WO2004101866A2 - Method and devices for increasing the service life of a process solution for chemical-reductive metal coating - Google Patents

Method and devices for increasing the service life of a process solution for chemical-reductive metal coating Download PDF

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WO2004101866A2
WO2004101866A2 PCT/DE2004/001043 DE2004001043W WO2004101866A2 WO 2004101866 A2 WO2004101866 A2 WO 2004101866A2 DE 2004001043 W DE2004001043 W DE 2004001043W WO 2004101866 A2 WO2004101866 A2 WO 2004101866A2
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WO
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process solution
cation exchanger
acidic cation
exchanger
ions
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PCT/DE2004/001043
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Reinhard Schwarz
Klaus Fischwasser
Alexander Schiffer
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Blasberg Werra Chemie Gmbh
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Publication date
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C23COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C18/00Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating
    • C23C18/16Chemical coating by decomposition of either liquid compounds or solutions of the coating forming compounds, without leaving reaction products of surface material in the coating; Contact plating by reduction or substitution, e.g. electroless plating
    • C23C18/1601Process or apparatus
    • C23C18/1617Purification and regeneration of coating baths
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C25D21/12Process control or regulation
    • C25D21/14Controlled addition of electrolyte components
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C25DPROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
    • C25D21/00Processes for servicing or operating cells for electrolytic coating
    • C25D21/16Regeneration of process solutions
    • C25D21/22Regeneration of process solutions by ion-exchange

Definitions

  • the invention relates to a driving method and to extending the useful life of a process solution used in chemical-reductive metal deposition.
  • Chemical-reductive metal deposition is used to coat workpieces with a metal coating (Cu, Ni, Ag or Au).
  • non-ferrous metals non-ferrous metals
  • a base material e.g. metal or pretreated plastic
  • reducing agents here NaH 2 PO 2
  • metal ions of the coating metal here Ni 2+
  • the oxidized reducing agent here NaH 2 PO 3
  • protons are formed as reaction products, equivalent to the amount of metal deposited. whereby these lower the pH in the process solution.
  • the reducing agent and the metal ions of the coating metal are subsequently metered in by adding the corresponding salts and the pH is adjusted by adding alkalis to the process solution.
  • the process of metal deposition, the pH adjustment, the subsequent dosing of the used components and the removal of base material accumulate foreign substances in the process solution, which disrupt the process of metal deposition and negatively affect the quality of the layers produced.
  • the process solution is usually partially discarded, although its complex treatment makes it difficult to treat it in terms of wastewater.
  • the compressive stress decreases disadvantageous in the nickel-phosphorus layer after 2 to 4.5 MTO into a tensile stress and therefore the service life of the process solution is usually limited to 5 MTO.
  • the weakly basic anion exchange materials are directly loaded with process solution, which is why the pH value of the process solution must not exceed pH 5, otherwise the weakly basic anion exchange material from the hypophosphite loading is converted back into the form of the free base, which is not capable of ion exchange ,
  • This ner driving does not separate disruptive cations.
  • the metal ions are metered in by adding nickel salts, whereby according to US Pat. No. 2,726,969, the use of basic nickel salts such as nickel hydroxide or nickel carbonate should simultaneously achieve a pH adjustment without the use of further alkalis.
  • the use of these poorly soluble compounds has the disadvantage that they contaminate the process solution with solids that can be built into the deposited metal layers and thus negatively influence their properties.
  • These ner driving have not prevailed in practice, since in particular the use of phosphinic acid for activating the anion exchanger impairs their economic viability.
  • DD 36 889 discloses a process for the continuous regeneration of acidic solutions for chemical nickel plating, in which the solution is a combination of a nickel-loaded weakly acidic cation exchanger and a hypo- phosphite-loaded, (weakly to) moderately strong basic anion exchanger.
  • the weakly acidic cation exchanger is to be used to adjust the pH and to replenish nickel ions, while the weak to moderately basic anion exchanger is to be used to replenish hypophosphite and to separate orthophosphite.
  • the weakly acidic cation exchanger and the (weakly to moderately strong) basic anion exchanger with coordinated capacities are connected in series.
  • the functioning of the cation exchanger is to be monitored in DD 36 889 via the coloring of the weakly acidic cation exchange resin. As soon as this has changed from green (nickel loading) to a yellowish white (unloaded exchanger), the exchangers should be regenerated. This color change of the weakly acidic cation exchange resin is very difficult to use for checking the functionality of the ion exchanger, since a process solution for chemical-reductive nickel deposition itself is colored intensely green.
  • the transfer to the hypophosphite loading should be carried out in DD 36 889 by applying a hypophosphite solution to the anion exchanger previously loaded with chloride.
  • a weakly to moderately basic anion exchanger in the chloride loading however, an exchange of chloride for hypophosphite is not possible since chloride is more firmly bound by the exchanger than hypophosphite and even orthophosphite.
  • Patent specification DE 43 10 366 proposes a membrane electrolysis cell with 4 chambers in which the orthophosphite formed in the chemical-reductive nickel deposition is to be reduced in the cathode space of the electrolysis cell.
  • DE 198 49 278 and our own investigations it is known that the cathodic reduction of the orthophosphite to hypophosphite does not take place, so that no regeneration of the process solution can be achieved by means of the method described in DE 43 10 366.
  • 5,419,821 therefore proposes to add a precipitation step to the membrane electrolysis cell described in DE 43 10 366 in order to remove the orthophosphite by adding magnesium or calcium hydroxide.
  • the input materials consumed by the separation process nickel ions and reducing agents
  • the input materials consumed by the separation process should be supplied in the form of nickel sulfate (addition to the process solution) and phosphinic acid (addition to the catholyte).
  • the sulfate should be removed from the catholyte as barium sulfate by adding barium hydroxide.
  • the risk of the membranes of the membrane electrolysis cell becoming blocked is very high in this process, since saturated solutions are present after filtration of the sparingly soluble salts.
  • a weakly acidic cation exchanger in combination with the membrane electrolysis cell and the weakly basic hypophosphite-loaded anion exchanger is also described.
  • This weakly acidic cation exchanger is to be used to replenish nickel ions: For this purpose it is connected with its inlet to the weakly basic anion exchanger and with its outlet to a chamber of the membrane electrolysis cell that contains the process solution. Part of the acidic hypophoshite-containing solution of the auxiliary circuit is led over the weakly acidic cation exchanger, which is loaded with nickel ions. The effluent of the weakly acidic cation exchanger is fed to the process solution via the chamber of the membrane electrolysis cell.
  • the object of the invention is to provide methods and devices with which the useful life of a process solution for chemical-reductive metal coating can be extended.
  • the object is achieved by a method for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, in which the reducing agent and metal ions of the coating metal used in the metal deposition are replenished and the pH in the process solution is adjusted.
  • the metal ions are subsequently metered in and the pH is adjusted with the aid of at least one weakly acidic cation exchanger which is loaded with ions of the coating metal.
  • the pH value in the process solution is monitored and, if the pH value of the process solution drops, part of the process solution, if appropriate after dilution, is passed through the weakly acidic cation exchanger 14.
  • the solution prepared by the weakly acidic cation exchanger 14 is fed directly back into the process solution.
  • the functionality of the weakly acidic cation exchanger is monitored by checking the pH in the effluent of the weakly acidic cation exchanger 14, with the pH value being approximated in the effluent of the weakly acidic cation exchanger Cation exchanger to the pH of the process solution of the cation exchanger is loaded again with ions of the coating metal for reuse.
  • the pH of an acidic process solution can be adjusted in parallel with the subsequent metering in of the metal ions. This is achieved in that the weakly acidic cation exchanger, when it comes into contact with the process solution, binds the H + ions formed during the metal deposition. This advantageously eliminates the need to add alkalis and metal salts to the process solution in accordance with the prior art in order to bind the H ions and to replenish the used metal ions.
  • the process according to the invention with the weakly acidic cation exchanger considerably reduces the salt input into the process solution.
  • This simple method in which a conventional system for chemical-reductive metal deposition only has to be supplemented with the weakly acidic cation exchanger according to the invention, can significantly extend the useful life of the process solution.
  • the solution is enriched with ions of the coating metal by the weakly acidic cation exchanger.
  • the risk of undesired metal deposition from such enriched solutions is high, especially when there is a sufficient amount of reducing agent.
  • An undesired metal deposition is minimized by the direct introduction, according to the invention, of the solution which is prepared by the weakly acidic cation exchanger (and enriched with ions of the coating metal) into the process solution.
  • the pH value of the process solution is adjusted to a SET value from pH 3 to pH 6.
  • the phosphorus content of the deposited metal layer increases with the H + ion concentration in the process solution.
  • the process solution if necessary after dilution, is applied to the weakly acidic cation exchanger, which is loaded with ions of the coating metal is started.
  • the functionality of the weakly acidic cation exchanger is monitored by checking the pH in the inlet (or in the solution to be added) and in the outlet of the weakly acidic cation exchanger.
  • the capacity of the weakly acidic cation exchanger is exhausted as soon as the pH in the outlet of the exchanger has almost matched that of the feed (difference ⁇ 0.2 pH units).
  • the ion exchange material can be exchanged or the flow of the process solution can be redirected to another cation exchanger.
  • the end of the period of use of the weakly acidic cation exchanger can be determined according to the invention before the pH value and the ion content of the coating metal in the process solution reach the tolerance range of the process leaves.
  • the method according to the invention therefore makes it possible to keep the ion content of the coating metal and the pH of the process solution almost constant.
  • ion exchanger is understood in the sense of the present invention in each case a device which, for. B. in the form of a column, column or filter chamber is either partially or completely filled with an ion exchange material.
  • Organic or inorganic ion exchange materials are used, these having functional groups which are capable of ion exchange.
  • the ion exchange materials can be solid or liquid. According to the structure
  • the functional groups of the ion exchange material used can be characterized in more detail, for example as a strongly acidic or weakly acidic cation exchanger or as a weakly basic or strongly basic anion exchanger.
  • the substances bound by the ion exchanger can be removed again from the functional groups by regeneration, regeneration being possible in cocurrent or countercurrent.
  • a diluted process solution is understood to mean a process solution which is diluted (for example by mixing with the rinsing solution) to a content of 5% to 90% of the concentration of the process solution, preferably 10 to 50%.
  • ingredients of the process solution are dragged into the rinsing solution.
  • foreign substances such as the oxidized reducing agent, the counterions of the reducing agent, as a rule Na + , and other disruptive ions also get into the rinsing solution.
  • the rinsing solution thus also represents a diluted process solution from which the foreign substances can be removed.
  • the term diluted process solution therefore includes the rinsing solution.
  • the metering of the metal ions of the coating metal consumed in the metal deposition is carried out by feeding the process solution or a dilute process solution onto a weakly acidic cation exchanger which is loaded with the cations of the coating metal. This releases metal ions into the process solution. As a result, no interfering counterions are advantageously introduced into the process solution.
  • the process solution can be brought into direct contact with ion exchange materials without this leading to any significant metal deposition on the materials. This can be achieved by cooling the process solution to temperatures ⁇ 60 ° C before feeding it to the ion exchanger. Alternatively, metal deposition on the ion exchange materials can be avoided by applying a dilute process solution to the ion exchange materials.
  • the process solution is preferred (if necessary after dilution) with a Flow rate below 20 m / h, particularly preferably below 10 m / h, given to the ion exchanger (s).
