JP4603495B2 - Alkali recovery method for alkali etching solution - Google Patents
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Description
アルミニウムのアルカリエッチング処理において、エッチング液中のAl濃度が増加するとエッチング速度が低下すると共に品質にも悪影響を与える。また溶解したAl3+イオンは酸と結合してAlO− の陰イオンを形成し、アルミン酸ソーダNaAlO2
として液中に存在する。
Al+NaOH+H2O→NaAlO2+3/2H2
そして、アルミン酸ソーダは加水分解して硬いAl2O3を生成し、エッチング処理に支障を来す。
そこで、アルカリエッチング液からアルミン酸ソーダを除去してAl2O3の生成を阻止する必要がある。従来そのために種結晶添加法(バイヤー法)と加水分解防止剤添加法が採用されている。
前者は加水分解により以下の反応を得てAlを分離するものである。
NaAlO2+2H2O→NaOH+Al(OH)3(Al2O3)
しかし、この方法においては過大な装置が必要であると共にAl2O3の生成が避けられず、Al2O3が壁に付着して運転に支障が生ずることが免れない。
後者はAl2O3は生成されないのでAl2O3によるトラブルは避けることができるが、Alを分離除去することが出来ないのでエッチング液の廃棄更新が必要になる。
In the alkaline etching treatment of aluminum, when the Al concentration in the etching solution increases, the etching rate decreases and the quality is also adversely affected. The dissolved Al 3+ ions combine with an acid to form an anion of AlO − , and sodium aluminate NaAlO 2.
As it exists in the liquid.
Al + NaOH + H 2 O → NaAlO 2 + 3 / 2H 2
And sodium aluminate hydrolyzes to produce hard Al 2 O 3 , which hinders the etching process.
Therefore, it is necessary to remove the production of Al 2 O 3 by removing sodium aluminate from the alkaline etching solution. Conventionally, a seed crystal addition method (Buyer method) and a hydrolysis inhibitor addition method have been employed for this purpose.
The former obtains the following reaction by hydrolysis to separate Al.
NaAlO 2 + 2H 2 O → NaOH + Al (OH) 3 (Al 2 O 3 )
However, in this method, an excessive apparatus is required and generation of Al 2 O 3 is unavoidable, and it is inevitable that Al 2 O 3 adheres to the wall and hinders operation.
In the latter case, since Al 2 O 3 is not generated, troubles due to Al 2 O 3 can be avoided. However, since Al cannot be separated and removed, it is necessary to recycle the etching solution.
この発明は、従来における以下の問題点を解決することを課題とするものである
(1)アルミナ(Al2O3)の析出を回避すること。
(2)小型な装置で処理可能とすること。
(3)NaCO3及び重金属の蓄積を回避すること。
An object of the present invention is to solve the following problems in the prior art: (1) Avoid precipitation of alumina (Al 2 O 3 ).
(2) It should be possible to process with a small device.
(3) Avoid accumulation of NaCO 3 and heavy metals.
この発明は、Naを含むアルミニウムのアルカリエッチング液を電解槽に導き、二段階の電解透析工程を経ることによって、アルミナの結晶を生成することなく、アルカリエッチング液に含まれるNaAlO2をNaOHとAl(OH)3に分離するものである。 The present invention introduces an alkaline etching solution of aluminum containing Na into an electrolytic cell, and passes NaAlO 2 contained in the alkaline etching solution through a two-stage electrodialysis process without producing alumina crystals. (OH) 3 is separated.
