DE10322120A1 - Methods and devices for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal coating - Google Patents

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Reinhard Dr. Schwarz
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Alexander Schiffer
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung, die bei der chemisch-reduktiven Metallabscheidung verwendet wird. In dem Verfahren erfolgt die pH-Wert-Einstellung und die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls ohne störende Gegenionen durch Aufgabe der Prozesslösung, gegebenenfalls nach Verdünnung, auf mindestens einen mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsaueren Kationenaustauscher. Die Nachdosierung des Reduktionsmittels erfolgt entweder in einem Hilfskreislauf oder in eine verdünnte Prozesslösung. Bevorzugt werden aus dem Reduktionsmittel stammende störende Kationen mithilfe eines starksauren protonenbeladenen Kationenaustauschers und störende Anionen mithilfe eines schwachbasischen Anionenaustauschers abgetrennt. Bei der Metallabscheidung sich in der Prozesslösung anreichernde störende Kationen werden bevorzugt mithilfe eines starksauren protonenbeladenen Kationenaustauschers abgetrennt. DOLLAR A Das Verfahren ermöglicht eine nahezu konstante Zusammensetzung der Prozesslösung mit geringem Fremdstoffgehalt. Dadurch wird eine besondere Qualität der Beschichtung bewirkt. DOLLAR A Die Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung steigert die Wirtschaftlichkeit und Umweltverträglichkeit der chemisch-reduktiven Metallbeschichtung.The invention relates to a method and devices for extending the useful life of a process solution used in chemical-reductive metal deposition. In the process, the pH is adjusted and the ions of the coating metal are metered in without disturbing counterions by feeding the process solution, if appropriate after dilution, onto at least one weakly acidic cation exchanger loaded with ions of the coating metal. The reducing agent can be replenished either in an auxiliary circuit or in a dilute process solution. Interfering cations originating from the reducing agent are preferably separated off using a strongly acidic proton-loaded cation exchanger and interfering anions using a weakly basic anion exchanger. Interfering cations that accumulate in the process solution during metal deposition are preferably separated using a strongly acidic proton-loaded cation exchanger. DOLLAR A The process enables an almost constant composition of the process solution with low foreign matter content. This creates a special quality of the coating. DOLLAR A The extension of the service life of the process solution increases the economy and environmental compatibility of the chemical-reductive metal coating.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und Vorrichtungen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung, die bei der chemisch-reduktiven Metallabscheidung verwendet wird. Die chemisch-reduktive Metallabscheidung wird genutzt, um Werkstücke mit einem Metallüberzug (Cu, Ni, Ag oder Au) zu überziehen.The The invention relates to a method and devices for extension the service life of a process solution, used in chemical-reductive metal deposition. The chemical-reductive metal deposition is used to work with a metal coating (Cu, Ni, Ag or Au).

Für die chemisch-reduktive Metallabscheidung von Nichteisen-Metallen (NE-Metallen) auf der Oberfläche eines Basismaterials (z. B. Metall oder vorbehandelter Kunststoff) kann beispielhaft für die Nickelabscheidung die folgende, stark vereinfachte, Reaktionsgleichung aufgestellt werden: 3NaH2PO2 + 3H2O + NiSO4 → 3NaH2PO3 + H2SO4 + Ni + 2H2 (Gleichung 1) For the chemical-reductive metal deposition of non-ferrous metals (non-ferrous metals) on the surface of a base material (e.g. metal or pretreated plastic), the following, greatly simplified reaction equation can be set up for nickel deposition: 3NaH 2 PO 2 + 3H 2 O + NiSO 4 → 3NaH 2 PO 3 + H 2 SO 4 + Ni + 2H 2 (Equation 1)

Bei der chemisch-reduktiven Metallabscheidung werden Reduktionsmittel (hier NaH2PO2) und Metallionen des Beschichtungsmetalls (hier Ni2+) verbraucht und es werden gleichzeitig äquivalent zur abgeschiedenen Metallmenge als Umsetzungsprodukte das oxidierte Reduktionsmittel (hier NaH2PO3) sowie Protonen gebildet, wobei diese den pH-Wert in der Prozesslösung erniedrigen.In the chemical-reductive metal deposition, reducing agents (here NaH 2 PO 2 ) and metal ions of the coating metal (here Ni 2+ ) are consumed and at the same time the oxidized reducing agent (here NaH 2 PO 3 ) and protons are formed as reaction products equivalent to the amount of metal deposited. whereby these lower the pH in the process solution.

Bedingt durch zahlreiche Nebenreaktionen werden für die Abscheidung von einem Mol Nickel ca. 3,3 mol des Reduktionsmittels benötigt. Dabei wird auch elementarer Phosphor, der durch Nebenreaktionen aus dem Reduktionsmittel gebildet wird, in die entstehende Metallschicht einlegiert.conditioned through numerous side reactions for the deposition of one Mol of nickel requires about 3.3 mol of the reducing agent. It also becomes more elementary Phosphorus formed by side reactions from the reducing agent is alloyed into the resulting metal layer.

Nach dem Stand der Technik erfolgt die Nachdosierung des Reduktionsmittels und der Metallionen des Beschichtungsmetalls durch die Zugabe der entsprechenden Salze und die Einstellung des pH-Werts durch Zugabe von Laugen in die Prozesslösung. Durch den Prozess der Metallabscheidung, der pH-Wert-Einstellung, der Nachdosierung der verbrauchten Komponenten und durch Abtrag von Basismaterial reichern sich Fremdstoffe in der Prozesslösung an, die den Prozess der Metallabscheidung stören und die Qualität der erzeugten Schichten negativ beeinflussen. Zur Entfernung der Fremdstoffe erfolgt in der Regel ein Teilvenvurf der Prozesslösung, wobei deren abwassertechnische Behandlung wegen der komplexen Zusammensetzung problematisch ist.To In the prior art, the reducing agent is replenished and the metal ions of the coating metal by adding the corresponding salts and the adjustment of the pH by addition of alkalis in the process solution. Through the process of metal deposition, pH adjustment, the replenishment of the used components and by removal Foreign materials accumulate in the process solution from base material, that disrupt the process of metal deposition and the quality of the produced Negatively affect layers. To remove the foreign substances usually a partial disposal of the process solution, with its wastewater-technical Treatment is problematic because of the complex composition.

Die gebräuchliche Maßeinheit für die Nutzungsdauer der Prozesslösung ist der Metalldurchsatz MTO (= „Metal-Turn-Over"). Dabei wird von 1 MTO gesprochen, wenn der Metallgehalt der Prozesslösung einmal umgesetzt und erneut zugegeben wird. Nach dem Stand der Technik geht die Druckspannung in der Nickel-Phosphor-Schicht nachteilig bereits nach 2 bis 4,5 MTO in eine Zugspannung über und daher ist die Nutzungsdauer der Prozesslösung meist auf 5 MTO begrenzt.The common Unit of measurement for the Service life of the process solution is the metal throughput MTO (= "metal turn-over") 1 MTO spoken once the metal content of the process solution was implemented and is added again. According to the prior art, the compressive stress goes in the nickel-phosphorus layer disadvantageously after 2 to 4.5 MTO into a tension over and therefore the service life of the process solution is usually limited to 5 MTO.

Zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung zur chemisch-reduktiven Nickelabscheidung ist es erforderlich, die eingetragenen Fremdstoffe mittels geeigneter Verfahren abzutrennen. Hierzu werden verschiedene Verfahren vorgeschlagen:
Bereits 1953 wurden in US 2,726,968 und US 2,726,969 Regenerierverfahren beschrieben, bei denen ein schwachbasisches mit Phosphinsäure aktiviertes Anionenaustauschermaterial für die Regenerierung von Prozesslösungen für die chemisch-reduktive Nickelabscheidung verwendet wird. Dadurch soll Orthophosphit aus der Prozesslösung abgetrennt und Hypophosphit in die Prozesslösung abgegeben werden. Die schwachbasischen Anionenaustauschermaterialien werden direkt mit Prozesslösung beaufschlagt, weshalb der pH-Wert der Prozesslösung den Wert pH 5 nicht übersteigen darf, da andernfalls das schwachbasische Anionenaustauschermaterial aus der Hypophosphit-Beladung wieder in die Form der freien Base überführt wird, die nicht zum Ionenaustausch befähigt ist. Eine Abtrennung von störenden Kationen erfolgt bei diesem Verfahren nicht. Die Nachdosierung der Metallionen erfolgt durch Zugabe von Nickelsalzen, wobei nach US 2,726,969 durch den Einsatz basischer Nickelsalze wie Nickelhydroxid oder Nickelcarbonat gleichzeitig eine pH-Wert-Einstellung ohne den Einsatz von weiteren Laugen erreicht werden soll. Der Einsatz dieser schwerlöslichen Verbindungen hat jedoch den Nachteil, dass durch sie die Prozesslösung mit Feststoffen kontaminiert wird, die in die abgeschiedenen Metallschichten eingebaut werden können und damit deren Eigenschaften negativ beeinflussen. Diese Verfahren haben sich in der Praxis nicht durchgesetzt, da insbesondere die Verwendung von Phosphinsäure zur Aktivierung des Anionenaustauschers deren Wirtschaftlichkeit belastet.
In order to extend the useful life of a process solution for chemical-reductive nickel deposition, it is necessary to separate the foreign substances entered using suitable processes. Various methods are proposed for this:
Already in 1953 US 2,726,968 and US 2,726,969 Regeneration processes are described in which a weakly basic anion exchange material activated with phosphinic acid is used for the regeneration of process solutions for chemical-reductive nickel deposition. This is intended to separate orthophosphite from the process solution and to release hypophosphite into the process solution. The weakly basic anion exchange materials are directly loaded with process solution, which is why the pH value of the process solution must not exceed pH 5, otherwise the weakly basic anion exchange material from the hypophosphite loading is converted back into the form of the free base, which is not capable of ion exchange , Disruptive cations are not separated using this method. The metal ions are replenished by adding nickel salts US 2,726,969 by using basic nickel salts such as nickel hydroxide or nickel carbonate, a pH adjustment should be achieved at the same time without the use of further alkalis. However, the use of these poorly soluble compounds has the disadvantage that they contaminate the process solution with solids that can be built into the deposited metal layers and thus negatively influence their properties. These methods have not become established in practice, since in particular the use of phosphinic acid to activate the anion exchanger impairs their economic viability.

Der Einsatz von Regenerierverfahren, die auf dem Wirkprinzip der Membranelektrolyse beruhen, werden in einer Reihe von Schriften vorgeschlagen, wobei unterschiedliche Zellkonfigurationen zum Einsatz gelangen.The Use of regeneration processes based on the principle of action of membrane electrolysis are proposed in a number of writings, whereby different cell configurations are used.

In der Patentschrift DE 43 10 366 wird eine Membranelektrolysezelle mit 4 Kammern vorgeschlagen, in der die Reduktion des bei der chemisch-reduktiven Nickelabscheidung gebildeten Orthophosphits im Kathodenraum der Elektrolysezelle erfolgen soll. Aus DE 198 49 278 und eigenen Untersuchungen ist jedoch bekannt, dass die kathodische Reduktion des Orthophosphits zu Hypophosphit nicht erfolgt, so dass mittels des in DE 43 10 366 beschriebenen Verfahrens keine Regeneration der Prozesslösung erreicht werden kann.In the patent DE 43 10 366 proposes a membrane electrolysis cell with 4 chambers in which the reduction of the orthophosphite formed in the chemical-reductive nickel deposition is to take place in the cathode compartment of the electrolysis cell. Out DE 198 49 278 and in our own investigations it is known that the cathodic reduction of the orthophosphite to hypophosphite does not take place, so that by means of the in DE 43 10 366 described process no regeneration of the process solution can be achieved.

In der Patentschrift US 5,419,821 wird daher vorgeschlagen, die in DE 43 10 366 beschriebenen Membranelektrolysezelle um eine Fällungsstufe zu ergänzen, um das Orthophosphit durch den Zusatz von Magnesium- oder Calciumhydroxid zu entfernen. Die durch den Abscheidevorgang verbrauchten Einsatzstoffe (Nickelionen und Reduktionsmittel) sollen in Form von Nickelsulfat (Zugabe in die Prozesslösung) und Phosphinsäure (Zugabe in den Katholyten) zugeführt werden. Das Sulfat soll durch Zusatz von Bariumhydroxid in den Katholyten als Bariumsulfat wieder ausgekreist werden. Eine Verblockungsgefahr der Membranen der Membranelektrolysezelle ist bei diesem Verfahren sehr hoch, da nach der Abtrennung der schwerlöslichen Salze mittels Filtration gesättigte Lösungen vorliegen.In the patent US 5,419,821 it is therefore proposed that the DE 43 10 366 membrane electrolysis cell described to add a precipitation step to remove the orthophosphite by adding magnesium or calcium hydroxide. The input materials consumed by the separation process (nickel ions and reducing agents) should be supplied in the form of nickel sulfate (addition to the process solution) and phosphinic acid (addition to the catholyte). The sulfate should be removed from the catholyte as barium sulfate by adding barium hydroxide. The risk of the membranes of the membrane electrolysis cell becoming blocked is very high in this process, since saturated solutions are present after filtration of the sparingly soluble salts.

In den Patentschriften DE 198 51 180 ( EP 1 006 213 ) wird für die Regenerierung einer Prozesslösung zur chemisch-reduktiven Metallabscheidung ebenfalls der Einsatz einer Membranelektrolysezelle beschrieben. Die Anionen der Prozesslösung werden in diesem Verfahren in der Membranelektrolysezelle elektrodialytisch in einen sauren Hilfskreislauf überführt, welcher von der Prozesslösung durch die Membranen der Membranelektrolysezelle getrennt ist. Im Hilfskreislauf erfolgt die Trennung der Anionen durch einen schwachbasischen Anionenaustauscher, der zuvor durch den Einsatz von Phosphinsäure in die Hypophosphitbeladung überführt wurde. Der Einsatz von Phosphinsäure belastet die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.In the patents DE 198 51 180 ( EP 1 006 213 ) the use of a membrane electrolysis cell is also described for the regeneration of a process solution for chemical-reductive metal deposition. In this method, the anions of the process solution are transferred electrodialytically in the membrane electrolysis cell into an acidic auxiliary circuit which is separated from the process solution by the membranes of the membrane electrolysis cell. In the auxiliary circuit, the anions are separated by a weakly basic anion exchanger, which was previously converted into the hypophosphite loading by using phosphinic acid. The use of phosphinic acid impairs the economics of the process.

In einer besonderen Ausführungsform des Verfahrens nach DE 198 51 180 wird auch der Einsatz eines schwachsauren Kationenaustauschers in Kombination mit der Membranelektrolysezelle und des schwachbasischen hypophosphitbeladenen Anionenaustauschers beschrieben. Dieser schwachsaure Kationenaustauscher soll zur Nachdosierung von Nickelionen verwendet werden: Dazu ist er mit seinem Zulauf mit dem schwachbasischen Anionenaustauscher und mit seinem Ablauf mit einer Kammer der Membranelektrolysenzelle verbunden, die Prozesslösung enthält. Über den schwachsauren Kationenaustauscher, der mit Nickelionen beladen ist, wird ein Teil der sauren hypophoshit-haltigen Lösung des Hilfskreislaufes geführt. Der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers wird über die Kammer der Membranelektrolysenzelle der Prozesslösung zugeführt. Damit ein Eintrag störender Komponenten, wie z.B. Na+-Ionen, aus dem Hilfskreislauf in die Prozesslösung vermieden werden kann, macht diese Anordnung den Einsatz von Phosphinsäure als Quelle für Hypophosphit erforderlich, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens negativ beeinflusst wird.In a special embodiment of the method according to DE 198 51 180 the use of a weakly acidic cation exchanger in combination with the membrane electrolysis cell and the weakly basic hypophosphite-loaded anion exchanger is also described. This weakly acidic cation exchanger is to be used for replenishing nickel ions: For this purpose, it is connected with its inlet to the weakly basic anion exchanger and with its outlet to a chamber of the membrane electrolysis cell that contains the process solution. Part of the acidic hypophoshite-containing solution of the auxiliary circuit is led over the weakly acidic cation exchanger, which is loaded with nickel ions. The effluent of the weakly acidic cation exchanger is fed to the process solution via the chamber of the membrane electrolysis cell. In order to avoid the entry of disruptive components, such as Na + ions, from the auxiliary circuit into the process solution, this arrangement requires the use of phosphinic acid as a source of hypophosphite, which has a negative impact on the economics of the process.

Die erforderliche pH-Wert-Einstellung erfolgt nach DE 198 51 180 durch Zugabe von Laugen in die Prozesslösung und führt zu einem steigenden Salzgehalt, der die Nutzungsdauer der Prozesslösung begrenzt, da durch das in DE 198 51 180 beschriebene Verfahren keine kationischen Fremdstoffe aus der Prozesslösung entfernt werden können. Zudem belastet der Einsatz von Phosphinsäure die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.The required pH adjustment is made after DE 198 51 180 by adding lyes to the process solution and leads to an increasing salt content, which limits the service life of the process solution, as a result of the in DE 198 51 180 described processes no cationic foreign substances can be removed from the process solution. In addition, the use of phosphinic acid impairs the economics of the process.

In den Patentschriften DE 198 49 278 , EP 1 123 424 und EP 1 239 057 werden 2-stufige Elektrodialyseverfahren beschrieben, welche die für die Regeneration der Prozesslösung erforderliche Trennaufgabe bewältigen sollen. Für die Auftrennung des Anionengemisches ist ein Hilfskreislauf erforderlich, in dem eine pH-Wert-Anhebung auf pH > 8 erfolgt. Dies ist notwendig, damit Orthophosphit als zweiwertiges Anion vorliegt. Durch den Einsatz einer selektiven Anionenaustauschermembran, die nur einwertige Anionen passieren lässt, sollen die zweiwertigen Anionen (Sulfat, Orthophosphit) zurückgehalten und die einwertigen Anionen in die Prozesslösung zurückgeführt werden. Praktische Erfahrungen haben jedoch gezeigt, dass die Selektivität der verfügbaren Anionenaustauschermembranen nicht ausreicht, um die erforderliche Trennung von Orthophosphit und Hypophosphit zu erreichen, so dass eine Rückführung des abgetrennten Hypophosphits in die Prozesslösung nicht erfolgen kann. Daher ist die Reinigung der Prozesslösung nur durch hohe Stoffverluste möglich, wobei die Stoffverluste durch Zugabe von Frischchemikalien in die Prozesslösung ausgeglichen werden. Die Inhaltsstoffe des Hilfskreislaufes werden abwassertechnisch behandelt, wobei die Einhaltung des Grenzwertes für den Parameter Phosphor einen erheblichen Aufwand erfordert, da im Hilfskreislauf noch erhebliche Mengen an Hypophosphit enthalten sind.In the patents DE 198 49 278 . EP 1 123 424 and EP 1 239 057 Two-stage electrodialysis processes are described, which are to handle the separation task required for the regeneration of the process solution. An auxiliary circuit is required to separate the anion mixture, in which the pH is raised to pH> 8. This is necessary so that orthophosphite is present as a divalent anion. By using a selective anion exchange membrane that only allows monovalent anions to pass through, the divalent anions (sulfate, orthophosphite) are to be retained and the monovalent anions are to be returned to the process solution. Practical experience has shown, however, that the selectivity of the available anion exchange membranes is not sufficient to achieve the required separation of orthophosphite and hypophosphite, so that the separated hypophosphite cannot be returned to the process solution. Therefore, the cleaning of the process solution is only possible through high material losses, the material losses being compensated for by adding fresh chemicals to the process solution. The contents of the auxiliary circuit are treated using wastewater technology, whereby compliance with the limit value for the parameter phosphorus requires considerable effort since the auxiliary circuit still contains considerable amounts of hypophosphite.

Die Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, mit denen die Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallbeschichtung verlängert werden kann.The The object of the invention is to specify methods and devices with which the service life of a process solution for chemical-reductive metal coating extended can be.

Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bei dem das bei der Metallabscheidung verbrauchte Reduktionsmittel und Metallionen des Beschichtungsmetalls nachdosiert und der pH-Wert in der Prozesslösung eingestellt werden. Die Nachdosierung der Metallionen und die pH-Wert-Einstellung erfolgt erfindungsgemäß mit Hilfe mindestens eines schwachsauren Kationenaustauschers, der mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladen ist. Dazu wird dieser mit Prozesslösung oder einer verdünnten Prozesslösung beaufschlagt. Die durch den schwachsauren Kationenaustauscher aufbereitete Lösung wird der Prozesslösung wieder zugeführt.The Task is solved through an extension process the useful life of a process solution for the chemical-reductive metal deposition, in which the metal deposition used reducing agents and metal ions of the coating metal replenished and the pH in the process solution adjusted. The The metal ions are then metered in and the pH is adjusted according to the invention with the help at least one weakly acidic cation exchanger, the one with ions of the coating metal is loaded. This is done with process solution or one diluted process solution applied. The one prepared by the weakly acidic cation exchanger solution becomes the process solution fed again.

Im weiteren Text wird unter dem Begriff Ionenaustauscher jeweils eine Vorrichtung verstanden, die z.B. in Form einer Säu1e, Kolonne oder Filterkammer entweder teilweise oder vollständig mit einem Ionenaustauschermaterial gefüllt ist. Es werden organische oder anorganische Ionenaustauschermaterialien eingesetzt, wobei diese funktionelle Gruppen besitzen, die zum Ionenaustausch befähigt sind. Die Ionenaustauschermaterialien können fest oder flüssig sein. Entsprechend der Struktur der funktionellen Gruppen des eingesetzten Ionenaustauschermaterials kann der Ionenaustauscher näher charakterisiert werden, z.B. als starksaurer bzw. schwachsaurer Kationenaustauscher oder als schwachbasischer bzw. starkbasischer Anionenaustauscher. Die vom Ionenaustauscher gebundenen Stoffe können durch Regeneration wieder von den funktionellen Gruppen entfernt werden, wobei die Regeneration im Gleich- oder Gegenstrom möglich ist.in the further text is one under the term ion exchanger Understand device which e.g. in the form of a column, column or filter chamber either partially or completely is filled with an ion exchange material. It will be organic or inorganic ion exchange materials used, wherein these have functional groups which are capable of ion exchange. The ion exchange materials can be solid or liquid. According to the structure of the functional groups of the ion exchange material used the ion exchanger can get closer be characterized, e.g. as strongly acidic or weakly acidic Cation exchanger or as weakly basic or strongly basic Anion exchanger. The substances bound by the ion exchanger can through Regeneration are removed again from the functional groups, regeneration is possible in cocurrent or countercurrent.

Durch das auf die Metallbeschichtung folgende Spülen des beschichteten Werkstücks werden Inhaltsstoffe der Prozesslösung in die Spüllösung ausgeschleppt. Dadurch gelangen auch Fremdstoffe, wie das oxidierte Reduktionsmittel, die Gegenionen des Reduktionsmittels, in der Regel Na+, und andere störende Ionen in die Spüllösung. Die Spüllösung stellt somit eine verdünnte Prozesslösung dar, aus der die Fremdstoffe entfernt werden können. Im weiteren Text schließt daher der Begriff verdünnte Prozesslösung die Spüllösung mit ein.By rinsing the coated workpiece after the metal coating, ingredients of the process solution are dragged into the rinsing solution. As a result, foreign substances such as the oxidized reducing agent, the counterions of the reducing agent, as a rule Na + , and other disruptive ions also get into the rinsing solution. The rinsing solution is therefore a diluted process solution from which the foreign substances can be removed. In the further text, the term diluted process solution therefore includes the rinsing solution.

Die Nachdosierung der bei der Metallabscheidung verbrauchten Metallionen des Beschichtungsmetalls erfolgt erfindungsgemäß durch Aufgabe der Prozesslösung oder einer verdünnten Prozesslösung auf einen schwachsauren Kationenaustauscher, der mit den Kationen des Beschichtungsmetalls beladen ist. Dieser gibt Metallionen in die Prozesslösung ab. Vorteilhaft werden dadurch keine störenden Gegenionen in die Prozesslösung eingebracht.The Replenishment of the metal ions consumed in the metal deposition of the coating metal takes place according to the invention by abandoning the process solution or one diluted process solution on a weakly acidic cation exchanger that works with the cations of the coating metal is loaded. This gives in metal ions the process solution from. As a result, no interfering counterions are advantageously introduced into the process solution.

Dabei wird die Prozesslösung direkt auf den Kationenaustauscher gegeben. Dass dies bisher noch nicht versucht wurde, liegt vermutlich darin, dass die Fachwelt davon ausgegangen ist, dass das direkte in Kontakt bringen der Prozesslösung mit Kationenaustauschermaterialien zu einer unerwünschten Metallabscheidung auf den Ionenaustauschermaterialien führen würde und diese dadurch schnell unbrauchbar würden.there becomes the process solution placed directly on the cation exchanger. That this has not been the case so far Tried, is probably that the professional world of it It is assumed that the process solution is brought into direct contact with Cation exchange materials lead to an undesirable metal deposition would lead to the ion exchange materials and thereby this quickly would become unusable.

Erstaunlicherweise lässt sich die Prozesslösung jedoch direkt mit Kationenaustauschermaterialien in Kontakt bringen, ohne dass dies zu einer nennenswerten Metallabscheidung auf den Materialien führt.Amazingly, let yourself the process solution but directly in contact with cation exchange materials, without this leading to a significant metal deposition on the Leads materials.

Überraschend wurde gefunden, dass mit Hilfe des schwachsauren Kationenaustauschers parallel zur Nachdosierung der Metallionen auch der pH-Wert einer sauren Prozesslösung eingestellt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der schwachsaure Kationenaustauscher, wenn er mit der Prozesslösung in Kontakt kommt, die bei der Metallabscheidung entstehenden H+-Ionen bindet.Surprisingly, it was found that with the aid of the weakly acidic cation exchanger, the pH of an acidic process solution can be adjusted in parallel with the subsequent metering in of the metal ions. This is achieved in that the weakly acidic cation exchanger, when it comes into contact with the process solution, binds the H + ions formed during the metal deposition.

Vorzugsweise wird während der Metallabscheidung kontinuierlich ein Teil der Prozesslösung oder der verdünnten Prozesslösung über den schwachsauren Kationenaustauscher geleitet. Beim Erreichen der nutzbaren Kapazität der Ionenaustauschersäule kann das Ionenaustauschermaterial ausgewechselt oder der Fluss der Prozesslösung auf einen anderen Kationenaustauscher umgeleitet werden.Preferably will during part of the process solution or the diluted Process solution via the weakly acidic cation exchanger. When reaching the usable capacity the ion exchange column the ion exchange material can be replaced or the flow of the process solution be redirected to another cation exchanger.

Durch den Einsatz des mit den Kationen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauschers erübrigt sich in vorteilhafter Weise die nach dem Stand der Technik notwendige Zugabe von Laugen und Metallsalzen in die Prozesslösung, um die H+-Ionen zu binden und die verbrauchten Metallionen nachzudosieren.By using the weakly acidic cation exchanger loaded with the cations of the coating metal, the addition of lye and metal salts to the process solution, which is necessary according to the prior art, is advantageously unnecessary in order to bind the H + ions and to replenish the used metal ions.

Da mit Hilfe des schwachsauren Kationenaustauschers, der mit Prozesslösung in Kontakt gebracht wird, überraschend auch der pH-Wert in der Prozesslösung eingestellt werden kann, erübrigt sich auch die nach dem Stand der Technik notwendige Zugabe von Laugen zu der Prozesslösung.There with the help of the weakly acidic cation exchanger, which with process solution in Contacted, surprisingly also the pH in the process solution can be set, superfluous the addition of alkalis necessary according to the prior art to the process solution.

Durch die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls ohne störende Gegenionen und die pH-Wert-Einstellung ohne Laugenzugabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit dem schwachsauren Kationenaustauscher im Vergleich zum Stand der Technik der notwendige Salzeintrag in die Prozesslösung erheblich reduziert. Durch dieses einfache Verfahren, bei dem eine herkömmliche Anlage zur chemisch-reduktiven Metallabscheidung lediglich mit dem erfindungsgemäßen schwachsauren Kationenaustauscher ergänzt werden muss, kann die Nutzungsdauer der Prozesslösung deutlich verlängert werden.By replenishing the ions of the coating metal without interfering counterions and pH adjustment without addition of lye is considerably reduced by the inventive method with the weakly acidic cation exchanger compared to the prior art, the necessary salt input into the process solution. This simple method, in which a conventional system for chemical-reductive metal deposition only has to be supplemented with the weakly acidic cation exchanger according to the invention, can significantly extend the useful life of the process solution.

Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bei dem das bei der Metallabscheidung verbrauchte Reduktionsmittel, sowie die Metallionen des Beschichtungsmetalls nachdosiert und der pH-Wert in der Prozesslösung eingestellt werden, wobei ein Anionenaustausch zur Abtrennung störender Anionen in einer Membranelektrolysezelle mit zusätzlichem Hilfskreislauf zwischen der Prozesslösung und dem Hilfskreislauf über Anionenaustauschermembranen erfolgt.On a further part of the invention is a method for extension the useful life of a process solution for the chemical-reductive metal deposition, in which the metal deposition used reducing agents, as well as the metal ions of the coating metal metered in and the pH in the process solution adjusted an anion exchange for the separation of interfering anions in a membrane electrolysis cell with additional Auxiliary circuit between the process solution and the auxiliary circuit via anion exchange membranes he follows.

Bei diesem Verfahren wird das Reduktionsmittel in Form eines Salzes, vorzugsweise NaH2PO2, oder einer Salzlösung in den Hilfskreislauf nachdosiert, welcher eine Regenerierlösung enthält. Der Kontakt und der Austausch von Anionen zwischen der Regenerierlösung und der Prozesslösung oder einer verdünnten Prozesslösung erfolgt über Anionenaustauschermembranen in der Membranelektrolysezelle. Im Hilfskreislauf erfolgt die Abtrennung der aus dem Reduktionsmittel stammenden störenden Kationen über einen mit Protonen beladenen starksauren Kationenaustauscher, während störende Anionen mit einem schwachbasischen Anionenaustauscher, welcher in seiner Ausgangsform als freie Base vorliegt, aus der Regenerierlösung entfernt werden.In this process, the reducing agent in the form of a salt, preferably NaH 2 PO 2 , or a salt solution is replenished into the auxiliary circuit, which contains a regeneration solution. The contact and exchange of anions between the regeneration solution and the process solution or a dilute process solution takes place via anion exchange membranes in the membrane electrolysis cell. In the auxiliary circuit, the interfering cations originating from the reducing agent are separated off via a strongly acidic cation exchanger loaded with protons, while interfering anions are removed from the regeneration solution using a weakly basic anion exchanger which is in its starting form as a free base.

Die Anionenaustauschermembranen der Membranelektrolysezelle halten Kationen mit Ausnahme von Protonen zurück und erlauben die Passage von Anionen zwischen Prozesslösung und Regenerierlösung. Daher können die als Reduktionsmittel wirkenden Anionen, vorzugsweise H2PO2 , diese Membran passieren und aus der Regenerierlösung in die Prozesslösung wandern. Dagegen werden die Gegenionen des Reduktionsmittels (Na+-Ionen) durch die Membranen zurückgehalten und können damit nicht aus der Regenerierlösung in die Prozesslösung wandern. Somit wird eine kationenfreie Nachdosierung des Reduktionsmittels, vorzugsweise H2PO2 , in die Prozesslösung erreicht. Aus der Prozesslösung können das verbrauchte und dabei oxidierte Reduktionsmittel, vorzugsweise Orthophosphit (H2PO3 ), sowie die Gegenionen des für die Nachdosierung eingesetzten Salzes des Beschichtungsmetalls durch die Anionenaustauschermembran in die Regenerierlösung wandern. Dazu werden Prozess- und Regenerierlösung in einer Membranelektrolysezelle in getrennten Kammern in Kontakt gebracht, wobei der elektrodialytische Transport der Ionen durch ein elektrisches Feld bewirkt wird, das durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden der Membranelektrolysezelle induziert wird. Dabei bestimmt die Anzahl der dazwischenliegenden Kammern die Höhe der Spannung. Pro Basiseinheit von drei Zellen ist mit einem Spannungsabfall von ca. 2 Volt zu rechnen, wobei auch der Leitwert der in der Kammer befindlichen Lösung die Höhe der anzulegenden Spannung beeinflusst.The anion exchange membranes of the membrane electrolysis cell retain cations with the exception of protons and allow anions to pass between the process solution and the regeneration solution. The anions acting as reducing agents, preferably H 2 PO 2 - , can therefore pass through this membrane and migrate from the regeneration solution into the process solution. In contrast, the counterions of the reducing agent (Na + ions) are retained by the membranes and therefore cannot migrate from the regeneration solution into the process solution. A cation-free subsequent metering of the reducing agent, preferably H 2 PO 2 - , into the process solution is thus achieved. From the process solution, the used and oxidized reducing agent, preferably orthophosphite (H 2 PO 3 - ), as well as the counterions of the salt of the coating metal used for subsequent dosing can migrate through the anion exchange membrane into the regeneration solution. For this purpose, process and regeneration solution in a membrane electrolysis cell are brought into contact in separate chambers, the electrodialytic transport of the ions being brought about by an electric field which is induced by applying a voltage to the electrodes of the membrane electrolysis cell. The number of chambers in between determines the level of tension. A voltage drop of approx. 2 volts is to be expected per base unit of three cells, whereby the conductance of the solution in the chamber also influences the level of the voltage to be applied.

Durch die spezielle Anordnung der Membranen wird erreicht, dass die Anionen des Reduktionsmittels sowie die Fremdstoffe (oxidiertes Reduktionsmittel und ggf. die Gegenionen des zugesetzten Salzes des Beschichtungsmetalls) durch die Membranen aus der Prozesslösung in die Regenerierlösung wandern, wodurch sich die Regenerierlösung mit Fremdstoffen anreichert.By The special arrangement of the membranes is achieved by the anions of the reducing agent and the foreign substances (oxidized reducing agent and possibly the counterions of the added salt of the coating metal) migrate through the membranes from the process solution into the regeneration solution, whereby the regeneration solution enriched with foreign substances.

Um eine Aufsalzung in der Regenerierlösung zu vermeiden, werden störende Anionen dadurch abgetrennt, dass die Regenerierlösung über einen schwachbasischen Anionenaustauscher geleitet wird. Nachdem die Nachdosierung des Reduktionsmittels in Form eines handelsüblichen Salzes in die Regenerierlösung erfolgt, müssen zur Verhinderung einer Aufsalzung der Regenerierlösung die Gegenionen des Reduktionsmittels, wie z. B. Na+, abgetrennt werden. Dazu wird die Regenerierlösung zusätzlich über einen starksauren Kationenaustauscher geleitet, welcher mit H+-Ionen beladen ist. Durch den starksauren Kationenaustauscher werden Natriumionen entfernt und durch H+-Ionen ersetzt, so dass eine Anreicherung von Natriumionen in der Regenerierlösung verhindert wird. Die H+-Ionen hingegen werden durch den kathodischen Elektrodenprozess bzw. bei der Aktivierung des schwachbasischen Anionenaustauschers verbraucht und somit wieder aus der Regenerierlösung entfernt.In order to avoid salt formation in the regeneration solution, disruptive anions are separated by passing the regeneration solution over a weakly basic anion exchanger. After the redosing of the reducing agent in the form of a commercially available salt into the regeneration solution, the counterions of the reducing agent, such as, for. B. Na + , are separated. For this purpose, the regeneration solution is additionally passed through a strongly acidic cation exchanger which is loaded with H + ions. The strongly acidic cation exchanger removes sodium ions and replaces them with H + ions, so that an accumulation of sodium ions in the regeneration solution is prevented. The H + ions, on the other hand, are consumed by the cathodic electrode process or when the weakly basic anion exchanger is activated, and are thus removed from the regeneration solution.

Sobald die Kapazität der Ionenaustauscher erschöpft ist, werden die Ionenaustauscher regeneriert. Im Falle des schwachbasischen Anionenaustauschers erfolgt dies mit Natronlauge, Kalilauge, Natriumcarbonat-Lösung, Kaliumcarbonat-Lösung oder Ammoniak, im Falle des starksauren Kationenaustauschers erfolgt die Regenerierung mit Salz- oder Schwefelsäure. Die dabei anfallenden Eluate werden abwassertechnisch behandelt.As soon as the capacity the ion exchanger is exhausted the ion exchangers are regenerated. In the case of the weakly basic Anion exchanger this is done with sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution, sodium carbonate solution, potassium carbonate solution or Ammonia, in the case of the strongly acidic cation exchanger Regeneration with hydrochloric or sulfuric acid. The resulting Eluates are treated using wastewater technology.

Durch den erfindungsgemäßen Einsatz des starksauren Kationenaustauschers kann im Hilfskreislauf überraschenderweise sogar auf eine separate Aktivierung des schwachbasischen Anionenaustauschers nach dessen Regenerierung verzichtet werden, da die im Hilfskreislauf enthaltenen Salze teilweise in die korrespondierenden Säuren überführt und an die aktiven Gruppen des Anionenaustauschers addiert werden.By the use of the invention of the strongly acidic cation exchanger can surprisingly be found in the auxiliary circuit even on a separate activation of the weakly basic anion exchanger after its regeneration can be dispensed with, since the in the auxiliary circuit contained salts partially converted into the corresponding acids and be added to the active groups of the anion exchanger.

Der Volumenstrom an Prozesslösung VP, der zur Einstellung der gewünschten Konzentration cF,g über die Membranelektrolysezelle geführt wird, lässt sich gemäß Gleichung 2 berechnen, die für den stationären Zustand gültig ist.The volume flow of process solution V P , which is passed over the membrane electrolysis cell to set the desired concentration c F, g , can be calculated according to equation 2, which is valid for the steady state.

Figure 00090001
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Dessen Wert werden durch den Fremdstoffeintrag in die Prozesslösung (mF), die Fremdstoffkonzentrationen im Zulauf (cF,z) und im Ablauf (cF,R) der Reinigungsvorrichtung sowie durch Rückfuhrgrad der ausgeschleppten Komponenten (γR) bestimmt. Der Massenstrom des Fremdstoffeintrags lässt sich über die Stöchiometrie aus der abgeschiedenen Nickelmenge bestimmen. Der Rückführgrad ist davon abhängig, welcher Anteil der Spüllösung zum Ausgleich der Verdunstungsverluste in den Beschichtungsbehälter überführt wird, und kann zwischen 0 und 1 liegen.Its value is determined by the entry of foreign matter into the process solution (m F ), the foreign matter concentrations in the inlet (c F, z ) and in the outlet (c F, R ) of the cleaning device and by the degree of recirculation of the components (γ R ) that have been towed out. The mass flow of the foreign substance input can be determined from the deposited amount of nickel via the stoichiometry. The degree of recirculation depends on the proportion of the rinsing solution that is transferred to the coating container to compensate for evaporation losses, and can be between 0 and 1.

Der Einsatz der erfindungsgemäßen Kombination von starksaurem Kationenaustauscher und schwachbasischem Anionenaustauscher im Hilfskreislauf einer Membranelektrolysezelle mit der nachfolgend beschriebenen Anordnung der Kammern hat den Vorteil, dass das Reduktionsmittel ohne störende Kationen in die Prozesslösung nachdosiert und störende Anionen aus der Prozesslösung abgetrennt werden können, und im Hilfskreislauf keine Anreicherung störender Kationen erfolgt.The Use of the combination according to the invention of strongly acidic cation exchanger and weakly basic anion exchanger in the auxiliary circuit of a membrane electrolysis cell with the one described below Arrangement of the chambers has the advantage that the reducing agent without annoying Cations in the process solution replenished and annoying Anions from the process solution can be separated, and there is no accumulation of interfering cations in the auxiliary circuit.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die oben beschriebene Nachdosierung des Reduktionsmittels und die Abtrennung störender Anionen im Hilfskreislauf mit der zuvor beschriebenen pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls mit Hilfe des mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauschers kombiniert. In dieser Ausführungsform wird durch die erfindungsgemäße Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls ohne störende Anionen eine geringere Fremdstoffmenge in die Prozesslösung eingetragen. Dadurch muss durch die Membranelektrolysezelle auch nur eine geringere Fremdstoffmenge abgetrennt werden.In a preferred embodiment the invention is the above-described dosing of the reducing agent and the separation more disruptive Anions in the auxiliary circuit with the pH setting described above and replenishment of the ions of the coating metal using the Weakly acidic cation exchanger loaded with ions of the coating metal combined. In this embodiment through the subsequent dosing according to the invention of the ions of the coating metal without a disturbing anion Quantity of foreign matter in the process solution entered. This means that the membrane electrolysis cell must also only a smaller amount of foreign matter can be separated.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird die oben beschriebene Nachdosierung des Reduktionsmittels und die Abtrennung störender Anionen im Hilfskreislauf mit einem Verfahren kombiniert, bei dem störende Kationen, die sich bei der Metallabscheidung in der Prozesslösung anreichern, mit Hilfe mindestens eines starksauren Kationenaustauschers abgetrennt werden, der zuvor mit Protonen beladenen wurde.In a further embodiment the invention is the above-described dosing of the reducing agent and the separation more disruptive Anions combined in the auxiliary circuit with a process in which disturbing Cations that accumulate in the process solution during metal deposition, separated using at least one strongly acidic cation exchanger that was previously loaded with protons.

Vorzugsweise wird diese Abtrennung der störenden Kationen zeitweise bei Bedarf in einem speziellen Reinigungsprozess durchgeführt. Dieser dient im wesentlichen der Entfernung von Kationen, die bei der Metallabscheidung aus dem Basismaterial in die Prozesslösung eingetragen werden. Hierzu wird die Prozesslösung mit einem starksauren Kationenaustauscher in Kontakt gebracht, der zuvor mit Protonen beladen wurde.Preferably this separation is the disruptive Cations temporarily in a special cleaning process if necessary carried out. This essentially serves to remove cations that are present in the the metal deposition from the base material into the process solution become. This is the process solution brought into contact with a strongly acidic cation exchanger, the was previously loaded with protons.

Bei diesem Reinigungsvorgang werden aber auch die in der Prozesslösung enthaltenen Ionen des abzuscheidenden Metalls entfernt und Protonen in die Prozesslösung eingetragen. Die Kationen des Beschichtungsmetalls müssen anschließend nachdosiert und die bei der Reinigung der Prozesslösung eingetragenen Protonen wieder entfernt werden. Um die Kationen des Beschichtungsmetalls wieder nutzen zu können, wird das Eluat, das bei der Regenerierung des starksauren Kationenaustauschers anfällt, nach einer pH-Einstellung für die Beladung des schwachsauren Kationenaustauschers mit den Kationen des Beschichtungsmetalls eingesetzt.at this cleaning process also includes those contained in the process solution Ions of the metal to be deposited are removed and protons are added to the process solution. The cations of the coating metal must then be replenished and the protons entered when cleaning the process solution be removed again. To the cations of the coating metal to be able to use again becomes the eluate that is used to regenerate the strongly acidic cation exchanger accrues, after a pH adjustment for the loading of the weakly acidic cation exchanger with the cations of the coating metal used.

Vorzugsweise werden die Ionen des Beschichtungsmetalls durch einen schwachsauren Kationenaustauscher, der mit den entsprechenden Kationen des Beschichtungsmetalls beladen ist, nachdosiert. Gleichzeitig bindet dieser die Protonen, die durch den Reinigungsprozess in die Prozesslösung eingetragen wurden.Preferably the ions of the coating metal are weakly acidic Cation exchanger with the corresponding cations of the coating metal is loaded, replenished. At the same time, it binds the protons, which were entered into the process solution by the cleaning process.

Bei geringen Metalldurchsätzen ist der Einsatz einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf jedoch mit relativ hohen Kosten verbunden.at low metal throughputs is the use of a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit however, involves relatively high costs.

Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bei dem das bei der Metallabscheidung verbrauchte Reduktionsmittel sowie die Metallionen des Beschichtungsmetalls nachdosiert und der pH-Wert in der Prozesslösung eingestellt werden, wobei störende Kationen und Anionen, die sich bei der Metallabscheidung in der Prozesslösung anreichern, mit Hilfe von Ionenaustauschprozessen aus der Prozesslösung oder einer verdünnten Prozesslösung entfernt werden. Zur Abtrennung störender Kationen wird hierzu mindestens ein starksaurer Kationenaustauscher eingesetzt, der zuvor mit Protonen beladen wurde, während der schwachbasische Anionenaustauscher zur Abtrennung der störenden Anionen durch Protonen in die protonierte Form überführt wird. Vorzugsweise werden dazu die Protonen verwendet, die der starksaure Kationenaustauscher, wie oben beschrieben abgibt, wenn er störende Kationen bindet.Another component of the invention is therefore a method for extending the useful life a process solution for the chemical-reductive metal deposition, in which the reducing agent used in the metal deposition and the metal ions of the coating metal are replenished and the pH value in the process solution is adjusted, whereby disturbing cations and anions, which accumulate in the process solution during the metal deposition, are removed from the process solution or a dilute process solution with the aid of ion exchange processes. For the removal of interfering cations, at least one strongly acidic cation exchanger is used for this purpose, which was previously loaded with protons, while the weakly basic anion exchanger for the removal of the interfering anions is converted into the protonated form by protons. The protons which the strongly acidic cation exchanger releases as described above when it binds interfering cations are preferably used for this purpose.

Bevorzugt wird bei diesem Verfahren das Reduktionsmittel in Form eines wasserlöslichen Salzes, vorzugsweise Natriumhypophosphit (NaH2PO2), oder einer entsprechenden Lösung direkt in die Prozesslösung oder in eine verdünnte Prozesslösung nachdosiert.In this process, the reducing agent is preferably replenished directly in the process solution or in a dilute process solution in the form of a water-soluble salt, preferably sodium hypophosphite (NaH 2 PO 2 ), or a corresponding solution.

Die Abtrennung der störenden Anionen über den schwachbasischen Anionenaustauscher und der störenden Kationen über den starksauren Kationenaustauscher erfolgt bevorzugt aus einer verdünnten Prozesslösung.The Separation of the disruptive Anions over the weakly basic anion exchanger and the interfering cations over the strongly acidic cation exchangers are preferably made from a dilute process solution.

Vorzugsweise werden dabei durch den starksauren Kationenaustauscher die störenden Kationen und durch den schwachbasischen Anionenaustauscher die störenden Anionen aus dem Spülsystem abgetrennt. Nachdem durch den starksauren Kationenaustauscher neben den kationischen Verunreinigungen aus Basismaterial aber auch die in die Spüllösung ausgeschleppten Kationen des Beschichtungsmetalls abgetrennt werden, muss der starksaure Kationenaustauscher häufiger regeneriert werden, als wenn er Bestandteil eines separaten Hilfskreislaufes der Membranelektrolysezelle ist.Preferably become the disturbing cations by the strongly acidic cation exchanger and through the weakly basic anion exchanger the interfering anions from the flushing system separated. After by the strongly acidic cation exchanger next the cationic contaminants from base material but also the towed into the rinse solution Cations of the coating metal must be separated, the strongly acidic Cation exchangers more common be regenerated as if it were part of a separate auxiliary circuit the membrane electrolysis cell.

Die so gereinigte Spüllösung wird zum Ausgleich von den bei der Metallabscheidung auftretenden Verdunstungsverlusten in die Prozesslösung zurückgeführt.The cleaned rinsing solution to compensate for the evaporation losses that occur during metal deposition in the process solution recycled.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das oben beschriebene Verfahren zur Abtrennung von störenden Anionen bzw. störender Kationen aus einer verdünnten Prozesslösung (bzw. Spüllösung) mit der weiter oben beschriebenen pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung der Metallionen mit Hilfe des Metallionenbeladenen schwachsauren Kationenaustauschers kombiniert.In a preferred embodiment The invention uses the separation method described above of distracting Anions or more disruptive Cations from a diluted process solution (or rinsing solution) with the pH setting described above and replenishment of the metal ions with the aid of the metal ion loaded weakly acidic cation exchanger combined.

Vorzugsweise erfolgt die Zuführung der Metallionen des Beschichtungsmetalls in die zuvor gereinigte Lösung mit Hilfe eines schwachsauren Kationenaustauschers, der zuvor mit den Metallionen des Beschichtungsmetalls beladen wurde. Dadurch wird der pH-Wert in der zurückgeführten Lösung angehoben und es werden die durch den starksauren Kationenaustauscher abgetrennten Metallionen des Beschichtungsmetalls wieder in die Prozesslösung zurückgeführt. Das Eluat des starksauren Kationenaustauschers kann dabei nach einer pH-Wert-Einstellung für die Beladung des schwachsauren Kationenaustauschers mit den Metallionen des Beschichtungsmetalls genutzt werden.Preferably the feed takes place the metal ions of the coating metal in the previously cleaned solution With the help of a weakly acidic cation exchanger, which had previously Metal ions of the coating metal was loaded. This will the pH in the returned solution is raised and there are those separated by the strongly acidic cation exchanger Metal ions of the coating metal are returned to the process solution. The Eluate of the strongly acidic cation exchanger can be after a pH adjustment for the loading of the weakly acidic cation exchanger with the metal ions of the coating metal can be used.

Diese vereinfachte Prozess- und Anlagentechnik führt ebenfalls zu einer deutlichen Verringerung des Fremdstoffgehaltes in der Prozesslösung, ermöglicht aber nicht die gute Stoffnutzung, die mit der zuvor beschriebenen Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf erreicht werden kann.This Simplified process and plant technology also leads to a clear one Reduction of the foreign matter content in the process solution, but enables not the good use of materials with the membrane electrolysis cell described above can be achieved with auxiliary circuit.

Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bestehend aus mindestens einem schwachsauren Kationenaustauscher zum Einsatz für die pH-Wert-Einstellung und die Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung. Die Vorrichtung weist Elemente auf, die der Verbindung des Zu- und Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers (14) mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung bzw. vorbehandelte Prozesslösung enthält, dienen. Des weiteren enthält die Vorrichtung zugehörige Peripherie, wie z. B. Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen.Furthermore, the invention relates to a device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, consisting of at least one weakly acidic cation exchanger for use in adjusting the pH value and replenishing ions of the coating metal in a system for chemical-reductive metal deposition. The device has elements that connect the inlet and outlet of the weakly acidic cation exchanger ( 14 ) with at least one container containing process solution, diluted process solution, cooled process solution or pretreated process solution. Furthermore, the device contains associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures.

Vorzugsweise enthält der Kationenaustauscher ein schwachsaures Kationenaustauschermaterial mit Carbonsäuregruppen als funktionelle Gruppen.Preferably contains the cation exchanger is a weakly acidic cation exchanger material with carboxylic acid groups as functional groups.

Zu seinem erfindungsgemäßen Einsatz wird der schwachsaure Kationenaustauscher mit den Kationen des Beschichtungsmetalls beladen. Vorzugsweise erfolgt dies in zwei Schritten: Zuerst wird der schwachsaure Kationenaustauscher zur Konditionierung, mit einer Lauge, vorzugsweise mit Natronlauge, in die Salzform überführt. Zur Beladung wird er anschließend mit einem wasserlöslichen Salz des Beschichtungsmetalls in gelöster Form in Kontakt gebracht. Im Fall der chemisch-reduktiven Nickelabscheidung wird für die Beladung mit Metallionen beispielsweise eine wässrige Lösung von Nickelsulfat oder Nickelchlorid gewählt.For its use according to the invention, the weakly acidic cation exchanger is loaded with the cations of the coating metal. This is preferably done in two steps: First, the weakly acidic cation exchanger for conditioning, with an alkali, preferably with sodium hydroxide solution, into the salt transferred form. For loading, it is then brought into contact with a water-soluble salt of the coating metal in dissolved form. In the case of chemical-reductive nickel deposition, for example an aqueous solution of nickel sulfate or nickel chloride is chosen for loading with metal ions.

Die Beladung mit Metallionen erfolgt vorzugsweise in zwei Stufen mit unterschiedlich konzentrierten Metallsalzlösungen, wobei bei der zweiten Stufe – vorzugsweise durch eine Kreislaufführung – eine vollständige Beladung mit Metallionen des Beschichtungsmetalls erfolgt. Durch diese schrittweise Vorgehensweise ist eine vollständige Überführung des schwachsauren Harzes in die Beladung mit Ionen des Beschichtungsmetalls und gleichzeitig eine gute Stoffnutzung der eingesetzten Ionen des Beschichtungsmetalls gewährleistet.The Metal ion loading is preferably carried out in two stages differently concentrated metal salt solutions, with the second Level - preferably through a circuit - a full load with metal ions of the coating metal. Through this gradually The procedure is a complete transfer of the weakly acidic resin in the loading with ions of the coating metal and at the same time good use of the ions of the Coating metal guaranteed.

Nach dem Beladungsvorgang wird der Ionenaustauscher mit vollentsalztem Wasser gewaschen, um die entsprechenden Natriumsalze aus dem Ionenaustauscher zu entfernen, damit diese nicht in die Prozesslösung als Fremdstoffe eingetragen werden.To the loading process is the ion exchanger with fully desalinated Washed water to remove the appropriate sodium salts from the ion exchanger to remove them so that they do not enter the process solution as foreign substances become.

Bei seinem erfindungsgemäßen Einsatz wird der schwachsaure Kationenaustauscher mit Prozesslösung beaufschlagt und gibt Metallionen in diese ab. Gleichzeitig bindet er Protonen. Die maximale Protonen-Aufnahmekapazität des schwachsauren Kationenaustauschers wird bei vollständiger Überführung in die Salzform erreicht. Die Kapazität wird über den pH-Wert in seinem Ablauf kontrolliert. Dabei sinkt der pH-Wert im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers, wenn die vollständige Entladung von den Metallionen erreicht wurde.at its use according to the invention the weakly acidic cation exchanger is charged with process solution and releases metal ions into them. At the same time, it binds protons. The maximum proton absorption capacity of the weakly acidic cation exchanger is at complete transfer in reached the salt form. The capacity is above the pH in its drain controlled. The pH value drops in the process Expiration of the weakly acidic cation exchanger when the discharge is complete was achieved by the metal ions.

Bei vollständiger Entladung befindet sich der schwachsaure Kationenaustauscher in der H-Form. Für die erneute erfindungsgemäße Nutzung muss der schwachsaure Kationenaustauscher mit einer Lauge wieder in die Salzform überführt und anschließend mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladen werden. Der so regenerierte schwachsaure Kationenaustauscher kann erneut für die pH-Wert-Einstellung, sowie die Nachdosierung von Metallionen verwendet werden.at complete The weakly acidic cation exchanger is located in the discharge the H shape. For the renewed use according to the invention the weakly acidic cation exchanger must be reintroduced with an alkali the salt form is transferred and subsequently be loaded with ions of the coating metal. The so regenerated weakly acidic cation exchanger can be used again for pH adjustment, and the replenishment of metal ions can be used.

Der schwachsaure Kationenaustauscher besitzt eine hohe Selektivität für Protonen, so dass die bei der chemisch-reduktiven Metallabscheidung gebildeten Protonen von diesem Kationenaustauscher gebunden werden. Im Gegenzug werden die zuvor am Kationenaustauscher gebundenen Metallionen in die Prozesslösung abgegeben.The weakly acidic cation exchanger has a high selectivity for protons, so that those formed during chemical-reductive metal deposition Protons are bound by this cation exchanger. In return are the metal ions previously bound to the cation exchanger in the process solution issued.

Die für die Metallabscheidung verwendeten zweiwertigen Kationen werden von dem schwachsauren Kationenaustauscher stärker gebunden als einwertige Kationen. Vorteilhaft lässt sich der Austauscher daher in einfacher Weise mit Natronlauge in die Salzform überführen und anschließend mit den zweiwertigen Kationen des Beschichtungsmetalls beladen. Die Säulenkapazität des schwachsauren Kationenaustauschers wird entsprechend der gewünschten Nutzungsdauer und der abzuscheidenden Metallmenge gewählt.The for the Metal divalent cations are used by the metal deposition weakly acidic cation exchangers more strongly bound than monovalent ones Cations. Leaves advantageous the exchanger therefore in a simple manner with sodium hydroxide solution convert the salt form and subsequently loaded with the divalent cations of the coating metal. The column capacity of weak acid Cation exchanger is according to the desired service life and the amount of metal to be deposited.

Überraschend wurde gefunden, das der schwachsaure Kationenaustauscher direkt mit der Prozesslösung in Kontakt gebracht und nicht nur die Ionen des Beschichtungsmetalls nachdosiert, sondern auch der pH-Wert der Prozesslösung eingestellt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der schwachsaure Kationenaustauscher, wenn er mit der Prozesslösung in Kontakt kommt, die bei der Metallabscheidung entstehenden H+-Ionen bindet.It was surprisingly found that the weakly acidic cation exchanger was brought into direct contact with the process solution and not only did the ions of the coating metal be replenished, but the pH of the process solution could also be adjusted. This is achieved in that the weakly acidic cation exchanger, when it comes into contact with the process solution, binds the H + ions formed during the metal deposition.