  • Another component of the invention is a method for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, in which the reducing agent used in the metal deposition, as well as the metal ions of the coating metal, is metered in and the pH in the process solution is adjusted, with an anion exchange for the removal of interfering anions in a membrane electrolysis cell with an additional auxiliary circuit between the process solution and the auxiliary circuit via anion exchange membranes.
  • the reducing agent in the form of a salt, preferably NaH 2 PO 2 , or a salt solution is replenished into the auxiliary circuit, which contains a regeneration solution.
  • the contact and exchange of anions between the regeneration solution and the process solution or a dilute process solution takes place via anion exchange membranes in the membrane electrolysis cell.
  • the interfering cations originating from the reducing agent are separated off via a strongly acidic cation exchanger loaded with protons, while interfering anions are removed from the regeneration solution using a weakly basic anion exchanger which is present in its starting form as a free base.
  • the anion exchange membranes of the membrane electrolysis cell retain cations with the exception of protons and allow anions to pass between the process solution and the regeneration solution. Therefore, the anions acting as reductants, preferably H 2 P0 2 ⁇ , can pass through this membrane and migrate from the regeneration solution into the process solution.
  • the counterions of the reducing agent (nations) are retained by the membranes and therefore cannot migrate from the regeneration solution into the process solution. A cation-free subsequent metering of the reducing agent, preferably H 2 P0 2 " , into the process solution is thus achieved.
  • the used and oxidized reductant, preferably orthophosphite (H 2 P0 3 " ), and the counterions of the salt used for the subsequent metering can be obtained from the process solution of the coating metal migrate through the anion exchange membrane into the regeneration solution.
  • Process- and a regeneration solution in a membrane electrolysis cell are brought into contact in separate chambers, the electrodialytic transport of the ions being brought about by an electric field induced by applying a voltage to the electrodes of the membrane electrolysis cell.
  • the number of chambers in between determines the level of tension. A voltage drop of approx. 2 volts is to be expected per base unit of three cells, whereby the conductance of the solution in the chamber also influences the level of the voltage to be applied.
  • the special arrangement of the membranes ensures that the anions of the reducing agent and the foreign substances (oxidized reducing agent and possibly the counterions of the added salt of the coating metal) migrate through the membranes from the process solution into the regeneration solution, as a result of which the regeneration solution is enriched with foreign substances.
  • disruptive anions are separated by passing the regeneration solution over a weakly basic anion exchanger.
  • the counterions of the reducing agent such as, for. B. Na +
  • the control solution is additionally passed through a strongly acidic cation exchanger which is loaded with H + ions.
  • the strongly acidic cation exchanger removes sodium ions and replaces them with H + ions, so that an accumulation of sodium ions in the regeneration solution is prevented.
  • the H + ions are consumed by the cathodic electrode process or when the weakly basic anion exchanger is activated, and are thus removed from the regeneration solution.
  • the ion exchanger As soon as the capacity of the ion exchanger is exhausted, the ion exchanger is regenerated.
  • this is carried out using sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution, sodium carbonate solution, potassium carbonate solution or ammonia; in the case of the strongly acidic cation exchanger, regeneration is carried out using hydrochloric or sulfuric acid.
  • the resulting eluates are treated using wastewater technology.
  • the volume flow of process solution Vp, which is passed over the membrane electrolysis cell to set the desired concentration C F , g , can be calculated according to equation 2, which is valid for the steady state.
  • the mass flow of the foreign substance input can be determined from the deposited amount of nickel via the stoichiometry.
  • the degree of recirculation depends on the proportion of the rinsing solution that is transferred to the coating container to compensate for evaporation losses, and can be between 0 and 1.
  • the above-described redosing of the reducing agent and the removal of disruptive anions in the auxiliary circuit are combined with the previously described pH adjustment and redosing of the ions of the coating metal with the aid of the weakly acidic cation exchanger loaded with ions of the coating metal.
  • the ions of the coating metal are replenished according to the invention a smaller amount of foreign matter is introduced into the process solution without interfering anions. As a result, only a small amount of foreign matter has to be separated by the membrane electrolysis cell.
  • the above-described redosing of the reducing agent and the removal of disruptive anions in the auxiliary circuit are combined with a method in which disruptive cations, which accumulate in the process solution during metal deposition, are separated off with the aid of at least one strongly acidic cation exchanger. that was previously loaded with protons.
  • This separation of the interfering cations is preferably carried out temporarily as required in a special cleaning process. This essentially serves to remove cations which are introduced into the process solution during the metal deposition from the base material. For this purpose, the process solution is brought into contact with a strongly acidic cation exchanger that was previously loaded with protons.
  • the ions of the metal to be deposited contained in the process solution are also removed and protons are introduced into the process solution.
  • the cations of the coating metal then have to be replenished and the protons introduced when cleaning the process solution have to be removed again.
  • the eluate which is obtained when the strongly acidic cation exchanger is regenerated, is used after loading the pH of the weakly acidic cation exchanger with the cations of the coating metal.
  • the ions of the coating metal are preferably replenished through a weakly acidic cation exchanger which is loaded with the corresponding cations of the coating metal. At the same time, this binds the protons that were introduced into the process solution by the cleaning process.
  • Another component of the invention is therefore a method for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition to which the reducing agent consumed in the metal deposition and the metal ions of the metal to be replenished are added and the pH in the process solution is adjusted, disruptive cations and anions which accumulate in the process solution during metal deposition using ion exchange processes from the process solution or a diluted one Process solution to be removed.
  • a process solution for chemical-reductive metal deposition to which the reducing agent consumed in the metal deposition and the metal ions of the metal to be replenished are added and the pH in the process solution is adjusted, disruptive cations and anions which accumulate in the process solution during metal deposition using ion exchange processes from the process solution or a diluted one Process solution to be removed.
  • at least one strongly acidic cation exchanger is used for this purpose, which was previously loaded with protons, while the weakly basic anion exchanger for the removal of the interfering anions is converted into the protonated form by protons.
  • the protons which the strongly acidic cation exchanger releases as described above when it binds interfering cations are preferably used for this purpose.
  • the reducing agent is preferably added in the form of a water-soluble salt, preferably sodium hypophosphite (NaH 2 P0 2 ), or a corresponding solution directly into the process solution or into a dilute process solution.
  • the interfering anions are separated off using the weakly basic anion exchanger and the interfering cations using the strongly acidic cation exchanger, preferably from a dilute process solution.
  • the interfering cations are preferably separated from the rinsing system by the strongly acidic cation exchanger and the interfering anions are separated by the weakly basic anion exchanger.
  • the above-described method for separating interfering anions or interfering cations from a dilute process solution (or rinsing solution) with the pH value adjustment described above and subsequent metering of the metal ions using the metal ion-laden weak acid Cation exchanger combined The metal ions of the coating metal are preferably fed into the previously cleaned solution with the aid of a weakly acidic cation exchanger which has previously been loaded with the metal ions of the coating metal. As a result, the pH in the returned solution is raised and the metal ions of the coating metal separated off by the strongly acidic cation exchanger are returned to the process solution.
  • the eluate of the strongly acidic cation exchanger can be used after loading the pH of the weakly acidic cation exchanger with the metal ions of the coating metal.
  • the invention relates to a device for extending the useful life of a process solution for the chemical-reductive metal deposition, consisting of at least one weakly acidic cation exchanger for use for pH adjustment and the subsequent metering of ions of the coating metal in a system for the chemical-reductive metal deposition.
  • the device has elements which serve to connect the inlet and outlet of the weakly acidic cation exchanger 14 to at least one container which contains process solution, diluted process solution, cooled process solution or pretreated process solution.
  • the device contains associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures.
  • the weakly acidic cation exchanger 14 is connected with its inlet to at least one container which contains process solution, diluted process solution or cooled process solution or pretreated process solution.
  • the drain of the weakly acidic cation exchanger 14 is connected directly to at least one container that contains process solution.
  • the device contains measuring devices for monitoring the pH of the process solution and the pH in the outlet of the weakly acidic cation exchanger 14.
  • the solution is enriched with ions of the coating metal by the weakly acidic cation exchanger. The risk of undesired metal deposition from such enriched solutions is high, especially when there is a sufficient amount of reducing agent.
  • the inventive direct introduction of the process of the weakly acidic cation exchanger into the process solution minimizes undesired metal separation between the cation exchanger and the process bath.
  • the measuring device for monitoring the pH value in the outlet of the weakly acidic cation exchanger 14 makes it possible to continuously monitor the functionality of the weakly acidic cation exchanger, since the weakly acidic cation exchanger, as long as it is loaded with ions of the coating metal, increases the pH value of the ( acidic) solution. As soon as the ion exchanger is discharged, the pH of the drain corresponds to that of the solution added.
  • the exhaustion of the weakly acidic cation exchanger can be determined according to the invention before the pH value and the content of the process solution in ions of the coating metal leaves the tolerance range of the process.
  • the device therefore makes it possible to keep the content of ions in the coating metal and the pH of the process solution almost constant.
  • the measuring device for monitoring the pH value is also suitable for connection to a computer and thus enables an automatic change to a second cation exchanger and the automatic control of the regeneration process.
  • the weakly acidic cation exchanger is loaded with the cations of the coating metal. This is preferably done in two steps: First, the weakly acidic cation exchanger is converted into the salt form with a lye, preferably with sodium hydroxide, for conditioning. For loading, it is then brought into contact with a water-soluble salt of the coating metal in dissolved form. In the case of chemical-reductive nickel deposition, for example an aqueous solution of nickel sulfate or nickel chloride is chosen for loading with metal ions.
  • the loading with metal ions is preferably carried out in two stages with differently concentrated metal salt solutions, with the second stage - preferably by means of a circulation - being completely loaded with metal ions of the coating metal.
  • This step-by-step procedure ensures a complete transfer of the weakly acidic resin into the charge with ions of the coating metal and, at the same time, good use of the ions of the coating metal used.
  • the ion exchanger is washed with deionized water in order to remove the corresponding sodium salts from the ion exchanger so that they are not introduced into the process solution as foreign substances.
  • the weakly acidic cation exchanger is charged with process solution and releases metal ions into it. At the same time, it binds protons.
  • the maximum proton absorption capacity of the weakly acidic cation exchanger is achieved when it is completely converted into the salt form. The capacity is controlled via the pH value in its process.
  • the pH value in the outlet of the weakly acidic cation exchanger drops when the metal ions have completely discharged and approaches the pH value of the inlet of the weakly acidic cation exchanger.
  • the weakly acidic cation exchanger When fully discharged, the weakly acidic cation exchanger is in the H form.
  • the weakly acidic cation exchanger must be converted back into the salt form with an alkali and then loaded with ions of the coating metal.
  • the weakly acidic cation exchanger regenerated in this way can be used again for pH adjustment and for the replenishment of metal ions.
  • the weakly acidic cation exchanger has a high selectivity for protons, so that the protons formed in the chemical-reductive metal deposition are bound by this cation exchanger. In return, the metal ions previously bound to the cation exchanger are released into the process solution.
  • the divalent cations used for metal deposition are more strongly bound by the weakly acidic cation exchanger than monovalent cations.
  • the exchanger can therefore advantageously be converted into the salt form in a simple manner with sodium hydroxide solution and then loaded with the divalent cations of the coating metal.