請求項1の発明は、第一工程としてアルミニウムのアルカリエッチング液を第一電解槽に導き、イオン交換膜を通してNa+を陰極側に分離し、前記Na+を陰極反応で生成されるOH−と結合させてNaOHを得る。次いで第二工程として、前記第一工程における陽極側の液を中和槽に供給し、併せて第二電解槽の陽極液を前記中和槽に供給して中和槽において第一電解槽の陽極液中のAlO2 −イオンを前記第二電解槽の陽極反応で生成されるH+イオンで中和してAl3 +イオンをAl(OH)3として分離した後、この液を第二電解槽に導き、イオン交換膜を通してNa+を陰極側に分離し、前記Na+を陰極反応で生成されるOH−と結合させてNaOHを得る。
以上の工程により、アルミナや重金属が生成されることなく、エッチング液に含まれるNaAlO2はNaOHとAl(OH)3に分離され、これらを回収することができる。そして、Al(OH)3は前記中和槽で生成されかつ排出されるので、電解槽にAl(OH)3が生成することがない。
請求項2の発明は、中和槽の処理液を、第二電解槽の陽極側に加えて第一電解槽の陰極側に導くこととしたものである。
請求項3の発明は、陽極液のpHは、第一工程においてはpH10以上、第二工程においてはpH2以上8以下としたものである。上記pHの調整は、各電解槽のpHを随時チェックし、第一電解槽にエッチング液を適宜添加し、第二電解槽に第一電解槽の陽極液を添加して行う。
pHを2以上8以下に維持すればNaAlO2は加水分解しAl(OH)3として分離されるので実質上第2電解槽中に混入することはない。
The invention of
Through the above steps, NaAlO 2 contained in the etching solution is separated into NaOH and Al (OH) 3 without generating alumina or heavy metal, and these can be recovered. And since Al (OH) 3 is produced | generated and discharged | emitted by the said neutralization tank, Al (OH) 3 does not produce | generate in an electrolytic cell.
In the invention of
In the invention of
If the pH is maintained at 2 or more and 8 or less, NaAlO 2 is hydrolyzed and separated as Al (OH) 3 , so that it is not substantially mixed into the second electrolytic cell.
請求項4は請求項1ないし3の方法を実施するための装置に関するものである。
この発明の装置は、イオン交換膜を備えた第一電解槽と、イオン交換膜を備えた第二電解槽と、中和槽とで構成する。前記第一電解槽の陽極側にはアルカリエッチング液の流入管及び前記中和槽への流出管を接続し、前記第一電極槽の陰極側には回収アルカリの回収管を接続し、前記中和槽には前記第一電解槽の流出管及び第二電解槽の陽極側に接続された流出管を接続し、前記中和槽には中和槽内液の流出管が接続され、この流出管の先端は第二電解槽の陽極側に接続し、前記第二電解槽の陰極側には回収アルカリの回収管を接続してアルカリエッチング液のアルカリ回収装置を構成する。
The apparatus of this invention comprises a first electrolytic cell equipped with an ion exchange membrane, a second electrolytic cell equipped with an ion exchange membrane, and a neutralization tank. An alkaline etching solution inflow pipe and an outflow pipe to the neutralization tank are connected to the anode side of the first electrolysis tank, and a recovery alkali recovery pipe is connected to the cathode side of the first electrode tank. The sump tank is connected to the outflow pipe of the first electrolysis tank and the outflow pipe connected to the anode side of the second electrolysis tank, and the neutralization tank is connected to the outflow pipe of the liquid in the neutralization tank. The tip of the tube is connected to the anode side of the second electrolytic cell, and a recovery alkali recovery tube is connected to the cathode side of the second electrolytic cell to constitute an alkali recovery device for alkali etching solution.
請求項1の発明において、第一工程としてアルミニウムのアルカリエッチング液を第一電解槽に導くと、陽極において式(1)の反応が得られ、陰極において式(2)の反応が得られる。
式(1) NaOH−e−→Na++1/4O2+1/2H2O
式(2) H2O+e−→1/2H2+OH−
そして、陽極反応で得られたNa+をイオン交換膜を通して陰極側に分離すると、前記Na+は陰極反応で生成されるOH−と結合してNaOHが生成し、O2とH2は気体として分離される。よって、陰極液を回収することにより、アルカリ(NaOH)を回収することができる。
In the first aspect of the present invention, when an alkali etching solution of aluminum is introduced into the first electrolytic cell as the first step, the reaction of the formula (1) is obtained at the anode, and the reaction of the formula (2) is obtained at the cathode.
