JP2796903B2 - 金属イオンの除去装置 - Google Patents

金属イオンの除去装置

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    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、例えば銅系塩化鉄廃液
中の銅イオンを除去するための装置に関するものであ
る。
【0002】
【従来の技術】一般にプリント基板のエッチングや製鋼
所における銅系鋼板等のピックリングから生じる廃液中
には銅イオンが含まれているため、公害防止上、下水道
に排出する前にその銅イオンを除去する必要がある。こ
のような廃液の処理方法としては無隔膜電解槽や隔膜電
解槽を用いた電解法、あるいは溶媒抽出法等が知られて
いるが、いずれも十分な除去率を得ることができない。
【0003】また、塩化第2鉄溶液によりプリント基板
をエッチングした後の銅系塩化鉄廃液を多量に処理する
場合には、操作の容易性から、鉄スクラップを廃液中に
投入して鉄と銅イオンとの置換により銅イオンを金属と
して取り除き、その後当該廃液中に塩素ガスを通じ、こ
れにより塩化第1鉄を塩素化して塩化第2鉄を再製する
ようにしている。
【0004】この様子を化学式で表わすと次のように表
わされる。
【0005】
【化1】 2FeCl3+Fe→3FeCl2 CuCl2+Fe→Cu+FeCl2 FeCl2+1/2Cl2→FeCl3 即ち処理前の廃液中には、エッチングにより還元された
塩化第1鉄、生成物である塩化第2銅、塩酸及び未反応
の塩化第2鉄が含まれており、この中に鉄スクラップを
投入すると、先ず塩化第2鉄が鉄と反応して塩化第1鉄
とされ、次いで塩化第2銅と鉄とが反応して、銅粉が生
成され、固液分離により除去される。その後塩化第1鉄
を塩素化して塩化第2鉄とする。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な方法で再製される塩化第2鉄溶液中には、銅の再溶解
も含めて銅イオンが50〜200ppm程度含まれてい
る。この程度の銅イオン濃度であれば銅をエッチングす
る場合には問題ないが、鉄系やニッケル系の材料例えば
シャドーマスクをエッチングする場合には、エッチング
液中の銅が被エッチング材上に析出し問題となるし、そ
のまま下水道に排出されると公害防止の面からも好まし
くない。
【0007】本発明はこのような背景のもとになされた
ものであり、例えば銅系塩化鉄廃液中の銅イオンを高い
除去率で除去することのできる金属イオンの除去装置を
提供することにある。
【0008】
【課題を解決するための手段】先ず本発明の着眼点につ
いて説明すると、例えば先述した、塩化第2鉄溶液でプ
リント基板をエッチングした後の廃液を、鉄、グラファ
イトフェルトを夫々陽極、陰極として対向させて電気分
解すると、陽極では化学式2、陰極では化学式3で示す
反応が起こる。
【0009】
【化2】 Fe−2e→Fe2+ Fe+2H+→Fe2++H2
【0010】
【化3】 Fe3++e→Fe2+ Cu2++2e→Cu Cu+e→Cu 2H++e→H2 Fe2++2e→Fe ここで平衡論にもとづいて陰極反応を考察すると、銅の
電析の起こり得る電流密度が一番小さく、水素発生の起
こり得る電流密度、鉄の電析の起こり得る電流密度の順
に大きくなっていく。従って電極間を通電すると、銅の
電析が最初に起こるはずである。しかしながら上記の廃
液においては、鉄イオンの濃度が銅イオンの濃度に対し
て例えば約1600倍と大きいため、実際には鉄の電析
及び水素ガスの発生が副反応として多量に起こる。また
pHが低く、水素イオン濃度が高い場合には鉄の電析は
起こらず、水素ガスの発生が主反応となる。なお、鉄の
電析を抑えるために電流値を小さくした場合には反応が
遅くなって、電解槽内の銅を除去するのに非常に長い時
間を要するか、あるいは装置が過大となる。
【0011】そこで本発明者は、陰極の表面積をできる
だけ大きくとるという発想をもって、次のような装置を
生み出した。即ち本発明の金属イオンの除去装置は、
解槽と、この電解槽の外に一端部及び他端部が連通する
ように電解槽内に設けられ、管壁に多数の通水孔が形成
された絶縁性のパイプと、このパイプに前記通水孔を塞
ぐように巻装され、導電性の濾過層であるフェルトある
いはシートよりなる陰極体と、この陰極体の外周面のほ