  • the column capacity of the weakly acidic cation exchanger is chosen according to the desired service life and the amount of metal to be deposited.
  • the cation exchanger preferably contains a weakly acidic cation exchanger material with carboxylic acid groups as functional groups.
  • the weakly acidic cation exchanger was brought into direct contact with the process solution and not only did the ions of the coating metal be replenished, but the pH of the process solution could also be adjusted. This is achieved in that the weakly acidic cation exchanger, when it comes into contact with the process solution, binds the H + ions formed during the metal deposition.
  • the weakly acidic cation exchanger loaded with the cations of the coating metal the addition of lye and metal salts to the process solution, which is necessary according to the prior art, is advantageously unnecessary in order to bind the H + ions and to replenish the used metal ions.
  • the weakly acidic cation exchanger according to the invention By metering in the ions of the coating metal without interfering counterions and adjusting the pH without addition of alkali, the weakly acidic cation exchanger according to the invention compared to the prior art Technology, the necessary salt input into the process solution is considerably reduced. If a conventional system for chemical-reductive metal deposition is supplemented solely with the weakly acidic cation exchanger according to the invention, the service life of the process solution can be significantly extended.
  • Another object of the invention is a device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, consisting of at least one strongly acidic cation exchanger loaded with H + ions for use in the removal of disruptive cations in a system for chemical-reductive metal deposition.
  • the device has elements for circulating the process solution or cooled or pretreated process solution via the strongly acidic cation exchanger 15.
  • the strongly acidic cation exchanger 15 is connected with its inlet and outlet directly to at least one container which contains process solution, diluted process solution or cooled process solution or pretreated process solution.
  • the device contains associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures.
  • the strongly acidic H + ion-loaded cation exchanger binds polyvalent ions and only releases equivalent amounts of H + ions until its capacity is exhausted.
  • the cations bound to the exchanger are only removed when a sufficiently concentrated regeneration acid (e.g. hydrochloric acid, approx. 80 to 100 g / 1) is applied to the exchanger. This allows the removal of unwanted cations from the process solution.
  • a sufficiently concentrated regeneration acid e.g. hydrochloric acid, approx. 80 to 100 g / 1
  • the strongly acidic cation exchange materials are used as the strongly acidic cation exchange materials. Depending on the concentration ratios, these bind all cationic metal ions and ammonium ions more strongly than protons. As a result, these cations from the feed solution are bound by the ion exchanger, while at the same time an equivalent amount of protons are released to the solution.
  • the strongly acidic cation exchanger is used to remove cations from the process solution, the diluted process solution, the rinsing solution or the Regeneration solution used, for which the strongly acidic cation exchange material is converted into the H + form. This is done by applying an acid in the required concentration to the cation exchanger, with hydrochloric or sulfuric acid normally being used in practice.
  • the exhaustion of the column capacity of the exchanger is determined by measuring the conductivity in the inlet and outlet of the cation exchanger, a decrease in the difference in the inlet and outlet indicating the exhaustion of the column capacity of the strongly acidic cation exchanger.
  • This device advantageously removes cationic foreign substances originating from the base material, such as Al 3+ , Sn 2+ , Zn 2+, etc., as well as the disruptive cations of the replenished reducing agent, which can accumulate in the process solution.
  • the invention also relates to the combination of the weakly acidic cation exchanger described above with the strongly acidic cation exchanger described above in a device for use in a plant for chemical-reductive metal deposition in order to extend the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition.
  • the device contains at least one strongly acidic cation exchanger for the removal of interfering cations, which is connected in series or in parallel with at least one weakly acidic cation exchanger for use in adjusting the pH and replenishing ions of the coating metal.
  • the device also has elements which serve to connect the weakly acidic cation exchanger and the strongly acidic cation exchanger to at least one container which contains process solution, dilute process solution, cooled process solution or pretreated process solution.
  • the device contains associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures.
  • the invention further relates to the combination of the strongly acidic cation exchanger described above with a weakly basic anion exchanger in a device for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal deposition.
  • This device for use in a plant for chemical-reductive metal deposition consists of at least one strongly acidic cation exchanger for the removal of interfering cations with at least one weakly basic anion exchanger connected in series or in parallel with it for the removal of interfering anions.
  • the device also has elements which serve to connect the strongly acidic cation exchanger and the weakly basic anion exchanger to at least one container which contains process solution, dilute process solution, cooled process solution or pretreated process solution. Furthermore, the device contains associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures.
  • Inorganic or organic materials with weakly basic functional groups are preferably used as weakly basic anion exchange materials.
  • the weakly basic anion exchange material has specific selectivities and therefore binds sulfate, chloride and orthophosphite more strongly than hypophosphite.
  • the functional groups of the weakly basic anion exchanger material have to be converted from the form of the free base into a protonated cationic form which is capable of ion exchange. This is done by taking up protons, for example by releasing acid. Due to the selectivity of the ion exchange material, certain anions, such as sulfate or orthophosphite, are preferably bound.
  • the strongly acidic cation exchanger and the weakly basic anion exchanger are preferably connected in series, so that the outflow of the strongly acidic cation exchanger is connected to the feed of the weakly basic anion exchanger.
  • the strongly acidic cation exchanger releases protons (H + ions) which are used for converting the functional groups of the weakly basic anion exchanger from the form of the free base to the protonated form which is capable of ion exchange.
  • the strongly acidic cation exchanger thus adjusts the pH of the solution to an acidic value which is required for the use of the weakly basic anion exchanger.
  • the weakly basic anion exchanger is regenerated by feeding in sodium hydroxide solution, as a result of which the weakly basic anion exchanger is converted from the protonated form into the form of the free base. In this form, the functional group no longer carries a charge and is therefore not capable of ion exchange. This allows all previously bound anions to be removed quantitatively from anion exchange material. After a rinsing process with demineralized water, the weakly basic anion exchanger can be used again for the removal of disruptive anions according to the invention.
  • the weakly basic anion exchanger separates the oxidized reducing agent and possibly the counterions of the replenished coating metal, and the disruptive counterions of the replenishing reducing agent are separated by the strongly acidic cation exchanger. Subsequent metering of the reducing agent in the form of a salt or as a corresponding salt solution therefore advantageously does not lead to a salting-up of the process solution when the combination of strongly acidic cation exchanger and weakly basic anion exchanger is used.
  • the strongly acidic cation exchanger activation of the weakly basic anion exchanger by phosphinic acid is not necessary.
  • the device in which the strongly acidic cation exchanger is combined with the weakly basic anion exchanger as described above additionally contains at least one as described above Weakly acidic cation exchanger described for the pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal.
  • this device additionally has elements which serve to connect the weakly acidic cation exchanger to at least one container, the process solution, dilute process solution, cooled process solution or pretreated process solution.
  • the invention relates to the combination of the strongly acidic H + ions-loaded strongly acidic cation exchanger 15 described above with the weakly acidic cation exchanger 14 loaded with ions of the coating metal.
  • the strongly acidic cation exchanger is preceded by the weakly acidic cation exchanger.
  • the combination of the strongly acidic H + ions-loaded strongly acidic cation exchanger 15 with the weakly acidic cation exchanger 14 loaded with ions of the coating metal thus advantageously makes it possible to remove disturbing cations from the process solution, to adjust the pH and to enrich the process solution with ions of the coating metal.
  • Another object of the invention is a device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition for use in a system for chemical-reductive metal deposition, consisting of a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit.
  • This device contains in the auxiliary circuit at least one weakly basic anion exchanger and at least one strongly acidic cation exchanger connected in series or in parallel with this.
  • the reducing agent consumed by the metal deposition is metered into the auxiliary circuit in the form of a salt or a salt solution.
  • anion exchange membranes have on their surface functional groups with positively charged portions, which cause anions to pass through this membrane, while cations, with the exception of protons, cannot cross this barrier.
  • the membrane electrolysis cell consists of an anode (+) and a cathode (-) and at least four chambers arranged between the electrodes, which are separated from one another by ion-selective membranes.
  • the first chamber, the anode chamber 6, contains the anode and a dilute acid. This chamber is separated by a cation exchange membrane from a second chamber, the enrichment chamber 7, which contains regeneration solution. In the direction of the cathode, this chamber is separated from the third chamber 8 by an anion exchange membrane, which contains the process solution.
  • the fourth chamber, the replenishment chamber 12, contains the cathode and is filled with regeneration solution. It is separated from the third chamber 8, which contains the process solution, by an anion exchange membrane.
  • the second, third and fourth chambers 7, 8 and 12 form a base unit which can be repeated several times to increase the membrane area used within the membrane electrolysis cell in order to be able to cope with a higher material throughput.
  • the replenishment chamber 12 of the base unit which is furthest from the anode, contains a cathode.
  • the device contains elements which connect the third chamber 8 of the membrane electrolysis cell with at least one container, the cooled process solution, diluted cooled process solution, or pretreated cooled Process solution contains, serve, and preferably associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures.
  • the anion exchange membrane carries on its surface functional groups with positively charged groups which cause anions to pass through this membrane, while cations with the exception of protons cannot cross this barrier.
  • the anions are transported from the process solution through the anion exchange membrane into the second chamber 7, which acts as an enrichment chamber and is connected to the fourth chamber 12 via a weakly basic anion exchanger.
  • the reductant is metered into the fourth chamber 12 directly, or indirectly into a buffer tank for the auxiliary circuit 10 that acts as a metering container and is connected to this chamber.
  • the fourth chamber 12 is therefore to be regarded as a metering chamber.
  • the membrane electrolysis cell described above is preferably combined with an auxiliary circuit with the weakly acidic and strongly acidic cation exchangers described above.
  • the device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition contains, in addition to the membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit with an integrated strongly acidic cation exchanger and weakly basic anion exchanger, at least one weakly acidic cation exchanger and / or at least one further strongly acidic cation exchanger.
  • the device also has elements with which the membrane electrolysis system with auxiliary circuit, the weakly acidic cation exchanger or the strongly acidic cation exchanger when used in a system for chemical-reductive metal deposition with a container, the process solution, diluted process solution, cooled process solution and / or pretreated Process solution contains to be connected.
  • the additional strongly acidic cation exchanger separates disruptive cations from the process solution.
  • the process solution, diluted process solution, cooled process solution or pretreated process solution is preferably applied to it.
  • the strongly acidic cation exchanger in the auxiliary circuit is not able to do this, because - due to the cell configuration in the membrane electrolysis plant - no cationic foreign substances with the exception of Ff 1 " can get into the auxiliary circuit from the process solution.
  • the above-mentioned ion exchangers are column exchangers which are filled with a solid, water-insoluble, ion exchange material.
  • the organic or inorganic ion exchange material contains functional groups that are capable of ion exchange.
  • the above-mentioned ion exchange materials are each part of a filter or membrane apparatus.
  • liquid ion exchange materials are used in at least one of the ion exchange materials used.
  • the ion exchanger (s) each consist of a container which contains a liquid which is immiscible with the process solution and in which an ion exchange material is distributed or dissolved.
  • the ion exchange material preferably consists of a reagent which contains the functional groups required for the ion exchange effect, such as are used, for example, in reactive extraction.
  • Another object of the invention is a plant for chemical-reductive metal deposition consisting of:
  • At least one coating container is At least one coating container
  • the system contains connecting lines between the individual components and the associated peripherals, such as pumps, valves, measuring devices for pH value, conductivity, temperatures etc.