Equation (1) NaOH - e - → Na + + 1 /
Formula (2) H 2 O + e − → 1 / 2H 2 + OH −
Then, when Na + obtained by the anodic reaction is separated to the cathode side through the ion exchange membrane, the Na + is combined with OH − produced by the cathodic reaction to produce NaOH, and
次いで第二工程として、前記第一工程における陽極液を中和槽に供給し、併せて第二電解槽の陽極液を前記中和槽に供給して中和槽においてアルカリエッチング液中のAlO2 −イオンを前記第二電解槽の陽極反応で生成されるH+イオンで中和してAl3 +イオンをAl(OH)3として分離する。この反応は式(3)のとおりである。
式(3) NaAlO2+H2O+H+→Na+Al(OH)3
Al(OH)3を分離排出した後、この液を第二電解槽に導く。
第二電解槽における陽極反応は式(4)、陰極反応は式(5)のとおりである。
式(4) 1/2H2O−e−→H++1/4O2
式(5) H2O+e−→1/2H2+OH−
ここに、Na+を含む前記中和槽の処理水を導入すると、Na+はイオン交換膜を通して陰極側に分離し、前記Na+が陰極反応で生成されるOH−と結合してNaOHが生成される。
以上の工程により、アルミナの生成や重金属を蓄積することなく、エッチング液に含まれるNaAlO2はNaOHとAl(OH)3に分離され、これらを回収することができる。特にAl(OH)3は中和槽でのみ生成され、かつ中和槽から分離排出されるので電解槽にAl(OH)3が生成することはない。
Then as a second step, the anolyte is supplied to the neutralization tank in the first step, together with the alkali etching solution in the neutralization tank to supply the anolyte in the second electrolytic bath to the neutralizing bath AlO 2 - neutralized with H + ions generated ions at the anode reaction of the second electrolytic cell for separating the Al 3 + ions as Al (OH) 3. This reaction is as shown in Formula (3).
Formula (3) NaAlO 2 + H 2 O + H + → Na + Al (OH) 3
After the Al (OH) 3 is separated and discharged, this liquid is guided to the second electrolytic cell.
The anodic reaction in the second electrolytic cell is as shown in formula (4), and the cathodic reaction is as shown in formula (5).
Formula (4) 1 / 2H 2 O−e − → H + + 1 / 4O 2
Formula (5) H 2 O + e − → 1 / 2H 2 + OH −
Here, the introduction of process water in the neutralization tank containing Na +, Na + is separated into the cathode side through the ion-exchange membrane, wherein the Na + is OH generated at the cathode reaction - generation NaOH combined with Is done.
Through the above steps, NaAlO 2 contained in the etching solution is separated into NaOH and Al (OH) 3 without generating alumina or accumulating heavy metals, and these can be recovered. In particular, Al (OH) 3 is produced only in the neutralization tank and separated and discharged from the neutralization tank, so that Al (OH) 3 is not produced in the electrolytic cell.
請求項2の発明は、中和槽の処理液を、第二電解槽の陽極側に加えて第一電解槽の陰極側に導くこととしたものである。
この操作によりエッチング液中の水の量と[回収アルカリ中の水+凝集沈殿したAl(OH)3中の水+余剰の水]の両のバランスがとれ、Naを完全回収することができる。
In the invention of
This operation balances both the amount of water in the etching solution and [water in the recovered alkali + water in the coagulated and precipitated Al (OH) 3 + surplus water], and Na can be completely recovered.
請求項3の発明は、陽極液のpHは、第一工程においてはpH10以上、第二工程においてはpH2以上8以下としたものである。
電解槽のpHは、陽極でH+が生成されることにより次第に低下する。しかるに、陽極反応はpHが高いほど電流効率がよく、pHが2以下になると急激に電流効率が低下し、消費電力が増大する。アルカリエッチング液のpHは13〜14程度であるが、電解により次第に低下する。
請求項3の発明においては第一電解槽の陽極液のpHを10以上、第二電解槽の陽極液のpHも2以上8以下に維持することとしたので、比較的効率よく陽極反応を行うことができる。
pH2以上8以下に維持することの理由は、
NaAlO2+2H2O→NaOH+Al(OH)3
の反応はpH8以下でないと完結せず、一方pHが2以下になるとH+がイオン交換膜を通して陰極側に移動し電流効率を低下させるためである。加えて、pH2以下においてはAlO2 ―またはAL(OH)3中のAlが、Al3 +として溶解し、また酸化電位も上昇する。
In the invention of
The pH of the electrolytic cell gradually decreases as H + is generated at the anode. However, the higher the pH, the better the current efficiency of the anodic reaction, and when the pH drops to 2 or less, the current efficiency rapidly decreases and the power consumption increases. The pH of the alkaline etching solution is about 13 to 14, but gradually decreases due to electrolysis.
