DE4238956A1 - Water-soluble organic cpds used as additives in electrolytic bath anolyte(s) - inhibit halogen gas formation during metal deposition, said cpds contg at least one double or triple bond and at least one hydrophilic group - Google Patents
Water-soluble organic cpds used as additives in electrolytic bath anolyte(s) - inhibit halogen gas formation during metal deposition, said cpds contg at least one double or triple bond and at least one hydrophilic groupInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung betrifft die Verwendung von wasserlöslichen organischen Verbindungen als Zusätze im Anolyten in galvanischen Metallabscheidungsbädern, wobei die Entstehung von giftigen Halogengasen an einer inerten Anode verhindert wird.The invention relates to the use of water-soluble organic compounds as additives in the anolyte in galvanic metal deposition baths, wherein the Formation of toxic halogen gases on an inert Anode is prevented.
Zur Abreicherung bzw. zur Nivellierung der Metallkonzen tration in galvanischen Bädern wie z. B. bei sauren Nickel-, Kupfer- oder Zinkelektrolyten werden Membran modulanoden eingesetzt, die aus einem flüssigkeitsdichten Gehäuse bestehen, in dem ein Anolyt und eine inerte Anode aufbewahrt werden (US-PS 4,778,572). Getrennt wird dieser Raum durch eine nichtporöse Membrane als Beispiel Kationenaustauschermembrane, die dem Galvanisierfeld angepaßt ist. Der Anteil dieser unlöslichen Anodenmodule bezogen auf den Anteil des Gesamtstromes beträgt ungefähr 5 bis 35%. Dieses ist notwendig, da üblicherweise die anodische Stromausbeute gegenüber der kathodischen Stromausbeute höher ist, d. h. es wird mehr Metall anodisch gelöst als kathodisch abgeschieden. Dadurch steigt die Metallkonzentration im Bad an und der Elek trolyt gerät aus seinem Arbeitsbereich. Dieses Problem ist durch teilweisen oder vollständigen Einsatz von inerten Anoden - speziell durch Membranmodulanoden - gelöst (siehe Abb. 1), (Craig J. Brown, Eco-Tec Inc., vorgetragen auf der SUR/FIN 1989, Cleveland, Ohio, Juni 1989). For depletion or for leveling the metal concentrates tration in galvanic baths such. B. in acidic Nickel, copper or zinc electrolytes become membranes moduloden used, consisting of a liquid-tight Housing in which an anolyte and an inert anode are stored (US Patent 4,778,572). This is separated Space through a nonporous membrane as an example Cation-exchange membrane, the galvanizing field is adapted. The proportion of these insoluble anode modules based on the proportion of the total current is approximately 5 to 35%. This is necessary because usually the Anodic current yield compared to the cathodic Current efficiency is higher, d. H. it will be more metal Anodically dissolved as cathodic deposited. Thereby increases the metal concentration in the bath and the Elek trolyte gets out of his workspace. This problem is through partial or complete use of inert anodes - especially by membrane module anodes - (see Figure 1), (Craig J. Brown, Eco-Tec Inc., Presented at SUR / FIN 1989, Cleveland, Ohio, June 1989).
Ein weiterer Vorteil der inerten Anoden ist, daß durch diese Maßnahme auch der pH-Wert der Elektrolyte reguliert werden kann und dadurch eine Aufsalzung bzw. Anreicherung von Schwermetallsalzen vermieden wird. Dies ist aus Umweltschutzgesichtspunkten her gesehen ein sehr wichtiger Punkt, denn es entstehen dadurch keine schwermetallhaltigen Schlämme mehr, die verwertet bzw. auf Deponien gelagert werden müssen.Another advantage of the inert anodes is that through This measure also regulates the pH of the electrolytes can be and thus a salination or enrichment is avoided by heavy metal salts. This is off Environmental protection aspects seen a very important point, because it does not cause any heavy metal-containing sludge that is recycled or must be stored in landfills.
Geschlossene Systeme können ohne den teilweisen oder ganzen Einsatz von inerten Anoden zur Zeit nicht realisiert werden, da es keinen Elektrolyten gibt, der eine 100%ige kathodische Stromausbeute hat.Closed systems can work without the partial or complete use of inert anodes not currently be realized because there is no electrolyte, the has a 100% cathodic current efficiency.