  • the coating container contains the process solution in which the workpiece to be coated is immersed.
  • the system according to the invention consists of a coating container, a rinsing system and a device as described above with a weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and subsequent metering of the metal to be separated, which is connected to the coating container with inlet and outlet.
  • the system additionally contains a weakly basic anion exchanger for the removal of interfering anions.
  • a weakly basic anion exchanger for the removal of interfering anions.
  • the system additionally contains a strongly acidic cation exchanger for the separation of interfering cations.
  • the inlet and outlet of the weakly acidic or strongly acidic cation exchanger are directly connected to the coating container.
  • the process solution is preferably cooled before it is brought into contact with the sensitive components of the devices, in particular the ion exchange materials and the membranes. As a result of the cooling, the
  • the process solution prepared by the device must be in the
  • Coating container is returned, raised to the process temperature again.
  • Inlet and outlet of the weakly acidic or strongly acidic cation exchanger are therefore connected to the coating container via a heat exchanger.
  • the heat exchanger uses the energy of the cooling process to warm up the cleaned process solution.
  • the system contains a device as described above with a weakly acidic cation exchanger, a strongly acidic cation exchanger and a weakly basic anion exchanger.
  • the rinsing solution is a diluted process solution and can be added to the process solution to compensate for evaporation losses.
  • the strongly acidic cation exchanger and the weakly basic anion exchanger are connected in series or in parallel with the rinsing system.
  • the inlet of the weakly acidic cation exchanger is connected to the rinsing system or the regeneration tank and the outlet of the weakly acidic cation exchanger to the coating tank.
  • disruptive cations and anions are separated by the combination of strongly acidic cation exchanger and weakly basic anion exchanger described in the rinsing system.
  • part of the rinsing solution is preferably fed into the process solution via the weakly acidic cation exchanger described, which is loaded with ions of the evacuation metal.
  • both interfering cations and anions can advantageously be burned off in this system, metal ions can be replenished and the pH can be adjusted.
  • the function of this system depends on the amount of process solution being carried into the rinsing solution and the evaporation losses.
  • the strongly acidic cation exchanger and the weakly basic anion exchanger are connected in series or in parallel with an additional regeneration tank 16 which is connected to the flushing system and is filled with a mixture of flushing solution and process solution.
  • the pH value in the regeneration tank can be set to a value that is most suitable for the cleaning process.
  • the plant according to the invention contains, as the core, a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit, as described above, in which the process solution and auxiliary circuit are separated from one another by anion exchange membranes.
  • the auxiliary circuit contains at least one weakly basic anion exchanger and one strongly acidic cation exchanger as further components.
  • the membrane electrolysis cell is preferably charged with process solution which has been cooled by the heat exchanger.
  • the third chamber 8 is the Membrane electrolysis cell with its inlet and outlet connected to the coating container via a heat exchanger.
  • a storage container for process solution 5 to be cleaned and a stacking container for cleaned process solution 13 are additionally connected between the heat exchanger and the membrane electrolysis cell.
  • anions from the process solution are transported electrodialytically into the auxiliary circuit.
  • the anion mixture is separated by the weakly basic anion exchanger. This removes the oxidized reducing agent and other disruptive anions (e.g. sulfate, chloride, orthophosphite).
  • the weakly basic anion exchanger In a preferred embodiment, several weakly basic anion exchangers are connected in series in order to improve the separation performance and to increase the capacity in the auxiliary circuit.
  • the reducing agent is subsequently metered into the auxiliary circuit, the counterions of the reducing agent, preferably Na + ions, being prevented from being transported into the process solution through the anion exchange membranes.
  • the setting of the acidic process conditions in the auxiliary circuit and the removal of the counterions of the reducing agent, preferably Na + ions, is carried out by means of a strongly acidic cation exchanger in the H + form.
  • the process parameters required for the separation of the anions can advantageously be set by separating the process solution and auxiliary circuit in the auxiliary circuit without the composition of the process solution having to be changed at the same time.
  • the system with membrane electrolysis cell and auxiliary circuit preferably contains at least one weakly acidic cation exchanger as described above for adjusting the pH and for replenishing ions of the coating metal.
  • the weakly acidic cation exchanger is connected to the coating container and process solution is applied directly to it.
  • the system with a membrane electrolysis cell with auxiliary circuit preferably contains, in addition to the strongly acidic cation exchanger in the auxiliary circuit, at least one strongly acidic cation exchanger as described above, to which process solution or a dilute process solution is applied.
  • the strongly acidic cation exchanger is connected to the coating container.
  • the process solution is applied directly to it.
  • the strongly acidic cation exchanger is connected with its inlet to the rinsing system and with its outlet to a storage container for process solution 5 to be cleaned.
  • This storage container is connected between the coating container and the third chamber 8 of the membrane electrolysis cell.
  • a part of the rinsing solution is freed from interfering cations by the strongly acidic cation exchanger, an equivalent amount of protons being released.
  • This pretreated and diluted process solution is preferably processed in a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit.
  • the weakly acidic cation exchanger is connected in a regeneration circuit with inlet and outlet to the additional stacking container which contains the process solution prepared by the membrane electrolysis cell.
  • the weakly acidic cation exchanger is connected in another preferred embodiment with its inlet to the third chamber of the membrane electrolysis cell and with its outlet via the heat exchanger to the coating container.
  • a stack container for cleaned process solution (13) is preferably connected between the inlet of the weakly acidic cation exchanger and the third chamber of the membrane electrolysis cell.
  • the invention also relates to the use of H + ions loaded strongly acidic cation exchange material or H + ions loaded strongly acidic cation exchangers for the removal of interfering cations to extend the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition.
  • Another object of the invention is the use of a combination of a.) Weakly basic anion exchange material or weakly basic anion exchangers 9 for the removal of interfering anions and b.) H + ions loaded strongly acidic cation exchange material or H + ions loaded strongly acidic cation exchangers 11, 15 for the removal disruptive cations to extend the useful life of a process solution for chemical-redulctive metal deposition.
  • Another object of the invention is the use of a combination of a.) Weakly acidic cation exchange material or weakly acidic cation exchangers for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal and b.) Ions-loaded strongly acidic cation exchange material or H + ions-loaded strongly acidic cation exchangers 11, 15 for the removal of interfering cations to extend the useful life of a process solution for chemical-redulctive metal deposition.
  • the invention relates to the use of a combination of a.) Weakly basic anion exchange material or weakly basic anion exchangers 9 for the removal of interfering anions and b.) Weakly acidic cation exchange material or weakly acidic cation exchangers 14 for the pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal and c .) strongly acidic cation exchange material or strongly acidic cation exchangers 11, 15 for the removal of interfering cations to extend the useful life of a process solution for the chemical-redulctive metal deposition.
  • the weakly acidic cation exchanger loaded with ions of the metal used is preferably used as the last step in the workup. Its process is initiated directly in the process solution.
  • the invention advantageously achieves almost constant process conditions in the chemical-reductive metal coating and thus a particularly uniform deposition of the metal on the workpiece to be coated. Due to the low foreign matter content of the process solution, which is achieved in the system according to the invention, nickel-phosphorus layers can be deposited which are in the compressive stress range, which in particular brings about the quality of the coating of the deposition.
  • Fig. 1 plant with weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal
  • Fig. 2 System with heat exchanger and weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal
  • Fig. 3 System with weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal as well as weakly basic anion exchanger and strongly acidic cation exchanger for the separation of interfering ions from the rinsing solution
  • Fig. 4 Plant for adjusting the pH value and replenishing ions of the coating metal and separating interfering ions from a dilute process solution
  • Fig. 6 Extended device for replenishing the reducing agent and for separating disruptive anions in a membrane electrolysis cell with auxiliary circuit
  • Fig. 7 System with membrane electrolytic cell with auxiliary circuit
  • Fig. 8 System with membrane electrolysis cell with auxiliary circuit and weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal
  • Fig. 9 System with membrane electrolysis cell with auxiliary circuit, weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal and strongly acidic cation exchanger for regeneration of the process solution
  • Fig. 10 System with membrane electrolytic cell with auxiliary circuit, a weakly acidic cation exchanger connected to the stacking container for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal and strongly acidic cation exchanger for regeneration of the process solution
  • Fig. 11 System with membrane electrolytic cell with auxiliary circuit and indirect regeneration of the process solution via the rinsing system, as well as pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal by a between the stacking container and.
  • Coating tank switched weakly acidic cation exchanger 1 shows a diagram of a plant for chemical-reductive metal coating, in which the required ions of the coating metal are replenished without disturbing anions by means of a weakly acidic cation exchanger 14 loaded with ions of the coating metal, and at the same time the pH of the process solution is adjusted and thus the useful life the process solution can be extended.
  • the coating container 1 contains process solution in which a workpiece 2 to be coated is immersed.
  • the workpiece 2 to be coated has a surface made of steel.
  • the multi-stage rinsing system 3 consists of three cascade-connected containers which contain an aqueous rinsing solution. Between the left and right washing containers 3, as indicated by the broken line in FIG. 1 but not shown, a further washing container is arranged. The left rinse tank 3 contains an inlet for fresh water. The right washing container 3 is connected to the coating container 1.
  • the weakly acidic cation exchanger 14 is connected with its inlet and outlet to the coating container 1, so that a certain volume flow of the process solution can be passed through it.
  • the weakly acidic cation exchanger consists of an ion exchange column 14 which is filled with the weakly acidic cation exchanger polymer Lewatit CNP 80 from Bayer AG, Leverkusen, Germany. However, comparable weakly acidic cation exchange polymers from other manufacturers, such as C 104 from Purolite, Ratingen, Germany.
  • This weakly acidic cation exchange polymer is loaded with ions of the coating metal before use.
  • the ion exchanger is first converted into the salt form with sodium hydroxide solution and then loaded with ions of the coating metal by applying a metal salt solution.
  • a metal salt solution In the case of chemical Reductive nickel plating is used to load the weakly acidic cation exchange polymer with nickel ions, for which purpose a NiSO 4 solution is passed over the ion exchange column. This loading takes place in two steps with nickel salt solutions of different concentrations, with a deficit of nickel ions being applied to the ion exchanger in the first loading step.
  • the weakly acidic cation exchanger Due to the selectivity of the cation exchanger, an almost complete removal of the nickel ions from the feed solution is achieved, which is discarded after loading and treated with waste water.
  • the second loading step by using an excess of nickel ions when loading the ion exchanger and circulating the feed solution, the weakly acidic cation exchanger is fully loaded with nickel.
  • the weakly acidic cation exchanger is washed with deionized water in order to remove interfering ions from the polymer bulk layer. This rinsing process removes the excess nickel ions from the polymer bulk layer.
  • the sequence of the second fraction of the loading process is stacked together with the first fraction of the rinsing water and used as the first loading fraction in the subsequent loading of the weakly acidic cation exchanger.
  • the process solution is composed in a known manner.
  • the ions of the coating metal in the form of nickel sulfate (6.0 g Ni 2+ / 1) are added to it.
  • the reducing agent is added in the form of sodium hypophosphite (17.0 g H 2 PO 2 71).
  • the solution is buffered in the pH 4 to pH 5 range by the organic acids contained in the process solution.