Durch den Einsatz des mit den Kationen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauschers erübrigt sich in vorteilhafter Weise die nach dem Stand der Technik notwendige Zugabe von Laugen und Metallsalzen in die Prozesslösung, um die H+-Ionen zu binden und die verbrauchten Metallionen nachzudosieren.By using the weakly acidic cation exchanger loaded with the cations of the coating metal, the addition of lye and metal salts to the process solution, which is necessary according to the prior art, is advantageously unnecessary in order to bind the H + ions and to replenish the used metal ions.

Da mit Hilfe des schwachsauren Kationenaustauschers, der mit Prozesslösung in Kontakt gebracht wird, überraschend auch der pH-Wert in der Prozesslösung eingestellt werden kann, erübrigt sich auch die nach dem Stand der Technik notwendige Zugabe von Laugen zu der Prozesslösung.There with the help of the weakly acidic cation exchanger, which with process solution in Contacted, surprisingly also the pH in the process solution can be set, superfluous the addition of alkalis necessary according to the prior art to the process solution.

Durch die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls ohne störende Gegenionen und die pH-Wert-Einstellung ohne Laugenzugabe wird durch den erfindungsgemäßen schwachsauren Kationenaustauscher im Vergleich zum Stand der Technik der notwendige Salzeintrag in die Prozesslösung erheblich reduziert. Wird eine herkömmliche Anlage zur chemisch-reduktiven Metallabscheidung allein mit dem erfindungsgemäßen schwachsauren Kationenaustauscher ergänzt, kann die Nutzungsdauer der Prozesslösung deutlich verlängert werden.By the replenishment of the ions of the coating metal without interfering counterions and the pH adjustment without addition of alkali is achieved by the weak acid according to the invention Cation exchanger compared to the state of the art the necessary Salt entry in the process solution significantly reduced. Becomes a conventional chemical-reductive plant Metal deposition alone with the weakly acidic cation exchanger according to the invention added, the service life of the process solution can be significantly extended.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bestehend aus mindestens einem starksauren Kationenaustauscher zum Einsatz für die Entfernung störender Kationen in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung. Die Vorrichtung weist Elemente auf, die der Verbindung des starksauren Kationenaustauschers (15) mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung bzw. vorbehandelte Prozesslösung enthält, dienen. Des weiteren enthält die Vorrichtung zugehörige Peripherie, wie z. B. Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen.Another object of the invention is a device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, consisting of at least one strongly acidic cation exchanger for use in the removal of disruptive cations in a plant for chemical-reductive metal deposition. The device has elements that connect the strongly acidic cation exchanger ( 15 ) with at least one container containing process solution, diluted process solution, cooled process solution or pretreated process solution. Furthermore, the device contains associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures.

Als starksaure Kationenaustauschermaterialien kommen Verbindungen zum Einsatz, die als funktionelle Gruppen Sulfonsäure-Gruppen tragen, die zum Ionenaustausch befähigt sind. Diese binden in Abhängigkeit von den Konzentrationsverhältnissen alle kationischen Metallionen sowie Ammoniumionen stärker als Protonen. Dadurch werden diese Kationen aus der Aufgabelösung vom Ionenaustauscher gebunden, während gleichzeitig eine äquivalente Menge an Protonen an die Lösung abgegeben werden.As strongly acidic cation exchange materials come to the compounds Use that carry sulfonic acid groups as functional groups Enables ion exchange are. These bind in dependence from the concentration ratios all cationic metal ions as well as ammonium ions stronger than Protons. This will remove these cations from the feed solution from Ion exchanger bound while at the same time an equivalent Amount of protons in the solution be delivered.

Erfindungsgemäß wird der starksaure Kationenaustauscher zur Entfernung von Kationen aus der Prozesslösung, der verdünnten Prozesslösung, der Spüllösung oder der Regenerierlösung eingesetzt, wozu das starksaure Kationenaustauschermaterial in die H+-Form überführt wird. Dies erfolgt durch Aufgabe einer Säure in der erforderlichen Konzentration auf den Kationenaustauscher, wobei in der Praxis normalerweise Salz- oder Schwefelsäure eingesetzt werden.According to the invention, the strongly acidic cation exchanger is used to remove cations from the process solution, the diluted process solution, the rinsing solution or the regeneration solution, for which purpose the strongly acidic cation exchange material is converted into the H + form. This is done by placing an acid in the required concentration on the cation exchanger, with hydrochloric or sulfuric acid normally being used in practice.

Die Erschöpfung der Säulenkapazität des Austauschers wird über die Messung der Leitfähigkeit in Zu- und Ablauf des Kationenaustauschers ermittelt, wobei ein Absinken des Differenzwertes von Zu- und Ablauf auf die Erschöpfung der Säulenkapazität des starksauren Kationenaustauschers hinweist.The exhaustion the column capacity of the exchanger is about the measurement of conductivity determined in the inflow and outflow of the cation exchanger, a Decrease of the difference value of inflow and outflow to the exhaustion of the Column capacity of the strong acid Cation exchanger indicates.

Zur Regeneration des beladenen starksauren Kationenaustauschermaterials wird dieses durch Zugabe eines Überschusses an Säure wieder in seine H+-Form überführt. Durch die Protonen werden dabei die gebundenen Kationen von den funktionellen Gruppen des Austauschers verdrängt. Dabei wird zur Entfernung von mehrwertigen Kationen ein größerer Säureüberschuss und gegebenenfalls eine höhere Säurekonzentration benötigt als zur Entfernung monovalenter Kationen.To regenerate the loaded strongly acidic cation exchange material, it is converted back into its H + form by adding an excess of acid. The protons displace the bound cations from the functional groups of the exchanger. A larger excess of acid and possibly a higher acid concentration is required to remove polyvalent cations than to remove monovalent cations.

Mit dieser Vorrichtung werden vorteilhaft aus dem Basismaterial stammende kationische Fremdstoffe, wie z.B. Al3+, Sn2+, Zn2+ etc, sowie die störenden Kationen des nachdosierten Reduktionsmittels, die sich in der Prozesslösung anreichern können, entfernt.This device advantageously removes cationic foreign substances originating from the base material, such as Al 3+ , Sn 2+ , Zn 2+, etc., as well as the disruptive cations of the replenished reducing agent, which can accumulate in the process solution.

Die Erfindung betrifft auch die Kombination des oben beschriebenen schwachsauren Kationenaustauschers mit dem oben beschrieben starksauren Kationenaustauscher in einer Vorrichtung zum Einsatz in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, um die Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung zu verlängern. Die Vorrichtung enthält dabei mindestens einen starksauren Kationenaustauscher für die Entfernung störender Kationen, der mit mindestens einem schwachsauren Kationenaustauscher zum Einsatz für die pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls in Reihe oder parallel geschaltet wird. Die Vorrichtung weist auch Elemente auf, die der Verbindung des schwachsauren Kationenaustauschers und des starksauren Kationenaustauschers mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung bzw. vorbehandelte Prozesslösung enthält, dienen. Des weiteren enthält die Vorrichtung zugehörige Peripherie, wie z. B. Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen.The The invention also relates to the combination of the weak acid described above Cation exchanger with the strongly acidic cation exchanger described above in a device for use in a plant for the chemical-reductive Metal deposition to determine the useful life of a process solution for the chemical reductive Extend metal deposition. The device contains at least one strongly acidic cation exchanger for the removal disturbing Cations with at least one weakly acidic cation exchanger used for the pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal in series or is connected in parallel. The device also has elements the combination of the weakly acidic cation exchanger and the strongly acidic cation exchanger with at least one container which Process solution diluted Process solution cooled process solution or pretreated process solution contains serve. Furthermore contains associated with the device Peripherals such. B. pumps, valves, measuring devices for pH, Conductivity, Temperatures.

Weiterhin betrifft die Erfindung die Kombination des oben beschriebenen starksauren Kationenaustauschers mit einem schwachbasischen Anionenaustauscher in einer Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung. Diese Vorrichtung zum Einsatz in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung besteht mindestens aus einem starksauren Kationenaustauscher für die Entfernung störender Kationen mit mindestens einem zu diesem in Reihe oder parallel geschalteten schwachbasischen Anionenaustauscher für die Entfernung störender Anionen, Die Vorrichtung weist weiterhin Elemente auf, die der Verbindung des starksauren Kationenaustauschers und des schwachbasischen Anionenaustauschers mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung bzw. vorbehandelte Prozesslösung enthält, dienen. Des weiteren enthält die Vorrichtung zugehörige Peripherie, wie z. B. Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen.Farther The invention relates to the combination of the strong acid described above Cation exchanger with a weakly basic anion exchanger in an extension device the useful life of a process solution for the chemical-reductive metal deposition. This device for use in a facility for the chemical-reductive metal deposition consists at least of a strongly acidic cation exchanger for the removal of interfering cations with at least one connected in series or parallel to this weakly basic anion exchanger for the removal of interfering anions, The device also has elements connected to the connection the strongly acidic cation exchanger and the weakly basic anion exchanger with at least one container, the process solution, diluted Process solution, cooled process solution or pretreated process solution contains serve. Furthermore contains associated with the device Peripherals such. B. pumps, valves, measuring devices for pH, Conductivity, Temperatures.

Als schwachbasische Anionenaustauschermaterialien kommen bevorzugt anorganische oder organische Materialien mit schwachbasischen funktionellen Gruppen, vorzugsweise mit tertiären Aminen, zum Einsatz. Das schwachbasische Anionenaustauschermaterial besitzt spezifische Selektivitäten und bindet daher Sulfat, Chlorid und Orthophosphit stärker als Hypophosphit. Zum erfindungsgemäßen Einsatz des schwachbasischen Anionenaustauschers müssen die funktionellen Gruppen des schwachbasischen Anionenaustauschermaterials aus der Form der freien Base in eine protonierte kationische Form überführt werden, die zum Ionenaustausch befähigt ist. Dies erfolgt durch Aufnahme von Protonen, beispielsweise durch Aufgabe von Säure. Bedingt durch die Selektivität des Ionenaustauschermaterials werden bestimmte Anionen, wie z.B. Sulfat oder Orthophosphit, bevorzugt gebunden. Diese können auch Anionen, die vom Anionenaustauscher weniger fest gebunden werden, wie z.B. Hypophosphit, von den zum Ionenaustausch befähigten funktionellen Gruppen verdrängen. Dadurch erfolgt eine Auftrennung eines aufgegebenen Anionengemisches. Damit keine Überführung des Austauschers aus der kationischen Form in die Form der freien Base erfolgt, die als ungeladene Gruppe nicht zum Ionenaustausch befähigt ist, muss auf den schwachbasischen Anionenaustauscher stets eine sauere Lösung aufgegeben werden.The weakly basic anion exchange materials used are preferably inorganic or organic materials with weakly basic functional groups, preferably with tertiary amines sentence. The weakly basic anion exchange material has specific selectivities and therefore binds sulfate, chloride and orthophosphite more strongly than hypophosphite. To use the weakly basic anion exchanger according to the invention, the functional groups of the weakly basic anion exchanger material have to be converted from the form of the free base into a protonated cationic form which is capable of ion exchange. This is done by taking up protons, for example by releasing acid. Due to the selectivity of the ion exchange material, certain anions, such as sulfate or orthophosphite, are preferably bound. These can also displace anions that are less firmly bound by the anion exchanger, such as hypophosphite, from the functional groups capable of ion exchange. This results in the separation of a given anion mixture. So that the exchanger is not converted from the cationic form into the free base form, which as an uncharged group is not capable of ion exchange, an acidic solution must always be applied to the weakly basic anion exchanger.

Der starksaure Kationenaustauscher und der schwachbasische Anionaustauscher sind vorzugsweise in Reihe geschaltet, so dass der Ablauf des starksauren Kationenaustauschers mit dem Zulauf des schwachbasischen Anionaustauschers verbunden ist. Dabei gibt der starksaure Kationenaustauscher bei seinem erfindungsgemäßen Einsatz Protonen ab, die für die Überführung der funktionellen Gruppen des schwachbasischen Anionaustauschers aus der Form der freien Base in die zum Ionenaustausch befähigte protonierte Form genutzt werden. Damit stellt der starksaure Kationenaustauscher den pH-Wert der aufgegebenen Lösung auf einen sauren Wert ein, der für den Einsatz des schwachbasischen Anionenaustauschers erforderlich ist.The strongly acidic cation exchanger and the weakly basic anion exchanger are preferably connected in series, so that the expiration of the strongly acidic Cation exchanger with the feed of the weakly basic anion exchanger connected is. The strongly acidic cation exchanger is added its use according to the invention Protons for the transfer of the functional groups of the weakly basic anion exchanger the shape of the free base into the protonated one capable of ion exchange Form can be used. The strong acid cation exchanger thus provides the pH of the solution applied to an acidic value for the use of the weakly basic anion exchanger is required is.

Die Regenerierung des schwachbasischen Anionenaustauschers erfolgt durch die Aufgabe von Natronlauge, wodurch der schwachbasische Anionenaustauscher aus der protonierten Form in die Form der freien Base überführt wird. In dieser Form trägt die funktionelle Gruppe keine Ladung mehr und ist damit nicht zum Ionenaustausch befähigt. Dadurch können alle zuvor gebundenen Anionen quantitativ von Anionenaustauschermaterial entfernt werden. Nach einem Spülvorgang mit vollentsalztem Wasser kann der schwachbasische Anionenaustauscher wieder für die erfindungsgemäße Abtrennung störender Anionen verwendet werden.The The weakly basic anion exchanger is regenerated by the task of caustic soda, which makes the weakly basic anion exchanger is converted from the protonated form into the form of the free base. Wears in this form the functional group no longer has a charge and is therefore not for ion exchange capable. This allows all previously bound anions quantitatively from anion exchange material be removed. After a rinsing process the weakly basic anion exchanger can be used with deionized water again for the separation according to the invention disturbing Anions can be used.

Durch den schwachbasischen Anionaustauscher werden das oxidierte Reduktionsmittel sowie ggf. die Gegenionen des nachdosierten Beschichtungsmetalls und durch den starksauren Kationenaustauscher die störenden Gegenionen des nachdosierten Reduktionsmittels abgetrennt. Die Nachdosierung des Reduktionsmittels in Form eines Salzes bzw. als entsprechende Salzlösung führt bei dem Einsatz der erfindungsgemäßen Kombination von starksaurem Kationenaustauscher und schwachbasischem Anionaustauscher daher vorteilhaft nicht zu einer Aufsalzung der Prozesslösung. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz des starksauren Kationenaustauschers ist eine Aktivierung des schwachbasischen Anionenaustauschers durch Phosphinsäure nicht erforderlich.By The weakly basic anion exchanger becomes the oxidized reducing agent and, if necessary, the counterions of the replenished coating metal and the annoying counterions through the strongly acidic cation exchanger separated from the replenished reducing agent. The replenishment of the reducing agent in the form of a salt or as a corresponding saline solution leads the use of the combination according to the invention of strongly acidic cation exchanger and weakly basic anion exchanger therefore advantageous not to salt the process solution. By the use according to the invention of the strongly acidic cation exchanger is an activation of the weakly basic Anion exchanger by phosphinic acid is not required.

In einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Vorrichtung, in der wie oben beschrieben der starksaure Kationenaustauscher mit dem schwachbasischen Anionenaustauscher kombiniert werden, zusätzlich mindestens einen wie weiter oben beschriebenen schwachsauren Kationenaustauscher für die pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls.In one embodiment of the invention the device in which, as described above, the strongly acidic cation exchanger can be combined with the weakly basic anion exchanger, additionally at least a weakly acidic cation exchanger as described above for the pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal.

Diese Vorrichtung weist dementsprechend zusätzlich Elemente auf, die der Verbindung des schwachsauren Kationenaustauschers mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung bzw. vorbehandelte Prozesslösung dienen.This Accordingly, the device has additional elements that the Connection of the weakly acidic cation exchanger with at least a container, the process solution, diluted Process solution, cooled process solution or pretreated process solution serve.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung zum Einsatz in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bestehend aus einer Membranelektrolysezelle mit einem Hilfskreislauf.On Another object of the invention is a device for extension the useful life of a process solution for the chemical-reductive metal deposition for use in a plant for the chemical-reductive metal deposition, consisting of a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit.

Diese Vorrichtung enthält im Hilfskreislauf mindestens einen schwachbasischen Anionenaustauscher und mindestens einen zu diesem in Reihe oder parallel geschalteten starksauren Kationenaustauscher.This Includes device in the auxiliary circuit at least one weakly basic anion exchanger and at least one strong acid in series or parallel to this Cation exchanger.

Beim Einsatz dieser Vorrichtung erfolgt die Nachdosierung des durch die Metallabscheidung verbrauchten Reduktionsmittels in Form eines Salzes oder einer Salzlösung in den Hilfskreislauf.At the Use of this device is carried out by the Metal deposition of used reducing agent in the form of a salt or a saline solution in the auxiliary circuit.

Die Anionenaustauschermembranen tragen an ihrer Oberfläche funktionelle Gruppen mit positiv geladenen Festionen, die bewirken, dass Anionen diese Membran passieren können, während Kationen, mit Ausnahme von Protonen, diese Barriere nicht überwinden können.The Anion exchange membranes have functional surfaces Groups with positively charged fusions that cause anions can pass this membrane while Cations, with the exception of protons, do not overcome this barrier can.

Die Membranelektrolysezelle besteht aus einer Anode (+) und einer Kathode (–) und mindestens vier zwischen den Elektroden angeordneten Kammern, die durch ionenselektive Membranen voneinander getrennt sind.The Membrane electrolysis cell consists of an anode (+) and a cathode (-) and at least four chambers arranged between the electrodes, the are separated from each other by ion-selective membranes.

Die erste Kammer, die Anodenkammer 6, enthält die Anode und eine verdünnte Säure. Diese Kammer ist durch eine Kationenaustauschermembran von einer zweiten Kammer, der Anreicherungskammer 7, die Regenerierlösung enthält, abgetrennt. In Richtung der Kathode ist diese Kammer durch eine Anionaustauschermembran von der dritten Kammer 8 abgetrennt, welche die Prozesslösung enthält. Die vierte Kammer, die Nachdosierkammer 12, enthält die Kathode und ist mit Regenerierlösung gefüllt. Sie ist durch eine Anionenaustauschermembran von der dritten Kammer 8, welche die Prozesslösung enthält, abgetrennt.The first chamber, the anode chamber 6 , contains the anode and a dilute acid. This chamber is through a cation exchange membrane from a second chamber, the enrichment chamber 7 containing the regeneration solution. In the direction of the cathode, this chamber is separated from the third chamber by an anion exchange membrane 8th separated, which contains the process solution. The fourth chamber, the replenishment chamber 12 , contains the cathode and is filled with regeneration solution. It is through an anion exchange membrane from the third chamber 8th which contains the process solution.

Die zweite, dritte und vierte Kammer 7, 8 und 12 bilden eine Basiseinheit, die zur Erhöhung der eingesetzten Membranfläche innerhalb der Membranelektrolysezelle mehrfach wiederholt werden kann, um einen höheren Materialdurchsatz bewältigen zu können. Bei der Vergrößerung der Gesamt-Membranfläche durch Mehrfachanordnung der Kammern 7, 8 und 12 wird jedoch nur je eine Anodenkammer 6 und eine Kathode benötigt, wobei die Nachdosierkammer 12 der Basiseinheit, die am weitesten von der Anode entfernt ist, eine Kathode enthält.The second, third and fourth chambers 7 . 8th and 12 form a base unit that can be repeated several times to increase the membrane area used within the membrane electrolysis cell in order to be able to cope with a higher material throughput. When increasing the total membrane area by multiple arrangement of the chambers 7 . 8th and 12 however, only one anode chamber is used 6 and a cathode is required, the postdosing chamber 12 the base unit, which is furthest from the anode, contains a cathode.

Des weiteren enthält die Vorrichtung Elemente, welche der Verbindung der dritten Kammer 8 der Membranelektrolysezelle mit mindestens einem Behälter, der abgekühlte Prozesslösung, verdünnte abgekühlte Prozesslösung, bzw. vorbehandelte abgekühlte Prozesslösung enthält, dienen, sowie bevorzugt zugehörige Peripherie, wie z. B. Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen.Furthermore, the device contains elements which connect the third chamber 8th serve the membrane electrolysis cell with at least one container containing cooled process solution, diluted cooled process solution or pretreated cooled process solution, and preferably associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures.

Die Anionenaustauschermembran trägt an ihrer Oberfläche funktionelle Gruppen mit positiv geladenen Gruppen, die bewirken, dass Anionen diese Membran passieren können, während Kationen mit Ausnahme von Protonen diese Barriere nicht überwinden können.The Anion exchange membrane carries on their surface functional groups with positively charged groups that cause that anions can pass through this membrane while cations except of protons cannot overcome this barrier.

Durch die Aufgabe der Prozesslösung in eine Kammer der Membranelektrolyseanlage, die von zwei Anionenaustauschermembranen begrenzt ist, und die über die Anionenaustauschermembranen mit Regenerierlösung in Kontakt steht, wird durch das zwischen den Elektroden angelegte elektrische Feld eine Wanderung von Anionen zwischen Prozesslösung und Regenerierlösung erreicht.By the task of the process solution into a chamber of the membrane electrolysis system, which consists of two anion exchange membranes is limited, and the over the anion exchange membranes are in contact with regeneration solution by the electrical field applied between the electrodes Migration of anions between process solution and regeneration solution achieved.

Die Anionen werden aus der Prozesslösung durch die Anionenaustauschermembran in die als Anreicherungskammer fungierende zweite Kammer 7 transportiert, die über einen schwachbasischen Anionenaustauscher mit der vierten Kammer 12 verbunden ist. In die vierte Kammer 12 erfolgt die Nachdosierung des Reduktionsmittels direkt, oder indirekt in einen mit dieser Kammer verbundenen als Nachdosierbehälter fungierenden Pufferbehälter für den Hilfskreislauf 10. Die vierte Kammer 12 ist daher als Nachdosierkammer zu betrachten.The anions are removed from the process solution through the anion exchange membrane into the second chamber, which functions as an enrichment chamber 7 transported to the fourth chamber via a weakly basic anion exchanger 12 connected is. In the fourth chamber 12 the reducing agent is metered in directly or indirectly into a buffer tank for the auxiliary circuit connected to this chamber and functioning as a metering tank 10 , The fourth chamber 12 is therefore to be regarded as a replenishment chamber.

Durch diese erfindungsgemäße Kombination des starksauren Kationenaustauschers mit dem schwachbasischen Anionenaustauscher kann im Hilfskreislauf überraschenderweise sogar auf eine separate Aktivierung des schwachbasischen Anionenaustauschers nach dessen Regenerierung verzichtet werden, da die im Hilfskreislauf enthaltenen Salze teilweise in die korrespondierenden Säuren überführt und an die aktiven Gruppen des Anionenaustauschers addiert werden.By this combination according to the invention the strongly acidic cation exchanger with the weakly basic anion exchanger can surprisingly in the auxiliary circuit even on a separate activation of the weakly basic anion exchanger after its regeneration can be dispensed with, since the in the auxiliary circuit contained salts partially converted into the corresponding acids and be added to the active groups of the anion exchanger.

Bevorzugt wird die oben beschriebene Membranelektrolysezelle mit einem Hilfskreislauf mit den zuvor beschriebenen schwachsauren und starksauren Kationenaustauschern kombiniert. Die Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung enthält dabei zusätzlich zu der Membranelektrolysezelle mit einem Hilfskreislauf mit integriertem starksauren Kationenaustauscher und schwachbasischen Anionenaustauscher mindestens einen schwachsauren Kationenaustauscher und/oder mindestens einen weiteren starksauren Kationenaustauscher. Die Vorrichtung weist weiterhin auch Elemente auf, mit denen die Membranelektrolyseanlage mit Hilfskreislauf, der schwachsaure Kationenaustauscher bzw. der starksaure Kationenaustauscher beim Einsatz in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung mit einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung und/oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, verbunden werden.Prefers becomes the membrane electrolysis cell described above with an auxiliary circuit with the weakly acidic and strongly acidic cation exchangers described above combined. The device for extending the useful life of a process solution for the chemical-reductive metal deposition contains in addition to the membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit with integrated strongly acidic cation exchanger and weakly basic anion exchanger at least one weakly acidic cation exchanger and / or at least another strongly acidic cation exchanger. The device also has elements with which the membrane electrolysis system with auxiliary circuit, the weakly acidic cation exchanger or the strongly acidic cation exchanger when used in a system for chemical-reductive metal deposition with a container, the process solution, diluted Process solution cooled process solution and / or pretreated process solution contains get connected.

Der zusätzliche starksaure Kationenaustauscher trennt dabei störende Kationen aus der Prozesslösung ab. Dazu wird er vorzugsweise bei Bedarf mit Prozesslösung, verdünnter Prozesslösung, abgekühlter Prozesslösung bzw. vorbehandelten Prozesslösung beaufschlagt. Hierzu ist der starksaure Kationenaustauscher im Hilfskreislauf nicht in der Lage, da – bedingt durch die Zellkonfiguration in der Membranelektrolyseanlage – keine kationischen Fremdstoffe mit Ausnahme von H+ aus der Prozesslösung in den Hilfskreislauf gelangen können.The additional strongly acidic cation exchanger separates disruptive cations from the process solution. For this purpose, it is preferably charged with process solution, diluted process solution, cooled process solution or pretreated process solution if necessary. The strongly acidic cation exchanger in the auxiliary circuit is not able to do this because of the cell configuration in the membrane electrolysis system - no cationic foreign substances with the exception of H + can get into the auxiliary circuit from the process solution.

Durch die erfindungsgemäße Kombination der Membranelektrolysezelle mit dem schwachsauren Kationenaustauscher wird durch die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls ohne störende Anionen eine geringere Fremdstoffmenge in die Prozesslösung eingetragen. Dadurch muss durch die Membranelektrolysezelle auch nur eine geringere Fremdstoffmenge abgetrennt werden.By the combination according to the invention the membrane electrolysis cell with the weakly acidic cation exchanger is achieved by replenishing the ions of the coating metal without annoying Anions introduced a smaller amount of foreign matter into the process solution. As a result, only a smaller one has to pass through the membrane electrolysis cell The amount of foreign matter is separated.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung sind die oben genannten Ionenaustauscher Säulenaustauscher, welche mit einem festen, wasserunlöslichen, Ionenaustauschermaterial befüllt sind. Das organische oder anorganische Ionenaustauschermaterial enthält funktionelle Gruppen, die zum Ionenaustausch befähigt sind. Diese Säulenaustauscher können im Gleich- oder Gegenstrom regeneriert werden.In a preferred embodiment of the invention, the above-mentioned ion exchangers are column exchangers, which with a solid, water-insoluble, ion exchange material filled are. The organic or inorganic ion exchange material contains functional groups that are capable of ion exchange. These column exchangers can be regenerated in cocurrent or countercurrent.

In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind die oben genannten Ionenaustauschermaterialien jeweils Teil eines Filter- oder Membranapparates. Dieser enthält jeweils ein regenerierbares, organisches oder anorganisches Ionenaustauschermaterial, welches vorzugsweise in einer zum Ionenaustausch befähigten Form in den Filter- oder Membranapparat eingebracht wird.In an alternative embodiment of the invention are the above-mentioned ion exchange materials each part of a filter or membrane apparatus. This contains in each case a regenerable, organic or inorganic ion exchange material, which is preferably in a form capable of ion exchange is introduced into the filter or membrane apparatus.

In einer weiteren Ausführungsform der Erfindung werden bei mindestens einem der eingesetzten Ionenaustauschermaterialien flüssige Ionenaustauschermaterialien verwendet. Der oder die Ionenaustauscher bestehen in dieser Ausführungsform aus jeweils einem Behälter, der eine mit der Prozesslösung nicht mischbare Flüssigkeit enthält, in der ein Ionenaustauschermaterial verteilt bzw. gelöst ist. Vorzugsweise besteht das Ionenaustauschmaterial in dieser Ausführungsform aus einem Reagenz, das die für die Ionenaustauschwirkung erforderlichen funktionellen Gruppen enthält, wie sie z.B. bei der Reaktivextraktion verwendet werden.In a further embodiment the invention are in at least one of the ion exchange materials used liquid Ion exchange materials used. The ion exchanger (s) exist in this embodiment one container each, the one with the process solution immiscible liquid contains in which an ion exchange material is distributed or dissolved. Preferably, the ion exchange material is in this embodiment from a reagent that is used for contains the functional groups required ion exchange action, such as they e.g. be used in the reactive extraction.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung bestehend aus:

  • • mindestens einem Beschichtungsbehälter,
  • • einem Spülsystem,
  • • und mindestens einer der oben beschriebenen Vorrichtungen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung.
Another object of the invention is a plant for chemical-reductive metal deposition consisting of:
  • At least one coating container,
  • • a flushing system,
  • • and at least one of the devices described above for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal deposition.

