DE3608516A1

DE3608516A1 - Vorrichtung zum kontinuierlichen elektrolytischen regenerieren einer zumindest teilweise verbrauchten kupfertetraminkomplex-aetzloesung

Info

Publication number: DE3608516A1
Application number: DE19863608516
Authority: DE
Inventors: Markus Maria Dipl In Bringmann
Original assignee: Bringmann markus Maria dipl-Ingdr
Current assignee: CHEMA CHEMIEMASCHINEN GMBH, 5600 WUPPERTAL, DE
Priority date: 1986-03-14
Filing date: 1986-03-14
Publication date: 1987-09-17

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum kontinuierlichen elektrolytischen Regenerieren einer zumindest teilweise verbrauchten Kupfertetraminkomplex- Ätzlösung, bestehend aus einem Elektrolysezellenbehälter mit einer kontinuierlich verbrauchte Ätzlösung zuführenden Zuleitung, einer kontinuierlich regenerierte Ätzlösung abführenden Rückführleitung und zumindest einem zwischen Kathode sowie Anode angeordneten Kupferabscheideblech.

Bei aus der Praxis bekannten Vorrichtungen der genannten Art besteht das Ätzmedium regelmäßig aus einer wässrigen Lösung von Kupfer(III)-sulfat, Ammoniak sowie Ammoniumsulfat, welche Verbindungen einen Tetraminkomplex mit guten Ätzeigenschaften bilden. Beim Ätzen entsteht aus dem Tetraminkomplex ein Diaminkomplex gemäß der nachfolgenden Reaktionsformel:

Cu + [Cu(NH₃)₄]SO₄ → [Cu(NH₃)₂] ₂SO₄

Das Regenerieren der Diaminkomplexe zu Tetraminkomplexen wird bei den bekannten Vorrichtungen durch elektrolytischen Kupferentzug und Zuführung von Ammoniakgas durchgeführt. Das während der Elektrolyse entstehende NH₃-Gas kann gegebenenfalls in die Ätzmaschine zurückgeführt werden. Die Dichtigkeit der bekannten Vorrichtungen ist bedenklich und das Bedienungspersonal könnte gefährdet werden, da Ammoniakgas giftig ist - ein NH₃-Gemisch mit Luft von 2,0 g/m³ wirkt nach 30 Minuten tödlich.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß während der Elektrolyse keine NH₃-Bildung auftritt und auch keine NH₃-Gaszudosierung notwendig ist.

Die erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe besteht darin, daß der Zellenbehälterinnenraum durch eine nur einwertige Anionen durchlassende Anionenaustauschmembran in einen die Kathode aufweisenden, mit einem Katholyten gefüllten Katholytraum und durch eine nur einwertige Kationen durchlassende Kationenaustauschmembran in einen die Anode aufweisenden, mit einem Anolyten gefüllten Anolytraum und in einen zwischen dem Katholytraum sowie Anolytraum angeordneten, die Ätzlösung und die Kupferabscheidebleche enthaltenden Zwischenraum unterteilt ist.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann keine NH₃-Gasbildung zustandekommen, weil die mit Strom versorgten Elektroden durch die kation- und anionaktiven Membranen vom Ätzmedium getrennt sind. Die für vollständige Regeneration nötigen Ammoniumionen dringen durch die kationaktivie Membran aus dem Anolyt in das Ätzmedium ein. So wird die Notwendigkeit der NH₃-Gasdosierung behoben. Das während der Elektrolyse an den Kupferabscheideblechen abgeschiedene Kupfer kann problemlos aus der Ätzlösung entnommen bzw. zurückgewonnen werden, so daß vollständige Regeneration des Ätzmediums zustandekommt. Letztere verläuft nach der Gleichung:

3 [Cu(NH₃)₂]₂SO₄ + 4 NH + 4 OH^- → 2 Cu⁰ + 4 [Cu(NH₃)₄]SO₄ + 4 H₂O

Für die weitere Ausgestaltung bestehen im Rahmen der Erfindung mehrere Möglichkeiten. So besteht die Anionenaustauschmembran vorzugsweise aus einer handelsüblichen 0,10 bis 0,50 mm starken, stark basischen monoanionpermselektiven Ionenaustauschfolie in der Cl^-- Form mit einem spezifischen elektrischenWiderstand von 1,2 bis 30 Ohm/cm² und den Transportzahlen t ^- 0,98, t ^-- 0,005, t⁺ 0,02, t ⁺⁺ 0,02. Entsprechend besteht die Kationenaustauschmembran vorzugsweise aus einer handelsüblichen, 0,10 bis 1,50 mm starken, stark basischen monokationpermselektiven Ionenaustauschfolie in der Na⁺- Form mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 1,5 bis 25 Ohm/cm² und den Transportzahlen t⁺ 0,90, t ⁺⁺ 0,10, t ^- 0,02, t ^-- 0,02. Der Katholytraum ist zweckmäßigerweise mit Alkalimetallhydroxidlösung als Katholyt gefüllt. Der Anolytraum ist dagegen vorteilhafterweise mit einer Ammoniumsalz- oder Ammoniumhydroxidlösung als Anolyt gefüllt. Da während der Elektrolyse an der Kathode Wasserstoff und an der Anode Sauerstoff gebildet wird, weist der Elektrolysezellenbehälter bei einer bevorzugten Ausführungsform eine obere Abdeckung mit getrennten Gasabführungen im Bereich des Katholytraumes und des Anolytraumes auf; auf diese Weise wird die Entstehung von Knallgasgemischen verhindert. Darüber hinaus weist die Abdeckung zweckmäßigerweise noch eine Öffnung im Bereich der Kupferabscheidebleche auf, die normalerweise durch einen Deckel verschlossen ist und durch die die Kupferabscheidebleche entnommen werden können. Im übrigen empfiehlt es sich noch, dem Anolytraum eine pH-Meß-, Regel- und NH₄OH-Dosiereinrichtung und dem Katholytraum eine Niveauregel- und Wasserzudosiereinrichtung zuzuordnen.

Im folgenden wird die Erfindung anhand einer ein Ausführungsbeispiel darstellenden Zeichnung mit einer einzigen Zeichnungsfigur näher erläutert.

Die in der einzigen Zeichnungsfigur schematisch dargestellte Vorrichtung dient zum kontinuierlichen elektrolytischen Regenerieren einer teilweise verbrauchten Kupfertetraminkomplex-Ätzlösung und besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem Elektrolysezellenbehälter 1 mit einer kontinuierlich verbrauchte Ätzlösung zuführenden Zuleitung 2, einer kontinuierlich regenerierte Ätzlösung abführenden Rückführleitung 3 und mehreren zwischen Kathode 4 und Anode 5 angeordneten Kupferabscheideblechen 6 aus Edelstahl. Der Zellenbehälterinnenraum ist in einen Katholytraum 7, einen Zwischenraum 8 und einen Anolytraum 9 unterteilt. Der Katholytraum 7 ist durch eine nur einwertige Anionen durchlassende Anionenaustauschmembran 10 vom Zwischenraum 8 getrennt und weist die Kathode 4 auf. Der Anolytraum 9 ist durch eine nur einwertige Kationen durchlassende Kationenaustauschmembran 11 vom Zwischenraum 8 getrennt und weist die Anode 5 auf. Die Anionenaustauschmembran 10 besteht aus einer handelsüblichen, stark basischen monoanionpermselektiven Ionenaustauschfolie in der Cl^--Form. Die Kationenaustauschmembran 11 besteht ihrerseits aus einer handelsüblichen, stark basischen monokationpermselektiven Ionenaustauschmembran in der Na⁺-Form.