  • FIG. 1 To deposit nickel-phosphorus alloys on the steel surface of a workpiece 2 to be coated, the system shown in FIG. 1 is used as follows:
  • the temperature of the process solution, which surrounds the workpiece 2 to be coated, is adjusted to 85 ° C.
  • Metal ions deposit on the steel surface of the workpiece 2 to be coated.
  • elemental phosphorus which is formed from the reductant by secondary reactions, is also alloyed into the resulting metal layer, which results in a nickel-phosphorus alloy.
  • the redox process of chemical-reductive metal deposition oxidizes the reducing agent sodium hypophosphite to sodium orthophosphite. This consumption of reducing agent is compensated for by adding sodium hypophosphite to the process solution.
  • the pH value and the nickel content in the process solution also decrease.
  • the pH value in the process solution is therefore monitored. If the pH of the process solution drops below a specified value, e.g. from pH 4.5 to pH 4.2, then a partial stream of the process solution is passed through the weakly acidic cation exchanger 14 in a circuit at a flow rate of ⁇ 5 m / h. This results in an increase in the nickel content from 5 g / 1 to 8 g / 1 and an increase in the pH from 4.2 to pH> 5 in the course of the weakly acidic cation exchanger 14.
  • a specified value e.g. from pH 4.5 to pH 4.2
  • the functionality of the weakly acidic cation exchanger is monitored by checking the pH in the outlet of the weakly acidic cation exchanger 14. With increasing metal release, the weakly acidic cation exchanger is converted into the H + form, which is why the pH value in the outlet of the cation exchanger drops. If the pH value in the outlet of the weakly acidic cation exchanger approaches the pH value of the process solution (in this case pH 4.5), the cation exchanger is transferred back to the nickel loading for reuse, as described at the beginning.
  • the salt content in the process solution rises to high values after a metal throughput of 5.5 MTO due to the foreign substances introduced or formed (in particular Na + , SO 2 " , H 2 PO 3 " ) , so that at this point the deposition rate drops to ⁇ 5 ⁇ m / h at 90 ° C and the properties of the deposited layers no longer meet the requirements.
  • the SO 4 " content of the process solution does not increase with increasing metal throughput, since the nickel ions are introduced into the process solution without disturbing SO 4 2" .
  • the Na + content rises considerably more slowly here, since the pH is adjusted without adding NaOH to the process solution.
  • the process solution can increase by up to the slower increase in the foreign substance content can be used for a metal throughput of approx. 8 MTO. The service life of the process solution is thus almost doubled through the use of the weakly acidic cation exchanger 14 according to the invention.
  • FIG. 2 shows a diagram of a plant for chemical-reductive metal coating with a weakly acidic cation exchanger 14, which also has a heat exchanger 4 the coating container 1 is connected.
  • this system is constructed in accordance with the system from FIG. 1.
  • this system contains a storage container 5 and a stacking container 13, which are each connected to the coating container 1 via the heat exchanger 4.
  • the structure of the weakly acidic cation exchanger 14 corresponds to that of FIG. 1. In contrast to FIG. 1, however, in this system it is not directly connected to the coating container 1, but with its inlet to the storage container 5 and with its outlet to the stacking container 13 ,
  • the metal coating in this installation is as described for FIG. 1.
  • the weakly acidic cation exchanger 14 is loaded with cooled process solution.
  • a volume flow of the process solution is passed over the heat exchanger 4 and cooled in it from the treatment temperature of 85 ° C to temperatures ⁇ 50 ° C.
  • This cooled solution is collected in the storage container 5 and passed out of it via the weakly acidic cation exchanger 14.
  • the weakly acidic cation exchanger 14 in an analogy to FIG. 1, the treated solution is enriched with nickel ions and the pH is raised.
  • the treated solution is collected in the stacking container 13 and fed back to the coating container 1 via the heat exchanger 4.
  • the weakly acidic cation exchanger 14 is charged with a cooled process solution, which increases the risk of chemical-reductive metal deposition on the
  • FIG. 3 shows a diagram of a plant for chemical-reductive metal coating, in which the service life of the process solution can be extended, with a weakly acidic cation exchanger 14 for replenishing the metal ions and adjusting the pH, as well as a strongly acidic cation exchanger 15 and a weakly basic anion exchanger 9 for the removal of interfering ions from the rinsing solution.
  • a weakly acidic cation exchanger 14 for replenishing the metal ions and adjusting the pH
  • a strongly acidic cation exchanger 15 and a weakly basic anion exchanger 9 for the removal of interfering ions from the rinsing solution.
  • the structure of the weakly acidic cation exchanger 14 corresponds to that of the cation exchanger described for FIG. 1.
  • rinsing solution is applied to the weakly acidic cation exchanger 14. Therefore, in contrast to FIG. 1, the weakly acidic cation exchanger 14 is connected with its inlet to the right-hand container of the rinsing system 3, in which the rinsing solution with the highest concentration of carried-out components of the process solution is located.
  • the drain of the weakly acidic cation exchanger 14 is connected to the coating container 1.
  • this system contains a strongly acidic cation exchanger 15 and a weakly basic anion exchanger 9, which are connected to the right-hand container of the rinsing system 3 in a regeneration circuit.
  • the inlet of the strongly acidic cation exchanger 15 is connected to the right rinse tank 3 and its outlet is connected to the inlet of the weakly basic anion exchanger 9.
  • the drain of the weakly basic anion exchanger 9 is in turn connected to the right rinse tank 3.
  • the strongly acidic cation exchanger 15 consists of an ion exchange column which is filled with the strongly acidic, macroporous cation exchange polymer, Lewatit SP 112 from Bayer AG, Leverkusen, Germany, in the H + loading. Comparable strongly acidic polymers from other manufacturers, such as the strongly acidic cation exchange polymer C 150 from Purolite, Ratingen, Germany, can also be used. Before use, the strongly acidic cation exchanger 15 is charged with hydrochloric acid and thereby loaded with protons.
  • the weakly basic anion exchanger 9 consists of a column filled with the weakly basic, macroporous anion exchanger polymer, Lewatit MP 62 from Bayer AG, Leverkusen, Germany. Comparable weakly basic anion exchange polymers from other manufacturers, such as the weakly basic anion exchange polymer A 100 from Purolite, Ratingen, Germany, can also be used. Before use, the weakly basic Anion exchanger 9 is charged with sodium hydroxide solution, thereby converting the anion exchanger polymer into the form of the free base.
  • the column capacity of the ion exchange column 15 filled with cation exchange material in the IT form is higher than the column capacity of the ion exchange column 9 filled with weakly basic anion exchange material.
  • the metal coating in this system is carried out analogously to the procedure described for FIG. 1, but the rinsing solution which is fed to the coating container 1 to compensate for evaporation losses is processed with the ion exchangers 9, 14, 15.
  • the workpiece 2 is treated in the coating container 1 at a temperature of the process solution of approximately 85 ° C.
  • the process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / 1 at the beginning of the process.
  • the metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution.
  • the coated workpiece 2 is immersed in the rinsing container of the rinsing system 3. With the workpiece, part of the process solution is dragged into the rinsing solution of the rinsing system. A certain mass flow of components, including the foreign substances produced, is transferred from the process solution to the rinsing solution by means of the electrolyte extraction, whereby a cleaning effect is achieved in the process solution. This means that some of the protons and other ions that are formed by the chemical-reductive nickel deposition get from the process solution into the rinsing solution. The rinsing solution is therefore a diluted process solution.
  • the rinsing solution is passed over the weakly acidic nickel-loaded cation exchanger 14, which is constructed and loaded as described in relation to FIG. 1. This releases nickel ions into the solution and binds protons.
  • the process solution with the supplied rinsing solution is simultaneously supplied with ions of the coating metal, and the consumption caused by the metal deposition is compensated.
  • protons are withdrawn from the supplied solution by the weakly acidic cation exchanger 14: the pH of the process solution is also reduced with the supplied rinsing solution set.
  • the capacity of the weakly acidic cation exchanger 14 is checked, as described in relation to FIG. 1, by measuring the pH value in its flow.
  • the used reducing agent is then metered in by adding sodium lyophosphite to the process solution.
  • the strongly acidic cation exchanger 15 binds interfering cations, which come primarily from the reducing agent and the base material of the workpiece to be coated, and releases protons into the solution.
  • nickel ions are also removed from the rinsing solution.
  • the strongly acidic cation exchanger 15 binds cations in the solution until its capacity limit is reached and releases an equivalent amount of protons into the solution.
  • the cations of the coating metal and the cations originating from the base material are also removed, polyvalent cations preferably being bound.
  • the exhaustion of the capacity of the cation exchanger 15 is controlled, as is customary in the prior art, by measuring the conductivity in the inlet and outlet of the cation exchanger 15. As soon as the difference in the conductivity values in the inlet and outlet of the cation exchanger 15 has dropped below a defined value, the strongly acidic cation exchanger 15 is regenerated.
  • the rinsing solution acidified by the strongly acidic cation exchanger 15 is now passed over the weakly basic anion exchanger 9, which is in the form of the free base.
  • This binds disruptive anions, such as. B. the anions of the oxidized reducing agent orthosphoshite, in which the acids formed by the strongly acidic cation exchanger 15 are first attached to the functional groups.
  • the tertiary amines By the acid the tertiary amines, the functional groups of the ion-exchange are protonated and thereby converted into the Ammom 'to form. Only the ammonium form is capable of anion exchange.
  • anions such as, for example, sulfate or orthophosphite
  • anions which are less firmly bound by the anion exchanger, such as, for example, hypophosphite, from the functional groups capable of ion exchange. This separates the anion mixture. So that the anion exchange polymer is not converted from the ammonium form into the form of the free base, which as an uncharged group is not capable of ion exchange, an acidic solution is always added to the weakly basic anion exchanger 9.
  • the weakly basic anion exchanger 9 is regenerated by feeding in sodium hydroxide solution, as a result of which the weakly basic anion exchanger 9 is converted from the ammonium form into the form of the free base.
  • the functional group has no charge and is therefore not capable of ion exchange. This allows all of the previously bound anions to be removed quantitatively from the anion exchange polymer. After a rinsing process with deionized water, the weakly basic anion exchanger 9 can be used again for the removal of interfering anions.
  • the rinsing solution further cleaned by the weakly basic anion exchanger 9 is returned to the rinsing system, where, as described above, it is fed to the coating container 1 via the weakly acidic cation exchanger 14 to compensate for evaporation losses in the process solution.
  • This preparation of the rinsing solution by the strongly acidic cation exchanger 15 and the weakly basic anion exchanger 9 takes place in batch operation.
  • the strongly acidic cation exchanger 15 in this system also removes ions of the coating metal that have entered the rinsing solution from the process solution. However, these are replenished by the weakly acidic cation exchanger 14.
  • the eluate resulting from the regeneration of the strongly acidic cation exchanger 15 is used again after loading the pH value with sodium hydroxide solution to pH> 4.5 for loading the weakly acidic cation exchanger 14, whereby the separated metal ions of the coating metal are not lost.
  • the eluate is only used as long as it is not contaminated with the metal ions of the base material from the workpieces 2 to be coated, which are foreign substances
  • the indirect cleaning of the process solution via the rinsing system 3 has the advantage that the concentration of the reducing agent and the metal ions of the coating metal in the rinsing solution are lower than in the process solution. This reduces the risk that sensitive components of the cleaning device, such as e.g. Ion exchange materials that are inadvertently chemically reductively metallized.