Des weiteren enthält die Anlage Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Komponenten sowie die zugehörige Peripherie, wie Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen etc..Of contains further the system connecting lines between the individual components as well as the associated Peripherals, such as pumps, valves, measuring devices for pH value, Conductivity, Temperatures etc.

Der Beschichtungsbehälter enthält die Prozesslösung, in welche das zu beschichtende Werkstück eingetaucht wird.The coating tank contains the process solution, in which the workpiece to be coated is immersed.

In ihrer einfachsten Ausführungsform besteht die erfindungsgemäße Anlage aus einem Beschichtungsbehälter, einem Spülsystem und einer wie oben beschriebenen Vorrichtung mit einem schwachsauren Kationenaustauscher zur pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung des abzuscheidenden Metalls, der mit Zu- und Ablauf mit dem Beschichtungsbehälter verbunden ist.In in its simplest form there is the system according to the invention from a coating container, a flushing system and a device as described above with a weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and subsequent dosing of the metal to be deposited, which is connected to the coating tank with inlet and outlet.

In einer zweiten Ausführungsform enthält die Anlage zusätzlich einen schwachbasischen Anionenaustauscher zur Abtrennung von störenden Anionen. In dieser Kombination ermöglicht das Einbringen der Metallionen ohne störende Anionen eine besonders effiziente Nutzung des schwachbasischen Anionenaustauschers, da dieser somit im wesentlichen nur die Anionen des oxidierten Reduktionsmittels, in der Regel Orthophosphit, von denen des Reduktionsmittels, in der Regel Hypophosphit, abtrennen muss.In a second embodiment contains the system additionally a weakly basic anion exchanger for the separation of interfering anions. In this combination the introduction of the metal ions without interfering anions is a special efficient use of the weakly basic anion exchanger, because this essentially only contains the anions of the oxidized reducing agent, usually orthophosphite, of which the reducing agent, in usually hypophosphite, must separate.

In einer weiteren Ausführungsform enthält die Anlage zusätzlich einen starksauren Kationenaustauscher zur Abtrennung von störenden Kationen.In a further embodiment contains the system additionally a strongly acidic cation exchanger for the separation of interfering cations.

In einer Ausführungsform der Anlage ist der Zulauf und der Ablauf des schwachsauren bzw. des starksauren Kationenaustauschers direkt mit dem Beschichtungsbehälter verbunden.In one embodiment the system is the inflow and outflow of weakly acidic or of the strongly acidic cation exchanger directly connected to the coating container.

Vorzugsweise wird die Prozesslösung, bevor sie mit den empfindlichen Komponenten der Vorrichtungen, insbesondere den Ionenaustauschermaterialien und den Membranen, in Kontakt gebracht wird, abgekühlt. Durch die Abkühlung wird insbesondere die Gefahr einer unerwünschten Metallabscheidung auf diesen Komponenten verringert. Die durch die Vorrichtung aufbereitete Prozesslösung muss, bevor sie in den Beschichtungsbehälter zurückgeführt wird, wieder auf die Prozesstemperatur angehoben werden.The process solution is preferably cooled before it is brought into contact with the sensitive components of the devices, in particular the ion exchange materials and the membranes. Cooling in particular reduces the risk of undesired metal deposition on these components. The process solution prepared by the device must be in the Be stratification tank is returned to the process temperature.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform der oben beschriebenen Anlage sind der Zulauf und der Ablauf des schwachsauren bzw. des starksauren Kationenaustauschers daher über einen Wärmetauscher mit dem Beschichtungsbehälter verbunden. Durch den Wärmetauscher wird die Energie des Abkühlungsprozesses für den Aufwärmprozess von gereinigter Prozesslösung genutzt.In a preferred embodiment of the system described above are the inflow and outflow of the weakly acidic or strongly acidic cation exchanger therefore via a heat exchangers with the coating container connected. Through the heat exchanger becomes the energy of the cooling process for the up process of cleaned process solution used.

In einer vorzugsweisen Ausführungsform enthält die Anlage eine wie oben beschriebene Vorrichtung mit einem schwachsauren Kationenaustauscher, einem starksauren Kationenaustauscher und einem schwachbasischen Anionenaustauscher.In a preferred embodiment contains the system a device as described above with a weak acid Cation exchanger, a strongly acidic cation exchanger and a weakly basic Anion exchanger.

Dabei stellt die Spüllösung eine verdünnte Prozesslösung dar und kann zum Ausgleich von Verdunstungsverlusten der Prozesslösung zugeführt werden.there sets the rinsing solution diluted process solution and can be added to the process solution to compensate for evaporation losses.

In einer vorteilhaften Ausführungsform sind der starksaure Kationenaustauscher und der schwachbasische Anionenaustauscher in Reihen- oder Parallelschaltung mit dem Spülsystem verbunden. Der Zulauf des schwachsauren Kationenaustauschers ist mit dem Spülsystem oder dem Regenerierbehälter und der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers mit dem Beschichtungsbehälter verbunden.In an advantageous embodiment are the strongly acidic cation exchanger and the weakly basic one Anion exchanger in series or parallel connection with the flushing system connected. The feed of the weakly acidic cation exchanger is with the flushing system or the regeneration tank and the outlet of the weakly acidic cation exchanger is connected to the coating container.

In dieser Ausführungsform erfolgt die Abtrennung störender Kationen und Anionen durch die beschriebene Kombination von starksaurem Kationenaustauscher und schwachbasischem Anionenaustauscher aus dem Spülsystem. Vorzugsweise wird dabei zum Ausgleich von Verdunstungsverlusten ein Teil der aufbereitenden Spüllösung über den beschriebenen, mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladenen, schwachsauren Kationenaustauscher in die Prozesslösung zugeführt. Dadurch können in dieser Anlage vorteilhaft sowohl störende Kationen als auch Anionen abgetrennt werden, Metallionen nachdosiert und der pH-Wert eingestellt werden. Die Funktion dieser Anlage ist dabei abhängig von der Höhe der Ausschleppung von Prozesslösung in die Spüllösung und der Verdunstungsverluste.In this embodiment the separation is more disruptive Cations and anions through the combination of strongly acidic described Cation exchanger and weakly basic anion exchanger from the Flushing system. It is preferably used to compensate for evaporation losses part of the processing rinse solution over the described, weakly acidic cation exchanger loaded with ions of the coating metal in the process solution fed. This allows In this system, both interfering cations and anions are advantageous are separated, metal ions are metered in and the pH is adjusted become. The function of this system depends on the height of the tow of process solution into the rinsing solution and the evaporation losses.

In einer besonderen Ausführungsform der Anlage sind der starksaure Kationenaustauscher und der schwachbasische Anionenaustauseher in Reihen- oder Parallelschaltung mit einem zusätzlichen, mit dem Spülsystem verbundenen, Regenerierbehälter 16 verbunden, der mit einer Mischung aus Spüllösung und Prozesslösung befüllt wird.In a special embodiment of the system, the strongly acidic cation exchanger and the weakly basic anion exchanger are connected in series or in parallel with an additional regeneration tank connected to the flushing system 16 connected, which is filled with a mixture of rinsing solution and process solution.

In dieser Anlage erfolgt daher die Abtrennung störender Kationen und Anionen und die Rückführung der gereinigten Lösung aus einem Gemisch von Spüllösung mit Prozesslösung. In vorteilhafter Weise erfolgt in dieser Anlage die Abtrennung von Fremdstoffen und die Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls weitgehend unabhängig von der Höhe der Ausschleppung von Prozesslösung in die Spüllösung. Zusätzlich kann im Regenerierbehälter der pH-Wert auf einen Wert eingestellt werden, der für den Reinigungsprozess am günstigsten geeignet ist.In This system therefore separates interfering cations and anions and the repatriation of the purified solution from a mixture of rinsing solution Process solution. In this plant, the separation of Foreign substances and the replenishment of ions of the coating metal largely independent from the height the removal of process solutions in the rinsing solution. In addition can in the regeneration tank the pH value must be set to a value that is appropriate for the cleaning process best suitable is.

In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform enthält die erfindungsgemäße Anlage als Kernstück eine Membranelektrolysezelle mit einem Hilfskreislauf, wie oben beschrieben, in der Prozesslösung und Hilfskreislauf durch Anionenaustauschermembranen von einander getrennt sind. Der Hilfskreislauf enthält als weitere Komponenten mindestens einen schwachbasischen Anionenaustauscher und einen starksauren Kationenaustauscher.In Another preferred embodiment contains the system according to the invention as the centerpiece a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit, as above described in the process solution and auxiliary circuit through anion exchange membranes from each other are separated. The auxiliary circuit contains other components at least one weakly basic anion exchanger and one strongly acidic Cation exchanger.

Bevorzugt wird die Membranelektrolysezelle mit Prozesslösung beschickt, die durch den Wärmetauscher abgekühlt wurde. Dazu ist die dritte Kammer 8 der Membranelektrolysezelle mit ihrem Zu- und Ablauf über einen Wärmetauscher mit dem Beschichtungsbehälter verbunden. Dabei sind in einer bevorzugten Ausführungsform zwischen Wärmeaustauscher und Membranelektrolysezelle zusätzlich ein Vorlagebehälter für zu reinigende Prozesslösung 5 und ein Stapelbehälterbehälter für gereinigte Prozesslösung 13 geschaltet.The membrane electrolysis cell is preferably charged with process solution which has been cooled by the heat exchanger. For this is the third chamber 8th the membrane electrolysis cell with its inlet and outlet connected to the coating container via a heat exchanger. In a preferred embodiment, there is additionally a reservoir for the process solution to be cleaned between the heat exchanger and the membrane electrolysis cell 5 and a stacking container container for cleaned process solution 13 connected.

In der Membranelektrolysezelle werden Anionen aus der Prozesslösung elektrodialytisch in den Hilfskreislauf transportiert. Die Auftrennung des Anionengemisches erfolgt durch den schwachbasischen Anionenaustauscher. Durch diesen werden das oxidierte Reduktionsmittel und andere störende Anionen (z. B. Sulfat, Chlorid, Orthophosphit) entfernt. In einer vorzugsweisen Ausführungsform werden zur Verbesserung der Trennleistung und zur Erhöhung der Kapazität im Hilfskreislauf mehrere schwachbasische Anionenaustauscher hintereinander in Reihe geschaltet.In the membrane electrolysis cell, anions from the process solution become electrodialytic transported into the auxiliary circuit. The separation of the anion mixture takes place through the weakly basic anion exchanger. Through this become the oxidized reducing agent and other disruptive anions (e.g. sulfate, chloride, orthophosphite) removed. In a preferred way embodiment are used to improve the separation performance and to increase the capacity several weakly basic anion exchangers in succession in the auxiliary circuit connected in series.

Die Nachdosierung des Reduktionsmittels erfolgt in den Hilfskreislauf, wobei ein Transport der Gegenionen des Reduktionsmittels, vorzugsweise Na+-Ionen, in die Prozesslösung durch die Anionenaustauschermembranen verhindert wird. Die Einstellung der sauren Prozessbedingungen im Hilfskreislauf sowie die Abtrennung der Gegenionen des Reduktionsmittels, vorzugsweise Na+-Ionen, erfolgt durch einen starksauren Kationenaustauscher in der H+-Form. Durch den Kontakt der Prozesslösung mit dem Hilfskreislauf in der Membranelektrolysezelle wird das Reduktionsmittel kationenfrei in die Prozesslösung eingebracht.The reducing agent is replenished in the auxiliary circuit, with transport of the opposites ions of the reducing agent, preferably Na + ions, are prevented in the process solution by the anion exchange membranes. The setting of the acidic process conditions in the auxiliary circuit and the removal of the counterions of the reducing agent, preferably Na + ions, is carried out by means of a strongly acidic cation exchanger in the H + form. By contacting the process solution with the auxiliary circuit in the membrane electrolysis cell, the reducing agent is introduced into the process solution in a cation-free manner.

Vorteilhaft können durch die Trennung von Prozesslösung und Hilfskreislauf im Hilfskreislauf die für die Auftrennung der Anionen erforderlichen Prozessparameter eingestellt werden. ohne dass gleichzeitig die Zusammensetzung der Prozesslösung verändert werden muss.Advantageous can by separating process solution and auxiliary circuit in the auxiliary circuit for the separation of the anions required process parameters can be set. without that at the same time the composition of the process solution changed must become.

Die Anlage mit Membranelektrolysezelle und Hilfskreislauf enthält vorzugsweise mindestens einen wie oben beschriebenen schwachsauren Kationenaustauscher zur Einstellung des pH-Wertes sowie zur Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls. In einer Ausführungsform ist der schwachsaure Kationenaustauscher mit dem Beschichtungsbehälter verbunden und wird direkt mit Prozesslösung beaufschlagt.The Plant with membrane electrolysis cell and auxiliary circuit preferably contains at least one weakly acidic cation exchanger as described above for adjusting the pH value and for replenishing ions of the coating metal. In one embodiment, the is weak acid Cation exchanger connected to the coating container and is directly with process solution applied.

Zur Abtrennung von störenden Kationen aus der Prozesslösung enthält die Anlage mit einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf neben dem starksauren Kationenaustauscher im Hilfskreislauf vorzugsweise mindestens einen wie oben beschrieben starksauren Kationenaustauscher, der mit Prozesslösung oder einer verdünnten Prozesslösung beaufschlagt wird.to Separation from disruptive Cations from the process solution contains the system with a membrane electrolysis cell with auxiliary circuit in addition to the strongly acidic cation exchanger in the auxiliary circuit, preferably at least one strongly acidic cation exchanger as described above, the one with process solution or a diluted one process solution is applied.

In einer Ausführungsform der Anlage mit Hilfskreislauf ist der starksaure Kationenaustauscher mit dem Beschichtungsbehälter verbunden. In dieser Ausführungsform wird er direkt mit Prozesslösung beaufschlagt.In one embodiment the system with auxiliary circuit is the strongly acidic cation exchanger with the coating container connected. In this embodiment it becomes direct with process solution applied.

In einer weiteren Ausführungsform der Anlage mit Membranelektrolysezelle und Hilfskreislauf ist der starksaure Kationenaustauscher mit seinem Zulauf mit dem Spülsystem und mit seinem Ablauf mit einem Vorlagebehälter für zu reinigende Prozesslösung 5 verbunden. Dieser Vorlagebehälter ist zwischen den Beschichtungsbehälter und die dritte Kammer 8 der Membranelektrolysezelle geschaltet.In a further embodiment of the system with membrane electrolysis cell and auxiliary circuit, the strongly acidic cation exchanger, with its inlet with the rinsing system and with its outlet, is provided with a reservoir for the process solution to be cleaned 5 connected. This storage container is between the coating container and the third chamber 8th the membrane electrolysis cell switched.

In dieser Ausführungsform wird ein Teil der Spüllösung durch den starksauren Kationenaustauscher von störenden Kationen befreit, wobei eine äquivalente Menge an Protonen freigesetzt wird. Die Aufbereitung dieser vorbehandelten und verdünnten Prozesslösung erfolgt vorzugsweise in einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf.In this embodiment part of the rinsing solution frees the strongly acidic cation exchanger from interfering cations, whereby an equivalent Amount of protons is released. The preparation of these pretreated and diluted process solution is preferably carried out in a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit.

In einer weiteren Ausführungsform der Anlage mit Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf ist der schwachsaure Kationenaustauscher in einem Regenerierkreislauf mit Zu- und Ablauf mit dem zusätzlichen Stapelbehälter, der durch die Membranelektrolysezelle aufbereitete Prozesslösung enthält, verbunden.In a further embodiment The system with a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit is weak acid Cation exchanger in a regeneration circuit with inlet and outlet with the additional stacking container that contains process solution prepared by the membrane electrolysis cell.

In einer Anlage mit Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf ist der schwachsaure Kationenaustauscher in einer anderen bevorzugten Ausführungsform mit seinem Zulauf mit der dritten Kammer der Membranelektrolysezelle und mit seinem Ablauf über den Wärmetauscher mit dem Beschichtungsbehälter verbunden. Vorzugsweise ist dabei zwischen den Zulauf des schwachsauren Kationenaustauschers und der dritten Kammer der Membranelektrolysezelle ein Stapelbehälter für gereinigte Prozesslösung (13) geschaltet.In a plant with a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit, the weakly acidic cation exchanger is connected in another preferred embodiment with its inlet to the third chamber of the membrane electrolysis cell and with its outlet via the heat exchanger to the coating container. A stack container for cleaned process solution is preferably located between the inlet of the weakly acidic cation exchanger and the third chamber of the membrane electrolysis cell ( 13 ) switched.

Des weiteren betrifft die Erfindung die Verwendung von schwachsaurem Kationenaustauschermaterial oder schwachsauren Kationenaustauschern für die pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung.Of the invention further relates to the use of weakly acidic Cation exchange material or weakly acidic cation exchangers for the pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal for extension the useful life of a process solution for the chemical-reductive metal deposition.

Gegenstand der Erfindung ist auch die Verwendung von starksaurem Kationenaustauschermaterial oder starksauren Kationenaustauschern für die Entfernung störender Kationen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung.object the invention is also the use of strongly acidic cation exchange material or strongly acidic cation exchangers for the removal of interfering cations for extension the useful life of a process solution for the chemical-reductive metal deposition.

Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Kombination aus

  • a.) schwachbasischem Anionenaustauschermaterial oder schwachbasischen Anionenaustauschern für die Entfernung störender Anionen und
  • b.) starksaurem Kationenaustauschermaterial oder starksauren Kationenaustauschern für die Entfernung störender Kationen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung.
Another object of the invention is the use of a combination of
  • a.) weakly basic anion exchange material or weakly basic anion exchangers for the removal of interfering anions and
  • b.) strongly acidic cation exchange material or strongly acidic cation exchangers for the removal of interfering cations to extend the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition.

Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer Kombination aus

  • a.) schwachsaurem Kationenaustauschermaterial oder schwachsauren Kationenaustauschern für die pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls und
  • b.) starksaurem Kationenaustauschermaterial oder starksauren Kationenaustauschern (15) für die Entfernung störender Kationen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung.
The invention further relates to the use of a combination of
  • a.) Weakly acidic cation exchange material or weakly acidic cation exchangers for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal and
  • b.) strongly acidic cation exchange material or strongly acidic cation exchangers ( 15 ) for the removal of interfering cations to extend the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition.

Gegenüber dem Stand der Technik kann durch die Erfindung die Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallbeschichtung erheblich verlängert werden. Vorteilhaft ergibt sich dadurch eine erhebliche Einsparung an Einsatzstoffen. Gleichzeitig reduzieren sich die Entsorgungskosten, die nach dem Stand der Technik, nicht unerheblich sind.Compared to the State of the art can the useful life of a Process solution for the chemical-reductive Metal coating can be extended significantly. Advantageously results considerable savings in feed materials. simultaneously reduce the disposal costs, which according to the state of the art, are not insignificant.

Des weiteren werden durch die Erfindung in vorteilhafter Weise nahezu konstante Prozessbedingungen bei der chemisch-reduktiven Metallbeschichtung und damit eine besonders gleichmäßige Abscheidung des Metalls auf dem zu beschichteten Werkstück erreicht. Durch den geringen Fremdstoffgehalt der Prozesslösung, der in der erfindungsgemäßen Anlage erreicht wird, können Nickel-Phosphor-Schichten abgeschieden werden, die im Druckspannungsbereich liegen, was im besonderen die Qualität der Beschichtung der Abscheidung bewirkt.Of others are almost advantageous by the invention constant process conditions in chemical-reductive metal coating and thus a particularly uniform separation of the Metal reached on the workpiece to be coated. Due to the low Foreign matter content of the process solution, that in the plant according to the invention can be achieved Nickel-phosphorus layers are deposited in the compressive stress range lie what is particularly the quality of the coating of the deposition causes.

Anhand nachfolgender Zeichnungen werden Ausführungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und beschrieben. Dabei zeigen:Based The following drawings are exemplary embodiments of the invention shown and described schematically. Show:

1 Anlage mit schwachsaurem Kationenaustauscher zur pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls 1 Plant with weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal

2: Anlage mit Wärmetauscher und schwachsaurem Kationenaustauscher zur pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls 2 : Plant with heat exchanger and weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal

3: Anlage mit schwachsaurem Kationenaustauscher zur pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls sowie schwachbasischem Anionenaustauscher und starksaurem Kationenaustauscher zur Abtrennung störender Ionen aus der Spüllösung 3 : System with weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal as well as weakly basic anion exchanger and strongly acidic cation exchanger for the separation of interfering ions from the rinsing solution

4: Anlage zur pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls sowie Abtrennung störender Ionen aus einer verdünnter Prozesslösung 4 : Plant for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal as well as separation of interfering ions from a diluted process solution

5: Vorrichtung zur Nachdosierung des Reduktionsmittels und zur Abtrennung störender Anionen in einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf 5 : Device for replenishing the reducing agent and for separating interfering anions in a membrane electrolysis cell with auxiliary circuit

6: Erweiterte Vorrichtung zur Nachdosierung des Reduktionsmittels und zur Abtrennung störender Anionen in einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf 6 : Extended device for replenishing the reducing agent and for separating disruptive anions in a membrane electrolysis cell with auxiliary circuit

7: Anlage mit Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf 7 : System with membrane electrolysis cell with auxiliary circuit

8: Anlage mit Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf und schwachsaurem Kationenaustauscher zur pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls 8th : System with membrane electrolysis cell with auxiliary circuit and weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal

9: Anlage mit Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf, schwachsaurem Kationenaustauscher zur pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls und starksaurem Kationenaustauscher zur Regenerierung der Prozesslösung 9 : System with membrane electrolysis cell with auxiliary circuit, weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal and strongly acidic cation exchanger for regeneration of the process solution

10: Anlage mit Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf, einem mit dem Stapelbehälter verbundenen schwachsaurem Kationenaustauscher zur pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls und starksaurem Kationenaustauscher zur Regenerierung der Prozesslösung 10 : System with membrane electrolysis cell with auxiliary circuit, a weakly acidic cation exchanger connected to the stacking container for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal and strongly acidic cation exchanger for regeneration of the process solution

11: Anlage mit Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf und indirekter Regenerierung der Prozesslösung über das Spülsystem sowie pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls durch einen zwischen den Stapelbehälter und Beschichtungsbehälter geschalteten schwachsauren Kationenaustauscher 11 : System with membrane electrolysis cell with auxiliary circuit and indirect regeneration of the process solution via the rinsing system, pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal by means of a weakly acidic cation exchanger connected between the stacking container and the coating container

1 zeigt ein Schema einer Anlage zur chemisch-reduktiven Metallbeschichtung, in der mittels eines mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauschers 14 die erforderlichen Ionen des Beschichtungsmetalls ohne störende Anionen nachdosiert werden und gleichzeitig der pH-Wert der Prozesslösung eingestellt wird und somit die Nutzungsdauer der Prozesslösung verlängert werden kann. 1 shows a diagram of a plant for chemical-reductive metal coating, in which by means of a weakly acidic cation exchanger loaded with ions of the coating metal 14 the required ions of the coating metal are replenished without disturbing anions and at the same time the pH value of the process solution is adjusted and the service life of the process solution can thus be extended.

Die Anlage nach 1 besteht aus einem Beschichtungsbehälter 1, einem mehrstufigen Spülsystem 3 in Kaskadenschaltung und einem schwachsauren Kationenaustauscher 14, sowie Verbindungsleitungen und zugehörigen Peripherie, wie Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen etc.. Der Beschichtungsbehälter 1 enthält Prozesslösung, in die ein zu beschichtendes Werkstück 2 eingetaucht ist. Das zu beschichtende Werkstück 2 hat eine Oberfläche aus Stahl.The plant after 1 consists of a coating container 1 , a multi-stage flushing system 3 in a cascade connection and a weakly acidic cation exchanger 14 , as well as connecting lines and associated peripherals, such as pumps, valves, measuring devices for pH value, conductivity, temperatures etc. The coating container 1 contains process solution in which a workpiece to be coated 2 is immersed. The workpiece to be coated 2 has a steel surface.

Das mehrstufige Spülsystem 3 besteht aus drei kaskadenförmig miteinander verbunden Behältern, die eine wässrige Spüllösung enthalten. Zwischen dem linken und rechten Spülbehälter 3 ist, wie durch die unterbrochene Linie in 1 angedeutet, aber nicht dargestellt, ein weiterer Spülbehälter eingereiht. Der linke Spülbehälter 3 enthält einen Zulauf für Frischwasser. Der rechte Spülbehälter 3 ist mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden.The multi-stage flushing system 3 consists of three cascaded containers that contain an aqueous rinsing solution. Between the left and right rinse tanks 3 is as in by the broken line 1 indicated, but not shown, another rinsing container lined up. The left rinse tank 3 contains an inlet for fresh water. The right rinse tank 3 is with the coating container 1 connected.

Der schwachsaure Kationenaustauscher 14 ist mit seinem Zu- und Ab1auf mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden, so dass ein bestimmter Volumenstrom der Prozesslösung über ihn geleitet werden kann.The weakly acidic cation exchanger 14 is with its inlet and outlet with the coating container 1 connected so that a certain volume flow of the process solution can be passed through it.

Der schwachsaure Kationenaustauscher besteht aus einer Ionenaustauschersäule 14, die mit dem schwachsauren Kationenaustauscherpolymer Lewatit CNP 80 der Fa. Bayer AG, Leverkusen, Deutschland, befüllt ist. Es können aber auch vergleichbare schwachsaure Kationenaustauscherpolymere anderer Hersteller, wie z.B. C 104 der Fa. Purolite, Ratingen, Deutschland, eingesetzt werden.The weakly acidic cation exchanger consists of an ion exchange column 14 , which is filled with the weakly acidic cation exchange polymer Lewatit CNP 80 from Bayer AG, Leverkusen, Germany. However, comparable weakly acidic cation exchange polymers from other manufacturers, such as C 104 from Purolite, Ratingen, Germany, can also be used.

Dieses schwachsaure Kationenaustauscherpolymer wird vor der Verwendung mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladen. Dazu wird der Ionenaustauscher zuerst mit Natronlauge in die Salzform überführt und anschließend durch die Aufgabe einer Metallsalzlösung mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladen. Im Falle der chemisch-reduktiven Vernickelung erfolgt die Beladung des schwachsauren Kationenaustauscherpolymeres mit Nickelionen, wozu eine NiSO4-Lösung über die Ionenaustauschersäule geleitet wird. Diese Beladung erfolgt in zwei Schritten mit Nickelsalzlösungen unterschiedlicher Konzentrationen, wobei beim ersten Beladungsschritt ein Unterschuss an Nickelionen auf den Ionenaustauscher aufgegeben wird. Bedingt durch die Selektivität des Kationenaustauschers wird hierdurch eine nahezu vollständige Entfernung der Nickelionen aus der Aufgabelösung erreicht, die nach der Beladung verworfen und abwassertechnisch behandelt wird. Beim zweiten Beladungsschritt wird durch den Einsatz eines Überschusses von Nickelionen beim Beladen des Ionenaustauschers und eine Kreislaufführung der Aufgabelösung eine vollständige Beladung des schwachsauren Kationenaustauschers mit Nickel erreicht.This weakly acidic cation exchange polymer is loaded with ions of the coating metal before use. For this purpose, the ion exchanger is first converted into the salt form with sodium hydroxide solution and then loaded with ions of the coating metal by applying a metal salt solution. In the case of chemical-reductive nickel plating, the weakly acidic cation exchange polymer is loaded with nickel ions, for which purpose a NiSO 4 solution is passed over the ion exchange column. This loading takes place in two steps with nickel salt solutions of different concentrations, with a deficit of nickel ions being applied to the ion exchanger in the first loading step. Due to the selectivity of the cation exchanger, an almost complete removal of the nickel ions from the feed solution is achieved, which is discarded after loading and treated with waste water. In the second loading step, by using an excess of nickel ions when loading the ion exchanger and circulating the feed solution, the weakly acidic cation exchanger is fully loaded with nickel.

