JP2002322564A - 無電流浴電解質を電気透析によって再生するためのシステム - Google Patents

無電流浴電解質を電気透析によって再生するためのシステム

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    • B01D61/44—Ion-selective electrodialysis
    • B01D61/52—Accessories; Auxiliary operation

Abstract

(57)【要約】 【課題】 廉価にして、電極の使用寿命が長い電気透析
システムを提供する。 【解決手段】 システムは第１の希釈液室（１２）と第
２の希釈液室（２２）及び再生電解質を通過させるため
の第１の濃縮液室（１３）と第２の濃縮液室（２３）を
備える。陽極（Ａｎ）及び陰極（Ｋａ１，Ｋａ２）は第
１の電気透析ユニット（１０）と第２の電気透析ユニッ
ト（２０）と協働する。電極（Ａｎ，Ｋａ１，Ｋａ２）
に固有の電極室（１１，１４，２１，２４）が配置され
ており、両電気透析ユニット（１０，２０）の室に隣接
している電極室（１４，２４）内に、電気透析ユニット
（１０，２０）のために働く電極（Ａｎ）が配置されて
いる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、無電流浴電解質を
電気透析によって再生するためのシステムであって、そ
れぞれ浴電解質を通過させるための希釈液室と、再生電
解質を通過させるための濃縮液室とを有し、２つの電
極、すなわち陽極及び陰極と協働する第１の電気透析ユ
ニットと第２の電気透析ユニットとを有しており、第１
の電気透析ユニットでは希釈液室が濃縮液室から陰極側
では一価陰イオンを選択的に透過させる膜によって分離
され、陽極側ではすべての陽イオンを選択的に透過させ
る膜によって分離されており、第１の電気透析ユニット
の希釈液室は第２の電気透析ユニットの希釈液室と第１
の管路を介して浴電解質を順次通過させるために直列に
接続されており、第１の電気透析ユニットの濃縮液室は
第２の電気透析ユニットの濃縮液室と第２の管路を介し
て再生電解質を順次通過させるために直列に接続されて
いるものに関する。
【０００２】
【従来の技術】被覆浴中に入れた電極を介して工作物に
金属被覆を塗着するために外部電流を投入する電解被覆
法と並んで、いわゆる無外部電流被覆法もしくは無電流
被覆法（無電解めっき）が知られている。この方法は特
に非導電性母材、例えばプラスチック部材の被覆に頻繁
に用いられる。このような金属被膜はさまざまな理由か
ら、例えばプラスチック体に塗着される。一方では美観
上の理由から金属的な表面が求められ、他方ではこのよ
うにして母材上に塗着された金属の材料性質を利用しよ
うとすることもある。このような性質は、例えば改善さ
れた耐食性、使用する材料の電気伝導性であることがで
きる。そのため例えば、プラスチック（例えばエポキシ
樹脂）製の基板に無外部電流被覆技術もしくは無電流被
覆技術により導電路を設けることが知られている。
【０００３】特に頻繁に無電流被覆テクノロジーを用い
てニッケル金属が析出される。このような被覆技術で電
解質中に含まれている金属イオンを元素金属に還元する
ために、反応中にそれ自身酸化する相応の還元剤を電解
質に添加しなければならない。この目的のために無電流
ニッケル浴の場合は次亜リン酸塩イオンを添加する。次
亜リン酸塩イオンは析出浴中に含まれているニッケルイ
オンをニッケル元素に還元し、それ自身は酸化されて亜
オルトリン酸塩イオンとなる。無電流ニッケル浴の場合
において展開する反応式は次の通りである。
【０００４】
【化１】 金属化の進行に伴い電界質から絶えずニッケルイオンが
除かれて、ニッケル元素となって被覆すべき表面に沈殿
するのと同時に、次亜リン酸塩イオンは絶えず酸化され
て亜オルトリン酸塩イオンとなる。言い換えれば、電解
質中で、一方ではその中に溶解しているニッケルイオン
の濃度と電解質中に含まれている次亜リン酸塩イオンの
濃度が低下し、他方では電解質中に含まれている亜オル
トリン酸塩イオンの濃度が上昇する。これにより電解質
は「消費」される。したがって電解質の使用時間が長く
なるに連れて、そのような電解質を使用することによっ
て達成される被覆結果の品質は低下する。それゆえ電解
質は特定の数の被覆工程のみに使用できる。その後では
電解質を交換するか、適当な補助手段によって再生しな
ければならない。ニッケル析出浴の場合、再生とは少な
くとも反応生成物として発生する亜オルトリン酸塩イオ
ンを取り除き、場合によっては互いに消費されたニッケ
ルイオンと消費された次亜リン酸塩イオンを添加するこ
とを意味する。
【０００５】望ましくないイオンを難溶性化合物中で沈