ぼ全体に亘って密着して覆うように設けられたメッシュ
状の給電体と、前記パイプ内に設けられた棒状の可溶性
陽極と、前記電解槽に形成された、金属イオンを含む被
処理液の吸水口と、前記パイプの一端部に連通する前記
被処理液の排水口と、を備え、被処理液中の金属イオン
が陰極で析出して濾過されることを特徴とする。
【0012】
【作用】例えば上述の銅系塩化鉄廃液よりなる被処理液
は、電解槽内に圧送され、陰極体を構成する濾過層内を
通過する。この濾過層はいわば液体の抵抗体であるた
め、被処理液は濾過層に対して局所的に入り込むことな
く分散されて入り込み、そしてここを通過した後、例え
ば陽極体に沿って上昇し、その上方から排出される。
ここで陰極体は例えばグラファイトフェルトにより円筒
状に成形されているため、その表面積は非常に大きく、
従って所要の除去速度を得ながら電流密度を大きくする
ことができ、このため先述した分散作用も加わって被処
理液は電流密度の小さい電極部分に広範囲に亘って接触
することができる。また陰極体の外周面のほぼ全体に亘
って密着して覆うようにメッシュ状の給電体を設けてい
るため、陰極体全体に亘って高い均一性をもって給電さ
れ、電流密度の均一性が高いので、この結果鉄の電析及
び水素の発生が抑えられ、銅の電析が主体となり、しか
も広範囲で起こる。そして陰極自体が濾過層であるか
ら、析出脱落した銅粉は、ここで濾過される。
【0013】
【実施例】図1は本発明の実施例の全体を示す断面図で
あり、図2は、その要部を示す斜視図である。この実施
例では、下部に被処理液の吸水口11を備えた円筒状の
電解槽1の上部に、排水口21を備えた排水室2が設け
られており、電解槽1内の中心部には、上端が排水室2
内に開口すると共に下端が電解槽1を貫通して外部に突
出した絶縁性の例えばPVC等のプラスチックよりなる
パイプ3が設置されている。このパイプ3は下端部より
上方位置にて、管壁に多数の通水孔31が形成されてい
る。またパイプ3の上端付近にはフランジ32が形成さ
れており、このフランジ32を介して排水室2の底面に
固定される。
【0014】前記パイプ3内には、外部から排水室2を
貫通した鉄丸棒よりなる陽極体4が電解槽1の下端部付
近まで、間隙を介して突入されている。
【0015】前記パイプ3の外周面には、通水孔31が
形成されていない下端部付近を除いて、例えばカーボン
もしくはグラファイト等の導電繊維製のフェルトあるい
はシートが巻装され、これによって陰極体を兼用する濾
過層5が構成されている。更にこの濾過層5の外周面に
は、この全面を密着して覆うように例えばチタンよりな
るメッシュ状の陰極給電体6が配置されている。この陰
極給電体6の取り付けについては、例えば図2に示すよ
うに、両縁に取り付け部材61、62を備えた横断面が
半円状ユニット60を2個用意して、これらを互に取り
付け部材61、62を介して接合すればよい。
【0016】次に上述実施例の作用について述べる。先
ず被処理液である銅廃液を図示しないポンプにより吸水
口11を通じて電解槽1内に圧送すると共に、陽極体4
及び陰極給電体6の間に直流電源Eにより電圧を印加す
る。原料銅廃液としては、例えば塩化第2鉄溶液により
銅をエッチングした後の廃液について、鉄スクラップを
用いてセメンテーションにより脱銅し、依然微量の銅イ
オンが含まれている銅廃液を用いる。
【0017】そして上記の構造からわかるように、電解
槽1内の被処理液が排水室2に達するためには、陰極体
を兼用する濾過層5を通じてパイプ3の通水孔31を通
らなければならないので、当該濾過層5が水の抵抗体の
役割を果たし、被処理液が濾過層5に対して均一に分散
された状態で透過し、パイプ3内を陽極体に沿って上昇
する。従って陰極体を兼用する当該濾過層5の全範囲に
亘って被処理液が通流する。
【0018】ここで「作用」の項にて詳述したように、
陰極体は陽極体4を取り囲むように配置されており、し
かも陰極体自体がフェルト等の濾過層を構成しているの
で、所要の大きさの電流を流しながら電流密度を小さく
でき、このため鉄の電析が抑えられて銅の電析が主体と
なる。そして析出脱落した銅粉も濾過層5内にて濾過さ
れるが、そのまま透過したものはパイプ3内を降下し、
その下端から排出される。一方銅が除去された被処理液
は排水室2を介して排水口より排出される。上述実施例
では、陽極体、陰極体を組み合わせた電極体を電解槽内
に1個配設した構成としているが、本発明ではこうした