Nach dem Beladungsvorgang mit Nickel wird der schwachsaure Kationenaustauscher mit vollentsalztem Wasser gewaschen, um störende Ionen aus der Polymerschüttschicht zu entfernen. Durch diesen Spülvorgang wird der Überschuss an Nickelionen wieder aus der Polymerschüttschicht entfernt. Der Ablauf der zweiten Fraktion des Beladungsvorganges wird zusammen mit der ersten Fraktion des Spülwassers zwischengestapelt und bei der nachfolgenden Beladung des schwachsauren Kationenaustauschers als erste Beladungsfraktion verwendet.To The weakly acidic cation exchanger becomes the loading process with nickel washed with deionized water to remove unwanted ions from the polymer layer remove. Through this rinsing process becomes the surplus of nickel ions removed from the polymer bulk layer. The sequence the second fraction of the loading process is together with the first fraction of the rinse water interposed and in the subsequent loading of weak acid Cation exchanger used as the first loading fraction.

Die Prozesslösung ist in bekannter Weise zusammengesetzt. Beim Neuansatz werden ihr die Ionen des Beschichtungsmetalls in Form von Nickelsulfat (6,0 g Ni2+/l) zugesetzt. Das Reduktionsmittel wird in Form von Natriumhypophosphit (17,0 g H2PO2 /l) zugegeben. Durch in der Prozesslösung enthaltene organische Säuren wird die Lösung im Bereich pH 4 bis pH 5 gepuffert.The process solution is composed in a known manner. When newly prepared, the ions of the coating metal in the form of nickel sulfate (6.0 g Ni 2+ / l) are added to it. The reducing agent is added in the form of sodium hypophosphite (17.0 g H 2 PO 2 - / l). The solution is buffered in the pH 4 to pH 5 range by the organic acids contained in the process solution.

Zur Abscheidung von Nickel-Phosphorlegierungen auf der Stahloberfläche eines zu beschichtenden Werkstücks 2 wird mit der in 1 dargestellten Anlage wie folgt verfahren:
Die Temperatur der Prozesslösung, welche das zu beschichtende Werkstück 2 umgibt, wird auf 85°C eingeregelt. Metallionen scheiden sich auf der Stahloberfläche des zu beschichtenden Werkstückes 2 ab. Bei der Abscheidung wird auch elementarer Phosphor, der durch Nebenreaktionen aus dem Reduktionsmittel gebildet wird, in die entstehende Metallschicht einlegiert, wodurch eine Nickel-Phosphor-Legierung entsteht. Durch den Redox-Prozess der chemisch-reduktiven Metallabscheidung wird das Reduktionsmittel Natriumhypophosphit zu Natriumorthophosphit oxidiert. Dieser Verbrauch an Reduktionsmittel wird durch Zugabe von Natriumhypophosphit in die Prozesslösung ausgeglichen.
For the deposition of nickel-phosphorus alloys on the steel surface of a workpiece to be coated 2 is with the in 1 proceed as follows:
The temperature of the process solution, which is the workpiece to be coated 2 surrounds, is adjusted to 85 ° C. Metal ions separate on the steel surface of the workpiece to be coated 2 from. During the deposition, elemental phosphorus, which is formed from the reducing agent by side reactions, is also alloyed into the resulting metal layer, which results in a nickel-phosphorus alloy. The redox process of chemical-reductive metal deposition oxidizes the reducing agent sodium hypophosphite to sodium orthophosphite. This consumption of reducing agent is compensated for by adding sodium hypophosphite to the process solution.

Bedingt durch die Metallabscheidung sinken auch pH-Wert und der Nickelgehalt in der Prozesslösung. Daher wird der pH-Wert in der Prozesslösung überwacht. Sinkt der pH-Wert der Prozesslösung unter einen festgelegten Wert, z.B. von pH 4,5 auf pH 4,2, dann wird ein Teilstrom der Prozesslösung mit einer Durchflussgeschwindigkeit < 5 m/h in einem Kreislauf durch den schwachsauren Kationenaustauscher 14 geleitet. Dadurch ergibt sich im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 eine Erhöhung des Nickelgehaltes von 5 g/l auf 8 g/l sowie eine Erhöhung des pH-Wertes von 4,2 auf pH-Werte > 5.Due to the metal deposition, the pH value and the nickel content in the process solution also decrease. The pH value in the process solution is therefore monitored. If the pH value of the process solution drops below a specified value, for example from pH 4.5 to pH 4.2, then a partial flow of the process solution is circulated through the weakly acidic cation exchanger at a flow rate <5 m / h 14 directed. This results in the weak acid cation exchanger 14 an increase in the nickel content from 5 g / l to 8 g / l and an increase in the pH value from 4.2 to pH values> 5.

Über die Kontrolle des pH-Wertes im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 wird die Funktionsfähigkeit des schwachsauren Kationenaustauschers überwacht. Mit zunehmender Metallabgabe wird der schwachsaure Kationenaustauscher in die H+-Form überführt, weshalb der pH-Wert im Ab1auf des Kationenaustauschers fällt. Wenn sich der pH-Wert im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers dem pH-Wert der Prozesslösung nähert (in diesem Fall pH 4,5) fällt, wird der Kationenaustauscher für einen erneuten Einsatz wieder, wie eingangs beschrieben, in die Nickelbeladung überführt.By checking the pH in the outlet of the weakly acidic cation exchanger 14 the functionality of the weakly acidic cation exchanger is monitored. As the metal release increases, the weakly acidic cation exchanger is converted into the H + form, which is why the pH value in the process of the cation exchanger drops. If the pH value in the outlet of the weakly acidic cation exchanger approaches the pH value of the process solution (in this case pH 4.5), the cation exchanger is transferred back to the nickel loading for reuse, as described at the beginning.

Bei der Metallbeschichtung treten durch die hohen Behandlungstemperaturen Verdunstungsverluste in der Prozesslösung auf. Diese Verdunstungsverluste werden ausgeglichen, in dem Spüllösung aus dem Spülsystem 3, durch die in 1 durch einen Pfeil dargestellte Leitung, aus dem rechten Spülbad in die Prozesslösung zugeführt wird, da in diesem Behälter die Konzentration der Spülwasserinhaltsstoffe am höchsten ist. aufgeführt, die bei dem beschriebenen Vergleichsversuch erhalten wurden.In the case of metal coating, the high treatment temperatures result in evaporation losses in the process solution. These evaporation losses are compensated for in the flushing solution from the flushing system 3 through which in 1 line represented by an arrow is fed from the right rinsing bath into the process solution, since the concentration of the rinsing water constituents is highest in this container. listed, which were obtained in the comparative test described.

Figure 00330001
Figure 00330001

Im Vergleichsversuch (siehe rechte Spalte der Tabelle) steigt der Salzgehalt in der Prozesslösung durch die eingetragenen bzw. gebildeten Fremdstoffe (insbesondere Na+, SO4 2–, H2PO3 ) bereits nach einem Metalldurchsatz von 5,5 MTO auf hohe Werte an, so dass zu diesem Zeitpunkt die Abscheidegeschwindigkeit bei 90°C auf Werte < 5 μm/h absinkt und die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten nicht mehr den Anforderungen entsprechen.In the comparative experiment (see right column of the table), the salt content in the process solution rises to high values after a metal throughput of 5.5 MTO due to the foreign substances introduced or formed (in particular Na + , SO 4 2– , H 2 PO 3 - ) so that at this point the deposition rate at 90 ° C drops to values <5 μm / h and the properties of the deposited layers no longer meet the requirements.

Bei dem erfindungsgemäßen Einsatz des schwachsauren Kationenaustauschers 14 (siehe die beiden mittleren Spalten der Tabelle) steigt jedoch der SO4 2–-Gehalt der Prozesslösung mit steigendem Metalldurchsatz nicht an, da die Nickelionen ohne störendes SO4 2– in die Prozesslösung eingebracht werden. Im Gegensatz zum Vergleichsversuch steigt der Na+-Gehalt hier erheblich langsamer an, da die Einstellung des pH-Werts ohne Zugabe von NaOH in die Prozesslösung erfolgt. Durch den Einsatz des schwachsauren Kationenaustauschers 14 kann die Prozesslösung durch den langsameren Anstieg des Fremdstoffgehaltes bis zu einem Metalldurchsatz von ca. 8 MTO verwendet werden. Die Nutzungsdauer der Prozesslösung wird durch den erfindungsgemäßen Einsatz des schwachsauren Kationenaustauschers 14 somit beinahe verdoppelt.When using the weakly acidic cation exchanger according to the invention 14 (see the two middle columns in the table), however, the SO 4 2– content of the process solution does not increase with increasing metal throughput, since the nickel ions are introduced into the process solution without disturbing SO 4 2– . In contrast to the comparative experiment, the Na + content increases considerably more slowly here, since the pH is adjusted without adding NaOH to the process solution. By using the weakly acidic cation exchanger 14 the process solution can be used due to the slower increase in the foreign matter content up to a metal throughput of approx. 8 MTO. The service life of the process solution is determined by the use of the weakly acidic cation exchanger 14 almost doubled.

2 zeigt ein Schema einer Anlage zur chemisch-reduktiven Metallbeschichtung mit einem schwachsauren Kationenaustauscher 14, der über einen Wärmetauscher 4 mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden ist. In Bezug auf den Beschichtungsbehälter 1 und das Spülsystem 3 ist diese Anlage entsprechend der Anlage aus 1 aufgebaut. Als weitere Komponenten enthält diese Anlage einen Vorlagebehälter 5 und einen Stapelbehälter 13, die jeweils über den Wärmetauscher 4 mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden sind. 2 shows a diagram of a plant for chemical-reductive metal coating with a weakly acidic cation exchanger 14 that has a heat exchanger 4 with the coating container 1 connected is. Regarding the coating container 1 and the flushing system 3 this system is made according to the system 1 built up. This system contains a storage tank as additional components 5 and a stacking container 13 , each via the heat exchanger 4 with the coating container 1 are connected.

Der schwachsaure Kationenaustauscher 14 entspricht in seinem Aufbau dem aus 1. Im Unterschied zu 1 ist er jedoch in dieser Anlage nicht direkt mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden, sondern mit seinem Zulauf mit dem Vorlagebehälter 5 und mit seinem Ablauf mit dem Stapelbehälter 13.The weakly acidic cation exchanger 14 corresponds in structure to that of 1 , In contrast to 1 However, in this system it is not directly with the coating container 1 connected, but with its inlet to the storage container 5 and with its drain with the stacking container 13 ,

Zur Metallbeschichtung in dieser Anlage wird prinzipiell, wie zu 1 beschrieben, verfahren. Der schwachsaure Kationenaustauscher 14 wird jedoch hier mit abgekühlter Prozesslösung beladen. Dazu wird ein Volumenstrom der Prozesslösung über den Wärmetauscher 4 geleitet und in diesem von der Behandlungstemperatur von 85°C auf Temperaturen < 50°C abgekühlt. Diese abgekühlte Lösung wird in dem Vorlagebehälter 5 gesammelt, und aus diesem über den schwachsauren Kationenaustauscher 14 geleitet. Durch den schwachsauren Kationenaustauscher 14 erfolgt in Analogie zu 1, eine Anreicherung der behandelten Lösung mit Nickelionen und eine Anhebung des pH-Wertes. Die behandelte Lösung wird im Stapelbehälter 13 gesammelt und über den Wärmetauscher 4 wieder dem Beschichtungsbehälter 1 zugeführt.In principle, how to coat the metal in this system 1 described, proceed. The weakly acidic cation exchanger 14 however, it is loaded with cooled process solution. For this purpose, a volume flow of the process solution through the heat exchanger 4 passed and cooled in this from the treatment temperature of 85 ° C to temperatures <50 ° C. This cooled solution is in the storage container 5 collected, and from this over the weakly acidic cation exchanger 14 directed. Through the weakly acidic cation exchanger 14 takes place in analogy to 1 , an enrichment of the treated solution with nickel ions and an increase in the pH value. The treated solution is in the stacking container 13 collected and over the heat exchanger 4 back to the coating tank 1 fed.

Durch den Einsatz des Wärmetauschers 4 wird der schwachsaure Kationenaustauscher 14 mit einer abgekühlten Prozesslösung beaufschlagt, was die Gefahr einer chemisch-reduktiven Metallabscheiung auf dem Kationenaustauscherpolymer deutlich vermindert.By using the heat exchanger 4 becomes the weakly acidic cation exchanger 14 with a cooled process solution, which significantly reduces the risk of chemical-reductive metal deposition on the cation exchange polymer.

3 zeigt ein Schema einer Anlage zur chemisch-reduktiven Metallbeschichtung, in der die Nutzungsdauer der Prozesslösung verlängert werden kann, mit einem schwachsauren Kationenaustauscher 14 zur Nachdosierung der Metallionen und Einstellung des pH-Werts, sowie einem starksauren Kationenaustauscher 15 und einem schwachbasischen Anionenaustauscher 9 zur Abtrennung von störenden Ionen aus der Spüllösung. Der Aufbau der Anlage entspricht hinsichtlich des Beschichtungsbehälters 1 und des Spülsystems 3 der in 1 dargestellten Anlage. 3 shows a schematic of a plant for chemical-reductive metal coating, in which the service life of the process solution can be extended, with a weakly acidic cation exchanger 14 for replenishing the metal ions and adjusting the pH, as well as a strongly acidic cation exchanger 15 and a weakly basic anion exchanger 9 for the separation of interfering ions from the rinsing solution. The structure of the system corresponds with regard to the coating container 1 and the flushing system 3 the in 1 shown plant.

Der schwachsaure Kationenaustauscher 14 entspricht in seinem Aufbau dem zu 1 beschriebenen Kationenaustauscher. Im Unterschied zu 1 wird hier auf den schwachsauren Kationenaustauscher 14 jedoch Spüllösung aufgegeben. Daher ist der schwachsauren Kationenaustauscher 14 im Unterschied zu 1 mit seinem Zulauf mit dem rechten Behälter des Spülsystems 3 verbunden, in dem sich die Spüllösung mit der höchsten Konzentration von ausgeschleppten Komponenten der Prozesslösung befindet. Der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 ist mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden.The weakly acidic cation exchanger 14 corresponds in structure to that 1 described cation exchanger. In contrast to 1 is here on the weakly acidic cation exchanger 14 however rinsing solution abandoned. Hence the weakly acidic cation exchanger 14 in contrast to 1 with its inlet with the right tank of the flushing system 3 connected, in which the rinsing solution with the highest concentration of carried out components of the process solution is located. The course of the weakly acidic cation exchanger 14 is with the coating container 1 connected.

Als weitere Komponenten enthält diese Anlage einen starksauren Kationenaustauscher 15 und einen schwachbasischen Anionenaustauscher 9, die in einem Regenerierkreislauf mit dem rechten Behälter des Spülsystems 3 verbunden sind. Dabei ist der Zulauf des starksauren Kationenaustauschers 15 mit dem rechten Spülbehälter 3 und sein Ablauf mit dem Zulauf des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 verbunden. Der Ablauf des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 ist wiederum mit dem rechten Spülbehälter 3 verbunden.This system contains a strongly acidic cation exchanger as further components 15 and a weakly basic anion exchanger 9 in a regeneration circuit with the right tank of the flushing system 3 are connected. Here is the inflow of the strongly acidic cation exchanger 15 with the right rinse tank 3 and its sequence with the addition of the weakly basic anion exchanger 9 connected. The process of the weakly basic anion exchanger 9 is again with the right rinse tank 3 connected.

Der starksaure Kationenaustauscher 15 besteht aus einer Ionenaustauschersäule, die mit dem starksaurem, makroporösen Kationenaustauscherpolymer, Lewatit SP 112 der Firma Bayer AG, Leverkusen, Deutschland, in der H+-Beladung gefüllt ist. Es können auch vergleichbare starksaure Polymere anderer Hersteller, wie z.B. das starksaure Kationenaustauscherpolymer C 150 der Fa. Purolite, Ratingen, Deutschland, verwendet werden. Vor dem Einsatz wird der starksaure Kationenaustauscher 15 mit Salzsäure beaufschlagt und dadurch mit Protonen beladen.The strongly acidic cation exchanger 15 consists of an ion exchange column which is filled with the strongly acidic, macroporous cation exchange polymer, Lewatit SP 112 from Bayer AG, Leverkusen, Germany, in the H + loading. Comparable strongly acidic polymers from other manufacturers, such as the strongly acidic cation exchange polymer C 150 from Purolite, Ratingen, Germany, can also be used. The strongly acidic cation exchanger is used before use 15 charged with hydrochloric acid and thereby loaded with protons.

Der schwachbasische Anionenaustauscher 9 besteht aus einer mit dem schwachbasischen, makroporösen Anionenaustauscherpolymer, Lewatit MP 62 der Firma Bayer AG, Leverkusen, Deutschland, gefüllten Säule. Es können auch vergleichbare schwachbasische Anionenaustauscherpolymere anderer Hersteller, wie z.B. das schwachbasische Anionenaustauscherpolymer A 100 der Fa. Purolite, Ratingen, Deutschland, verwendet werden. Vor dem Einsatz wird der schwachbasische Anionenaustauscher 9 mit Natronlauge beaufschlagt und dadurch das Anionenaustauscherpolymer in die Form der freien Base überführt.The weakly basic anion exchanger 9 consists of a column filled with the weakly basic, macroporous anion exchange polymer, Lewatit MP 62 from Bayer AG, Leverkusen, Germany. Comparable weakly basic anion exchange polymers from other manufacturers, such as the weakly basic anion exchange polymer A 100 from Purolite, Ratingen, Germany, can also be used. The weakly basic anion exchanger is used before use 9 charged with sodium hydroxide solution and thereby the anion exchange polymer is converted into the form of the free base.

Die Säulenkapazität des mit Kationenaustauschermaterial in der H+-Form gefüllten Ionenaustauschersäule 15 ist dabei höher als die Säulenkapazität der mit schwachbasischem Anionenaustauschermaterial gefüllten Ionenaustauschersäule 9.The column capacity of the ion exchange column filled with cation exchange material in the H + form 15 is higher than the column capacity of the ion exchange column filled with weakly basic anion exchange material 9 ,

Die Metallbeschichtung in dieser Anlage erfolgt analog zur Vorgehensweise, die zu 1 beschrieben wurde, jedoch wird die Spüllösung, die zum Ausgleich von Verdunstungsverlusten dem Beschichtungsbehälter 1 zugeführt wird, mit den Ionenaustauschern 9, 14, 15 aufbereitet. Zur chemisch-reduktiven Abscheidung von Nickel auf Stahloberflächen wird das Werkstück 2 im Beschichtungsbehälter 1 bei einer Temperatur der Prozesslösung von ca. 85°C behandelt. Die Prozesslösung hat zu Beginn des Prozesses einen pH-Wert von 4,5 und einen Nickelgehalt von 6,0 g/l. Durch die Metallabscheidung sinken der pH-Wert und der Nickelgehalt in der Prozesslösung.The metal coating in this system is carried out in the same way as for the procedure 1 described was, however, the rinsing solution used to compensate for evaporation losses in the coating tank 1 is supplied with the ion exchangers 9 . 14 . 15 edited. The workpiece is used for the chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces 2 in the coating container 1 treated at a process solution temperature of approx. 85 ° C. The process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / l at the start of the process. The metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution.

Nach erfolgter Beschichtung wird das beschichtete Werkstück 2 in die Spülbehälter des Spülsystems 3 eingetaucht. Mit dem Werkstück wird ein Teil der Prozesslösung in die Spüllösung des Spülsystems ausgeschleppt. Über die Elektrolytausschleppung wird ein bestimmter Massenstrom von Komponenten einschließlich der entstandenen Fremdstoffe aus der Prozesslösung in die Spüllösung überführt, wodurch in der Prozesslösung eine Reinigungswirkung erzielt wird. Damit gelangt auch ein Teil der Protonen und anderer Ionen, die durch die chemisch-reduktive Nickelabscheidung gebildet werden, aus der Prozesslösung in die Spüllösung. Die Spüllösung stellt somit eine verdünnte Prozesslösung dar.After coating, the coated workpiece 2 in the rinsing container of the rinsing system 3 immersed. With the workpiece, part of the process solution is dragged into the rinsing solution of the rinsing system. A certain mass flow of components, including the foreign substances formed, is transferred from the process solution to the rinsing solution via the electrolyte extraction, which achieves a cleaning effect in the process solution. This means that some of the protons and other ions that are formed by the chemical-reductive nickel deposition get from the process solution into the rinsing solution. The rinsing solution is therefore a diluted process solution.

Zum Ausgleich von Verdunstungsverlusten in der Prozesslösung wird die Spüllösung über den schwachsauren Nickel-beladenen Kationenaustauscher 14, geführt, der wie zu 1 beschrieben aufgebaut und beladen ist. Dieser gibt Nickelionen in die Lösung ab und bindet Protonen. Somit werden der Prozesslösung mit der zugeführten Spüllösung auch gleichzeitig Ionen des Beschichtungsmetalls zugeführt, und der durch die Metallabscheidung bewirkte Verbrauch wird ausgeglichen. Gleichzeitig werden durch den schwachsauren Kationenaustauscher 14 der zugeführten Lösung Protonen entzogen: Mit der zugeführten Spüllösung wird somit auch der pH-Wert in der Prozesslösung eingestellt. Die Kontrolle der Kapazität des schwachsauren Kationenaustauschers 14 erfolgt, wie zu 1 beschrieben, über die Messung des pH-Werts in seinem Ablauf.To compensate for evaporation losses in the process solution, the rinsing solution is poured over the weakly acidic nickel-loaded cation exchanger 14 , led who like to 1 described is constructed and loaded. This releases nickel ions into the solution and binds protons. Thus, the process solution with the supplied rinsing solution is simultaneously supplied with ions of the coating metal, and the consumption caused by the metal deposition is compensated. At the same time, the weakly acidic cation exchanger 14 Protons withdrawn from the supplied solution: With the supplied rinsing solution, the pH in the process solution is also adjusted. Checking the capacity of the weakly acidic cation exchanger 14 done how to 1 described about the measurement of the pH in its sequence.

Die Nachdosierung des verbrauchten Reduktionsmittels erfolgt hier durch Zugabe von Natriumhypophosphit in die Prozesslösung.The Subsequent metering of the used reducing agent is carried out here Add sodium hypophosphite to the process solution.

Zur Aufbereitung der Spüllösung wird ein Volumenstrom über den starksauren Kationenaustauscher 15 in der H+-Beladung geleitet. Der starksaure Kationenaustauscher 15 bindet dabei störende Kationen, die hier vor allem aus dem Reduktionsmittel und dem Basismaterial des zu beschichtenden Werkstückes stammen und gibt Protonen in die Lösung ab. Es werden dabei aber auch Nickelionen aus der Spüllösung entfernt.To prepare the rinsing solution, a volume flow is generated via the strongly acidic cation exchanger 15 headed in the H + load. The strongly acidic cation exchanger 15 binds interfering cations, which come mainly from the reducing agent and the base material of the workpiece to be coated, and releases protons into the solution. However, nickel ions are also removed from the rinsing solution.

Gemäss seiner Selektivität bindet der starksaure Kationenaustauscher 15 bis zum Erreichen seiner Kapazitätsgrenze in der Lösung befindliche Kationen und setzt eine äquivalente Menge an Protonen in die Lösung frei. Neben den Kationen des Reduktionsmittels und von der zur pH-Wert-Einstellung verwendeten Lauge werden auch die Kationen des Beschichtungsmetalls und die aus dem Basismaterial stammenden Kationen entfernt, wobei mehrwertige Kationen bevorzugt gebunden werden.The strongly acidic cation exchanger binds according to its selectivity 15 cations in solution until it reaches its capacity limit and releases an equivalent amount of protons into the solution. In addition to the cations of the reducing agent and the alkali used to adjust the pH, the cations of the coating metal and the cations originating from the base material are also removed, polyvalent cations preferably being bound.

Die Erschöpfung der Kapazität des Kationenaustauschers 15 wird, wie nach dem Stand der Technik üblich, über die Messung der Leitfähigkeit im Zu- und im Ablauf des Kationenaustauschers 15 kontrolliert. Sobald die Differenz der Leitwerte in Zu- und Ablauf des Kationenaustauschers 15 unter einen festgelegten Wert abgesunken ist, wird der starksaure Kationenaustauschers 15 regeneriert.Exhaustion of the capacity of the cation exchanger 15 is, as is customary in the prior art, by measuring the conductivity in the inlet and outlet of the cation exchanger 15 controlled. As soon as the difference in the leading values in the inlet and outlet of the cation exchanger 15 has fallen below a set value, the strongly acidic cation exchanger 15 regenerated.

Zur Regenerierung wird er in bekannter Weise durch Aufgabe von Salzsäure mit einer Konzentration von 70 g/l bis 100 g/l wieder mit Protonen beladen und kann nach einem Spülvorgang mit voll entsalztem Wasser erneut zur Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung verwendet werden.to It is regenerated in a known manner by adding hydrochloric acid at a concentration of 70 g / l to 100 g / l again loaded with protons and can after a rinse with deionized water again to extend the service life of the process solution be used.

Die durch den starksauren Kationenaustauscher 15 angesäuerte Spüllösung wird nun über den schwachbasischen Anionenaustauscher 9 geleitet, der sich in der Form der freien Base befindet. Dieser bindet störende Anionen, wie z. B. die Anionen des oxidierten Reduktionsmittels Orthosphoshit, in dem zuerst die durch den starksauren Kationenaustauscher 15 gebildeten Säuren an die funktionellen Gruppen angelagert werden. Durch die Säure werden die tertiären Amine, die funktionellen Gruppen des Ionenaustauscherpolymers, protoniert und dabei in die Ammonium-Form überführt. Nur die Ammonium-Form ist zum Anionenaustausch befähigt. Bedingt durch die Selektivität des Ionenaustauscherpolymeres werden bestimmte Anionen, wie z.B. Sulfat oder Orthophosphit, bevorzugt gebunden und können auch Anionen, die vom Anionenaustauscher weniger fest gebunden werden, wie z.B. Hypophosphit, von den zum Ionenaustausch befähigten funktionellen Gruppen verdrängen. Dadurch erfolgt eine Auftrennung des Anionengemisches. Damit keine Überführung des Anionenaustauscherpolymers aus der Ammonium-Form in die Form der freien Base erfolgt, die als ungeladene Gruppe nicht zum Ionenaustausch befähigt ist, wird auf den schwachbasischen Anionenaustauscher 9 stets eine sauere Lösung aufgegeben.The through the strongly acidic cation exchanger 15 acidified rinsing solution is now over the weakly basic anion exchanger 9 passed, which is in the form of the free base. This binds disruptive anions, such as. B. the anions of the oxidized reducing agent orthosphoshite, in which the first by the strongly acidic cation exchanger 15 formed acids are attached to the functional groups. The tertiary amines, the functional groups of the ion exchange polymer, are protonated by the acid and thereby converted into the ammonium form. Only the ammonium form is capable of anion exchange. Due to the selectivity of the ion exchange polymer, certain anions, such as, for example, sulfate or orthophosphite, are preferably bound and can also displace anions which are less firmly bound by the anion exchanger, such as, for example, hypophosphite, from the functional groups capable of ion exchange. This separates the anion mixture. So that the anion exchange polymer does not convert from the ammonium form into the form of the free base, which as an uncharged group is not capable of ion exchange, the weakly basic anion exchanger is used 9 always given an acidic solution.

Die Regenerierung des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 erfolgt durch die Aufgabe von Natronlauge, wodurch der schwachbasische Anionenaustauscher 9 aus der Ammonium-Form in die Form der freien Base überführt wird. In dieser Form trägt die funktionelle Gruppe keine Ladung und ist daher nicht zum Ionenaustausch befähigt. Dadurch können alle zuvor gebundenen Anionen quantitativ von Anionenaustauscherpolymer entfernt werden. Nach einem Spülvorgang mit vollentsalztem Wasser kann der schwachbasische Anionenaustauscher 9 wieder für die Abtrennung störender Anionen verwendet werden.The regeneration of the weakly basic anion exchanger 9 takes place through the application of sodium hydroxide solution, whereby the weakly basic anion exchanger 9 is converted from the ammonium form into the form of the free base. In this form, the functional group has no charge and is therefore not capable of ion exchange. This allows all of the previously bound anions to be removed quantitatively from the anion exchange polymer. After rinsing with deionized water, the weakly basic anion exchanger can be used 9 can be used again for the removal of interfering anions.