Der Anwendung von inerten Anoden stehen heutzutage einige Nachteile entgegen:The use of inert anodes are nowadays a few Disadvantages:
Probleme gibt es bei halogenhaltigen Elektrolyten, wie sie meistens anzutreffen sind. Trotz Einsatzes von Kationenaustauschermembranen wandern Halogenionen in den Anodenraum und werden an der inerten Anode zu gesund heitsschädlichen Halogengasen - speziell Fluor-, Chlor-, Brom- oder Jodgas - oxidiert.There are problems with halogen-containing electrolytes, such as they are mostly to be found. Despite the use of Cation exchange membranes migrate halogen ions into the Anode space and become healthy at the inert anode harmful halogen gases - especially fluorine, chlorine, Bromine or iodine gas - oxidized.
Gewöhnlich wird zur Vermeidung der Gesundheitsschädlich keit eine intensive Absaugung an den Anoden installiert, die allerdings das Problem nur verlagert. Hier werden dann zur Abluftreinigung Wäscher angebracht, die die ent standenen giftigen Halogengase adsorbieren oder umsetzen. Diese Lösungen müssen dann speziell gereinigt oder entsorgt werden.Usually it is harmful to avoid health installed an intensive suction on the anodes, which only shifts the problem. Be here then attached to the exhaust air scrubber, the ent adsorb or react with toxic halogenated gases. These solutions must then be specially cleaned or be disposed of.
Außerdem gibt es nur wenige halogenstabile Anodenmateria lien. Das dadurch notwendige häufige Wechseln und ihr hoher Preis steht einer weitverbreiteten Anwendung entgegen. In addition, there are only a few halogen-stable anode materials lien. The thus necessary frequent changes and you high price is a widely used application opposite.
Stand der Technik ist (DE-OS 40 32 856, US-PS 4,778,572), daß die Membranelektrolysemodule im "Feed and Bleed"-Ver fahren betrieben werden. Das heißt, es wird jeweils frische Anolytlösung in die Anolytkammer geleitet und im Überlaufverfahren fließt die verbrauchte Lösung in die Abwasseranlage. Dadurch kann diese Anolytlösung nicht mehr verwertet werden, was aus Umweltschutzgründen nachteilig ist.Prior art is (DE-OS 40 32 856, US-PS 4,778,572), that the membrane electrolysis modules in the "feed and bleed" Ver be operated. That means it will each time led fresh Anolytlösung in the Anolytekammer and in the Overflow method, the spent solution flows into the Sewage system. As a result, this anolyte solution can not to be recycled more for environmental reasons is disadvantageous.
Aufgabe der Erfindung ist es, Verbindungen den Bädern zuzusetzen, die das entstehende Halogen nicht nur adsorbieren, sondern chemisch umsetzen und dadurch eine Giftgasbildung vermeiden können. Eine weitere Aufgabe ist es, daß das entstehende Produkt und das Reagenz der Arbeitsweise des Elektrolyten selbst nicht schadet oder die physikalischen Kenndaten des Niederschlages verändert.The object of the invention is to compounds the baths not just add the resulting halogen adsorb, but chemically react and thus a Can avoid poison gas formation. Another task is it that the resulting product and the reagent of the Operation of the electrolyte itself does not hurt or the physical characteristics of the precipitate changed.
Gelöst wird diese Aufgabe durch die Lehre der Patentansprüche.This task is solved by the doctrine of Claims.
Überraschenderweise hat sich gezeigt, daß wäßrige Lösungen, die Verbindungen mit mindestens einer Doppel bindung und/oder mit einer Dreifachbindung und mindestens einen hydrophilen Substituenten enthalten, den gewünschten Effekt zeigen und darüber hinaus in be zeichneten Elektrolyten nicht stören.Surprisingly, it has been found that aqueous Solutions that have connections with at least one double bond and / or with a triple bond and contain at least one hydrophilic substituent, the show desired effect and beyond in be did not disturb drawn electrolytes.
Als hydrophile Substituenten eigenen sich Sulfonsäuren, Sulfinsäuren, Carbonsäuren (ggf. in Form ihrer Alkali- Salze z. B. Natrium-, Kalium-, Ammonium- oder Magnesium- Salze); aber auch Alkohole, Hydroxyäthyläther und quaternäre Ammoniumverbindungen.Suitable hydrophilic substituents are sulfonic acids, Sulfinic acids, carboxylic acids (optionally in the form of their alkali metal Salts z. As sodium, potassium, ammonium or magnesium Salts); but also alcohols, hydroxyethyl ethers and quaternary ammonium compounds.