  • the SO 4 2 " content of the process solution does not increase with the metal throughput, since the nickel ions are acidic cation exchanger 14 without an interfering anion (SO 4 " ) are introduced into the process solution.
  • the concentration of sodium ions increases considerably more slowly, since the pH is adjusted by the weakly acidic cation exchanger 14 and not, as is the case after the state of the art, by adding sodium hydroxide solution to the process solution. Compared to the system from FIG.
  • an electrolyte extraction> 4 1 / m 2 would be required if 10 ⁇ m nickel was deposited.
  • FIG. 4 shows a diagram of a plant for chemical-reductive metal coating, in which the service life of the process solution can be extended, with a weakly acidic cation exchanger 14 for replenishing the metal ions and adjusting the pH, as well as a strongly acidic cation exchanger 15 and a weakly basic one Anion exchanger 9 for the separation of interfering ions from a dilute process solution.
  • the structure of the system corresponds to the system shown in FIG. 1.
  • the right rinse tank 3 is not connected directly to the coating tank 1 in this system, but to an additional regeneration tank 16.
  • This connection enables the regeneration tank 16 to be supplied with rinsing solution.
  • the regeneration tank 16 is connected to a strongly acidic cation exchanger 15 and a weakly basic anion exchanger 9, which are connected in series.
  • the inlet of the strongly acidic cation exchanger 15 is connected to the regeneration tank 16 and its outlet is connected to the inlet of the weakly basic anion exchanger 9.
  • the outflow of the weakly basic anion exchanger 9 is in turn connected to the regeneration container 16.
  • the feed of the weakly basic anion exchanger 9 is connected directly to the regeneration tank 16 via an additional line. Through this connection, the weakly basic anion exchanger 9 will be charged directly with the diluted process solution if necessary.
  • the inlet of the weakly acidic cation exchanger 14 is connected to the regeneration tank 16 and the outlet of the weakly acidic cation exchanger 14 is connected to the coating tank 1.
  • the weakly acidic cation exchanger 14 corresponds to the cation exchanger described in FIG. 1 in terms of its structure and mode of operation.
  • the metal coating in this system is carried out analogously to the procedure described for FIG 9, 14 and 15 mixed with process solution in a regeneration tank 16.
  • the required amount of process solution which is required for the complete transfer of the foreign substances formed in the chemical-reductive metal deposition into the regeneration tank 16 can be removed from the coating tank 1.
  • the reducing agent is replenished in the regeneration tank 16 in this system.
  • the workpiece 2 is treated in the coating container 1 at a temperature of approximately 85 ° C.
  • the process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / 1 at the beginning of the process.
  • the metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution.
  • the reducing agent NaH 2 PO 2 is subsequently metered into the regeneration tank 16 in aqueous solution.
  • a certain volume of the process solution is fed from the coating container 1 to the regeneration container 16 and is diluted there with rinsing solution. This diluted process solution is passed from the regeneration tank 16 in a partial flow over the strongly acidic cation exchanger 15 in the H + loading.
  • the cleaned solution is fed from the regeneration tank 16 via the weakly acidic cation exchanger 14 into the coating tank 1 in order to compensate for the evaporation losses. This ensures that the protons introduced during the cleaning process are removed again and that the ions of the coating metal are simultaneously introduced into the process solution without a disruptive anion.
  • the required volume of process solution is transferred into the regeneration container 16 and passed out of it via the ion exchanger.
  • the volume of process solution passed through the ion exchanger can advantageously be set in the rinsing water, in contrast to the plant from FIG. 3, regardless of the value of the electrolyte drag-out.
  • the desired concentration of foreign substances in the process solution can be set by setting the volume flow of process solution. Its value is calculated using equation 2.
  • FIG. 5 shows a diagram of a device for extending the useful life of the process solution, in which the redosing agent is replenished and disruptive anions are separated off in an auxiliary circuit.
  • the core of this device is a membrane electrolysis cell.
  • This consists of a cathode (-) and an anode (+) and each of the chambers 6, 7, 8, 12, which are arranged between the electrodes, these chambers forming a basic unit.
  • the membrane electrolytic cell can be expanded by further chambers 7, 8 and 12, these being arranged between the chambers 6 and 7.
  • the chambers 6 and 7 and the chambers 12 and 7 are each separated from one another by a cation exchange membrane K1.
  • the chambers 7 and 8 are each separated by an anion exchange membrane AI
  • the chambers 8 and 12 are separated by an anion exchange membrane A2.
  • Membranes of the Neosepta CMX type from Tokuyama Soda, Tokuyama City, Japan, are used as the cation exchange membrane K1 and AI and A2 membranes of the Neosepta AMX type, Tokuyama Soda, Tokuyama City, Japan, are used as anion exchange membranes.
  • the device contains a weakly basic anion exchanger 9 for separating the anion mixture and a strongly acidic cation exchanger 11 for removing interfering cations. These are part of the auxiliary circuit of the membrane electrolysis cell.
  • the structure and loading of the strongly acidic cation exchanger 11 of the auxiliary circuit corresponds to that of the strongly acidic cation exchanger 15 from FIG. 3.
  • the weakly basic anion exchanger 9 also corresponds to that from FIG. 3 in construction and loading.
  • the device contains a buffer container 10, in which the reducing agent to be added is added. The inlet of the weakly basic anion exchanger 9 is connected to chamber 7 and the outlet to the buffer container 10.
  • An auxiliary circuit is set up by connecting the buffer container 10 to the chamber 12.
  • the buffer container 10 is connected in a further small circuit to the inlet and outlet of the strongly acidic cation exchanger 11.
  • the two ion exchange columns 9, 11 are acted on in a known manner with the aid of pumps, in a DC mode.
  • a countercurrent mode of operation is also possible.
  • the device contains a storage container 5 for the process solution to be processed and a stacking container 13 for the processed process solution.
  • the storage container 5 is connected to the inlet and the stacking container 13 to the outlet of the chamber 8 of the membrane electrolysis system.
  • the chambers without hatching contain regeneration solution 7, 12 or a dilute acid (chamber 6).
  • the regeneration solution consists of an aqueous sodium hypophosphite solution (approx. 50 g / 1) and is partially converted into phosphinic acid by the action on the strongly acidic cation exchanger 15. Due to the electro-dialytic transport of the anions from the process solution, the regeneration solution also contains certain amounts of these anions, these amounts being dependent on the state of charge of the anion exchanger 9.
  • the anions in this device are removed cation-free from a process solution that was used in the chemical-reductive metal deposition, and at the same time the reductant is added.
  • the procedure is as follows:
  • the reservoir 5 is filled with cooled, process solution to be prepared.
  • the process solution is passed from the reservoir 5 into the chambers 8 of the membrane electrolysis cell delimited by anion exchange membranes AI and A2.
  • the anions contained in the process solution (sulfate, chloride, hypophosphite, orthophosphite and in some cases also the anions of the organic acids contained in the process solution) migrate through the anion exchange membrane AI by electro-dialysis and get into the chamber 7, which is delimited by the cation exchange membrane K 1 to the anode (+) or to the chamber 12 and in which there is a dilute acid.
  • Protons which are formed by water decomposition at the anode (+), enter the chamber 7 from the anode chamber 6 and, together with the electrodialytically transported anions, form the corresponding free acids.
  • the anions are prevented from passing into the anode chamber 6 or into the chamber 12 by the cation exchange membrane K1.
  • the acid mixture in chamber 7 is passed over the weakly basic anion exchanger 9 in the form of the free base.
  • the weakly basic anion exchanger 9 binds the acids formed in chamber 7 until its capacity is fully utilized. At the same time, it is converted from the form of the free base to the protonated form. He then preferentially binds sulfate, chloride and orthophosphite ions and releases an equivalent amount of previously bound hypophosphite ions.
  • the flow of the anion exchanger 9 is transferred to the buffer tank 10 of the auxiliary circuit.
  • the reducing agent is added in the form of sodium lyophosphite.
  • the regeneration solution is passed from this buffer container in a small circuit over a strongly acidic cation exchanger 11 which is loaded with protons. This cation exchanger 11 removes the sodium ions which have entered the regeneration solution as sodium hypophosphite as a result of the subsequent addition of the reducing agent.
  • the regeneration solution is passed from the buffer container 10 into the chamber 12 of the membrane electrolysis cell, the terminal chamber 12 of the membrane electrolysis cell containing the cathode (-).
  • the hypophosphite ions migrate electrodialytically from the chamber 12 through the anion exchange membrane A2 into the process solution located in the chamber 8.
  • the salt content in the prepared process solution does not change by the regeneration process. Only sulfate, chloride and orthophosphite ions are removed from the solution and replaced by an equivalent amount of hypophosphite ions. This enriches the process solution with reducing agents.
  • the process solution prepared in this way is created from the Katmner 8 passed into the stacking container 13 and can be used again for the chemical-reductive metal coating.
  • FIG. 6 shows a diagram of a device for extending the service life of the process solution, in which the reducing agent is replenished and interfering anions are removed in an auxiliary circuit of a membrane electrolysis cell.
  • the membrane electrolytic cell is expanded by additional chambers compared to FIG. 5.
  • This membrane electrolysis system contains 40 units of the chambers 7, 8, 12. However, for the sake of simplicity, only three units of the chambers 7, 8, 12 are shown in FIG. 6.
  • the additional chambers increase the membrane area required for ion transport, via which the process and regeneration solutions are in contact with each other. This means that the transport performance required to burn off a given load of foreign substances can be achieved in the preparation process.
  • the process solution used in this device is enriched with reducing agent and, at the same time, disruptive anions are separated from it.
  • the procedure for this is analogous to the description of FIG. A voltage of 90 V is applied to the expanded membrane electrolysis cell with 40 units.
  • FIG. 7 shows a schematic of a plant for chemical-reductive metal coating, in which the useful life of the process solution is extended by the removal of interfering anions and the metering of the reducing agent in a membrane electrolytic cell with an auxiliary circuit.
  • the coating container 1 the rinsing system 3 and the heat exchanger 4, this system is constructed in accordance with the system from FIG. 2.
  • the system contains a device for the removal of interfering anions and for the subsequent addition of the reductant, in which the anion mixture is separated in an auxiliary circuit.
  • the structure of the device corresponds to that of FIG. 6 and contains 40 units of the chambers 7, 8, 12. In FIG. 7, however, only two units of the chambers 7, 8, 12 are shown in the simpler illustration.
  • the storage container 5 and the stacking container 13 of the Devices are connected to the coating container 1 via the heat exchanger 4, as in FIG. 2.
  • the procedure in this system is as follows:
  • the workpiece 2 is treated in the coating container 1 at a temperature of approximately 85 ° C. in analogy to the description of FIG. 1.
  • the process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / 1 at the beginning of the process.
  • the metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution.
  • the used ions of the coating metal are subsequently metered in by adding nickel sulfate to the process solution.
  • the pH is adjusted by adding sodium hydroxide solution to the process solution.
  • the metering of the reducing agent and the removal of interfering anions are carried out in this system in an auxiliary circuit as described for FIG. 5.
  • a certain volume of the process solution is removed from the coating container 1 and, according to the description of FIG. 2, cooled to temperatures ⁇ 50 ° C. via the heat exchanger 4 and collected in the storage container 5.