殿させるほか、浴使用時間中に消費された必要なイオン
を追加するほかに、無電流析出浴の再生に電気透析法を
用いることが知られている。この方法においては、消費
された浴電解質と、少なくとも消費された浴電解質から
再生のために取り除くべきイオンが、膜で互いに分離さ
れた室内で案内される。この場合、再生電解質は浴電解
質に供給すべきイオンも含むことができる。電気透析ユ
ニット内にある電極を介して電気透析ユニットに電流を
通してイオンの流れを励起する。浴電流が貫流する、い
わゆる希釈液室と、再生電解質が貫流する、いわゆる濃
縮液室との間に配置された膜の数を適切に選択すること
により、イオンを希釈液室内で案内される浴電解質から
濃縮液室内で案内される再生電解質に、及びその逆方向
に計画的に適切に移行させることが可能となる。
【０００６】このような電気透析システムの例が、ドイ
ツ特許公報第ＤＥ１９８４９２７８Ｃ１号に記載されて
いる。この刊行物で開示されているシステムでは２つの
分離された電気透析ユニットが使用され、それぞれ膜に
よって互いに分離された希釈液室と濃縮液室及び陽極と
陰極の電極対を有している。この場合、第１の電気透析
ユニットの希釈液室は当該ユニットの濃縮液室から、陰
極側では単選択的な陽イオン交換膜によって分離され、
陽極側では陰イオン交換膜によって分離されている。同
様に希釈液室と濃縮液室及び陽極と陰極を有する第２の
電気透析ユニットでは、希釈液室は濃縮液室から、陰極
側では単選択的な陰イオン交換膜によって分離され、陽
極側では陰イオン交換膜によって分離されている。浴電
解質を再生するために、当該浴電解質は２つの主要な流
れに分割されて、第１の電気透析ユニットと第２の電気
透析ユニットに平行に通される。同様に再生電解質も部
分流に分割されて、第１の電気透析ユニットと第２の電
気透析ユニットの濃縮液室に平行に通される。この場
合、第１の電気透析ユニットでは浴電解質から亜オルト
リン酸塩イオンと次亜リン酸塩イオンが取り除かれる。
浴電解質中になおも存在するニッケルイオンは電解質中
に留まる。第２の電気透析ユニットの希釈液室におい
て、再生電解質から浴電解質の第２の部分流に次亜リン
酸塩イオンが供給される。
【０００７】この方法は、１工程当たりの作業効率が低
く、所期の再生度を達成するためには、浄化すべき浴電
解質を電気透析システム内で数回循環させる必要があ
る。従来技術で知られている第２のシステムが欧州特許
出願公開第０７８７８２９Ａ１号に記載されている。こ
の刊行物で開示された電気透析システムも、それぞれ希
釈液室と濃縮液室及び陽極と陰極を有する２つの電気透
析ユニットから構成されている。この刊行物に記載され
ている第１の電気透析ユニットは、上に引用したドイツ
特許公報の電気透析ユニットに等しい。ここでも第１の
電気透析ユニットの希釈液室は隣接する濃縮液室から、
陰極側では一価陽イオン交換膜によって分離され、陽極
側では陰イオン交換膜によって分離されている。しかし
この電気透析システムでは、第２の電気透析ユニット内
に前記ドイツ特許公報により知られている配置構成とは
異なる配置構成が設けられている。ここでは希釈液室は
隣接する濃縮液室から、陰極側では陽イオン交換膜によ
って分離され、陽極側では一価陰イオン交換膜によって
分離されている。この刊行物により公知のシステムにお
いて、個々の電気透析ユニットを再生電解質も浴電解質
も１つの方向に順次貫流する。第１の電気透析ユニット
では浴電解質から次亜リン酸塩イオンと亜オルトリン酸
塩イオンが取り除かれる。この場合、第２段階では第２
の電気透析ユニット内の浴電解質に次亜リン酸塩イオン
が再び供給される。欧州特許出願公開第０７８７８２９
Ａ１号により公知のこのシステムは、請求項１の前提部
に記載した本発明の出発点をなしている。
【０００８】しかしこの欧州公開公報により公知のシス
テムは、その構造において非経済的であり、しかもそこ
で用いられる電気透析ユニットの電極は電解質中に含ま
れている化学物質の有害な影響に対して十分保護されて
いないという欠点がある。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】本発明の課題は、従来
の電気透析システムを改良して、構造的に廉価であり、
電極の使用寿命が長いシステムを提供することである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】この課題を解決するため
に本発明では、膜により隣接室と分離されていて、第３
の管路を通して洗浄電解質が貫流できる、電極に固有の
電極室が配置されており、さらに両電気透析ユニットの
室に隣接している電極室内に両電気透析ユニットに対し
て共同に作用する電極が配置されているようにした。