Die durch den schwachbasischen Anionenaustauscher 9 weiter gereinigte Spüllösung wird wieder dem Spülsystem zugeführt, wo sie, wie oben beschrieben, zum Ausgleich von Verdunstungsverlusten in der Prozesslösung über den schwachsauren Kationenaustauscher 14 dem Beschichtungsbehälter 1 zugeführt wird. Diese Aufbereitung der Spüllösung durch den starksauren Kationenaustauscher 15 und den schwachbasischen Anionenaustauscher 9 erfolgt dabei im Chargenbetrieb. Durch den starksauren Kationenaustauscher 15 werden in dieser Anlage auch Ionen des Beschichtungsmetalls, die aus der Prozesslösung in die Spüllösung gelangt sind, abgetrennt. Diese werden aber durch den schwachsauren Kationenaustauscher 14 wieder nachdosiert.The through the weakly basic anion exchanger 9 Purified rinsing solution is returned to the rinsing system, where, as described above, it compensates for evaporation losses in the process solution via the weakly acidic cation exchanger 14 the coating container 1 is fed. This preparation of the rinsing solution by the strongly acidic cation exchanger 15 and the weakly basic anion exchanger 9 takes place in batch operation. Through the strongly acidic cation exchanger 15 In this system, ions of the coating metal that have entered the rinsing solution from the process solution are also separated. However, these are caused by the weakly acidic cation exchanger 14 replenished again.

Das bei der Regenerierung des starksauren Kationenaustauschers 15 anfallende Eluat wird nach einer pH-Wert-Einstellung mit Natronlauge auf pH > 4,5 wieder für die Beladung des schwachsauren Kationenaustauschers 14 genutzt, wodurch die abgetrennten Metallionen des Beschichtungsmetalls nicht verloren gehen. Das Eluat wird allerdings nur weiterverwendet, solange es nicht mit den Metallionen des Basismateriales aus den zu beschichtenden Werkstücken 2, die Fremdstoffe darstellen, kontaminiert ist.The regeneration of the strongly acidic cation exchanger 15 the resulting eluate is adjusted again after loading the pH value with sodium hydroxide solution to pH> 4.5 for loading the weakly acidic cation exchanger 14 used, whereby the separated metal ions of the coating metal are not lost. However, the eluate is only used as long as it does not contain the metal ions of the base material from the workpieces to be coated 2 that are foreign substances is contaminated.

Die indirekte Reinigung der Prozesslösung über das Spülsystem 3 hat den Vorteil, dass die Konzentration des Reduktionsmittels und der Metallionen des Beschichtungsmetalls in der Spüllösung niedriger sind als in der Prozesslösung. Damit verringert sich die Gefahr, dass sensible Komponenten der Reinigungsvorrichtung, wie z.B. Ionenaustauschermaterialien, unbeabsichtigt chemisch-reduktiv metallisiert werden.Indirect cleaning of the process solution via the rinsing system 3 has the advantage that the concentration of the reducing agent and the metal ions of the coating metal in the rinsing solution are lower than in the process solution. This reduces the risk of sensitive components of the cleaning device, such as ion exchange materials, being inadvertently chemically and reductively metallized.

Durch die in dieser Ausführungsform beschriebene Abtrennung störender Anionen aus der Spüllösung und die Nachdosierung von Nickelionen über einen mit Nickelionen beladenen schwachsauren Kationenaustauscher 14 kann bei ausreichend hohen Ausschleppungen und Verdunstungsverlusten eine Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung erreicht werden. Dabei wird die erforderliche Höhe der Ausschleppung zur Reinigung der Prozesslösung über die Gleichung 2 ermittelt. Im vorliegenden Beispiel wurden bei einer spezifischen Ausschleppung von 300 ml/m2 nach 6 MTO und 12 MTO Durchsatz folgende Parameter in der Prozesslösung ermittelt.The separation of disruptive anions from the rinsing solution described in this embodiment and the replenishment of nickel ions via a weakly acidic cation exchanger loaded with nickel ions 14 If the drag-out and evaporation losses are sufficiently high, the service life of the process solution can be extended. The amount of drag required to clean the process solution is determined using equation 2. In the present example, the following parameters were determined in the process solution with a specific drag-out of 300 ml / m 2 after 6 MTO and 12 MTO throughput.

Figure 00400001
Figure 00400001

Bei dem erfindungsgemäßen Einsatz dieser Anlage steigt der SO4 2–-Gehalt der Prozesslösung mit dem Metalldurchsatz nicht an, da die Nickelionen mit Hilfe des schwachsauren Kationenaustauschers 14 ohne störendes Anion (SO4 2–) in die Prozesslösung eingebracht werden. In Vergleich zum Stand der Technik steigt die Konzentration an Natriumionen erheblich langsamer an, da die Einstellung des pH-Werts durch den schwachsauren Kationenaustauscher 14 erfolgt und nicht, wie nach dem Stand der Technik üblich, durch Zugabe von Natronlauge in die Prozesslösung. Im Vergleich zu der Anlage aus 1 ergibt sich eine zusätzliche Verminderung der Konzentration an Natriumionen und oxidiertem Reduktionsmittel (H2PO3 ), da mit Hilfe des starksauren Kationenaustauschers 15 Natriumionen und mit Hilfe des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 H2PO3 -Ionen abgetrennt werden. Dadurch kann eine Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung von ca. 5,5 MTO auf ca. 12 MTO erreicht werden.When this system is used according to the invention, the SO 4 2- content of the process solution does not increase with the metal throughput, since the nickel ions with the aid of the weakly acidic cation exchanger 14 can be introduced into the process solution without an annoying anion (SO 4 2– ). In comparison to the prior art, the concentration of sodium ions increases considerably more slowly because the pH is adjusted by the weakly acidic cation exchanger 14 takes place and not, as is customary in the prior art, by adding sodium hydroxide solution to the process solution. Compared to the facility 1 there is an additional one Reduction of the concentration of sodium ions and oxidized reducing agent (H 2 PO 3 - ), since with the help of the strongly acidic cation exchanger 15 Sodium ions and with the help of the weakly basic anion exchanger 9 H 2 PO 3 - ions are separated. As a result, the service life of the process solution can be extended from approximately 5.5 MTO to approximately 12 MTO.

Um den Gehalt an Orthophosphit auf einem Wert < 120 g/l über die Elektrolytausschleppung in die Spüllösung stabilisieren zu können, wäre bei einer Abscheidung von 10 μm Nickel eine Elektrolytausschleppung > 4 l/m2 erforderlich.In order to be able to stabilize the orthophosphite content at a value <120 g / l via the electrolyte extraction into the rinsing solution, an electrolyte extraction> 4 l / m 2 would be required with a deposition of 10 μm nickel.

4 zeigt ein Schema einer Anlage zur chemisch-reduktiven Metallbeschichtung, in der die Nutzungsdauer der Prozesslösung verlängert werden kann, mit einem schwachsauren Kationenaustauscher 14 zur Nachdosierung der Metallionen und Einstellung des pH-Werts, sowie einem starksauren Kationenaustauscher 15 und einem schwachbasischen Anionenaustauscher 9 zur Abtrennung von störenden Ionen aus einer verdünnten Prozesslösung. 4 shows a schematic of a plant for chemical-reductive metal coating, in which the service life of the process solution can be extended, with a weakly acidic cation exchanger 14 for replenishing the metal ions and adjusting the pH, as well as a strongly acidic cation exchanger 15 and a weakly basic anion exchanger 9 for the separation of interfering ions from a diluted process solution.

Der Aufbau der Anlage entspricht hinsichtlich des Beschichtungsbehälters 1 und des Spülsystems 3 der in 1 dargestellten Anlage. Der rechte Spülbehälter 3 ist in dieser Anlage jedoch nicht direkt mit dem Beschichtungsbehälter 1, sondern mit einem zusätzlichen Regenerierbehälter 16 verbunden. Durch diese Verbindung kann dem Regenerierbehälter 16 Spüllösung zugeführt werden. Auch vom Beschichtungsbehälter 1 geht eine Verbindung zum Regenerierbehälter 16, durch welche diesem Prozesslösung zugeführt werden kann. Durch diese Verbindung kann dem Beschichtungsbehälter 1 die erforderliche Menge an Prozesslösung entnommen werden, die für die vollständige Überführung der bei der chemisch-reduktiven Metallabscheidung gebildeten Fremdstoffe in den Regenerierbehälter 16 erforderlich ist.The structure of the system corresponds with regard to the coating container 1 and the flushing system 3 the in 1 shown plant. The right rinse tank 3 is not in this system directly with the coating container 1 but with an additional regeneration container 16 connected. This connection allows the regeneration tank 16 Rinsing solution are supplied. Also from the coating container 1 connects to the regeneration tank 16 through which this process solution can be supplied. Through this connection, the coating container 1 the required amount of process solution can be removed, for the complete transfer of the foreign substances formed in the chemical-reductive metal deposition into the regeneration tank 16 is required.

Der Regenerierbehälter 16 ist mit einem starksauren Kationenaustauscher 15 und einem schwachbasischen Anionenaustauscher 9 verbunden, die in Reihe geschaltet sind. Dabei ist der Zulauf des starksauren Kationenaustauschers 15 mit dem Regenerierbehälter 16 und sein Ablauf mit dem Zulauf des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 verbunden. Der Ablauf des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 ist wiederum mit dem Regenerierbehälter 16 verbunden. Zusätzlich ist der Zulauf des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 über eine zusätzliche Leitung direkt mit dem Regenerierbehälter 16 verbunden. Durch diese Verbindung wird der schwachbasische Anionenaustauscher 9 bei Bedarf direkt mit der verdünnten Prozesslösung beaufschlagt werden. Diese beiden Ionenaustauscher 9, 15 entsprechen in ihrem jeweiligen Aufbau und in ihrer Funktionsweise denen aus 3.The regeneration tank 16 is with a strongly acidic cation exchanger 15 and a weakly basic anion exchanger 9 connected, which are connected in series. Here is the inflow of the strongly acidic cation exchanger 15 with the regeneration tank 16 and its sequence with the addition of the weakly basic anion exchanger 9 connected. The process of the weakly basic anion exchanger 9 is again with the regeneration container 16 connected. In addition, the feed of the weakly basic anion exchanger 9 via an additional line directly to the regeneration tank 16 connected. This connection makes the weakly basic anion exchanger 9 If necessary, the diluted process solution can be applied directly. These two ion exchangers 9 . 15 correspond to those in their respective structure and in their functioning 3 ,

Der Zulauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 ist mit dem Regenerierbehälter 16 und der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 ist mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden. In seinem Aufbau und seiner Funktionsweise entspricht der schwachsaure Kationenaustauscher 14 dem zu 1 beschriebenen Kationenaustauscher. Die Metallbeschichtung in dieser Anlage erfolgt analog zur Vorgehensweise, die zu 3 beschrieben wurde, jedoch wird hier die Spüllösung vor der Aufbereitung mit den Ionenaustauschern 9, 14 und 15 in einem Regenerierbehälter 16 mit Prozesslösung versetzt. Dadurch kann dem Beschichtungsbehälter 1 die erforderliche Menge an Prozesslösung entnommen werden, die für die vollständige Überführung der bei der chemisch-reduktiven Metallabscheidung gebildeten Fremdstoffe in den Regenerierbehälter 16 erforderlich ist. Im Unterschied zu 3 erfolgt in dieser Anlage die Nachdosierung des Reduktionsmittels in den Regenerierbehälter 16.The feed of the weakly acidic cation exchanger 14 is with the regeneration tank 16 and the course of the weakly acidic cation exchanger 14 is with the coating container 1 connected. The weakly acidic cation exchanger corresponds in its structure and mode of operation 14 to that 1 described cation exchanger. The metal coating in this system is carried out in the same way as for the procedure 3 has been described, but here the rinsing solution before treatment with the ion exchangers 9 . 14 and 15 in a regeneration container 16 mixed with process solution. This allows the coating container 1 the required amount of process solution can be removed, for the complete transfer of the foreign substances formed in the chemical-reductive metal deposition into the regeneration tank 16 is required. In contrast to 3 In this system, the reducing agent is replenished into the regeneration tank 16 ,

Zur chemisch-reduktiven Abscheidung von Nickel auf Stahloberflächen wird das Werkstück 2 im Beschichtungsbehälter 1 bei einer Temperatur von ca. 85°C behandelt. Die Prozesslösung hat zu Beginn des Prozesses einen pH-Wert von 4,5 und einen Nickelgehalt von 6,0 g/l. Durch die Metallabscheiung sinken pH-Wert und der Nickelgehalt in der Prozesslösung. Die Nachdosierung des Reduktionsmittels NaH2PO2 erfolgt in wässriger Lösung in den Regenerierbehälter 16.The workpiece is used for the chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces 2 in the coating container 1 treated at a temperature of approx. 85 ° C. The process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / l at the start of the process. The metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution. The reducing agent NaH 2 PO 2 is subsequently metered into the regeneration tank in aqueous solution 16 ,

Zur Aufbereitung der Prozesslösung wird ein bestimmter Volumenstrom der Prozesslösung aus dem Beschichtungsbehälter 1 dem Regenerierbehälter 16 zugeführt und dort mit Spüllösung verdünnt. Diese verdünnte Prozesslösung wird aus dem Regenerierbehälter 16 in einem Teilstrom über den starksauren Kationenaustauscher 15 in der H+-Beladung geleitet. Dieser bindet störende Kationen, die hier vor allem aus dem Reduktionsmittel und dem Basismaterial des zu beschichtenden Werkstückes stammen und gibt Protonen in die Lösung ab. Es werden dabei aber auch Nickelionen aus der Lösung entfernt. Die angesäuerte Lösung wird auf einen schwachbasischen Anionenaustauscher 9 aufgegeben, der sich in der Form der freien Base befindet. Durch die Aufgabe der angesäuerten Lösung wird dieser in die zum Anionenaustausch befähigte protonierte Form überführt. Bedingt durch die Selektivität des Anionenaustauscherpolymeres werden Anionen wie Sulfat oder Orthophosphit stärker gebunden und können Anionen, die vom Austauscherpolymer weniger fest gebunden werden, wieder vom Austauscher 9 verdrängen. Dadurch wird die bevorzugte Bindung von Sulfat und Orthophosphit erreicht, wodurch diese Anionen aus der verdünnten Prozesslösung entfernt werden. Der Ablauf des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 wird wieder in den Regenerierbehälter 16 zurückgeführt, so dass eine effiziente Entfernung der störenden Ionen über die Kreislaufführung möglich ist.To prepare the process solution, a certain volume flow of the process solution from the coating container 1 is the regeneration container 16 fed and diluted there with rinsing solution. This diluted process solution is removed from the regeneration tank 16 in a partial flow over the strongly acidic cation exchanger 15 headed in the H + load. This binds disruptive cations, which come primarily from the reducing agent and the base material of the workpiece to be coated, and releases protons into the solution. However, nickel ions are also removed from the solution. The acidified solution is placed on a weakly basic anion exchanger 9 abandoned, which is in the form of the free base. By giving up the acidified solution, it is converted into the protonated form capable of anion exchange. Due to the selectivity of the anion exchange polymer, anions such as sulfate or orthophosphite are more strongly bound and anions that are less firmly bound by the exchange polymer can be returned by the exchanger 9 displace. This achieves the preferred binding of sulfate and orthophosphite, which removes these anions from the diluted process solution. The process of the weakly basic anion exchanger 9 is back in the regeneration container 16 recycled so that an efficient removal of the interfering ions is possible via the circuit.

Die gereinigte Lösung wird aus dem Regenerierbehälter 16 über den schwachsauren Kationenaustauscher 14 in den Beschichtungsbehälter 1 geführt, um die Verdunstungsverluste auszugleichen. Dadurch wird erreicht, dass die beim Reinigungsprozess eingebrachten Protonen wieder entfernt werden, und dass gleichzeitig die Ionen des Beschichtungsmetalls in die Prozesslösung ohne störendes Anion eingebracht werden.The cleaned solution is from the regeneration tank 16 about the weakly acidic cation exchanger 14 in the coating container 1 led to compensate the evaporation losses. This ensures that the protons introduced during the cleaning process are removed again and that the ions of the coating metal are simultaneously introduced into the process solution without a disruptive anion.

Durch die direkte Verbindung von Beschichtungsbehälter 1 und Regenerierbehälter 16 wird der erforderliche Volumenstrom an Prozesslösung in den Regenerierbehälter 16 überführt und aus diesem über die Ionenaustauscher geleitet. Vorteilhaft kann in der Anlage aus 4 der über die Ionenaustauscher geleitete Volumenstrom an Prozesslösung, im Unterschied zu der Anlage aus 3, unabhängig vom Wert der Elektrolytausschleppung in das Spülwasser eingestellt werden. Über die Einstellung des Volumenstroms an Prozesslösung kann die gewünschte Fremdstoffkonzentration in der Prozesslösung eingestellt werden. Dessen Wert wird über die Gleichung 2 berechnet. Durch die Vermeidung einer Anreicherung von Fremdstoffen kann die Nutzungsdauer der Prozesslösung in der hier beschriebenen Anlage aus 4 deutlich über 20 MTO verlängert werden.Through the direct connection of the coating container 1 and regeneration tank 16 the required volume flow of process solution into the regeneration tank 16 transferred and passed from this over the ion exchanger. Can be advantageous in the plant 4 the volume flow of process solution passed through the ion exchanger, in contrast to the system 3 , irrespective of the value of the electrolyte extraction in the rinse water. The desired concentration of foreign substances in the process solution can be set by adjusting the volume flow of process solution. Its value is determined by the equation 2 calculated. By avoiding the accumulation of foreign substances, the service life of the process solution in the system described here can be extended 4 can be extended significantly above 20 MTO.

5 zeigt ein Schema einer Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung, in der die Nachdosierung des Reduktionsmittels und die Abrennung von störenden Anionen in einem Hilfskreislauf erfolgt. 5 shows a diagram of a device for extending the service life of the process solution, in which the redosing of the reducing agent and the separation of disruptive anions takes place in an auxiliary circuit.

Kernstück dieser Vorrichtung ist eine Membranelektrolysezelle. Diese besteht aus einer Kathode (–) und einer Anode (+) und je einer der Kammern 6, 7, 8, 12, die zwischen den Elektroden angeordnet sind, wobei diese Kammern eine Grundeinheit bilden. Zur Vergrößerung der Kapazität kann die Membranelektrolysezelle um weitere Kammern 7, 8 und 12 erweitert werden, wobei diese zwischen den Kammern 6 und 7 eingereiht werden.The core of this device is a membrane electrolysis cell. This consists of a cathode (-) and an anode (+) and one of the chambers 6 . 7 . 8th . 12 , which are arranged between the electrodes, these chambers forming a basic unit. To increase the capacity, the membrane electrolysis cell can be equipped with additional chambers 7 . 8th and 12 be expanded, this between the chambers 6 and 7 be classified.

Die Kammern 6 und 7, sowie die Kammern 12 und 7 werden jeweils durch eine Kationenaustauschermembran K1 von einander getrennt. Die Trennung der Kammern 7 und 8 erfolgt jeweils durch eine Anionenaustauschermembran A1, die Trennung der Kammern 8 und 12 erfolgt jeweils über eine Anionenaustauschermembran A2. Als Kationenaustauschermembran K1 werden Membranen des Typs Neosepta CMX, der Firma Tokuyama Soda, Tokuyama City, Japan, und als Anionenaustauschermembranen A1 und A2 Membranen des Typs Neosepta AMX, Tokuyama Soda, Tokuyama City, Japan, verwendet.The chambers 6 and 7 , as well as the chambers 12 and 7 are separated from each other by a cation exchange membrane K1. The separation of the chambers 7 and 8 each take place through an anion exchange membrane A1, the separation of the chambers 8th and 12 each takes place via an anion exchange membrane A2. Membranes of the Neosepta CMX type, from Tokuyama Soda, Tokuyama City, Japan, are used as the cation exchange membrane K1, and membranes of the Neosepta AMX type, Tokuyama Soda, Tokuyama City, Japan, are used as anion exchange membranes A1 and A2.

Neben der Membranelektrolysezelle enthält die Vorrichtung einen schwachbasischen Anionenaustauscher 9 zur Auftrennung des Anionengemisches und einen starksauren Kationenaustauscher 11 zur Entfernung von störenden Kationen. Diese sind Bestandteil des Hilfskreislaufs der Membranelektrolysezelle. Der starksaure Kationenaustauscher 11 des Hilfskreislaufes entspricht dabei in seinem Aufbau und seiner Beladung dem starksauren Kationenaustauscher 15 aus 3. Der schwachbasische Anionenaustauscher 9 entspricht in Aufbau und Beladung ebenfalls dem aus 3. Des weiteren enthält die Vorrichtung einen Pufferbehälter 10, in welchen das nachzudosierende Reduktionsmittel zugegeben wird.In addition to the membrane electrolysis cell, the device contains a weakly basic anion exchanger 9 to separate the anion mixture and a strongly acidic cation exchanger 11 for the removal of interfering cations. These are part of the auxiliary circuit of the membrane electrolysis cell. The strongly acidic cation exchanger 11 The structure and loading of the auxiliary circuit corresponds to that of the strongly acidic cation exchanger 15 out 3 , The weakly basic anion exchanger 9 corresponds to that in structure and loading 3 , The device also contains a buffer container 10 , in which the reducing agent to be added is added.

Der Zulauf des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 ist mit Kammer 7 und der Ablauf mit dem Pufferbehälter 10 verbunden. Durch die Verbindung des Pufferbehälters 10 mit der Kammer 12 wird ein Hilfskreislauf eingerichtet. Der Pufferbehälter 10 ist in einem weiteren kleinen Kreislauf mit dem Zulauf und dem Ablauf des starksauren Kationenaustauschers 11 verbunden. Die Beaufschlagung der beiden Ionenaustauschersäulen 9, 11 erfolgt in bekannter Weise mit Hilfe von Pumpen, in Gleichstromfahrweise. Alternativ ist auch eine Gegenstromfahrweise möglich.The feed of the weakly basic anion exchanger 9 is with chamber 7 and the drain with the buffer tank 10 connected. By connecting the buffer tank 10 with the chamber 12 an auxiliary circuit is established. The buffer tank 10 is in another small cycle with the inlet and outlet of the strongly acidic cation exchanger 11 connected. The loading of the two ion exchange columns 9 . 11 takes place in a known manner with the aid of pumps, in a DC mode. Alternatively, a countercurrent mode of operation is also possible.

Des weiteren enthält die Vorrichtung einen Vorlagebehälter 5 für die aufzubereitende Prozesslösung und einen Stapelbehälter 13 für die aufbereitete Prozesslösung. Der Vorlagebehälter 5 ist mit dem Zulauf und der Stapelbehälter 13 mit dem Ablauf der Kammer 8 der Membranelektrolysenanlage verbunden.Furthermore, the device contains a storage container 5 for the process solution to be prepared and a stacking container 13 for the prepared process solution. The storage container 5 is with the inlet and the stacking container 13 with the drain of the chamber 8th connected to the membrane electrolysis system.

Die Kammern 8 der Membranelektrolysenanlage bzw. der Vorlagebehälter 5 und Stapelbehälter 13, welche mit Prozesslösung befüllt werden, sind schraffiert dargestellt. Die Kammern ohne Schraffur enthalten Regenerierlösung 7, 12 bzw. eine verdünnte Säure (Kammer 6). Die Regenerierlösung besteht aus einer wässrigen Natriumhypophosphitlösung (ca. 50 g/l) und wird durch die Beaufschlagung auf den starksauren Kationenaustauscher 15 teilweise in Phosphinsäure umgewandelt. Durch den elektrodialytischen Transport der Anionen aus der Prozesslösung enthält die Regenerierlösung auch bestimmte Mengen dieser Anionen, wobei diese Mengen vom Beladungszustand des Anionenaustauschers 9 abhängig ist.The chambers 8th the membrane electrolysis system or the storage container 5 and stacking containers 13 which are filled with process solution are shown hatched. The chambers without hatching contain regeneration solution 7 . 12 or a dilute acid (chamber 6 ). The regeneration solution consists of an aq sodium hypophosphite solution (approx. 50 g / l) and is applied to the strongly acidic cation exchanger 15 partially converted to phosphinic acid. Due to the electrodialytic transport of the anions from the process solution, the regeneration solution also contains certain amounts of these anions, these amounts depending on the state of charge of the anion exchanger 9 is dependent.

Zur Verlängerung ihrer Nutzungsdauer werden die Anionen in dieser Vorrichtung aus einer Prozesslösung, die bei der chemisch-reduktiven Metallabscheidung eingesetzt wurde, kationenfrei entfernt und gleichzeitig wird das Reduktionsmittel nachdosiert. Hierzu wird, wie beispielhaft für die chemisch reduktive Nickelbeschichtung erläutert, wie folgt verfahren:
Der Vorlagebehälter 5 wird mit aufzubereitender, abgekühlter Prozesslösung befüllt. Aus dem Vorlagebehälter 5 wird die Prozesslösung in die von Anionenaustauschermembranen A1 und A2 begrenzte Kammern 8 der Membranelektrolysezelle geleitet. Die in der Prozesslösung enthaltenen Anionen (Sulfat, Chlorid, Hypophosphit, Orthophosphit und zum Teil auch die Anionen der in Prozesslösung enthaltenen organischen Säuren) wandern elektrodialytisch durch die Anionenaustauschermembran A1 hindurch und gelangen in die Kammer 7, die durch die Kationenaustauschermembran K1 zur Anode (+) bzw. zur Kammer 12 begrenzt ist und in der sich jeweils eine verdünnte Säure befindet. Aus der Anodenkammer 6 gelangen Protonen, die durch Wasserzersetzung an der Anode (+) gebildet werden, in die Kammer 7 und bilden zusammen mit den elektrodialytisch transportierten Anionen die entsprechenden freien Säuren. Durch die Kationenaustauschermembran K1 werden die Anionen am Übertritt in die Anodenkammer 6 bzw. in die Kammer 12 gehindert.
To extend their useful life, the anions in this device are removed cation-free from a process solution that was used in the chemical-reductive metal deposition, and at the same time the reducing agent is replenished. For this purpose, as explained by way of example for the chemically reductive nickel coating, the procedure is as follows:
The storage container 5 is filled with processed, cooled process solution. From the storage container 5 the process solution in the chambers delimited by anion exchange membranes A1 and A2 8th the membrane electrolysis cell passed. The anions contained in the process solution (sulfate, chloride, hypophosphite, orthophosphite and in some cases also the anions of the organic acids contained in the process solution) migrate electrodialytically through the anion exchange membrane A1 and reach the chamber 7 which through the cation exchange membrane K1 to the anode (+) or to the chamber 12 is limited and in which there is a dilute acid. From the anode chamber 6 protons, which are formed by water decomposition at the anode (+), enter the chamber 7 and together with the electrodialytically transported anions form the corresponding free acids. Through the cation exchange membrane K1, the anions are transferred to the anode chamber 6 or in the chamber 12 prevented.

Das Säuregemisch in Kammer 7 wird über den schwachbasischen Anionenaustauscher 9 in der Form der freien Base geleitet. Der schwachbasische Anionenaustauscher 9 bindet bis zur vollständigen Ausnutzung seiner Kapazität die in Kammer 7 gebildeten Säuren. Dabei wird er gleichzeitig aus der Form der freien Base in die protonierte Form überführt. Danach bindet er bevorzugt Sulfat-, Chlorid- und Orthophosphitionen und setzt eine äquivalente Menge an zuvor gebundenen Hypophosphitionen frei.The acid mixture in chamber 7 is about the weakly basic anion exchanger 9 headed in the form of the free base. The weakly basic anion exchanger 9 binds in chamber until its capacity is fully used 7 acids formed. At the same time, it is converted from the form of the free base to the protonated form. He then preferentially binds sulfate, chloride and orthophosphite ions and releases an equivalent amount of previously bound hypophosphite ions.

Der Ablauf des Anionenaustauschers 9 wird in den Pufferbehälter 10 des Hilfskreislaufes überführt. Dort erfolgt die Nachdosierung des Reduktionsmittels in Form von Natriumhypophosphit. Aus diesem Pufferbehälter wird die Regenerierlösung in einem kleinen Kreislauf über einen starksauren Kationenaustauscher 11 geleitet, welcher mit Protonen beladen ist. Durch diesen Kationenaustauscher 11 werden die Natriumionen, die durch die Nachdosierung des Reduktionsmittels als Natriumhypophosphit in die Regenerierlösung gelangt sind, wieder entfernt.The process of the anion exchanger 9 is in the buffer tank 10 of the auxiliary circuit. There, the reducing agent is added in the form of sodium hypophosphite. The regeneration solution is made from this buffer tank in a small circuit via a strongly acidic cation exchanger 11 passed, which is loaded with protons. Through this cation exchanger 11 the sodium ions which have entered the regeneration solution as sodium hypophosphite as a result of the subsequent addition of the reducing agent are removed again.