  • the required volume volume is calculated using equation (2).
  • processed process solution is used, which is removed from the stacking container 13 for this purpose and is passed into the process solution.
  • the process solution as described for FIG. 5, is brought into contact with the auxiliary circuit in the membrane electrolysis cell from the storage container 5.
  • a voltage of 90 V is applied to the membrane electrolytic cell with 40 units.
  • disruptive anions are separated from the process solution by contact with the auxiliary circuit and the applied voltage, and at the same time reducing agent is metered into the process solution without cations.
  • the processed process solution is fed to the stacking container 13 and brought back to the process temperature via the heat exchanger 4 analogously to the description of FIG. 2 and returned to the coating container 1.
  • the service life of the process solution can be extended to at least 12 MTO, the orthophosphite concentration in the process solution being increased by the volume of process solution that is passed through the membrane electrolytic cell adjusted and a sharp increase in the hypophosphite concentration in the process solution is avoided.
  • the volume flows are calculated according to equation 2.
  • Fig. 8 shows a diagram of a plant for chemical-reductive metal coating, in which the service life of the process solution by a weakly acidic cation exchanger 14 for replenishing the ions of the coating metal and adjusting the pH and the removal of disruptive anions and the replenishment of Reducing agent is extended in an auxiliary circuit.
  • the system according to FIG. 8 is constructed analogously to that from FIG. 7 and additionally contains a weakly acidic cation exchanger 14, as described for FIG. 1, and which is connected to the coating container 1 as in FIG. 1.
  • the devices described in exemplary embodiments 1 and 5 are thus used in combination.
  • the procedure for the chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces in this system is as follows: the workpiece 2 is treated in the coating container 1 at a temperature of approximately 85 ° C. analogously to the description of FIG. 1.
  • the process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / 1 at the beginning of the process.
  • the metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution.
  • the metering of the used metal ions and the adjustment of the pH in the process solution is carried out, as described for FIG. 1, with the aid of the weakly acidic cation exchanger 14.
  • the metering in of the reductant and the removal of disruptive anions are carried out in this system via an auxiliary circuit, such as to Fig. 5 described.
  • the weakly acidic cation exchanger 14 does not introduce any interfering anions into the process solution when the metal ions are replenished, considerably smaller amounts of foreign matter have to be separated from the process solution. Salting of the process solution is also avoided, since no sodium hydroxide solution and therefore no additional cations are introduced into the process solution to adjust the pH. This enables the extensive removal of orthophosphite without simultaneously increasing the hypophosphite content above the target value in the process solution.
  • composition of the process solution is stabilized over a longer period of time and almost steady state with regard to the pH value, the concentrations of sulfate, Na, hypophosphite and orthophosphite reached.
  • the composition of the process solution in the steady state is as follows Parameters shown in tabular form characterize and correspond to a bath age of approx. 1 MTO.
  • This steady state advantageously corresponds to a fresh process solution in the important parameters such as pH value, nickel content and deposition rate. Since the ions of the coating metal and reducing agent are replenished without disturbing counterions in this system, and thus the positive effects of the devices from FIGS. 1 and 5 complement one another, the useful life of the process solution is further extended.
  • the service life of the process solution in the system from Fig. 8 is, however, due to the entry of other foreign substances, e.g. of cations from the base material of the workpiece to be coated.
  • FIG. 9 shows a diagram of a system with an auxiliary circuit and weakly acidic cation exchanger 14, which contains a strongly acidic cation exchanger 15 for the removal of disruptive cations from the process solution.
  • the system according to FIG. 9 is constructed analogously to FIG. 8 and additionally contains a strongly acidic cation exchanger 15.
  • This strongly acidic cation exchanger 15 is connected with the inlet and outlet with the coating container 1.
  • the structure of the strongly acidic cation exchanger 15 corresponds to that from FIG. 3.
  • This system like the system from FIG.
  • the strongly acidic cation exchanger 15 binds cations in the solution until its capacity limit is reached, polyvalent cations preferably being bound, and releases an equivalent amount of protons into the solution. In particular, it binds cations that come from the base material and interfere with the process of chemical-reductive metal deposition, but also the cations of the coating metal.
  • the protons released during the cleaning are removed and the ions of the coating metal removed during cleaning with the ions are supplied in that the process solution, as described for FIG. 1, is passed over the weakly acidic cation exchanger 14.
  • the regeneration of the strongly acidic cation exchanger 15 takes place, as described for FIG. 3, by rinsing the cation exchanger with
  • FIG. 10 shows a schematic of a membrane electrolytic cell with auxiliary circuit and weakly acidic cation exchanger 14, which is connected to the stacking container 13 and which contains a strongly acidic cation exchanger 15 for the separation of interfering cations from the process solution.
  • the system according to FIG. 10 contains the same system components as FIG. 9, however the inflow and outflow of the weakly acidic cation exchanger 14 are not connected to the coating container 1 but to the stacking container 13.
  • a certain volume of process solution is removed from the coating container 1 and cooled to temperatures ⁇ 50 ° C. via the heat exchanger 4 and collected in the storage container 5.
  • Prepared process solution is used for cooling, which for this purpose is removed from the stacking container 13 and passed into the coating container 1.
  • the cooling of the cooled solution by the removal of interfering anions and the subsequent addition of reducing agent takes place by contact with the auxiliary circuit in the membrane electrolysis cell, as was described for FIG. 5.
  • cooled and prepared process solution is passed from the stacking container 13 for further metering of the used ions of the coating metal and for adjusting the pH value over the weakly acidic cation exchanger 14 loaded with nickel ions , Since in this embodiment of the plant cooled process solution is added to the weakly acidic cation exchanger 14, the risk of undesired nickel deposition on the ion exchange polymer is reduced.
  • This procedure according to the invention is particularly useful if a fairly high concentration of hypophosphite in the cleaned process solution has been achieved by the removal of interfering anions with simultaneous replenishment of hypophosphite, since the risk of undesired redulctive metal deposition increases with the concentration of the reducing agent.
  • the strongly acidic cation exchanger 15 is used as described for FIG. 9.
  • FIG. 11 shows a schematic of a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit, in which the inlet of the strongly acidic cation exchanger 15 is connected to the rinsing system 3 for the purpose of indirect cleaning of the process solution.
  • the system according to FIG. 11 contains the same components as that according to FIG. 9.
  • the inlet of the weakly acidic cation exchanger 14 is not with the coating container 1 but with the stacking container 13 and its outlet via the Heat exchanger 4 connected to the coating container 1.
  • the strongly acidic cation exchanger 15 is connected to the rinsing system 3 with its inlet and with the outlet container 5 with its outlet.
  • the heat exchanger 4 uses the required cooling process when transferring process solution from the coating container 1 to the storage container 5 for heating the prepared solution.
  • a heat exchanger can be dispensed with, provided that only small volumes of process solution for cleaning the process solution have to be transferred from the coating container 1 into the storage container 5.
  • the procedure for the chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces in this system is as follows: the workpiece 2 is treated in the coating container 1 at a temperature of approximately 85 ° C. analogously to the description of FIG. 1.
  • the process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / 1 at the beginning of the process.
  • the metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution.
  • the coated workpiece 2 is immersed in the rinsing container of the rinsing system 3. With the workpiece, part of the process solution is dragged into the rinsing solution of the rinsing system 3. Interfering cations and anions from the process solution also get into the rinsing system 3.
  • the pH value and the replenishment of ions of the coating metal are carried out by the weakly acidic cation exchanger 14, which is connected between the stacking container 13 and coating container 1.
  • the metering of the reducing agent and the removal of interfering anions is carried out in this system in a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit, as described in FIG. 5, the diluted process solution being applied to the membrane electrolysis cell.
  • rinsing solution from the rinsing system 3 is passed over the strongly acidic cation exchanger 15, as a result of which disruptive cations are removed from the rinsing solution. So that adequate cleaning of the process solution can be achieved even without high specific electrolyte carry-out, a certain volume of the process solution is fed from the coating container 1 via the heat exchanger 4 (optional) to the storage container 5. The volume required depends on the amount of metal deposited and is calculated using equation (2).
  • the process solution as described for FIG. 5, is brought into contact with the auxiliary circuit in the membrane electrolysis cell from the storage container 5.
  • the voltage that is applied to the membrane electrolysis system is 90 V in the case of 40 units.
  • disruptive anions are removed from the process solution by contact with the auxiliary circuit, and reducing agents are replenished cation-free into the process solution.
  • the process solution prepared in this way is removed from the stacking container 13 and passed over the weakly acidic cation exchanger 14 loaded with nickel ions in order to replenish the used metal ions and to adjust the pH.
  • the drain of the weakly acidic cation exchanger 14 is fed to the coating container 1 and used to compensate for the evaporation losses.
  • a diluted process solution is applied to the regeneration system.
  • the lower concentration of ingredients ions of the coating metal, reducing agent
  • the treatment of the process solution according to the invention achieves a steady state at a concentration level which corresponds to a bath age of approximately 1 MTO and is characterized by the following parameters of the process solution shown in table form:
  • compositions of the process solution can be set that correspond to a bath age of 1 to 4 MTO.

Abstract

The invention relates to a method and devices for increasing the service life of a process solution used for chemical-reductive metal deposition. In said method, the pH-value is adjusted and the ions of the coating metal are replenished without interfering counter-ions by feeding the process solution, optionally after dilution, to at least one weakly acidic cation exchanger that is charged with ions of the coating metal. The reduction medium is replenished either in an auxiliary circuit or in a diluted process solution. Preferably, interfering cations originating in the reduction medium are eliminated with the aid of a strongly acidic, proton-charged cation exchanger and interfering anions with the aid of a weakly alkaline anion exchanger. During the metal deposition process, interfering cations that accumulate in the process solution are preferably eliminated with the aid of a strongly acidic, proton-charged cation exchanger. Said method permits a practically constant composition of the process solution with a negligible impurity content, producing a coating of exceptional quality. The increase in the service life of the process solution improves the cost-effectiveness and environmental compatibility of the chemical-reductive metal coating.

Description

Verfahren und Vorrichtungen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive MetallbeschichtungMethods and devices for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal coating
Die Erfindung betrifft ein Nerfahren und Nomchtungen zur Nerlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung, die bei der chemisch-reduktiven Metallabscheidung verwendet wird. Die chemisch-reduktive Metallabscheidung wird genutzt, um Werkstücke mit einem Metallüberzug (Cu, Ni, Ag oder Au) zu überziehen.The invention relates to a driving method and to extending the useful life of a process solution used in chemical-reductive metal deposition. Chemical-reductive metal deposition is used to coat workpieces with a metal coating (Cu, Ni, Ag or Au).