【００１１】無電流浴電解質を電気透析によって再生す
るための本発明によるシステムは、相前後して順次貫流
する２つの電気透析ユニットが１つの電極を共同で利用
し、したがって両電気透析ユニットの構成に対して３つ
の電極しか使用しないように構成されていることが有利
である。この場合、共同利用される電極は、陽極でも陰
極でもよい。本発明によるシステムを構成するのに３つ
の電極しか使用しないことにより、さもなければ必要な
第４の電極を節約でき、それによってこのようなシステ
ムの製造コストを低減できる。さらに、個々の電気透析
ユニットによって構成されるシステム全体を、コンパク
トでスペース節約型に構成できる。第１の透析ユニット
の隣接して配置された濃縮液室もしくは希釈液室には、
両電気透析ユニットにより共同利用される電極を包含す
る電極室を中間に接続して、第２の電気透析ユニットの
隣接配置された希釈液室と濃縮液室が接続している。こ
の場合、１つの電極透析ユニットに設ける希釈液室もし
くは濃縮液室の数は制限されず、個々の使用例で浄化す
べき浴電解質の必要な流量に合わせて決定される。決定
的なことは、第１の電気透析ユニットの希釈液室を通さ
れる浴電解質は、第１の電気透析ユニットを通過した後
で、第２の電気透析ユニットの希釈液室を通過すること
のみである。
【００１２】濃縮液室もしくは希釈液室から分離され
て、固有の洗浄電解質が貫流する電極室を組み入れるこ
とにより、電極は浴電解質もしくは再生電解質中に溶解
しているイオンから隔離されるので、これらのイオンは
電極に対して有害な作用を及ぼし得ない。それに代えて
電極室は洗浄電解質で洗浄される。洗浄電解質は、一方
では電流が電極室からそれぞれの電気透析ユニットの濃
縮液室もしくは希釈液室に流れるようにし、他方では使
用する電極の寿命もしくは可使時間を著しく高める。
【００１３】本発明の有利な構成において、電極室内の
洗浄電解質として、硫酸ナトリウム、硫酸カリウム又は
リン酸ナトリウムが提案される。本発明の別の有利な構
成により、これらの物質の濃度は１〜３０ｇ／ｌの水溶
液である。前記の濃度及び構成の洗浄電解質は良好な導
電性を示すが、溶解したイオンの濃度は膜もしくは電極
に有害な影響を及ぼすほど高くない。電解質も電解質の
ポンピングに十分な高い粘性を有している。
【００１４】本発明の別の有利な提案に従い、このシス
テムは浴電解質及び／又は再生電解質を少なくとも１つ
の両電気透析ユニットの希釈液室もしくは濃縮液室に供
給するために、主供給管路を起点として個々の希釈液室
もしくは濃縮液室に至る平行な管路を有している。浴電
解質及び／又は再生電解質の電解質流は、電気透析ユニ
ットに通すために部分流に分割され、当該ユニットの複
数の希釈液室もしくは濃縮液室を通って平行に案内され
る。個々の室を通過した後で、部分流は再び集められ、
浴電解質と再生電解質とに分けて後続の使用のために、
例えば第２の電気透析ユニット又は集合容器に供給され
る。部分流に分割された電解質流を電気透析ユニットの
複数の希釈液室もしくは濃縮液室に平行に通すことによ
り、より高い流量を達成できる。希釈液室と隣接する濃
縮液室との間の効果的なイオン交換能力は、使用する希
釈液室もしくは濃縮液室の数により倍加される。
【００１５】本発明のさらに別の有利な構成に従い、浴
電解質を電気透析システムに通すために循環管路が提案
される。この場合、再生すべき浴電解質を貯蔵する循環
管路内に浴電解質のための集合容器が設けられており、
ここから浴電解質が取り出されて電気透析システムで再
生され、最後に再び容器に供給される。この場合、容器
として、無電流被覆を実施するための被覆浴容器を選択
してもよい。このような構成では浴電解質の再生はほぼ
しつ（ｉｎ ｓｉｔｕ）で行われ、被覆浴容器中に存在
する浴電解質を常にある分量だけ取り出し再生システム
で再生する。こうして再生された分量の浴電解質は再び
被覆浴容器に戻され、残留電解質と混合される。浴電解
質に課せられる要求に応じて、単位時間当たり電気透析
システムを通る浴電解質の容積流によって必要な再生率
を制御できる。プロセス中に存在する浴電解質の「純
度」に対して高い要求が課せられる場合には、被覆浴容
器の容積が等しいとすれば、単位時間当たりより多くの
容積流が電気透析システムを流れるように調整する。こ
れに対応して電気透析システムの電気透析ユニットを、
より高い流量に対して設計しなければならない。この目
的のために電気透析ユニットは、例えば比較的少ない電
解質流量に必要であるよりも多くの数の希釈液室もしく
は濃縮液室を有することができる。
【００１６】無電流金属被覆のための電解質は通常はよ
り高い作業温度で使用されるので、本発明の別の有利な
構成では、少なくとも電気透析システムの送り管路にお
いて、好ましくは戻り管路においても、熱交換器が設け