電極体を電解槽内に複数個配置して処理量を大きくする
ことができるし、また図3に示すように、電極体を複数
備えた電解槽を例えばシリーズに2個接続して多段処理
を行うようにしてもよい。
【0019】次に図3に示す2段型の装置を用いて処理
した実験結果について述べる。先ず装置としては、1段
目の電解槽1Aの排水口に気液分離器7を介して2段目
の電解槽1Bの吸水口を接続し、各電解槽1A、1B
に、実施例で述べた構造の10個の電極体を設置したも
のを用いる。そして塩化第1鉄、塩化第2鉄及び塩化第
2銅を含む被処理液を100l/hrの流量でかつ1槽
当り20Aの電流で電解槽1Aに供給したところ、各部
における金属イオン濃度は表1に示す通りであった。
【0020】
【表1】 この実験例からわかるように、上述の装置によれば銅イ
オンを高い除去率で除去できる。なおこの例では電解槽
1Aにて再酸化したFe3+が主として除去されている
が、流量や陰極体を兼用する濾過層の巻き径等を調整す
ることによって、必ずしも2段型としなくても同様の機
能が得られることは勿論である。
【0021】以上において上述実施例では、絶縁性のパ
イプ3は濾過層5の保持体としての役割を果たしている
が、濾過層5として頑強なものを用いる場合には不要で
ある。 またメッシュ状の陰極給電体は、フェルトある
いはシート状の陰極体に対して大きな接触面積が得られ
るものであればよく、線状体が縦横に広がるもののみな
らず、板状体に多数の孔を有するもの等を用いてもよ
い。更に電解槽内に被処理液を圧送するためには、ポン
プを用いることなく、例えば被処理液の貯液タンクと電
解槽とに落差をもたせるといった手法を採用してもよ
い。
【0022】なお、析出金属により濾過層が目詰まりす
る時点と陽極体が溶解して使用できなくなるまでの時点
とを揃うようにすれば電極体全体を交換すればよいので
メンテナンスが容易であるし、また陽極体を無駄に使用
しなくて済む。
【0023】
【発明の効果】本発明によれば、棒状の陽極体を取り囲
むように、導電性の濾過層よりなる陰極体を配置すると
共に、陰極体の外周面のほぼ全体に亘ってメッシュ状の
給電体を設けているため、被処理液中における陰極体の
表面積が非常に大きくかつ陰極体に均一に給電すること
ができ、この結果所要の電流を通電しながら陰極体にお
ける電流密度を小さくでき、従って金属イオンの電析を
選択的に確実に行うことができる。しかも濾過層は被処
理液の抵抗体の役割を果たすので、被処理液が広範囲に
亘って濾過層の中に流れ込み、このため例えば銅系のエ
ッチング鉄廃液のように、多量のFe2+が存在する液
中の微量の銅イオンを高い効率で除去できる。また通水
孔を有するパイプにフェルトあるいはシ−トを巻装して
いるため、陰極体以外は被処理液が通らないようにする
構造を容易に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す断面図である。
【図2】同実施例の要部を示す斜視図である。
【図3】本発明の他の実施例を示す説明図である。
【符号の説明】
1 電解槽 2 排液室 3 パイプ 4 陽極体 5 陰極体を兼用する濾過層 6 陰極給電体
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C25C 1/00 - 1/24 C25C 7/02 - 7/08 C02F 1/46

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 電解槽と、この電解槽の外に一端部及び
    他端部が連通するように電解槽内に設けられ、管壁に多
    数の通水孔が形成された絶縁性のパイプと、このパイプ
    に前記通水孔を塞ぐように巻装され、導電性の濾過層で
    あるフェルトあるいはシートよりなる陰極体と、この陰
    極体の外周面のほぼ全体に亘って密着して覆うように設
    けられたメッシュ状の給電体と、前記パイプ内に設けら
    れた棒状の可溶性陽極と、前記電解槽に形成された、金
    属イオンを含む被処理液の吸水口と、前記パイプの一端
    部に連通する前記被処理液の排水口と、を備え、被処理
    液中の金属イオンが陰極で析出して濾過されることを特
    徴とする金属イオンの除去装置。
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