In the invention of
The reason for maintaining the pH between 2 and 8 is
NaAlO 2 + 2H 2 O → NaOH + Al (OH) 3
This is because the reaction is not completed unless the pH is 8 or less, whereas when the pH is 2 or less, H + moves to the cathode side through the ion-exchange membrane and lowers the current efficiency. In addition, at
図1は第一工程の実施装置の概略図である。
第一電解槽1にイオン交換膜2を隔てて陽極電極3,陰極電極4が取り付けてある。
前記第一電解槽1の陽極側にはアルカリエッチング液の流入管5と中和槽6(図2参照)への流出管7が接続してあり、陰極側にはアルカリの回収管8と第二電解槽9からの帰還管10が接続してある。
FIG. 1 is a schematic view of an apparatus for performing the first step.
An
An alkaline etching
図2は第二工程の実施装置の概略図である。
第二電解槽9にイオン交換膜11を隔てて陽極電極12,陰極電極13が取り付けてある。
前記中和槽6には前記排出管7と第二電解槽9への流出管14が接続してあり、Al(OH)3の排出口15が設けてある。前記流出管14は第二電解槽9の陽極側に接続してあり、この流出管14には前記第一電解槽1への帰還管10が接続してある。
前記第二電解槽9の陽極側には流出管16が接続してあり、この流出管16の他端は前記第一電解槽の流出管7に接続してある。また、第二電解槽9の陰極側にはアルカリの回収管17が接続してある。
FIG. 2 is a schematic view of an apparatus for performing the second step.
An
The
An
上記装置において、アルカリエッチング液の基本的な流れは、流入管5,第一電解槽1,流出管7,中和槽6,流出管14,第二電解槽9となる。そして、第二電解槽9の陽極液の一部が流出管16を経て中和槽6へ流れ、ここで第一電解槽0の陽極液と混合することとなる。
In the above apparatus, the basic flow of the alkaline etching solution is the
アルミニウムエッチング処理に使用されたアルカリエッチング液は、NaOHとAlを含んでいる。この液が第一電解槽に導入されると、陽極において NaOHが電気分解されてNa+が分離し、陰極側へ移動する。これと陰極反応で生成されるOH−が結合して純度の高いNaOHが生成されるので、陰極液を回収することによりアルカリエッチング液中のアルカリを回収することができる。なお、前掲式(1)(2)参照。 The alkaline etchant used for the aluminum etching process contains NaOH and Al. When this liquid is introduced into the first electrolytic cell, NaOH is electrolyzed at the anode to separate Na + and move to the cathode side. Since this and OH − produced by the cathodic reaction combine to produce highly pure NaOH, the alkali in the alkaline etching solution can be collected by collecting the catholyte. See formulas (1) and (2) above.
上記第一電解槽1における電気分解においては、陽極液のpHを随時計測し、pHを10以上の維持する。そのために、pHが10以下に低下するおそれのある際にpHの高い(通常13−14)アルカリエッチング液を流入管5から第一電解槽1に供給し、pHを10以上に維持し、電流効率を高く維持し、処理速度の維持、消費電力の低減を図る。
In the electrolysis in the first
Al成分は陽極液に含まれているので、陽極液を流出管7から中和槽6へ導入する。併せて第二電解槽9の陽極液を流出管16から中和槽6へ導入する。
中和槽6においては、第一電解槽からの流入液に含まれるNaAlO2と第二電解槽9の陽極液に含まれるH+とが反応してNa+とAl(OH)3とが生成されるので、Al(OH)3を排出口15から排出する。
この処理により、中和槽6内のアルカリエッチング液からAl成分が除去され、第二電解槽9に供給される処理液にはAl成分が含まれない。
Since the Al component is contained in the anolyte, the anolyte is introduced into the
In the
By this treatment, the Al component is removed from the alkaline etching liquid in the
第二電解槽9における電気分解において、陰極反応によりOH−が生成される。そして前記中和槽から供給される処理液にはNa+が含まれている。そこで、陰極側において純度の高いNaOHが生成されるので、これを回収管17から回収する。
以上の処理により、使用済みアルカリエッチング液に含まれるAl成分を完全に回収することができると共に、アルカリ(Na)をNaOHとして回収することができる。
In the electrolysis in the second electrolytic cell 9, OH − is generated by the cathode reaction. And the process liquid supplied from the said neutralization tank contains Na <+> . Therefore, high-purity NaOH is generated on the cathode side, and this is recovered from the
Through the above treatment, the Al component contained in the used alkaline etching solution can be completely recovered, and the alkali (Na) can be recovered as NaOH.