られている。送り管路、すなわちシステムの第１の電気
透析ユニットへの供給管路に設けられた熱交換器によっ
て、冷却媒体、例えば冷却水によって電解質が冷却され
る。したがって電気透析ユニットの敏感な構成部材、例
えば膜は、過度に高温の電解質によって損傷されない。
このとき浴運転温度より低い温度の浴電解質は、電気透
析システムの戻り管路、すなわち第２の電気透析ユニッ
トからの浴電解質の排出管路に設置された熱交換器によ
って再び予熱されてから、再び集合容器、特に被覆浴容
器に供給される。この場合、システムの送り管路内に設
けた熱交換器内で浴電解質を冷却する際に高温になった
冷却媒体が、システムの戻り管路で冷えた浴電解質を加
熱するために使用されるように、２つの熱交換器を接続
配置できる。
【００１７】粒子が電気透析ユニット中に進入するのを
回避するために、本発明の別の有利な構成では、システ
ムの送り管路、すなわち第１の電気透析ユニットへの供
給管路内にフィルターを配置するようになっている。こ
のフィルターは浴電解質中に沈殿するおそれのある粒子
を濾過し、電気透析ユニットの個々の室の間の敏感な膜
がふさがるのを防止する。このためにフィルターで捕捉
される粒子は十分小さくなければならず、したがってフ
ィルターも十分微細にすべきである。この目的のために
交差流濾過（マイクロ濾過又はナノ濾過）を使用でき
る。
【００１８】本発明の別の有利な構成に従い、当該シス
テムでは再生電解質の案内のためにも循環が設けられて
いる。本発明のさらに別の有利な構成により、この循環
内に好ましくは貯蔵容器が存在し、この貯蔵容器から再
生電解質が第１の電気透析ユニットに送られ、また第２
の電気透析ユニットから再生電解質がこの貯蔵容器に流
入する。集合容器内で再生電解質の組成を監視し、再生
電解質を再生の必要性に合わせて調整できる。このよう
にして浴電解質から副産物として回収される亜オルトリ
ン酸塩イオンを、例えばトラップにより再生電解質から
取り除くことができる。最適なｐｈを調整するために、
酸もしくは苛性アルカリ溶液を添加できる。さらに、択
一的に消費材料として浴電解質に供給されるニッケルイ
オン及び次亜リン酸塩イオンをこの箇所で添加してもよ
い。
【００１９】最後に本発明の有利な構成に従い、電極室
のための洗浄電解質も循環させることができる。この電
解質に対しても好ましくは集合容器を設けることがで
き、この集合容器から出る電極室のための洗浄電解質は
個々の電極室を順次貫流し、最後に再び洗浄電解質に戻
される。これらの電極で発生する触媒反応により水が水
素と酸素に分解して洗浄電解質から絶えず水が失われる
ので、この箇所で、すなわち洗浄電解質のための集合容
器で、必要に応じて洗浄電解質に水を添加してもよい。
このために供給路を設けることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】以下に、本発明のその他の特徴及
び利点について、唯一の添付図面に示した本発明による
無電流ニッケル電解質の電気透析再生システムの実施例
を詳細に説明する。
【００２１】図面には無電流浴電解質の電気透析再生シ
ステムが示されている。このシステムの中核部分は、２
つの電気透析ユニット１０及び２０である。図面の左側
に示されている第１の電気透析ユニット１０は、陰極Ｋ
ａ１、陽極Ａｎ及びこれらの間に配置され膜で互いに分
離された室１１〜１４を有している。具体的にはこれら
の室は陰極室１１、希釈液室１２、濃縮液室１３及び陽
極室１４である。陰極室１１には陽極側で第１の希釈液
室１２が接続していて、一価陽イオンを透過させる膜ｍ
Ｋによって陽極室１１と分離されている。さらに第１の
希釈液室１２には陽極に向かって濃縮液室１３と希釈液
室１２がそれぞれ交互に接続している。この場合、濃縮
液室１３は希釈液室１２からそれぞれ陰極側ではすべて
の陰イオンを透過させる膜Ａにより分離され、陽極側で
は一価陽イオンを透過させる膜ｍＫによって分離されて
いる。図示の実施例では第１の電気透析ユニット１０の
希釈液室１２と濃縮液室１３の数はそれぞれ２個に制限
されている。しかし必要に応じてそのような室をそれぞ
れ３個以上設けてもよい。希釈液室１２と濃縮液室１３
の順序は陽極側では陰極室１３で終わり、これに陽極室
１４が接続している。最後の濃縮液室１３は、一価陽イ
オンを選択的に透過させる膜ｍＫにより陽極室１４から
分離されている。
【００２２】図面では陽極Ａｎを起点にして右に向かっ
て第２の電気透析ユニット２０が延びている。第２の電
気透析ユニット２０は第１の電気透析ユニット１０と同
じ陽極Ａｎを利用する。さらに第２の電気透析ユニット
２０は固有の陰極Ｋａ２を有している。陽極Ａｎと陰極
Ｋａ２との間には、膜によって分離された種々の室があ