Zwar ist die Additionsreaktion von Halogenen mit Doppel- oder Dreifachbindungen als chemische Reaktion bekannt, jedoch ist der Einsatz in Elektrolyten bei Verwendung inerten Anoden neu. Although the addition reaction of halogens with double or triple bonds known as a chemical reaction, however, use in electrolytes is in use inert anodes new.
Der Vorteil dieser Verfahren ist, daß die Inhibitoren, die dem Elektrolyten zu seinem Betreiben sowieso zugesetzt werden müssen, über die Membranelektrolyse module zugesetzt werden und dabei eine außergewöhnliche oxydative Zersetzung der Inhibitoren, wie sie sonst an den inerten Anoden auftreten, durch den schnellen Austausch und durch die Bewegung innerhalb des Modules vermieden wird. Die erfindungsgemäßen Verbindungen stören beispielsweise nicht in sauren Nickel-, Kupfer- oder Zinkelektrolyten. Bemerkenswert ist, daß die erfindungsgemäßen Substanzen, die das Halogengas binden, gleichzeitig sogar als Additive im Elektrolyten verwendet werden können. Somit ist auch ein geschlossener Stoffkreislauf für die Halogene gesichert.The advantage of these methods is that the inhibitors, which the electrolyte to his operation anyway must be added via the membrane electrolysis modules are added while doing an extraordinary oxidative decomposition of the inhibitors, as otherwise the inert anodes occur by the fast Exchange and movement within the module is avoided. The compounds of the invention interfere For example, not in acidic nickel, copper or Zinc electrolyte. It is noteworthy that the Substances according to the invention which bind the halogen gas, at the same time even used as additives in the electrolyte can be. Thus is also a closed Material cycle for the halogens secured.
Darüber hinaus können bei Verwendung der erfindungsge mäßen Zusätze auch preiswerte Anodenmaterialien verwendet werden, die nicht halogenbeständig sind.In addition, when using the erfindungsge In addition, inexpensive anode materials are also used which are not halogen resistant.
Die erforderliche Konzentration liegt bei 0,01 bis 10 g/ Liter, vorzugsweise zwischen 50 und 500 mg/Liter, und ist damit erstaunlich gering.The required concentration is 0.01 to 10 g / Liter, preferably between 50 and 500 mg / liter, and is surprisingly low.
In der folgenden Tabelle 1 sind Beispiele der erfindungs gemäß zu verwendenden Verbindungen sowie ihre bevorzugte Anwendungskonzentration im Anolyten angegeben:In the following Table 1 are examples of the invention according to compounds to be used as well as their preferred Application concentration indicated in the anolyte:
Der Anolyt selbst varriert in seiner Zusammensetzung je nach verwendeten Katholyten. Er enthält neben mindestens einer der erfindungsgemäßen Verbindungen zumindestens teilweise die gleichen Salze wie der Katholyt. In den folgenden Tabellen 2 bis 4 sind anorganischen Zusammen setzungen der Anolyte für Nickel-, Zink- und Kupferbäder angegeben. The anolyte itself varies in its composition ever after used catholyte. It contains besides at least one of the compounds of the invention at least partly the same salts as the catholyte. In the Tables 2 to 4 below are inorganic compounds Anolyte for nickel, zinc and copper baths specified.
Folgende Beispiele erläutern die Erfindung: The following examples illustrate the invention:
Einem Nickelelektrolyten nach Tabelle 5 wird mit einer inerten Anode, die mit einer Membrane umgeben ist, betrieben, um den Nickelgehalt zu verringern. Bekanntlich stört ein Nickelgehalt von über 90 g/l und verringert die Einebnung. Schon nach wenigen Minuten muß der Versuch abgebrochen werden, da der starke Chlorgeruch ein weiteres Arbeiten unmöglich macht. Setzt man nun dem Anolyten 245 mg/l Vinylsulfonsäure, Natrium-Salz, hinzu, so verschwindet der Chlorgeruch augenblicklich. Die Wirkung hält mehrere Stunden an. Dann wird erneut Vinylsulfonsäure, Natrium-Salz zugesetzt, wobei der Über schuß des Anolyten in den Nickelelektrolyten gegeben wird. Er erzeugt darin keine Störungen.A nickel electrolyte according to Table 5 is with a inert anode surrounded by a membrane, operated to reduce the nickel content. generally known disturbs a nickel content of over 90 g / l and reduces the Leveling. After just a few minutes, the experiment must be stopped because the strong smell of chlorine makes further work impossible. Now you put that Anolyte 245 mg / l vinylsulfonic acid, sodium salt, added, so the smell of chlorine disappears instantly. The Effect lasts for several hours. Then again Vinylsulfonic acid, sodium salt added, wherein the over shot of the anolyte in the nickel electrolyte becomes. He creates no disturbances in it.
