtzresist beschichtete Metallbleche der Dicke 250 um und der Zusammensetzung Fe 54%, Ni 28%, Co 18% herkömmlich geätzt. Nach einer gewissen Ätzzeit ist ein Fe2+-Gehaltvon 20g/l erreicht. An diesem Punkt wird das Kreislaufsystem mit Regenerierung in Betrieb genommen. Der Prozeß wird durch analytische Überwachung so gesteuert, daß gleichbleibend ein Fe2+-Gehalt von 20g/l erhalten bleibt. Die Dichte wird durch Regulierung des Wasserübertritts von Katoden-zum Anodenraum konstant gehalten. Die Stromdichte beträgt 8A/dm2 bei einer Temperatur von 5O0C. Nach Erreichen eines Ni und Co-Gehaltes von 40g/l wird die Ätzung abgebrochen. Ohne Kreislaufführung würde bei einem Ni-Co-Gehalt von 10g/I kein befriedigendes Ätzergebnis mehr erzielt werden.In an FeCl 3 starting solution of 230 g / l Fe 3+ (p 2 0 ° C = 1.485 g / cm 3 ), partially resist-coated metal sheets of thickness 250 μm and composition Fe 54%, Ni 28%, Co 18% are conventionally used for the production of molded parts etched. After a certain etching time, an Fe 2+ content of 20 g / l is achieved. At this point, the loop system is put into operation with regeneration. The process is controlled by analytical monitoring so that a constant Fe 2+ content of 20 g / l is maintained. The density is kept constant by regulating the water transfer from cathode to anode compartment. The current density is 8A / dm 2 at a temperature of 5O 0 C. After reaching a Ni and Co content of 40g / l, the etching is stopped. Without recycling, a satisfactory etching result would no longer be achieved with a Ni-Co content of 10 g / l.
Zur Formteilherstellung wird ein teilweise maskiertes Metallblech der Dicke 200 um und der Zusammensetzung von 58% Fe, 42% Ni in einer üblichen Ätzanlage mit einer FeCI3-Lösung von 223g/l Fe3+(p 2O0C = 1,427g/cm3) geätzt. Bei einem Fe2+-Gehaltvon 10g/l wird das elektrolytische Kreislaufregenerationssystem eingeschaltet und durch Gestaltung der elektrischen Werte in der Regenerationszelle bei gleichzeitiger analytischer Überwachung der Fe2+-Wert konstant gehalten. Die Dichte wird ebenfalls durch Wasserzugabe konstant gehalten. Bei einem Ni-Gehaltvon 60g/l wird die Ätzung abgebrochen.For the production of molded parts, a partially masked metal sheet of thickness 200 μm and the composition of 58% Fe, 42% Ni in a conventional etching system with a FeCl 3 solution of 223 g / l Fe 3+ (p 2O 0 C = 1.447 g / cm 3 etched). At an Fe 2+ content of 10 g / L, the recycle electrolytic regeneration system is turned on and kept constant by shaping the electrical values in the regeneration cell while monitoring the Fe 2+ value analytically. The density is also kept constant by adding water. At a Ni content of 60 g / L, the etching is stopped.
Folienmaterial von 30-50/xm Dicke und der Zusammensetzung 58% Fe, 42% Ni wird in einer wäßrigen FeCI3-Lösung mit einem Fe3+-Gehaltvon218g/I {p20°C = 1,462g/cm3) nach partieller Lackabdeckung üblicherweise bei 5O0C geätzt. Bei einer Fe2+- Konzentration von 8g/l wird das elektrolytische Kreislaufregenerationssystem in Betrieb gesetzt. Durch analytische Überwachung und dementsprechende Regelung des Elektrolysestromes wird dieser Fe2+-Wert konstant gehalten. Durch Wasserzugabe wird die Dichte konstant gehalten. Nach einer gewissen Zeit stellt sich eine Ätzlösung der Zusammensetzung 118g/l Fe3+, 8g/l Fe2+, 92g/l Ni2+ein. Dabei entspricht das Verhältnis von Fe3+ + Fe2+/Ni2+dem Verhältnis von Fe:Ni im eingeätzten Folienmaterial. Mit dieser Ätzlösung kann nun voll kontinuierlich das anstehende Material geätzt werden, ohne daß FeCI3 zugegeben werden muß. Der durch die Dichte bedingten Vergrößerung des Flüssigkeitsvolumens wird durch Ablassen von Lösung aus dem Puffergefäß und Zuführen dieser Lösung zu einer geeigneten Aufbereitung begegnet. Eine Beeinträchtigung des Kreislaufsystemstritt dadurch nicht auf.Sheet material of 30-50 / xm thickness and composition of 58% Fe, 42% Ni, in an aqueous FeCI 3 solution having an Fe 3+ -Gehaltvon218g / I {p20 ° C = 1,462g / cm 3) after partial lacquer coverage usually etched at 5O 0 C. At an Fe 2+ concentration of 8 g / l, the electrolytic cycle regeneration system is put into operation. By analytical monitoring and corresponding control of the electrolysis current, this Fe 2+ value is kept constant. By adding water, the density is kept constant. After a certain time, an etching solution of composition 118 g / l of Fe 3+ , 8 g / l of Fe 2+ , 92 g / l of Ni 2+ sets in. The ratio of Fe 3+ + Fe 2+ / Ni 2+ corresponds to the ratio of Fe: Ni in the etched foil material. With this etching solution, the pending material can now be fully etched continuously without having to add FeCl 3 . The increase in the volume of liquid due to the density is counteracted by discharging solution from the buffer vessel and supplying this solution to a suitable preparation. An impairment of the circulatory system does not occur.