る。これらは陽極を起点として、陽極室２４、希釈液室
２２、濃縮液室２３及び陰極室２１である。第１の電気
透析ユニット１０の陽極室１４と第２の電気透析ユニッ
ト２０の陽極室２４とは、一緒になって共通の陽極室２
４を形成している。陽極室２４においては陽極Ａｎが隔
壁となることができるが、陽極室の部分室１４と２４と
を流動技術的に連通させておいてもよい。希釈液室２２
と濃縮液室２３とは互いに隣接し、かつ交互に配置され
ている。図示の実施例では第２の電気透析ユニット２０
にそれぞれ２個の希釈液室２２と濃縮液室２３が配置さ
れている。しかし、３個以上の濃縮液室２３及び希釈液
室２２を設けることもできる。この場合、希釈液室２２
と濃縮液室２３の数は単位時間当たり必要な電気透析シ
ステムの通過容積によって決まる。
【００２３】第２の電気透析ユニット２０では、陽極室
２４が陽イオンを透過させるイオン交換膜Ｋにより隣接
する希釈液室２２から分離されている。第１の希釈液室
２２には濃縮液室２３が接続している。濃縮液室２３は
希釈液室２２から、陽極側では一価陰イオンを選択的に
透過させるイオン交換膜ｍＡによって分離され、陰極側
ではすべての陽イオンを透過させるイオン交換膜Ｋによ
って分離されている。同様に第２の電気透析ユニット２
０のすべての濃縮液室は、一価陰イオンを選択的に透過
させるイオン交換膜ｍＡによって分離され、陰極側では
すべての陽イオンを透過させるイオン交換膜Ｋによって
分離されている。図面の右側に示した最後の濃縮液室２
３には、すべての陽イオンを透過させるイオン交換膜Ｋ
で分離されて陰極室２１が接続している。
【００２４】さらに図面には種々の電解質循環が概略的
に示されている。貯蔵容器３０には再生すべき浴電解質
が入っている。この浴電解質は送り管路３１を通して第
１の電気透析ユニット１０の希釈液室１２に供給され
る。この場合、送り管路３１には、電気透析ユニット１
０の前段に粒子フィルター３２と熱交換器３３が接続配
置されている。場合によって電解質中に含まれている浮
遊物質が粒子フィルター３２で濾過されるので、これら
の浮遊物質が電気透析ユニット１０及び２０内に包含さ
れている膜の敏感な孔を塞いで、膜が使用不能になるこ
とはない。図示の実施例では、１０μｍより大きい粒径
を濾過する粒子フィルター３２が使用されていることが
好都合である。粒子フィルター３２には送り管路３１内
で熱交換器３３が接続している。送り管路３１は熱交換
器３３の後方で個々の分配管路３１１と３１２に分岐
し、それぞれ第１の電気透析ユニット１０の固有の希釈
液室１２内に開口している。さらに、希釈液室１２から
集合管路３１３及び３１４が進出して越流管路３４内に
開口し、越流管路３４は、第１の電気透析ユニット１０
の希釈液室１２を第２の電気透析ユニット２０の希釈液
室２２と接続しているのが分かる。
【００２５】越流管路３４を起点として、分配管路３４
１，３４２は第２の電気透析ユニット２０の希釈液室２
２内に続いている。第２の電気透析ユニット２０の希釈
液室２２からは再び集合管路３４３，３４４が進出し
て、戻り管路３５内に開口している。最後に戻り管路３
５は熱交換器３６を介して再び貯蔵容器３０に戻る。送
り管路３１、分配管路３１１，３１２、希釈液室１２、
集合管路３１３，３１４、越流管路３４、分配管路３４
１，３４２，希釈液室２２、集合管路３４３，３４４及
び戻り管路３５からなる上述の管路系は、貯蔵容器３０
と共に再生すべき浴電解質の第１の循環を形成する。
【００２６】以下に、第２の電解質循環について再生電
解質のための貯蔵容器４０を起点として説明する。貯蔵
容器４０を起点として、送り管路４１が第１の電気透析
ユニット１０に続いている。送り管路４１に接続された
分配管路４１１及び４１２を介して当該送り管路４１は
濃縮液室１３と接続されている。第１の電気透析ユニッ
ト１０の濃縮液室１３からは集合管路４１３、４１４が
進出して越流管路４２に続いている。越流管路４２は第
１の電気透析ユニット１０の濃縮液室１３と第２の電気
透析ユニット２０の濃縮液室２３とを接続している。こ
のために越流管路４３には、当該越流管路４２と濃縮液
室２３とを結んでいる送り管路４１２、４２２が接続さ
れている。濃縮液室からは集合管路４２３，４２４が進
出して戻り管路４３内に開口している。戻り管路４３は
最後に貯蔵容器４０に戻り、循環を閉じる。
【００２７】第３の循環管路は貯蔵容器５０を起点とし
ている。この貯蔵容器内には電極室１１，１４，２４及
び２１のための洗浄電解質が入っている。貯蔵容器５０
を起点とする環状管路５１が示されている。環状管路５
１は図面では左方向に延びて最初に陰極室１１に開口
し、次いで陽極室１４及び２４に開口し、最後に陰極室
２１に開口した後、貯蔵容器５０に戻る。