Einem Zinkelektrolyten nach Tabelle 6 wird mit einer in erten Anode, die mit einer Membrane umgeben ist, betrie ben, um den Zinkgehalt zu verringern. Bekanntlich stört ein Zinkgehalt von über 60 g/l und führt zu Ausrahmungen im Bad. Schon nach wenigen Minuten muß der Versuch abgebrochen werden, da der starke Chlorgeruch ein weiteres Arbeiten unmöglich macht. Setzt man nun dem Anolyten 530 mg/l Allylsulfonsäure, Natrium-Salz, hinzu, so verschwindet der Chlorgeruch augenblicklich. Die Wirkung hält mehrere Stunden an. Dann wird erneut Allyl sulfonsäure, Natrium- Salz zugesetzt, wobei der Überschuß des Anolyten in den Zinkelektrolyten gegeben wird. Er erzeugt darin keine Störungen.A zinc electrolyte according to Table 6 is provided with an in The anode, which is surrounded by a membrane, operates to reduce the zinc content. As you know, it bothers a zinc content of over 60 g / l and leads to frames in the bathroom. After just a few minutes, the experiment must be stopped because the strong smell of chlorine makes further work impossible. Now you put that Anolyte 530 mg / l allyl sulfonic acid, sodium salt added, so the smell of chlorine disappears instantly. The Effect lasts for several hours. Then again Allyl sulfonic acid, sodium salt added, with the excess of the anolyte is added to the zinc electrolyte. He does not generate any interference in it.
Einem Kupferelektrolyten nach Tabelle 7 wird mit einer inerten Anode, die mit einer Membrane umgeben ist, und mit einer phosphorlegierten Kupferanode betrieben, um den Kupfergehalt bei Betrieb konstant zu halten. Bekanntlich stört ein zu hoher Kupfergehalt von über 24 g/l und verringert die Metallstreuung. Schon nach wenigen Minuten muß der Versuch abgebrochen werden, da der Chlorgeruch ein weiteres Arbeiten unmöglich macht. Setzt man nun dem Anolyten 245 mg/l Butindiol (1,4) hinzu, so verschwindet der Chlorgeruch augenblicklich. Die Wirkung hält mehrere Stunden an. Dann wird erneut Butindiol (1,4) zugesetzt, wobei überschüssiger Anolyt in den Kupferelektrolyten über den Pumpkreislauf gegeben wird. Er erzeugt darin keine Störungen.A copper electrolyte according to Table 7 is with a inert anode, which is surrounded by a membrane, and operated with a phosphorus alloyed copper anode to the Keep copper content constant during operation. generally known interferes with too high a copper content of over 24 g / l and reduces metal scattering. After just a few minutes the experiment must be stopped, as the smell of chlorine makes further work impossible. Now you put that Anolyte 245 mg / l butynediol (1.4) is added, so disappears the smell of chlorine instantly. The effect holds several Hours. Then butynediol (1,4) is added again, wherein excess anolyte in the copper electrolyte is given over the pumping circuit. He creates in it no disturbances.
Claims (6)
Vinylsulfonsäure, Natrium,
Allylsulfonsäure, Natrium,
Vinylessigsäure, Kalium,
Propinsulfonsäure, Natrium,
Diäthyl-propinyl-amonium-chlorid,
Dimethyl-propinyl-ammonium-hydrogensulfat,
Butindiol (1,4) oder
α-Hydroxypropinsulfonsäure, Natrium.2. Use according to claim 1 of
Vinyl sulfonic acid, sodium,
Allyl sulfonic acid, sodium,
Vinylacetic acid, potassium,
Propynesulfonic acid, sodium,
Diethyl-propynyl-amonium chloride,
Dimethyl-propynyl-ammonium bisulfate,
Butynediol (1,4) or
α-hydroxypropinsulfonic acid, sodium.
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