Ein Metallblech der Dicke von 150/xm wird nach einer für die Formteilätzung üblichen Lackabdeckung in einer anfangs 45%igen wäßrigen FeCI3 bei 5O0C geätzt. Das Metall hat die Zusammensetzung Fe 58%, Ni 28%, Co 18%. Nach einer gewissen Ätzzeit wird ein Fe2+-Gehalt in der Lösung von 15 g/l erreicht und anschließend mit der elektrolytischen Kreislauf regeneration unterständiger Kontrolle der Dichte und der Fe2+ und Fe3+-Konzentrationen begonnen. Unter Beibehaltung guter Ätzergebnisse wird schließlich einAnolytderZusammensetzung Fe3+187,1 g/l, Fe2+ 14,5g/l, Ni2+ 38,8g/l, Co2+ 24,9g/l und einer Dichte von 1,52g/cm3 erreicht. Der nach dieser Zeit entstandene Katolyt ist von der Zusammensetzung Fe3+ 0,2g/l, Fe2+ 12,0g/l, Ni2+ 13,2g/l, Co2+ 5,5g/l, HCI 5%.A metal sheet the thickness of 150 / xm is owned by a usual for the Formteilätzung paint cover in an initially 45% aqueous FeCl 3 at 5O 0 C etched. The metal has the composition Fe 58%, Ni 28%, Co 18%. After a certain etching time, a Fe 2+ content in the solution of 15 g / l is achieved, and then the regeneration of the electrolytic cycle is begun with proper control of the density and the Fe 2+ and Fe 3+ concentrations. Maintaining good etch results, finally, an anolyte of the composition Fe 3+ becomes 187.1 g / L, Fe 2+ 14.5 g / L, Ni 2+ 38.8 g / L, Co 2+ 24.9 g / L and a density of 1.52 g / cm 3 reached. The catholyte formed after this time is of composition Fe 3+ 0.2g / l, Fe 2+ 12.0g / l, Ni 2+ 13.2g / l, Co 2+ 5.5g / l, HCl 5%.
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DD27148984A DD257361A3 (en) | 1984-12-27 | 1984-12-27 | ELECTROCHEMICAL CIRCULAR PROCESS FOR THE APPLICATION OF IRON AND ITS ALLOYS |
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Cited By (2)
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---|---|---|---|---|
WO1995024518A1 (en) * | 1994-03-07 | 1995-09-14 | Mib Metallurgie Und Oberflächentechnik Und Innovation In Berlin Gmbh & Co. | Electrolysis process for regenerating a ferric chloride or sulphate solution, in particular for spray etching steel |
DE4407448A1 (en) * | 1994-03-07 | 1995-09-14 | Mib Metallurg Und Oberflaechen | Electrolytic process to regenerate iron-chloride or -sulphate soln. |
-
1984
- 1984-12-27 DD DD27148984A patent/DD257361A3/en unknown
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO1995024518A1 (en) * | 1994-03-07 | 1995-09-14 | Mib Metallurgie Und Oberflächentechnik Und Innovation In Berlin Gmbh & Co. | Electrolysis process for regenerating a ferric chloride or sulphate solution, in particular for spray etching steel |
DE4407448A1 (en) * | 1994-03-07 | 1995-09-14 | Mib Metallurg Und Oberflaechen | Electrolytic process to regenerate iron-chloride or -sulphate soln. |
DE4407448C2 (en) * | 1994-03-07 | 1998-02-05 | Mib Metallurg Und Oberflaechen | Electrolysis process for regenerating an iron (III) chloride or iron (III) sulfate solution, in particular for spray etching steel |
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