【００２８】所望の流量の達成を図るために、図面には
示されていないが、前記３つのすべての循環管路には適
当な電解質輸送手段、例えばポンプを配置することがで
きる。そのようなポンプ又はその他の適当な電解質輸送
手段の輸送能力を調整するか、又は適当な流量調節器を
用いて、装入量を単位時間当たりの容積流量として調節
できる。
【００２９】本システムは、貯蔵容器３０から出る浴電
解質を再生するために次のように作動する。貯蔵容器３
０は無電流被覆に利用する被覆浴容器であってよく、こ
こから浴電解質が送り管路３１を介して粒子フィルター
３２及び熱交換器３３を通って第１の電気透析ユニット
１０の希釈液室１２に供給される。このとき冷却管路６
０を介して熱交換器に冷却水を供給し、浴電解質の温度
を運転温度未満に下げる。浴電解質は分配管路３１１及
び３１２により並行流に分割され、希釈液室１２に平行
に送られる。同時に貯蔵容器４０から送り管路４１を介
して再生電解質が取り出され、分配管路４１１と４１２
を介して希釈液室１２に隣接する第１の電気透析ユニッ
ト１０の濃縮液室１３に供給される。陽極Ａｎと陰極Ｋ
ａ１との間で運転電圧が印加される。陽極Ａｎと陰極Ｋ
ａ１との間に形成された電界により、両電解質中に含ま
れたイオンは移動するように励起される。このとき陽イ
オンは陰極Ｋａ１に向かって動き、陰イオンは陰極Ａｎ
に向かって動く傾向がある。しかし個々の室の間に配置
された膜により、イオンの移動は制限される。なぜなら
ば、単選択的陽イオン交換膜ｍＫ及び陰イオン交換膜Ａ
は、すべてのイオンに対して透過性ではないからであ
る。そのため希釈液室１２からは一価陽イオンのみが単
選択的陽イオン交換膜ｍＫを通って隣接する濃縮液室１
３に通過する。このイオンは、例えば図面に示されてい
るように一価ナトリウムイオンである。このようにして
これらのイオンは浴電解質から抜き取られる。これに対
して二価ニッケルイオンは単選択的陽イオン交換膜ｍＫ
を通過できず、浴電解質中にとどまっている。反対側の
希釈液室を仕切っている陰イオン交換膜Ａを通って、す
べての陰イオン、それゆえ特に次亜リン酸塩イオンと亜
オルトリン酸塩イオンが通過できる。こうしてこれらの
イオンは隣接の濃縮液室１３に達する。隣接の濃縮液室
１３からその他のイオンは、一方では単選択的陽イオン
交換膜を通って、他方では陰イオン交換膜Ａを通って希
釈液室１２に、したがって浴電解質に達しない。こうし
て第１の電気透析ユニット１０において浴電解質から次
亜リン酸塩イオンと亜オルトリン酸塩イオン及びナトリ
ウムイオンが抜き出される。これらのイオンは再生電解
質中で濃縮される。
【００３０】第１の電気透析ユニット１０の希釈液室１
２を通過した後、再生すべき浴電解質は集合管路３１３
及び３１４によって集められて、越流管路３４を通って
第２の電気透析ユニット２０の希釈液室２２に送られ
る。浴電解質は分配管路３４１，３４２により部分流に
分割されて希釈液室２２に送られる。同時に再生電解質
も第１の電気透析ユニット１０の濃縮液室１３から集合
管路４１３，４１４、越流管路４２及び分配管路４２
１，４２２を通って平行な部分流として第２の電気透析
ユニット２０の濃縮液室２３に送られる。両電気透析ユ
ニット１０と２０で同時に利用される第２の電気透析ユ
ニット２０の陽極Ａｎと陰極Ｋａ２との間にも電位差が
あり、第２の電気透析ユニット２０上の電界を形成させ
る。第１の電気透析ユニットにおける電界と同様に、こ
の電界も第２の電気透析ユニット内でイオンの移動を引
き起こし、陽イオンは陽極に向かって進み、陰イオンは
陰極に向かって進む。第２の電気透析ユニット２０でも
膜は個々のイオンの移動動作を選択する。したがって陰
極側で希釈液室２２に隣接して配置された濃縮液室２３
からは両室２２，２３の間に配置された単選択的陽イオ
ン交換膜ｍＡを通って一価次亜リン酸塩イオンが進出
し、浴電解質中で濃縮される。
【００３１】これに対して二価亜オルトリン酸塩イオン
は単選択的陽イオン交換膜ｍＡを通過できず、再生電解
質２３中に留まる。陽極側で希釈液室に隣接する濃縮液
室２３から、先に浴電解質から取り除かれたナトリウム
イオンが再び浴電解質に供給される。さらに浴電解質
（図示しない）には別のイオン、例えばニッケルイオン
を消費されたニッケンの補足として供給できる。単選択
的陽イオン交換膜ｍＡを通って供給される次亜リン酸塩
イオンについても、これらは単に第１の電気透析ユニッ
ト１０において浴電解質から抜き出されたイオンであっ
てよいが、再生電解質中にすでに含まれていて、再生の
過程で浴電解質に供給される次亜リン酸塩イオンであっ
てもよい。択一的に、ニッケル浴中で必要とされるニッ
ケルイオン及び次亜リン酸塩イオンを濃縮するために、
そのようなイオンを含んでいる化合物、例えば硫酸ニッ