Aus dem Pufferbehälter 10 wird die Regenerierlösung in die Kammer 12 der Membranelektrolysezelle geleitet, wobei die endständige Kammer 12 der Membranelektrolysezelle die Kathode (–) enthält. Aus der Kammer 12 wandern die Hypophosphitionen elektrodialytisch durch die Anionenaustauschermembran A2 in die in der Kammer 8 befindliche Prozesslösung.From the buffer tank 10 the regeneration solution is in the chamber 12 the membrane electrolysis cell passed, the terminal chamber 12 the membrane electrolysis cell contains the cathode (-). Out of the chamber 12 The hypophosphite ions migrate electrodialytically through the anion exchange membrane A2 into that in the chamber 8th process solution.

Nachdem durch den Regenerierprozess in der Membranelektrolysezelle keine Kationen aus der Prozesslösung entfernt werden, verändert sich durch den Regenerierprozess der Salzgehalt in der aufbereiteten Prozesslösung nicht. Es werden lediglich Sulfat-, Chlorid- und Orthophosphit-Ionen aus der Lösung entfernt und durch eine äquivalente Menge an Hypophosphitionen ersetzt. Dadurch wird die Prozesslösung mit Reduktionsmittel angereichert. Die so aufbereitete Prozesslösung wird aus der Kammer 8 in den Stapelbehälter 13 geleitet und kann wieder zur chemisch-reduktiven Metallbeschichtung eingesetzt werden.Since no cations are removed from the process solution by the regeneration process in the membrane electrolysis cell, the salt content in the prepared process solution does not change by the regeneration process. Only sulfate, chloride and orthophosphite ions are removed from the solution and replaced by an equivalent amount of hypophosphite ions. This enriches the process solution with reducing agents. The process solution prepared in this way is removed from the chamber 8th in the stacking container 13 passed and can be used again for chemical-reductive metal coating.

6 zeigt ein Schema einer Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung, in der die Nachdosierung des Reduktionsmittels und die Abtrennung von störenden Anionen in einem Hilfskreislauf einer Membranelektrolysezelle erfolgt. Zur Erhöhung der Durchsatzleistung ist die Membranelektrolysezelle im Vergleich zu 5 um zusätzliche Kammern erweitert. Diese Membranelektrolysenanlage enthält 40 Einheiten der Kammern 7, 8, 12. In 6 sind der einfacheren Darstellung halber jedoch nur drei Einheiten der Kammern 7, 8, 12 dargestellt. 6 shows a diagram of a device for extending the useful life of the process solution, in which the redosing of the reducing agent and the removal of disruptive anions takes place in an auxiliary circuit of a membrane electrolysis cell. To increase the throughput, the membrane electrolysis cell is compared to 5 expanded by additional chambers. This membrane electrolysis system contains 40 units of the chambers 7 . 8th . 12 , In 6 are only three units of the chambers for the sake of simplicity 7 . 8th . 12 shown.

Durch die zusätzlichen Kammern wird die für den Ionentransport benötigte Membranfläche, über die Prozess- und Regenerierlösung miteinander in Kontakt stehen, vergrößert. Damit kann im Aufbereitungsprozess die Transportleistung, die zur Abtrennung einer vorgegebenen Fracht an Fremdstoffen erforderlich ist, erreicht werden.By the additional Chambers is for needed the ion transport Membrane area over which process and regeneration solution are in contact with each other, enlarged. This can be used in the preparation process the transport service required to separate a given freight of foreign substances is required.

Zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung, die bei der chemisch-reduktiven Metallabscheidung eingesetzt wurde, wird die eingesetzte Prozesslösung in dieser Vorrichtung mit Reduktionsmittel angereichert und es werden gleichzeitig störende Anionen aus ihr abgetrennt. Dazu wird analog der Beschreibung zu 5 verfahren. An die erweiterte Membranelektrolysezelle mit 40 Einheiten wird eine Spannung von 90 V angelegt.In order to extend the useful life of a process solution that was used in the chemical-reductive metal deposition, the process solution used in this device is enriched with reducing agent and disruptive anions are simultaneously separated from it. The description is analogous to this exercise too 5 method. A voltage of 90 V is applied to the expanded membrane electrolysis cell with 40 units.

7 zeigt ein Schema einer Anlage zur chemisch-reduktiven Metallbeschichtung, in der die Nutzungsdauer der Prozesslösung durch die Abtrennung störender Anionen und die Nachdosierung des Reduktionsmittels in einer Membranelektrolysezelle mit einem Hilfskreislauf verlängert wird. In Bezug auf den Beschichtungsbehälter 1, das Spülsystem 3 und den Wärmetauscher 4 ist diese Anlage entsprechend der Anlage aus 2 aufgebaut. Als zusätzliche Komponente enthält die Anlage eine Vorrichtung zur Abtrennung störender Anionen und zur Nachdosierung des Reduktionsmittels, in der die Auftrennung des Anionengemisches in einem Hilfskreislauf erfolgt. Die Vorrichtung entspricht in ihrem Aufbau derjenigen aus 6 und enthält 40 Einheiten der Kammern 7, 8, 12. In 7 sind der einfacheren Darstellung jedoch nur zwei Einheiten der Kammern 7, 8, 12 dargestellt. Der Vorlagebehälter 5 und der Stapelbehälter 13 der Vorrichtung sind, wie in 2 über den Wärmetauscher 4 mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden. 7 shows a schematic of a plant for chemical-reductive metal coating, in which the service life of the process solution is extended by the removal of disruptive anions and the subsequent dosing of the reducing agent in a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit. Regarding the coating container 1 , the flushing system 3 and the heat exchanger 4 this system is made according to the system 2 built up. As an additional component, the system contains a device for separating disruptive anions and for further metering of the reducing agent, in which the anion mixture is separated in an auxiliary circuit. The construction of the device corresponds to that of 6 and contains 40 units of the chambers 7 . 8th . 12 , In 7 are, however, only two units of the chambers for simpler illustration 7 . 8th . 12 shown. The storage container 5 and the stacking container 13 the device are as in 2 via the heat exchanger 4 with the coating container 1 connected.

Zur chemisch-reduktiven Abscheidung von Nickel auf Stahloberflächen wird in dieser Anlage wie folgt verfahren: Das Werkstück 2 wird im Beschichtungsbehälter 1 bei einer Temperatur von ca. 85°C in Analogie zu der Beschreibung zu 1 behandelt. Die Prozesslösung hat zu Beginn des Prozesses einen pH-Wert von 4,5 und einen Nickelgehalt von 6,0 g/l. Durch die Metallabscheidung sinken der pH-Wert und der Nickelgehalt in der Prozesslösung. Die Nachdosierung der verbrauchten Ionen des Beschichtungsmetalls erfolgt hier durch Zugabe von Nickelsulfat in die Prozesslösung. Die Einstellung des pH-Werts erfolgt durch Zugabe von Natronlauge zur Prozesslösung.The procedure for the chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces is as follows: The workpiece 2 is in the coating tank 1 at a temperature of approx. 85 ° C in analogy to the description 1 treated. The process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / l at the start of the process. The metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution. The used ions of the coating metal are subsequently metered in by adding nickel sulfate to the process solution. The pH is adjusted by adding sodium hydroxide solution to the process solution.

Die Nachdosierung des Reduktionsmittels und die Abtrennung von störenden Anionen erfolgt in dieser Anlage in einem Hilfskreislauf wie zu 5 beschrieben. Dazu wird ein bestimmter Volumenstrom der Prozesslösung dem Beschichtungsbehälter 1 entnommen und, entsprechend der Beschreibung zu 2, über den Wärmetauscher 4 auf Temperaturen < 50°C abgekühlt, und im Vorlagebehälter 5 gesammelt. Der erforderliche Volumenstrom wird mit Hilfe der Gleichung (2) berechnet. Zur Kühlung im Wärmetauscher 4 wird aufbereitete Prozesslösung verwendet, die zu diesem Zwecke dem Stapelbehälter 13 entnommen wird und in die Prozesslösung geleitet wird.The metering of the reducing agent and the removal of interfering anions is carried out in an auxiliary circuit in this system as for 5 described. For this purpose, a certain volume flow of the process solution becomes the coating container 1 removed and, according to the description 2 , via the heat exchanger 4 cooled to temperatures <50 ° C, and in the storage container 5 collected. The required volume flow is calculated using equation (2). For cooling in the heat exchanger 4 prepared process solution is used, the stacking container for this purpose 13 is removed and fed into the process solution.

Aus dem Vorlagebehälter 5 wird die Prozesslösung, wie zu 5 beschrieben, in der Membranelektrolysezelle mit dem Hilfskreislauf in Kontakt gebracht. An die Membranelektrolysezelle mit 40 Einheiten wird eine Spannung von 90 V angelegt. In der Membranelektrolysezelle werden durch den Kontakt mit dem Hilfskreislauf und die angelegte Spannung störende Anionen aus der Prozesslösung abgetrennt und gleichzeitig wird Reduktionsmittel kationenfrei in die Prozesslösung eindosiert. Die aufbereitete Prozesslösung wird dem Stapelbehälter 13 zugeführt und über den Wärmetauscher 4 analog der Beschreibung zu 2 wieder auf Prozesstemperatur gebracht und in den Beschichtungsbehälter 1 zurückgeführt.From the storage container 5 becomes the process solution how to 5 described, brought into contact with the auxiliary circuit in the membrane electrolysis cell. A voltage of 90 V is applied to the membrane electrolysis cell with 40 units. In the membrane electrolysis cell, interfering anions are separated from the process solution by contact with the auxiliary circuit and the applied voltage, and at the same time reducing agent is metered into the process solution without cation. The processed process solution is the stacking container 13 fed and via the heat exchanger 4 analogous to the description of 2 brought back to process temperature and in the coating container 1 recycled.

Bei der erfindungsgemäßen Anwendung der Anlage ergeben sich in Abhängigkeit des Metalldurchsatzes folgende Parameter für die Prozesslösung:

Figure 00480001
When using the system according to the invention, the following parameters for the process solution result depending on the metal throughput:
Figure 00480001

Durch die Abtrennung störender Anionen und der kationenfreien Nachdosierung des Reduktionsmittels im Hilfskreislauf wird eine deutliche Verminderung des Fremdstoffanstieges erreicht. Mit der in 7 dargestellten Anlage können jedoch keine Kationen aus der Prozesslösung entfernt werden. Die Einstellung des pH-Wertes erfolgt durch die Zugabe von Natronlauge in die Prozesslösung, was ein Eintrag von Kationen in die Prozesslösung zufolge hat. Dies begrenzt durch die resultierende Aufsalzung die Nutzungsdauer der Prozesslösung, durch welche die Hypophosphit-Konzentration in der Prozesslösung ansteigt.Through the separation of disruptive anions and the cation-free replenishment of the reducing agent A significant reduction in the increase in foreign matter is achieved in the auxiliary circuit. With the in 7 shown system, however, no cations can be removed from the process solution. The pH is adjusted by adding sodium hydroxide solution to the process solution, which means that cations have entered the process solution. Due to the resulting salting, this limits the service life of the process solution, which increases the hypophosphite concentration in the process solution.

Durch die Abtrennung störender Anionen im Hilfskreislauf und die Nachdosierung des Reduktionsmittels ohne störende Kationen kann eine Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung auf mindestens 12 MTO erreicht werden, wobei über den Volumenstrom an Prozesslösung, die über die Membranelektrolysezelle geleitet wird, die Orthophosphit-Konzentration in der Prozesslösung eingestellt und ein starker Anstieg der Hypophosphit-Konzentration in der Prozesslösung vermieden wird. Die Berechnung der Volumenströme erfolgt nach Gleichung 2.By the separation more disruptive Anions in the auxiliary circuit and replenishment of the reducing agent without annoying Cations can be an extension the service life of the process solution can be achieved on at least 12 MTO, with the volume flow of process solution being via the Membrane electrolysis cell is passed, the orthophosphite concentration in the process solution discontinued and a sharp increase in hypophosphite concentration in the process solution is avoided. The volume flows are calculated according to equation 2.

8 zeigt ein Schema einer Anlage zur chemisch-reduktiven Metallbeschichtung, in der die Nutzungsdauer der Prozesslösung durch einen schwachsauren Kationenaustauscher 14 zur Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls und Einstellung des pH-Werts und die Abtrennung störender Anionen und die Nachdosierung des Reduktionsmittels in einem Hilfskreislauf verlängert wird. Die Anlage nach 8 ist analog zu der aus 7 aufgebaut und enthält zusätzlich einen schwachsauren Kationenaustauscher 14, wie er zu 1 beschrieben wurde, und der wie in 1 mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden ist. Damit kommen die in Ausführungsbeispielen 1 und 5 beschriebenen Vorrichtungen in Kombination zum Einsatz. 8th shows a schematic of a plant for chemical-reductive metal coating, in which the service life of the process solution by a weakly acidic cation exchanger 14 to replenish the ions of the coating metal and adjust the pH and the removal of disruptive anions and the replenishment of the reducing agent in an auxiliary circuit is extended. The plant after 8th is analogous to that from 7 constructed and additionally contains a weakly acidic cation exchanger 14 how he too 1 and which was described in 1 with the coating container 1 connected is. So that come in exemplary embodiments 1 and 5 described devices in combination for use.

Zur chemisch-reduktiven Abscheidung von Nickel auf Stahloberflächen in dieser Anlage wird wie folgt verfahren: Das Werkstück 2 wird im Beschichtungsbehälter 1 bei einer Temperatur von ca. 85°C analog der Beschreibung zu 1 behandelt. Die Prozesslösung hat zu Beginn des Prozesses einen pH-Wert von 4,5 und einen Nickelgehalt von 6,0 g/l. Durch die Metallabscheidung sinken der pH-Wert und der Nickelgehalt in der Prozesslösung. Die Nachdosierung der verbrauchten Metallionen und die Einstellung des pH-Werts in der Prozesslösung erfolgt, wie zu 1 beschrieben, mit Hilfe des schwachsauren Kationenaustauschers 14. Die Nachdosierung des Reduktionsmittels und die Abtrennung von störenden Anionen erfolgt in dieser Anlage über einem Hilfskreislauf wie zu 5 beschrieben.For the chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces in this system, the procedure is as follows: The workpiece 2 is in the coating tank 1 at a temperature of approx. 85 ° C analogous to the description 1 treated. The process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / l at the start of the process. The metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution. The metering of the used metal ions and the adjustment of the pH in the process solution is done as for 1 described with the help of the weakly acidic cation exchanger 14 , The metering of the reducing agent and the removal of disruptive anions is carried out in this system via an auxiliary circuit as for 5 described.

Da durch den erfindungsgemäßen Einsatz des schwachsauren Kationenaustauschers 14 keine störenden Anionen bei der Nachdosierung der Metallionen in die Prozesslösung eingebracht werden, müssen aus der Prozesslösung erheblich geringere Fremdstoffmengen abgetrennt werden. Zudem wird die Aufsalzung der Prozesslösung vermieden, da zur Einstellung des pH-Wertes keine Natronlauge und damit keine zusätzlichen Kationen in die Prozesslösung eingetragen werden. Dies ermöglicht die weitgehende Abtrennung von Orthophosphit, ohne dass gleichzeitig der Hypophosphit-Gehalt über den Soll-Wert in der Prozesslösung ansteigt.As by the use of the weakly acidic cation exchanger according to the invention 14 If no disturbing anions are introduced into the process solution when the metal ions are replenished, significantly smaller amounts of foreign matter must be separated from the process solution. Salting of the process solution is also avoided, since no sodium hydroxide solution and therefore no additional cations are introduced into the process solution to adjust the pH. This enables the extensive separation of orthophosphite without simultaneously increasing the hypophosphite content above the target value in the process solution.

Durch die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls und des Reduktionsmittels ohne störende Ionen, die Abtrennung störender Anionen aus der Prozesslösung sowie die Vermeidung einer Zugabe von Natronlauge in die Prozesslösung zur Einstellung des pH-Wertes wird die Zusammensetzung der Prozesslösung über einen längeren Zeitraum stabilisiert und ein nahezu stationärer Zustand bezüglich des pH-Werts, der Konzentrationen von Sulfat, Na+, Hypophosphit und Orthophosphit erreicht. Die Zusammensetzung der Prozesslösung im stationären Zustand wird durch folgende tabellarisch dargestellten Parameter charakterisiert und entspricht einem Badalter von ca. 1 MTO.By metering the ions of the coating metal and the reducing agent without interfering ions, separating interfering anions from the process solution and avoiding adding sodium hydroxide solution to the process solution to adjust the pH, the composition of the process solution is stabilized over a longer period of time and almost steady state with respect to pH, concentrations of sulfate, Na + , hypophosphite and orthophosphite reached. The composition of the process solution in the steady state is characterized by the following tabular parameters and corresponds to a bath age of approx. 1 MTO.

Figure 00500001
Figure 00500001

Vorteilhaft entspricht dieser stationäre Zustand in den wichtigen Parametern wie pH-Wert, Nickelgehalt und Abscheidegeschwindigkeit einer frischen Prozesslösung. Da in dieser Anlage die Ionen des Beschichtungsmetalls und Reduktionsmittel ohne störende Gegenionen nachdosiert werden, und somit die positiven Effekte der Vorrichtungen aus 1 und 5 sich ergänzen, wird die Nutzungsdauer der Prozesslösung weiter verlängert. Die Nutzungsdauer der Prozesslösung ist in der Anlage aus 8 jedoch durch den Eintrag von anderen Fremdstoffen, wie z.B. von Kationen aus dem Basismaterial des zu beschichtenden Werkstücks, begrenzt.This steady state advantageously corresponds to a fresh process solution in the important parameters such as pH value, nickel content and deposition rate. Since the ions of the coating metal and reducing agent are replenished without disturbing counterions in this system, and thus the positive effects of the devices 1 and 5 complement each other, the useful life of the process solution is further extended. The service life of the process solution is in the system 8th however, limited by the introduction of other foreign substances, such as cations from the base material of the workpiece to be coated.

9 zeigt ein Schema einer Anlage mit Hilfskreislauf und schwachsaurem Kationenaustauscher 14, die einen starksauren Kationenaustauscher 15 zur Abtrennung aus störenden Kationen aus der Prozesslösung enthält. Die Anlage nach 9 ist analog zu 8 aufgebaut und enthält zusätzlich einen starksauren Kationenaustauscher 15. Dieser starksaure Kationenaustauscher 15 ist mit Zu- und Ablauf mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden. Der Aufbau des starksauren Kationenaustauscher 15 entspricht dem aus 3. Diese Anlage enthält, wie die Anlage aus 8, im Hilfskreislauf der Membranelektrolysezelle einen starksauren Kationenaustauscher 11, dessen Aufgabe es ist, störende Kationen aus dem Hilfskreislauf abzutrennen, die durch die Zugabe des Reduktionsmittels als Natriumhypophosphit in die Regenerierlösung eingetragen werden. Da der Hilfskreislauf und die Prozesslösung durch die Anionenaustauschermembranen A1 und A2 voneinander getrennt sind, erfolgt kein Transport von Kationen aus der Prozesslösung in den Hilfskreislauf. Mit Hilfe des starksauren Kationenaustauschers 11 lassen sich somit keine störenden Kationen aus der Prozesslösung abtrennen. 9 shows a diagram of a system with auxiliary circuit and weakly acidic cation exchanger 14 which is a strongly acidic cation exchanger 15 for separation from interfering cations from the process solution. The plant after 9 is analogous to 8th constructed and additionally contains a strongly acidic cation exchanger 15 , This strongly acidic cation exchanger 15 is with inlet and outlet with the coating tank 1 connected. The structure of the strongly acidic cation exchanger 15 corresponds to that 3 , This attachment contains how the attachment looks like 8th , a strongly acidic cation exchanger in the auxiliary circuit of the membrane electrolysis cell 11 , whose task it is to separate disruptive cations from the auxiliary circuit, which are introduced into the regeneration solution as sodium hypophosphite by the addition of the reducing agent. Since the auxiliary circuit and the process solution are separated from one another by the anion exchange membranes A1 and A2, cations are not transported from the process solution into the auxiliary circuit. With the help of the strongly acidic cation exchanger 11 this means that no interfering cations can be separated from the process solution.

Die Vorgehensweise der chemisch-reduktiven Abscheidung von Nickel auf Stahloberflächen in der Anlage aus 9 entspricht derjenigen, die zur Anlage aus 8 beschrieben wurde.The procedure for the chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces in the plant 9 corresponds to that of the plant 8th has been described.

Während des chemisch-reduktiven Beschichtungsvorgangs laufen Sekundärprozesse wie z.B. Beizprozesse ab, die zu einem Eintrag von Fremdstoffen aus dem Basismaterial in die Prozesslösung führen, wobei die Fremdstoffe in der Prozesslösung in der Regel in kationischer Form vorliegen. Diese Fremdstoffe begrenzen die Nutzungsdauer der Prozesslösung insbesondere dann, wenn durch die beschriebenen Vorrichtungen über die Entfernung anderer störender Stoffe bzw. dem verminderten Eintrag störender Stoffe, wie hier insbesondere Sulfat- und Natriumionen, die Nutzungsdauer der Prozesslösung verlängert wird.During the chemical-reductive coating processes run secondary processes such as. Pickling processes that lead to an entry of foreign substances lead from the base material into the process solution, whereby the foreign substances in the process solution usually in cationic form. Limit these foreign substances the service life of the process solution especially when the devices described above Removal of other disruptive Substances or the reduced entry of disruptive substances, such as here in particular Sulfate and sodium ions, the service life of the process solution is extended.

Durch den Einsatz des zusätzlichen starksauren Kationenaustauschers 15 wird in einem Reinigungsprozess eine Anreicherung störender kationischer Fremdstoffe in der Prozesslösung beseitigt. Dazu wird ein Volumenstrom an Prozesslösung über den, wie zu 3 beschrieben, mit Protonen beladenen Kationenaustauscher 15 geleitet. Gemäss seiner Selektivität bindet der starksaure Kationenaustauscher 15 bis zum Erreichen seiner Kapazitätsgrenze dabei in der Lösung befindlichen Kationen, wobei mehrwertige Kationen bevorzugt gebunden werden, und setzt eine äquivalente Menge an Protonen in die Lösung frei. Insbesondere bindet er hier Kationen, die aus dem Basismaterial stammen und den Prozess der chemisch-reduktiven Metallabscheidung stören, aber auch die Kationen des Beschichtungsmetalls.By using the additional strongly acidic cation exchanger 15 In a cleaning process, an accumulation of interfering cationic foreign substances in the process solution is eliminated. For this purpose, a volume flow of process solution is added to the how to 3 described, proton-loaded cation exchanger 15 directed. The strongly acidic cation exchanger binds according to its selectivity 15 until the cations in the solution have reached their capacity limit, polyvalent cations preferably being bound, and releases an equivalent amount of protons into the solution. In particular, it binds cations that come from the base material and interfere with the process of chemical-reductive metal deposition, but also the cations of the coating metal.

Die Entfernung der bei der Reinigung freigesetzten Protonen und die Zuführung der bei der Reinigung mit entfernten Ionen des Beschichtungsmetalls erfolgt dadurch, dass die Prozesslösung, wie zu 1 beschrieben, über den schwachsauren Kationenaustauscher 14 geleitet wird. Die Regenerierung des starksauren Kationenaustauschers 15 erfolgt, wie zu 3 beschrieben, durch Spülen des Kationenaustauschers mit Salzsäure. Durch die Abtrennung der kationischen Fremdstoffe mit Hilfe des starksauren Kationenaustauschers 15 kann eine weitere Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung erreicht werden.The removal of the protons released during cleaning and the supply of those during cleaning with removed ions of the coating metal is done in that the process solution, such as 1 described, about the weakly acidic cation exchanger 14 is directed. The regeneration of the strongly acidic cation exchanger 15 done how to 3 described by rinsing the cation exchanger with hydrochloric acid. By separating the cationic foreign substances with the help of the strongly acidic cation exchanger 15 can further extend the useful life of the process solution.

10 zeigt ein Schema einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf und schwachsauren Kationenaustauscher 14, der mit dem Stapelbehälter 13 verbunden ist und die einen starksauren Kationenaustauscher 15 zur Abtrennung von störenden Kationen aus der Prozesslösung enthält. Die Anlage nach 10 enthält die gleichen Anlagenkomponenten wie 9, jedoch sind der Zu- und der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 nicht mit dem Beschichtungsbehälter 1, sondern mit dem Stapelbehälter 13 verbunden. 10 shows a schematic of a membrane electrolysis cell with auxiliary circuit and weakly acidic cation exchanger 14 with the stacking bin 13 and which is a strongly acidic cation exchanger 15 contains for the removal of interfering cations from the process solution. The plant after 10 contains the same system components as 9 , however, the inflow and outflow of the weakly acidic cation exchanger 14 not with the coating container 1 but with the stacking container 13 connected.

Die chemisch-reduktive Abscheidung von Nickel auf Stahloberflächen in dieser Anlage erfolgt in Analogie zur Beschreibung zu 8. Dabei erfolgt die Nachdosierung des Reduktionsmittels und die Abtrennung von störenden Anionen analog der Beschreibung zu 5 in einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf.The chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces in this system takes place in analogy to the description of 8th , The reducing agent is then metered in and interfering anions are separated off analogously to the description 5 in a membrane electrolysis cell with auxiliary circuit.

Dem Beschichtungsbehälter 1 wird ein bestimmter Volumenstrom an Prozesslösung entnommen und über den Wärmetauscher 4 auf Temperaturen < 50°C abgekühlt, und im Vorlagebehälter 5 gesammelt. Zur Kühlung wird aufbereitete Prozesslösung verwendet, die zu diesem Zwecke dem Stapelbehälter 13 entnommen und in den Beschichtungsbehälter 1 geleitet wird. Die Reinigung der abgekühlten Lösung durch die Abtrennung von störenden Anionen und die Nachdosierung von Reduktionsmittel erfolgt durch den Kontakt mit dem Hilfskreislauf in der Membranelektrolysezelle, wie dies zu 5 beschrieben wurde.The coating tank 1 a certain volume flow of process solution is taken and via the heat exchanger 4 cooled to temperatures <50 ° C, and in the storage container 5 collected. Prepared process solution is used for cooling, the stacking container for this purpose 13 removed and into the coating container 1 is directed. The cleaning of the cooled solution by the removal of interfering anions and the subsequent dosing of reducing agent takes place through contact with the auxiliary circuit in the membrane electrolysis cell, as is the case with 5 has been described.

Der Unterscheid zur Anlage aus 8 besteht darin, dass in der hier beschriebenen Anlage abgekühlte und aufbereitete Prozesslösung aus dem Stapelbehälter 13 zur Nachdosierung der verbrauchten Ionen des Beschichtungsmetalls und zur Einstellung des pH-Werts über den Nickel-Ionen beladenen schwachsauren Kationenaustauscher 14 geleitet wird. Da in dieser Ausführungsform der Anlage abgekühlte Prozesslösung auf den schwachsauren Kationenaustauscher 14 gegeben wird, verringert sich die Gefahr einer unerwünschten Nickelabscheidung auf dem Ionenaustauscherpolymer.The difference to the plant 8th consists of the cooled and prepared process solution from the stacking container in the system described here 13 for replenishing the used ions of the coating metal and for adjusting the pH value over the weakly acidic cation exchanger loaded with nickel ions 14 is directed. As in this embodiment of the plant, the process solution cooled on the weakly acidic cation exchanger 14 is given, the risk of unwanted nickel deposition on the ion exchange polymer is reduced.

Diese erfindungsgemäße Vorgehensweise ist insbesondere dann sinnvoll, wenn durch die Abtrennung störender Anionen mit gleichzeitiger Nachdosierung von Hypophosphit eine recht hohe Konzentration an Hypophosphit in der gereinigten Prozesslösung erreicht wurde, da die Gefahr der unerwünschten reduktiven Metallabscheidung mit der Konzentration des Reduktionsmittel steigt.This Procedure according to the invention is particularly useful when separating interfering anions with simultaneous replenishment of hypophosphite a very high one Concentration of hypophosphite in the cleaned process solution reached was because of the risk of unwanted reductive metal deposition with the concentration of the reducing agent increases.

Für den Reinigungsprozess zur Abtrennung störender Kationen wird mittels des starksauren Kationenaustauschers 15 verfahren, wie dies zu 9 beschrieben wurde.The strongly acidic cation exchanger is used for the cleaning process to remove interfering cations 15 proceed like this too 9 has been described.