上記第二電解槽9における電気分解においては、陽極液のpHを随時計測し、pHを2以上の維持する。そのために、pHが2以下に低下するおそれのある際にpHの高い第一電解槽陽極液オーバーフロー(実際には気液分離器からのオーバーフロー)を第二電解槽9の陽極側に供給し、pHを2以上に維持し、電流効率を高く維持し、処理速度の維持、消費電力の低減を図る。 In the electrolysis in the second electrolytic cell 9, the pH of the anolyte is measured as needed, and the pH is maintained at 2 or more. Therefore, when there is a possibility that the pH may be lowered to 2 or less, supply the first electrolytic cell anolyte overflow with high pH (actually overflow from the gas-liquid separator) to the anode side of the second electrolytic cell 9, The pH is maintained at 2 or more, current efficiency is maintained high, processing speed is maintained, and power consumption is reduced.
全NaOH 79.6g/l、Al 20g/lを含むアルカリエッチング液毎時560mlを陽イオン交換膜を隔膜とする2段の電解装置で処理した。
第1電解工程では電流密度10A/dm2で運転し、陽極液pHを10〜11に調整した。第2電解工程では電流密度5A/dm2で運転し、陽極液pHを2〜8に維持した。この陽極液と第1電解槽陽極液気液分離器からのオーバーフローを中和槽で混合しAl(OH)3を凝集分離し、上澄み液は陽極液として第2電解槽へ供給した。この結果第1および第2電解槽から毎時480ml、全NaOH 92g/l、Al 4g/lのNaOH液を回収した。またAl(OH)3としてAlを分離回収した凝集液は毎時80ml、Al濃度116g/lであった。
(注 NaOH回収液中のAlは実験上の問題によるものと思われる
560 ml of alkaline etching solution containing 79.6 g / l of total NaOH and 20 g / l of Al per hour was treated in a two-stage electrolytic apparatus using a cation exchange membrane as a diaphragm.
In the first electrolysis step, the battery was operated at a current density of 10 A / dm2, and the anolyte pH was adjusted to 10-11. In the second electrolysis step, the battery was operated at a current density of 5 A /
(Note: Al in the NaOH recovery solution is probably due to experimental problems.
全NaOH 32g/l、Al 15g/lを含むアルカリエッチング液毎時360mlを実施例1と同様、陽イオン交換膜を隔膜とする2段の電解装置で処理した。
第1電解工程では電流密度1.3A/dm2で運転し、陽極液pHを10〜11に調整した。第2電解工程では電流密度2.4A/dm2で運転し、陽極液pHを2〜8に維持した。この陽極液と第1電解槽陽極液気液分離器からのオーバーフローを中和槽で混合しAl(OH)3を凝集分離し、上澄み液は陽極液として第2電解槽へ供給した。この結果第1および第2電解槽から毎時320ml、全NaOH 34g/l、Al 4g/lのNaOH液を回収した。またAl(OH)3としてAlを分離回収した凝集液は毎時40ml、Al濃度100g/lであった。
(注 NaOH回収液中のAlは実験上の問題によるものと思われる。)
In the same manner as in Example 1, 360 ml of alkaline etching solution containing 32 g / l of total NaOH and 15 g / l of Al was treated in a two-stage electrolytic apparatus using a cation exchange membrane as a diaphragm.