ケル、次亜リン酸ニッケル又は次亜リン酸ナトリウムを
介して直接電解質に添加できる。再生された浴電解質は
第２の電気透析ユニットを通過した後、集合管路３４
３，３４４を通って戻り管路３５に添加され、熱交換器
３６を通って貯蔵容器３０に戻される。熱交換器３６で
浴電解質は再び高温に、好ましくはその運転温度近傍ま
で加熱される。この目的のために、例えば冷却水管路６
０内を案内されて、第１の熱交換器３３内で電解質を冷
却するために使用される冷却水を熱媒体として使用でき
る。
【００３２】同様に、第２の電気透析ユニットの濃縮液
室２３から進出する再生電界質は集合管路４２３，４２
４を通って戻り管路４３に送られ、最後に貯蔵容器４０
に送られる。４４及び４５は、貯蔵容器４０内で再生電
界質に対する除去４４及び添加４５が行われ得ることを
意味している。このことは例えば除去に関しては、これ
は再生電界質中で濃縮された副産物の亜オルトリン酸塩
イオンであることができ、これは例えば沈殿又は別の仕
方で再生電界質から取り除くことができる。さらにこの
方法の進行に好都合なｐＨを７．８に調整する目的で、
苛性アルカリ溶液、例えば水酸化ナトリムを添加でき
る。
【００３３】最後に、プロセス全体を通して、貯蔵容器
５０から洗浄電界質が環状管路５１を通って電極室１
１，１４，２４及び２１に通される。図示の例では洗浄
電界質は水溶性硫酸ナトリウムであり、これは一方では
電極室を通る電流経路を可能にするが、他方では電極、
すなわち陰極Ｋａ１、Ｋａ２及び陽極Ａｎに対して有害
な影響を与えない。
【００３４】本発明による方法により、無電流浴電界質
から簡単かつ効率的に好ましくない反応生成物、例えば
亜オルトリン酸塩を取り除くことができ、しかも有用な
イオン、例えばニッケルイオンが失われたり、再生され
た浴電界質の有用性がなんらかの仕方で損なわれたりす
ることはない。
【００３５】本発明による構造では、電気透析ユニット
１０，２０は、電極（図示の実施例では陽極Ａｎ）を共
同利用するように構成されていることにより、製造コス
トが安く、コンパクトな構造の電気透析ユニットが可能
となる。最後に洗浄電界質が貫流できる電極室１１，１
４，２４，２１内に電極Ｋａ１，Ａｎ，Ｋａ２を配置す
ることにより、等しく高い電気透析度で電極の可使時間
を高めることができる。
【００３６】
【発明の効果】以上、詳述したように、この発明による
と、廉価であり、電極の使用寿命が長いという優れた効
果を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明による無電流ニッケル電解質の電気透
析再生システムの概要図。
【符号の説明】
１０…電気透析ユニット、１１…陰極室、１２…希釈液
室、１３…濃縮液室、１４…陽極室、２０…電気透析ユ
ニット、２１…陰極室、２２…希釈液室、２３…濃縮液
室、２４…陽極室、３０…貯蔵容器、３１…送り管路、
３２…粒子フィルター、３３…熱交換器、３４…越流管
路、３５…戻り管路、３６…熱交換器、３１１…分配管
路、３１２…分配管路、３１３…集合管路、３１４…集
合管路、３４１…分配管路、３４２…分配管路、３４３
…集合管路、３４４…集合管路、４０…貯蔵容器、４１
…送り管路、４２…越流管路、４３…戻り管路、４４…
除去、４５…添加、４１１…分解管路、４１２…分配管
路、４１３…集合管路、４１４…集合管路、４２１…分
配管路、４２２…分配管路、４２３…集合管路、４２４
…集合管路、５０…貯蔵容器、５１…環状管路、６０…
冷却管路、Ｋａ１…陰極、Ｋａ２…陰極、Ａｎ…陽極、
Ａ…陰イオン交換膜、Ｋ…陽イオン交換膜、ｍＡ…単選
択的陰イオン交換膜、ｍＫ…単選択的陽イオン交換膜。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ペーター アントン アドリアン ヴェル ホェーベン オランダ国 ＮＬ−5261 ベーエル ヴッ ト トレンストラート ７ Ｆターム(参考） 4D006 GA06 GA17 JA41Z JA43Z JA44Z JA56Z JA66 KA53 KA54 KA55 KA57 KE15Q KE18P KE18Q PB12 PB70 4D061 DA08 DB18 DC13 EA09 EB01 EB04 EB13 EB16 EB37 EB39 FA09 FA13 FA20 GA22 GC11 4K022 AA13 AA18 AA42 BA14 BA31 DA01 DB02 DB08 DB22

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 無電流浴電解質を電気透析によって再生
    するためのシステムであって、それぞれ浴電解質を通過
    させるための第１の希釈液室（１２）と第２の希釈液室