11 zeigt ein Schema einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf, bei welcher der Zulauf des starksauren Kationenaustauschers 15 zum Zwecke der indirekten Reinigung der Prozesslösung an das Spülsystem 3 angeschlossen ist. Die Anlage nach 11 enthält die gleichen Komponenten, wie die nach 9. Im Unterschied zur Anlage nach 9 ist hier der Zulauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 nicht mit dem Beschichtungsbehälter 1, sondern mit dem Stapelbehälter 13 und sein Ablauf über den Wärmetauscher 4 mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden. In einem weiteren Unterschied zur Anlage nach 9 ist der starksauren Kationenaustauscher 15 mit seinem Zulauf mit dem Spülsystem 3 und mit seinem Ablauf mit dem Vorlagebehälter 5 verbunden. Durch den Wärmeaustauscher 4 wird der erforderliche Kühlprozess bei der Überführung von Prozesslösung aus dem Beschichtungsbehälter 1 in den Vorlagebehälter 5 für die Erwärmung aufbereiteter Lösung genutzt. Ein Verzicht auf einen Wärmeaustauscher ist möglich, sofern nur geringe Volumenströme an Prozesslösung für die Reinigung der Prozesslösung aus dem Beschichtungsbehälter 1 in den Vorlagebehälter 5 überführt werden müssen. 11 shows a schematic of a membrane electrolysis cell with auxiliary circuit, in which the inlet of the strongly acidic cation exchanger 15 for the purpose of indirect cleaning of the process solution to the rinsing system 3 connected. The plant after 11 contains the same components as the one after 9 , In contrast to the plant after 9 here is the inflow of the weakly acidic cation exchanger 14 not with the coating container 1 but with the stacking container 13 and its flow through the heat exchanger 4 with the coating container 1 connected. In another difference to the plant after 9 is the strongly acidic cation exchanger 15 with its inlet with the flushing system 3 and with its drain with the reservoir 5 connected. Through the heat exchanger 4 becomes the required cooling process when transferring process solution from the coating container 1 in the storage container 5 used for heating the prepared solution. A heat exchanger can be dispensed with, provided that only small volume flows of process solution for cleaning the process solution from the coating container 1 in the storage container 5 have to be transferred.

Zur chemisch-reduktiven Abscheidung von Nickel auf Stahloberflächen in dieser Anlage wird wie folgt verfahren: Das Werkstück 2 wird im Beschichtungsbehälter 1 bei einer Temperatur von ca. 85°C analog der Beschreibung zu 1 behandelt. Die Prozesslösung hat zu Beginn des Prozesses einen pH-Wert von 4,5 und einen Nickelgehalt von 6,0 g/l. Durch die Metallabscheidung sinken pH-Wert und der Nickelgehalt in der Prozesslösung. Nach erfolgter Beschichtung wird das beschichtete Werkstück 2 in die Spülbehälter des Spülsystems 3 eingetaucht. Mit dem Werkstück wird ein Teil der Prozesslösung in die Spüllösung des Spülsystems 3 ausgeschleppt. Dabei gelangen auch störende Kationen und Anionen aus der Prozesslösung in das Spülsystem 3. Die Einstellung des pH-Wertes und die Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls erfolgt durch den schwachsauren Kationenaustauscher 14, der zwischen den Stapelbehälter 13 und Beschichtungsbehälter 1 geschaltet ist.For the chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces in this system, the procedure is as follows: The workpiece 2 is in the coating tank 1 at a temperature of approx. 85 ° C analogous to the description 1 treated. The process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / l at the start of the process. The metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution. After coating, the coated workpiece 2 in the rinsing container of the rinsing system 3 immersed. With the workpiece, part of the process solution becomes the rinsing solution of the rinsing system 3 dragged out. Interfering cations and anions from the process solution also get into the rinsing system 3 , The pH value is adjusted and ions of the coating metal are replenished using the weakly acidic cation exchanger 14 between the stacking container 13 and coating container 1 is switched.

Die Nachdosierung des Reduktionsmittels und die Abtrennung von störenden Anionen erfolgt in dieser Anlage in einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf, wie zu 5 beschrieben, wobei der Membranelektrolysezelle eine verdünnte Prozesslösung aufgegeben wird. Dazu wird Spüllösung aus dem Spülsystem 3 über den starksauren Kationenaustauscher 15 geführt, wodurch aus der Spüllösung störende Kationen entfernt werden. Damit eine ausreichende Reinigung der Prozesslösung auch ohne hohe spezifische Elektrolytausschleppungen erreicht werden kann, wird ein bestimmter Volumenstrom der Prozesslösung aus dem Beschichtungsbehälter 1 über den Wärmetauscher 4 (optional) dem Vorlagebehälter 5 zugeführt. Der erforderliche Volumenstrom hängt von der abgeschiedenen Metallmenge ab und wird mit Hilfe der Gleichung (2) berechnet.The metering of the reducing agent and the removal of interfering anions takes place in this system in a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit, such as 5 described, wherein a diluted process solution is applied to the membrane electrolysis cell. For this, rinsing solution from the rinsing system 3 about the strongly acidic cation exchanger 15 guided, whereby disturbing cations are removed from the rinsing solution. In order for the process solution to be adequately cleaned even without high specific electrolyte carry-overs, a certain volume flow of the process solution is removed from the coating container 1 via the heat exchanger 4 (optional) the storage container 5 fed. The volume flow required depends on the amount of metal deposited and is calculated using equation (2).

Aus dem Vorlagebehälter 5 wird die Prozesslösung, wie zu 5 beschrieben, in der Membranelektrolysezelle mit dem Hilfskreislauf in Kontakt gebracht. Die Spannung, die an die Membranelektrolysenanlage angelegt wird, beträgt bei 40 Einheiten 90 V. In der Membranelektrolysezelle werden durch den Kontakt mit dem Hilfskreislauf störende Anionen aus der Prozesslösung abgetrennt und Reduktionsmittel kationenfrei in die Prozesslösung nachdosiert. Die so aufbereitete Prozesslösung wird dem Stapelbehälter 13 entnommen und zur Nachdosierung der verbrauchten Metallionen sowie zur Einstellung des pH-Werts über den mit Nickel-Ionen beladenen schwachsauren Kationenaustauscher 14 geleitet. Der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauscher 14 wird dem Beschichtungsbehälter 1 zugeführt und zum Ausgleich der Verdunstungsverluste genutzt.From the storage container 5 becomes the process solution how to 5 described, brought into contact with the auxiliary circuit in the membrane electrolysis cell. The voltage that is applied to the membrane electrolysis system is 90 V at 40 units. In the membrane electrolysis cell, disruptive anions are separated from the process solution by contact with the auxiliary circuit and reducing agents are added to the process solution without cation. The process solution prepared in this way becomes the stacking container 13 removed and for metering the used metal ions and for adjusting the pH via the weakly acidic cation exchanger loaded with nickel ions 14 directed. The course of the weakly acidic cation exchanger 14 becomes the coating tank 1 fed and used to compensate for evaporation losses.

Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung der Prozesstechnik ist, dass dem Regeneriersystem eine verdünnte Prozesslösung aufgegeben wird. Durch die niedrigere Konzentration von Inhaltsstoffen (Ionen des Beschichtungsmetalls, Reduktionsmittel) verringert sich die Gefahr einer unerwünschten Metallabscheidung auf sensiblen Komponenten der Reinigungsvorrichtung, wie z.B. Membranen und Ionenaustauscherpolymere.Advantageous with this design of the process technology, that is the regeneration system a diluted one process solution is abandoned. Due to the lower concentration of ingredients (Ions of the coating metal, reducing agent) is reduced the danger of an unwanted Metal deposition on sensitive components of the cleaning device, such as. Membranes and ion exchange polymers.

Durch die erfindungsgemäße Behandlung der Prozesslösung wird ein stationärer Zustand auf einem Konzentrationsniveau erreicht, das einem Badalter von ca. 1 MTO entspricht und durch folgende tabellarisch dargestellte Parameter der Prozesslösung charakterisiert ist:

Figure 00560001
The treatment of the process solution according to the invention achieves a steady state at a concentration level which corresponds to a bath age of approximately 1 MTO and is characterized by the following parameters of the process solution shown in table form:
Figure 00560001

Vorteilhaft entspricht dieser stationäre Zustand in den wichtigen Parametern wie pH-Wert, Nickelgehalt und Abscheidegeschwindigkeit einer frischen Prozesslösung. Durch eine Variation der Volumenströme an Prozesslösung, die mit dem Hilfskreislauf in Kontakt gebracht werden, können Zusammensetzungen der Prozesslösung eingestellt werden, die einem Badalter von 1 bis 4 MTO entsprechen.Advantageous corresponds to this stationary Condition in the important parameters such as pH value, nickel content and deposition rate a fresh process solution. By varying the volume flows of process solution, the compositions can be brought into contact with the auxiliary circuit the process solution can be set that correspond to a bath age of 1 to 4 MTO.

11
Beschichtungsbehältercoating tank
22
zu beschichtendes Werkstückto coating workpiece
33
(mehrstufiges) Spülsystem(Multi-stage) flushing system
44
Wärmetauscherheat exchangers
55
Vorlagebehälter für zu reinigende ProzesslösungStorage container for to be cleaned process solution
66
Anodenkammer der Membranelektrolysezelleanode chamber the membrane electrolysis cell
77
Anreicherungskammer des Hilfskreislaufes der Membranelektrolysezelleconcentrating compartment the auxiliary circuit of the membrane electrolysis cell
88th
Kammer der Membranelektrolysezelle mit zu reinigender Prozesslösungchamber the membrane electrolysis cell with the process solution to be cleaned
99
schwachbasischer Anionenaustauscher zur Auftrennung des Anionenweakly Anion exchanger for the separation of the anions
gemischesmixture used
1010
Pufferbehälter für den HilfskreislaufBuffer tank for the auxiliary circuit
1111
starksaurer Kationenaustauscher im Hilfskreislaufstrong acid Cation exchanger in the auxiliary circuit
1212
Regenerierkammer des Hilfskreislaufes der Membranelektrolysezelleregeneration chamber the auxiliary circuit of the membrane electrolysis cell
1313
Stapelbehälter für gereinigte ProzesslösungStacking container for cleaned process solution
1414
schwachsaurer Kationenaustauscher zur Nachdosierung desslightly acidic Cation exchanger for replenishing the
Beschichtungsmetallscoating metal
1515
starksaurer Kationenaustauscher zur Reinigung der Prozesslösungstrong acid Cation exchanger for cleaning the process solution
1616
Regenerierbehälterreplenishment containers
++
Anodeanode
-
Kathodecathode
A1, A2A1, A2
AnionaustauschermembranenAnionaustauschermembranen
K1K1
Kationenaustauschermembrancation
H2OH 2 O
Frischwasserfresh water
NaH2PO2 NaH 2 PO 2
Reduktionsmittelreducing agent

Claims (26)

Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bei dem das bei der Metallabscheidung verbrauchte Reduktionsmittel sowie Ionen des Beschichtungsmetalls nachdosiert und der pH-Wert der Prozesslösung eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass die pH-Wert-Einstellung und die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls durch Aufgabe der Prozesslösung oder einer verdünnten Prozesslösung auf mindestens einen mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauschers (14) erfolgt und die durch den schwachsauren Kationenaustauscher aufbereitete Lösung der Prozesslösung wieder zugeführt wird.Process for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, in which the reducing agent used in the metal deposition and ions of the coating metal are metered in and the pH of the process solution is adjusted, characterized in that the pH adjustment and the metering in the ions of the coating metal by placing the process solution or a diluted process solution on at least one weakly acidic cation exchanger loaded with ions of the coating metal ( 14 ) takes place and the solution prepared by the weakly acidic cation exchanger is returned to the process solution. Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bei dem das bei der Metallabscheidung verbrauchte Reduktionsmittel sowie Ionen des Beschichtungsmetalls nachdosiert und der pH-Wert in der Prozesslösung eingestellt werden, wobei Anionen in einer Membranelektrolysezelle mit zusätzlichem Hilfskreislauf zwischen der Prozesslösung und dem Hilfskreislauf über die Anionenaustauschermembranen (A1, A2) ausgetauscht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachdosierung des Reduktionsmittels in Form eines Salzes oder einer Salzlösung in den Hilfskreislauf erfolgt, wobei aus dem Reduktionsmittel stammende störende Kationen mit Hilfe eines starksauren Protonen-beladenen Kationenaustauschers (11) und störende Anionen mit Hilfe eines schwachbasischen Anionenaustauschers (9) aus dem Hilfskreislauf abgetrennt werden.Process for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, in which the reducing agent used in the metal deposition and ions of the coating metal are replenished and the pH in the process solution is adjusted, with anions in a membrane electrolysis cell with an additional auxiliary circuit between the process solution and the auxiliary circuit can be exchanged via the anion exchange membranes (A1, A2), characterized in that the reducing agent is subsequently metered into the auxiliary circuit in the form of a salt or a salt solution, with disruptive cations originating from the reducing agent using a strongly acidic proton-loaded cation exchanger ( 11 ) and disruptive anions with the help of a weakly basic anion exchanger ( 9 ) are separated from the auxiliary circuit. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die pH-Wert-Einstellung und die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls mit Hilfe mindestens eines mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauschers (14) erfolgt.A method according to claim 2, characterized in that the pH adjustment and replenishment of the ions of the coating metal using at least one weakly acidic cation exchanger loaded with ions of the coating metal ( 14 ) he follows. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei der Metallabscheidung in der Prozesslösung anreichernde störende Kationen mit Hilfe mindestens eines starksauren Protonen-beladenen Kationenaustauschers (15) abgetrennt werden.A method according to claim 2 or 3, characterized in that during the metal deposition in the process solution accumulating interfering cations with the help of at least one strongly acidic proton-loaded cation exchanger ( 15 ) are separated. Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bei dem das bei der Metallabscheidung verbrauchte Reduktionsmittel, sowie Ionen des Beschichtungsmetalls nachdosiert, und der pH-Wert der Prozesslösung eingestellt werden, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei der Metallabscheidung in der Prozesslösung anreichernde störende Kationen mit Hilfe mindestens eines starksauren Protonen-beladenen Kationenaustauschers (15) und bei der Metallabscheidung anreichernde störende Anionen mit Hilfe mindestens eines schwachbasischen Anionenaustauschers (9) aus der Prozesslösung oder einer verdünnten Prozesslösung abgetrennt werden.Process for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, in which the reducing agent used in the metal deposition and ions of the coating metal are replenished, and the pH of the process solution is adjusted, characterized in that the metal deposition in the process solution enriching interfering cations with the help of at least one strongly acidic proton-loaded cation exchanger ( 15 ) and in metal deposition enriching interfering anions with the help of at least one weakly basic anion exchanger ( 9 ) are separated from the process solution or a diluted process solution. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die pH-Wert-Einstellung und die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls mit Hilfe mindestens eines mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauschers (14) erfolgt.A method according to claim 5, characterized in that the pH adjustment and the subsequent metering of the ions of the coating metal using at least one weakly acidic cation exchanger loaded with ions of the coating metal ( 14 ) he follows. Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bestehend aus mindestens einem schwachsauren Kationenaustauscher (14) zum Einsatz für die pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, wobei die Vorrichtung Elemente zur Verbindung des Zulaufes und des Ablaufes des schwachsauren Kationenaustauschers (14) mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung und/oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, aufweist.Device for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, consisting of at least one weakly acidic cation exchanger ( 14 ) for use in adjusting the pH value and replenishing ions of the coating metal in a system for chemical-reductive metal deposition, the device elements for connecting the inlet and the outlet of the weakly acidic cation exchanger ( 14 ) with at least one container containing process solution, diluted process solution, cooled process solution and / or pretreated process solution. Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bestehend aus mindestens einem starksauren Kationenaustauscher (15) zum Einsatz für die Entfernung störender Kationen in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, wobei die Vorrichtung Elemente zur Verbindung des starksauren Kationenaustauschers (15) mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung und/oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, aufweist.Device for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, consisting of at least one strongly acidic cation exchanger ( 15 ) for use in the removal of interfering cations in a plant for chemical-reductive metal deposition, the device elements for connecting the strongly acidic cation exchanger ( 15 ) with at least one container containing process solution, diluted process solution, cooled process solution and / or pretreated process solution. Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bestehend aus mindestens einem starksauren Kationenaustauscher (15) für die Entfernung störender Kationen und mindestens einem zu diesem in Reihe oder parallel geschalteten schwachsauren Kationenaustauscher (14) zum Einsatz für die pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, wobei die Vorrichtung Elemente zur Verbindung des starksauren Kationenaustauschers (15) und des schwachsauren Kationenaustauschers (14) mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung und/oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, aufweist.Device for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, consisting of at least one strongly acidic cation exchanger ( 15 ) for the removal of interfering cations and at least one weakly acidic cation exchanger connected in series or parallel to it ( 14 ) for use in adjusting the pH value and replenishing ions of the coating metal in a system for chemical-reductive metal deposition, the device elements for connecting the strongly acidic cation exchanger ( 15 ) and the weakly acidic cation exchanger ( 14 ) with at least one container containing process solution, diluted process solution, cooled process solution and / or pretreated process solution. Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bestehend aus mindestens einem starksauren Kationenaustauscher (15) für die Entfernung störender Kationen und mindestens einem zu diesem in Reihe oder parallel geschalteten schwachbasischen Anionenaustauscher (9) für die Entfernung störender Anionen zum Einsatz in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, wobei die Vorrichtung Elemente zur Verbindung des schwachbasischen Anionenaustauschers (9) und des starksauren Kationenaustauschers (15) mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung und/oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, aufweist.Device for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, consisting of at least one strongly acidic cation exchanger ( 15 ) for the removal of interfering cations and at least one weakly basic anion exchanger connected in series or parallel to it ( 9 ) for the removal of interfering anions for use in a plant for chemical-reductive metal deposition, the device elements for connecting the weakly basic anion exchanger ( 9 ) and the strongly acidic cation exchanger ( 15 ) with at least one container containing process solution, diluted process solution, cooled process solution and / or pretreated process solution. Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich mindestens einen schwachsauren Kationenaustauscher (14) für die pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls und Elemente zur Verbindung des schwachsauren Kationenaustauschers (14) mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung und/oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, aufweist.Device for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal deposition according to claim 10, characterized in that it additionally has at least one weakly acidic cation exchanger ( 14 ) for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal and elements for connecting the weakly acidic cation exchanger ( 14 ) with at least one container containing process solution, diluted process solution, cooled process solution and / or pretreated process solution. Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung zum Einsatz in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bestehend aus einer Membranelektrolysezelle mit einem Hilfskreislauf, der mindestens einen schwachbasischen Anionenaustauscher (9) und mindestens einen zu diesem in Reihe oder parallel geschalteten starksauren Kationenaustauscher (11) enthält, wobei die Membranelektrolysezelle aus mindestens einer Anode +, einer Kathode –, und mindestens vier dazwischen in Reihe angeordneten Kammern besteht, wobei die Anode in der ersten Kammer, der Anodenkammer (6), enthalten ist, die Anodenkammer (6) über eine Kationenaustauschermembran (K1) mit der zweiten, der Anreicherungskammer (7) in Kontakt steht, die dritte Kammer (8) über Anionenaustauschermembranen (A1, A2) mit der zweiten, der Anreicherungskammer (7) und der vierten, der Nachdosierkammer (12), in Kontakt steht, wobei die Anreicherungskammer (7) und Nachdosierkammer (12) Teil des Hilfskreislaufes sind und mit dem schwachbasischen Anionenaustauscher (9) und dem starksauren Kationenaustauscher (11) verbunden sind, wobei der Kontakt zwischen Prozesslösung und Hilfskreislauf über die Anionenaustauschermembranen (A1, A2) in der dritten Kammer (8) erfolgt, die Kammern (7), (8) und (12) zusammen eine innerhalb der Membranelektrolysezelle mehrfach wiederholbare Basiseinheit bilden und die Vorrichtung Elemente zur Verbindung der dritten Kammer (8) der Membranelektrolysezelle mit mindestens einem Behälter, der abgekühlte Prozesslösung, verdünnte abgekühlte Prozesslösung, und/oder vorbehandelte abgekühlte Prozesslösung enthält, aufweist.Device for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal deposition for use in a system for chemical-reductive metal deposition, consisting of a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit that has at least one weakly basic anion exchanger ( 9 ) and at least one strongly acidic cation exchanger connected in series or parallel to this ( 11 ), where the membrane electrolysis cell consists of at least one anode +, a cathode -, and at least four chambers arranged in between, the anode in the first chamber, the anode chamber ( 6 ), the anode chamber ( 6 ) via a cation exchange membrane (K1) with the second, the enrichment chamber ( 7 ) is in contact, the third chamber ( 8th ) via anion exchange membranes (A1, A2) with the second, the enrichment chamber ( 7 ) and the fourth, the replenishment chamber ( 12 ), in contact with the enrichment chamber ( 7 ) and replenishment chamber ( 12 ) Are part of the auxiliary circuit and with the weakly basic anion exchanger ( 9 ) and the strongly acidic cation exchanger ( 11 ) are connected, whereby the contact between process solution and auxiliary circuit via the anion exchange membranes (A1, A2) in the third chamber ( 8th ) takes place, the chambers ( 7 ), ( 8th ) and ( 12 ) together one form a repeatable base unit within the membrane electrolysis cell and the device elements for connecting the third chamber ( 8th ) the membrane electrolysis cell with at least one container which contains cooled process solution, diluted cooled process solution, and / or pretreated cooled process solution. Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich mindestens einen schwachsauren Kationenaustauscher (14) für die pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls und/oder starksauren Kationenaustauscher (15) zur Abtrennung störender Kationen und Elemente zur Verbindung des schwachsauren Kationenaustauschers (14) und/oder starksauren Kationenaustauschers (15) mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung und/oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, aufweist.Device for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal deposition according to claim 12, characterized in that it additionally has at least one weakly acidic cation exchanger ( 14 ) for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal and / or strongly acidic cation exchanger ( 15 ) for the separation of interfering cations and elements for connecting the weakly acidic cation exchanger ( 14 ) and / or strongly acidic cation exchanger ( 15 ) with at least one container containing process solution, diluted process solution, cooled process solution and / or pretreated process solution. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Ionenaustauscher (9, 11, 14, 15) Säulenaustauscher sind, die mindestens ein festes, wasserunlösliches, organisches oder anorganisches Ionenaustauschermaterial enthalten und im Gleich- oder Gegenstrom regeneriert werden können.Device according to one of claims 7 to 13, characterized in that the ion exchanger (s) ( 9 . 11 . 14 . 15 ) Are column exchangers which contain at least one solid, water-insoluble, organic or inorganic ion exchange material and can be regenerated in cocurrent or countercurrent. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Ionenaustauscher (9, 11, 14, 15) jeweils Teil eines Filter- oder Membranapparates sind, welcher mindestens ein regenerierbares, organisches oder anorganisches Ionenaustauschermaterial enthält.Device according to one of claims 7 to 13, characterized in that the ion exchanger (s) ( 9 . 11 . 14 . 15 ) are each part of a filter or membrane apparatus which contains at least one regenerable, organic or inorganic ion exchange material. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Ionenaustauscher (9, 11, 14, 15) jeweils aus einem Behälter besteht, der eine mit der Prozesslösung nicht mischbare Flüssigkeit, in der ein Ionenaustauschermaterial verteilt ist, enthält.Device according to one of claims 7 to 13, characterized in that the ion exchanger (s) ( 9 . 11 . 14 . 15 ) each consists of a container that contains a liquid which is immiscible with the process solution and in which an ion exchange material is distributed. Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bestehend aus mindestens einem Beschichtungsbehälter (1), einem Spülsystem (3) und zugehöriger Peripherie, wie z. B. Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH-Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung nach einem der Ansprüche 7 bis 16 enthält.Plant for chemical-reductive metal deposition, consisting of at least one coating container ( 1 ), a flushing system ( 3 ) and associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures, characterized in that it contains at least one device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition according to one of claims 7 to 16. Anlage nach Anspruch 17 mit mindestens einer Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der starksaure Kationenaustauscher (15) und der schwachbasische Anionenaustauscher (9) in Reihen- oder Parallelschaltung mit dem Spülsystem (3) oder einem zusätzlichen, mit dem Spülsystem (3) verbundenen, Regenerierbehälter (16) und der Zulauf des schwachsauren Kationenaustauschers (14) mit dem Spülsystem (3) oder dem Regenerierbehälter (16) und der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers (14) mit dem Beschichtungsbehälter (1) verbunden sind.Plant according to claim 17 with at least one device according to claim 11, characterized in that the strongly acidic cation exchanger ( 15 ) and the weakly basic anion exchanger ( 9 ) in series or parallel connection with the flushing system ( 3 ) or an additional one with the flushing system ( 3 ) connected, regeneration container ( 16 ) and the feed of the weakly acidic cation exchanger ( 14 ) with the flushing system ( 3 ) or the regeneration container ( 16 ) and the course of the weakly acidic cation exchanger ( 14 ) with the coating container ( 1 ) are connected. Anlage nach Anspruch 17, mit mindestens einer Vorrichtung nach Anspruch 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf und der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers (14) und/oder des starksauren Kationenaustauschers (15) direkt oder über einen Wärmetauscher (4) mit dem Beschichtungsbehälter (1) verbunden sind.Plant according to claim 17, with at least one device according to claim 7 and / or 8, characterized in that the inlet and outlet of the weakly acidic cation exchanger ( 14 ) and / or the strongly acidic cation exchanger ( 15 ) directly or via a heat exchanger ( 4 ) with the coating container ( 1 ) are connected. Anlage nach Anspruch 17 mit mindestens einer Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kammer (8) der Membranelektrolysezelle über einen Wärmetauscher (4) mit dem Beschichtungsbehälter (1) verbunden ist.Installation according to claim 17 with at least one device according to claim 12, characterized in that the third chamber ( 8th ) the membrane electrolysis cell via a heat exchanger ( 4 ) with the coating container ( 1 ) connected is. Anlage nach Anspruch 20 mit mindestens einer Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der starksaure Kationenaustauscher (15) mit seinem Zulauf mit dem Spülsystem (3) und mit seinem Ablauf über einen zusätzlichen Vorlagebehälter (5), der zwischen Beschichtungsbehälter (1) und der dritten Kammer (8) der Membranelektrolysezelle geschaltet ist, verbunden ist.Installation according to claim 20 with at least one device according to claim 8, characterized in that the strongly acidic cation exchanger ( 15 ) with its inlet with the flushing system ( 3 ) and with its drain via an additional storage container ( 5 ) between the coating container ( 1 ) and the third chamber ( 8th ) the membrane electrolysis cell is connected, is connected. Anlage nach Anspruch 20 oder 21 mit mindestens einer Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der schwachsaure Kationenaustauscher (14) mit seinem Zulauf mit der dritten Kammer (8) der Membranelektrolysezelle verbunden und mit seinem Ablauf über den Wärmetauscher (4) mit dem Beschichtungsbehälter (1) verbunden ist.Plant according to claim 20 or 21 with at least one device according to claim 7, characterized in that the weakly acidic cation exchanger ( 14 ) with its inlet to the third chamber ( 8th ) connected to the membrane electrolysis cell and with its outlet via the heat exchanger ( 4 ) with the coating container ( 1 ) connected is. Verwendung von schwachsaurem Kationenaustauschermaterial oder schwachsauren Kationenaustauschern (14) für die pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung.Use of weakly acidic cation exchange material or weakly acidic cation exchangers ( 14 ) for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal increase the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition. Verwendung von starksaurem Kationenaustauschermaterial oder starksauren Kationenaustauschern (11, 15) für die Entfernung störender Kationen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung.Use of strongly acidic cation exchange material or strongly acidic cation exchangers ( 11 . 15 ) for the removal of interfering cations to extend the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition. Verwendung einer Kombination aus a.) schwachbasischem Anionenaustauschermaterial oder schwachbasischen Anionenaustauschern (9) für die Entfernung störender Anionen und b) starksaurem Kationenaustauschermaterial oder starksauren Kationenaustauschern (11, 15) für die Entfernung störender Kationen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung.Use of a combination of a.) Weakly basic anion exchange material or weakly basic anion exchanger ( 9 ) for the removal of interfering anions and b) strongly acidic cation exchange material or strongly acidic cation exchangers ( 11 . 15 ) for the removal of interfering cations to extend the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition. Verwendung einer Kombination aus a.) schwachsaurem Kationenaustauschermaterial oder schwachsauren Kationenaustauschern (14) für die pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls und b) starksaurem Kationenaustauschermaterial oder starksauren Kationenaustauschern (15) für die Entfernung störender Kationen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung.Use of a combination of a.) Weakly acidic cation exchange material or weakly acidic cation exchanger ( 14 ) for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal and b) strongly acidic cation exchange material or strongly acidic cation exchangers ( 15 ) for the removal of interfering cations to extend the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition.
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