In the first electrolysis step, the battery was operated at a current density of 1.3 A / dm2, and the anolyte pH was adjusted to 10-11. In the second electrolysis step, the battery was operated at a current density of 2.4 A / dm2, and the anolyte pH was maintained at 2-8. The anolyte and overflow from the first electrolytic cell anolyte gas-liquid separator were mixed in a neutralization tank to coagulate and separate Al (OH) 3 , and the supernatant was supplied as the anolyte to the second electrolytic tank. As a result, an NaOH solution of 320 ml / hour, total NaOH 34 g / l, and Al 4 g / l was recovered from the first and second electrolytic cells. Further, the aggregate liquid from which Al was separated and recovered as Al (OH) 3 was 40 ml per hour and the Al concentration was 100 g / l.
(Note: Al in the NaOH recovery solution is probably due to experimental problems.)
この発明によれば、簡易な装置により、使用済みアルカリエッチング液に含まれるAl成分を完全に回収することができると共に、アルカリ(Na)をNaOHとして回収することができるものであり、産業上の利用可能性を有するものである。 According to the present invention, the Al component contained in the used alkaline etching solution can be completely recovered with a simple apparatus, and the alkali (Na) can be recovered as NaOH. It has availability.
1 第一電解槽
2 イオン交換膜
3 陽極電極
4 陰極電極
5 流入管
6 中和槽
7 流出管
8 回収管
9 第二電解槽
10 帰還管
11 イオン交換膜
12 陽極電極
13 陰極電極
14 流出管
15 排出口
16 流出管
17 回収管
DESCRIPTION OF
Claims (4)
前記第一工程における陽極液を中和槽に供給し、併せて第二電解槽の陽極液を前記中和槽に供給して中和槽において第一電解槽の陽極液中のAlO2 −イオンを前記第二電解槽の陽極反応で生成されるH+イオンで中和してAl3 +イオンをAl(OH)3として分離した後、中和槽の液を第二電解槽に供給し、イオン交換膜を通してNa+を陰極側に分離し、前記Na+を陰極反応で生成されるOH−と結合させてNaOHを得る第二工程とよりなる、アルカリエッチング液のアルカリ回収方法 A first step of introducing an alkaline etching solution of aluminum into a first electrolytic cell, separating Na + to the cathode side through an ion exchange membrane, and combining the Na + with OH − generated by a cathode reaction to obtain NaOH;
Said anolyte is supplied to the neutralization tank in the first step, together with the second in the electrolytic cell anolyte neutralization tank is supplied to the neutralization tank of the first electrolytic bath in the anolyte AlO 2 - ions Is neutralized with H + ions generated by the anodic reaction of the second electrolytic cell to separate Al 3 + ions as Al (OH) 3 , and then the liquid in the neutralizing cell is supplied to the second electrolytic cell, A method for recovering an alkali of an alkali etching solution, comprising a second step of separating Na + to the cathode side through an ion exchange membrane and combining the Na + with OH − generated by a cathode reaction to obtain NaOH.
前記第一電解槽の陽極側にはアルカリエッチング液の流入管及び前記中和槽への流出管が接続され、
前記第一電極槽の陰極側には回収アルカリの回収管が接続され
前記中和槽には前記第一電解槽の流出管及び第二電解槽の陽極側に接続された流出管が接続され、
前記中和槽には中和槽内液の流出管が接続され、この流出管の先端は第二電解槽の陽極側に接続され、
前記第二電解槽の陰極側には回収アルカリの回収管が接続された、
アルカリエッチング液のアルカリ回収装置 A first electrolytic cell equipped with an ion exchange membrane, a second electrolytic cell equipped with an ion exchange membrane, and a neutralization tank,
On the anode side of the first electrolysis tank, an alkaline etchant inflow pipe and an outflow pipe to the neutralization tank are connected,
A recovery pipe for recovery alkali is connected to the cathode side of the first electrode tank, and an outflow pipe connected to the anode side of the first electrolysis tank and the second electrolysis tank is connected to the neutralization tank,
The neutralization tank is connected to an outflow pipe for the liquid in the neutralization tank, and the tip of the outflow pipe is connected to the anode side of the second electrolytic tank,
A recovery alkali recovery tube was connected to the cathode side of the second electrolytic cell,
Alkali recovery device for alkali etching solution
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