Der Katholytraum 7 ist mit einer Natriumhydroxidlösung als Katholyt gefüllt. Der Anolytraum 9 mit Ammoniumhydroxidlösung als Anolyt. Die Ätzlösung befindet sich im Zwischenraum 8 bzw. wird in diesen im verbrauchten Zustand eingeführt und regeneriert zur Ätzmaschine wieder zurückgeführt. Der Zwischenraum 8 enthält auch die Kupferabscheidebleche 6.

In der Figur iat ohne weiteres zu erkennen, daß der Elektrolysezellenbehälter 1 geschlossen ausgeführt ist, d. h. eine obere Abdeckung 12 mit getrennten Gasabführungen 13, 14 im Bereich des Katholytraumes 7 und des Anolytraumes 9 aufweist. Außerdem weist die abdeckung 12 eine durch einen Deckel 15 verschlossene Öffnung 16 im Bereich der Kupferabscheidebleche 6 auf; nach Entfernen des Deckels 15 können die Kupferabscheidebleche 6 zur Rückgewinnung des abgeschiedenen Kupfers entnommen werden. Weiterhin ist dem Anolytraum 9 noch eine pH-Meß-, Regel- und NH₄OH-Dosiereinrichtung 17 und dem Katholytraum 7 eine Niveauregel- und Wasserzudosiereinrichtung 18 zugeordnet, um einen automatischen Ablauf des Regenerierprozesses zu gewährleisten.

Claims

1. Vorrichtung zum kontinuierlichen elektrolytischen Regenerieren einer zumindest teilweise verbrauchten Kupfertetraminkomplex-Ätzlösung, bestehend aus einem Elektrolysezellenbehälter mit einer kontinuierlich verbrauchte Ätzlösung zuführenden Zuleitung, einer kontinuierlich regenerierte Ätzlösung abführenden Rückführleitung und zumindest einem zwischen Kathode sowie Anode angeordneten Kupferabscheideblech, dadurch gekennzeichnet, daß der Zellenbehälterinnenraum durch eine nur einwertige Anionen durchlassende Anionenaustauschmembran (10) in einen die Kathode (4) aufweisenden, mit einem Katholyten gefüllten Katholytraum (7) und durch eine nur einwertige Kationen durchlassende Kationenaustauschmembran (11) in einen die Anode (5) aufweisenden, mit einem Anolyten gefüllten Anolytraum (9) und in einen zwischen dem Katholytraum (7) sowie Anolytraum (9) angeordneten, die Ätzlösung und die Kupferabscheidebleche (6) enthaltenden Zwischenraum (8) unterteilt ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Anionenaustauschmembran (10) aus einer 0,10 bis 0,50 mm starken, stark basischen monoanionpermselektiven Ionenaustauschfolie in der Cl^--Form mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 1,2 bis 30 Ohm/cm² und den Transportzahlen t ^- 0,98, t ^-- 0,005, t⁺ 0,02, t ⁺⁺ 0,02 besteht.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Kationenaustauschmembran (11) aus einer 0,10 bis 1,50 mm starken, stark basischen monokationpermselektiven Ionenaustauschfolie in der Na⁺-Form mit einem spezifischen elektrischen Widerstand von 1,5 bis 25 Ohm/cm² und den Transportzahlen t⁺ 0,90, t ⁺⁺ 0,10, t ^- 0,02, t ^-- 0,02 besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Katholytraum (7) mit Alkalimetallhydroxidlösung als Katholyt gefüllt ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Anolytraum (9) mit einer Ammoniumsalz- oder Ammoniumhydroxidlösung als Anolyt gefüllt ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolysezellenbehälter (1) eine obere Abdeckung (12) mit getrennten Gasabführungen (13, 14) im Bereich des Katholytraumes (7) und des Anolytraumes (9) aufweist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Abdeckung (12) eine durch einen Deckel (15) verschlossene Öffnung (16) im Bereich der Kupferabscheidebleche (6) aufweist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß dem Anolytraum (9) eine pH-Meß-, Regel- und NH₄OH- Dosiereinrichtung (17) und dem Katholytraum (7) eine Niveauregel- und Wasserzudosiereinrichtung (18) zugeordnet ist.