    （２２）及び再生電解質を通過させるための第１の濃縮
    液室（１３）と第２の濃縮液室（２３）を具備し、かつ
    陽極（Ａｎ）及び陰極（Ｋａ１、Ｋａ２）と協働する第
    １の電気透析ユニット（１０）と第２の電気透析ユニッ
    ト（２０）とを有しており、第１の電気透析ユニット
    （１０）では希釈液室（１２）が濃縮液室（１３）か
    ら、陰極側では一価陽イオンを選択的に透過させる膜
    （ｍＫ）によって分離され、陽極側ではすべての陰イオ
    ンを選択的に透過させる膜（Ａ）によって分離されてお
    り、第２の電気透析ユニット（２０）では希釈液室（２
    ２）が濃縮液室（２３）から、陰極側では一価陰イオン
    を選択的に透過させる膜（ｍＡ）によって分離され、陽
    極側ではすべての陽イオンを選択的に透過させる膜
    （Ｋ）によって分離されており、さらに第１の電気透析
    ユニット（１０）の希釈液室（１２）が第１の管路（３
    １３，３１４，３４，３４１，３４２）を介して第２の
    電気透析ユニット（２０）の希釈液室（２２）と直列に
    接続されて浴電解質を順次通過させるようになってお
    り、第１の電気透析ユニット（１０）の濃縮液室（１
    ３）は第２の管路（４１３，４１４，４２，４２１，４
    ２２）を介して第２の電気透析ユニット（２０）の濃縮
    液室（２３）と直列に接続されて再生電解質を順次通過
    させるようになっているものにおいて、 膜により隣接
    室と分離されていて、第３の管路（５１）を介して洗浄
    電解質が貫流できる、電極（Ａｎ、Ｋａ１、Ｋａ２）に
    固有の電極室（１１，１４，２１，２４）が配置されて
    おり、さらに両電気透析ユニット（１０，２０）の室に
    隣接している電極室（１４，２４）内に両電気透析ユニ
    ット（１０，２０）のために共同で働く電極（Ａｎ）が
    配置されていることを特徴とする、無電流浴電解質を電
    気透析によって再生するためのシステム。
  2. 【請求項２】 両電気透析ユニット（１０，２０）に共
    通に作用する電極が陰極（Ａｎ）であることを特徴とす
    る請求項１に記載のシステム。
  3. 【請求項３】 電極室内に、Ｎａ2ＳＯ4、Ｋ2ＳＯ4及び
    ／又はＮａ2ＰＯ3の水溶液である洗浄電解質が存在する
    ことを特徴とする請求項１又は２に記載のシステム。
  4. 【請求項４】 電極室中に存在する洗浄電解質が前記物
    質を濃度１〜３０ｇ／ｌの水溶液として有していること
    を特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のシ
    ステム。
  5. 【請求項５】 浴電解質及び／又は再生電解質を少なく
    とも１つの両電気透析ユニット（１０，２０）の希釈液
    室（１２，２２）もしくは濃縮液室（１３，２３）に通
    すために、主供給管路を起点としてこれらの室に平行な
    管路が接続されていることを特徴とする請求項１乃至４
    のいずれか１項に記載のシステム。
  6. 【請求項６】 浴電解質を電気透析ユニット（１０，２
    ０）の希釈液室（１２，２２）に通すための管路系が循
    環するように案内されていることを特徴とする請求項１
    乃至５のいずれか１項に記載のシステム。
  7. 【請求項７】 循環管路内に浴電解質のための集合容器
    （３０）が配置されていることを特徴とする請求項６に
    記載のシステム。
  8. 【請求項８】 浴電解質のための循環中に少なくとも１
    つの熱交換器が配置されていることを特徴とする請求項
    ６又は７に記載のシステム。
  9. 【請求項９】 浴電解質を案内するための管路系が配置
    されていることを特徴とする請求項６乃至８のいずれか
    １項に記載のシステム。
  10. 【請求項１０】 再生電解質を第１の電気透析ユニット
    （１０）及び第２の電気透析ユニット（２０）の濃縮液
    室（１３，２３）に通すための管路系が循環するように
    案内されていることを特徴とする請求項１乃至９のいず
    れか１項に記載のシステム。
  11. 【請求項１１】 再生電解質を案内するための管路系が
    集合容器（４０）を有していることを特徴とする請求項
    １０記載のシステム。
  12. 【請求項１２】 洗浄電解質を電極室（１１，１４，２
    １，２４）に通すために循環管路が配置されていること
    を特徴とする請求項１乃至１１のいずれか１項に記載の
    システム。
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