Für die chemisch-reduktive Metallabscheidung von Nichteisen-Metallen (NE-Metallen) auf der Oberfläche eines Basismaterials (z. B. Metall oder vorbehandelter Kunststoff) kann beispielhaft für die Nickelabscheidung die folgende, stark vereinfachte, Reaktionsgleichung aufgestellt werden:For the chemical-reductive metal deposition of non-ferrous metals (non-ferrous metals) on the surface of a base material (e.g. metal or pretreated plastic), the following, greatly simplified reaction equation can be set up for nickel deposition:
3 NaH2PO2 + 3 H2O + NiSO4 → 3 NaH2PO3 + H2SO4 + Ni + 2 H2 (Gleichung 1)3 NaH 2 PO 2 + 3 H 2 O + NiSO 4 → 3 NaH 2 PO 3 + H 2 SO 4 + Ni + 2 H 2 (Equation 1)
Bei der chemisch-reduktiven Metallabscheidung werden Reduktionsmittel (hier NaH2PO2) und Metallionen des Beschichtungsmetalls (hier Ni2+) verbraucht und es werden gleichzeitig äquivalent zur abgeschiedenen Metallmenge als Umsetzungsprodukte das oxidierte Reduktionsmittel (hier NaH2PO3) sowie Protonen gebildet, wobei diese den pH- Wert in der Prozesslösung erniedrigen.In the chemical-reductive metal deposition, reducing agents (here NaH 2 PO 2 ) and metal ions of the coating metal (here Ni 2+ ) are consumed and at the same time the oxidized reducing agent (here NaH 2 PO 3 ) and protons are formed as reaction products, equivalent to the amount of metal deposited. whereby these lower the pH in the process solution.
Bedingt durch zahlreiche Nebenreaktionen werden für die Abscheidung von einem Mol Nickel ca. 3,3 mol des Reduktionsmittels benötigt. Dabei wird auch elementarer Phosphor, der durch Nebenreaktionen aus dem Reduktionsmittel gebildet wird, in die entstehende Metallschicht einlegiert.Due to numerous side reactions, approximately 3.3 mol of the reducing agent are required for the deposition of one mole of nickel. Elemental phosphorus, which is formed from the reducing agent by side reactions, is also alloyed into the resulting metal layer.
Nach dem Stand der Technik erfolgt die Nachdosierung des Reduktionsmittels und der Metallionen des Beschichtungsmetalls durch die Zugabe der entsprechenden Salze und die Einstellung des pH- Werts durch Zugabe von Laugen in die Prozesslösung. Durch den Prozess der Metallabscheidung, der pH- Wert-Einstellung, der Nachdosierung der verbrauchten Komponenten und durch Abtrag von Basismaterial reichern sich Fremdstoffe in der Prozesslösung an, die den Prozess der Metallabscheidung stören und die Qualität der erzeugten Schichten negativ beeinflussen. Zur Entfernung der Fremdstoffe erfolgt in der Regel ein Teilverwurf der Prozesslösung, wobei deren abwassertechnische Behandlung wegen der komplexen Zusammensetzung problematisch ist. Die gebräuchliche Maßeinheit für die Nutzungsdauer der Prozesslösung ist der Metalldurchsatz MTO (= „Metal-Turn-Over"). Dabei wird von 1 MTO gesprochen, wenn der Metallgehalt der Prozesslösung einmal umgesetzt und erneut zugegeben wird. Nach dem Stand der Technik geht die Druckspannung in der Nickel-Phosphor-Schicht nachteilig bereits nach 2 bis 4,5 MTO in eine Zugspannung über und daher ist die Nutzungsdauer der Prozesslösung meist auf 5 MTO begrenzt.According to the prior art, the reducing agent and the metal ions of the coating metal are subsequently metered in by adding the corresponding salts and the pH is adjusted by adding alkalis to the process solution. The process of metal deposition, the pH adjustment, the subsequent dosing of the used components and the removal of base material accumulate foreign substances in the process solution, which disrupt the process of metal deposition and negatively affect the quality of the layers produced. In order to remove the foreign matter, the process solution is usually partially discarded, although its complex treatment makes it difficult to treat it in terms of wastewater. The usual unit of measurement for the service life of the process solution is the metal throughput MTO (= "metal turn-over"). This is referred to as 1 MTO if the metal content of the process solution is converted once and added again. According to the prior art, the compressive stress decreases disadvantageous in the nickel-phosphorus layer after 2 to 4.5 MTO into a tensile stress and therefore the service life of the process solution is usually limited to 5 MTO.
Zur Nerlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung zur chemisch-reduktiven Nickelabscheidung ist es erforderlich, die eingetragenen Fremdstoffe mittels geeigneter Nerfahren abzutrennen. Hierzu werden verschiedene Nerfahren vorgeschlagen: Bereits 1953 wurden in US 2,726,968 und US 2,726,969 Regenerierverfahren beschrieben, bei denen ein schwachbasisches mit Phosphinsäure aktiviertes Anionen- austauschermaterial für die Regenerierung von Prozesslösungen für die chemisch- reduktive Nickelabscheidung verwendet wird. Dadurch soll Orthophosphit aus der Prozesslösung abgetrennt und Hypophosphit in die Prozesslösung abgegeben werden. Die schwachbasischen Anionenaustauschermaterialien werden direkt mit Prozesslösung beaufschlagt, weshalb der pH- Wert der Prozesslösung den Wert pH 5 nicht übersteigen darf, da andernfalls das schwachbasische Anionenaustauschermaterial aus der Hypophosphit-Beladung wieder in die Form der freien Base überführt wird, die nicht zum Ionenaustausch befähigt ist. Eine Abtrennung von störenden Kationen erfolgt bei diesem Nerfahren nicht. Die Νachdosierung der Metallionen erfolgt durch Zugabe von Νickelsalzen, wobei nach US 2,726,969 durch den Einsatz basischer Νickelsalze wie Νickelhydroxid oder Νickelcarbonat gleichzeitig eine pH- Wert-Einstellung ohne den Einsatz von weiteren Laugen erreicht werden soll. Der Einsatz dieser schwerlöslichen Verbindungen hat jedoch den Nachteil, dass durch sie die Prozesslösung mit Feststoffen kontaminiert wird, die in die abgeschiedenen Metallschichten eingebaut werden können und damit deren Eigenschaften negativ beeinflussen. Diese Nerfahren haben sich in der Praxis nicht durchgesetzt, da insbesondere die Verwendung von Phosphinsäure zur Al tivierung des Anionenaustauschers deren Wirtschaftlichkeit belastet.In order to extend the useful life of a process solution for chemical-reductive nickel deposition, it is necessary to separate the foreign substances that have been entered using suitable ner processes. Various ner processes are proposed for this purpose: Regeneration processes were already described in US 2,726,968 and US 2,726,969 in 1953, in which a weakly basic anion exchange material activated with phosphinic acid is used for the regeneration of process solutions for chemical-reductive nickel deposition. This is intended to separate orthophosphite from the process solution and to release hypophosphite into the process solution. The weakly basic anion exchange materials are directly loaded with process solution, which is why the pH value of the process solution must not exceed pH 5, otherwise the weakly basic anion exchange material from the hypophosphite loading is converted back into the form of the free base, which is not capable of ion exchange , This ner driving does not separate disruptive cations. The metal ions are metered in by adding nickel salts, whereby according to US Pat. No. 2,726,969, the use of basic nickel salts such as nickel hydroxide or nickel carbonate should simultaneously achieve a pH adjustment without the use of further alkalis. However, the use of these poorly soluble compounds has the disadvantage that they contaminate the process solution with solids that can be built into the deposited metal layers and thus negatively influence their properties. These ner driving have not prevailed in practice, since in particular the use of phosphinic acid for activating the anion exchanger impairs their economic viability.
DD 36 889 offenbart ein Verfahren zur kontinuierlichen Regenerierung von sauren Lösungen für das chemische Vernickeln, bei dem die Lösung über eine Kombination aus einem Νickel-beladenen schwachsauren Kationenaustauscher und einem Hypo- phosphit-beladenen, (schwach bis) mittelstark basischen Anionenaustauscher geleitet wird. Der schwachsaure Kationenaustauscher soll zur Einstellung des pH- Wertes und zur Nachdosierung von Nickelionen eingesetzt werden, während der schwach bis mittelstark basische Anionenaustauscher für die Nachdosierung von Hypophosphit und die Abtrennung von Orthophosphit genutzt werden soll. Dabei werden der schwachsaure Kationenaustauscher und der (schwach bis) mittelstark basische Anionenaustauscher mit aufeinander abgestimmter Kapazität in Reihe geschaltet.DD 36 889 discloses a process for the continuous regeneration of acidic solutions for chemical nickel plating, in which the solution is a combination of a nickel-loaded weakly acidic cation exchanger and a hypo- phosphite-loaded, (weakly to) moderately strong basic anion exchanger. The weakly acidic cation exchanger is to be used to adjust the pH and to replenish nickel ions, while the weak to moderately basic anion exchanger is to be used to replenish hypophosphite and to separate orthophosphite. The weakly acidic cation exchanger and the (weakly to moderately strong) basic anion exchanger with coordinated capacities are connected in series.
Die Überwachung der Funktionsfähigkeit des Kationenaustauschers soll in DD 36 889 über die Färbung des schwachsauren Kationenaustauscherharzes erfolgen. Sobald diese von grün (Nickel-Beladung) in ein gelbliches Weiß (unbeladener Austauscher) umgeschlagen ist, sollen die Austauscher regeneriert werden. Dieser Farbwechsel des schwachsauren Kationenaustauscherharzes ist für die Kontrolle der Funktionsfähigkeit der Ionenaustauscher sehr schlecht nutzbar, da eine Prozesslösung zur chemisch- reduktiven Nickelabscheidung selbst intensiv grün gefärbt ist.The functioning of the cation exchanger is to be monitored in DD 36 889 via the coloring of the weakly acidic cation exchange resin. As soon as this has changed from green (nickel loading) to a yellowish white (unloaded exchanger), the exchangers should be regenerated. This color change of the weakly acidic cation exchange resin is very difficult to use for checking the functionality of the ion exchanger, since a process solution for chemical-reductive nickel deposition itself is colored intensely green.
Bei der Regeneration des schwach bis mittelstark basischen Anionenaustauschers soll in DD 36 889 die Überführung in die Hypophosphitbeladung durch Aufgabe einer Hypophosphit-Lösung auf den zuvor mit Chlorid beladenen Anionenaustauscher erfolgen. Bei einem schwach bis mittelstark basischen Anionenaustauscher in der Chlorid-Beladung ist ein Austausch von Chlorid gegen Hypophosphit jedoch nicht möglich, da Chlorid vom Austauscher fester gebunden wird als Hypophosphit und sogar Orthophosphit.In the regeneration of the weakly to moderately basic anion exchanger, the transfer to the hypophosphite loading should be carried out in DD 36 889 by applying a hypophosphite solution to the anion exchanger previously loaded with chloride. In the case of a weakly to moderately basic anion exchanger in the chloride loading, however, an exchange of chloride for hypophosphite is not possible since chloride is more firmly bound by the exchanger than hypophosphite and even orthophosphite.
Durch die in DD 36 889 beschriebene Schaltung - schwachsaurer Kationenaustauscher vor schwach bis mittelstark basischem Anionenaustauscher - erfolgt durch den schwachsauren Kationenaustauscher eine Anhebung des pH- Wertes auf pH- Werte über pH 5. Nachdem ein schwach bis mittelstark basischer Anionenaustauscher nur in einem pH-Bereich kleiner pH 4 in vollem Umfang arbeitsfähig ist, erfolgt durch die in DD 36 889 beschriebene Vorschaltung eines schwachsauren Kationenaustauschers und die dadurch bewirkte Verschiebung des pH- Wertes eine unkontrollierte Abgabe von Anionen, die am schwachbasischen Anionenaustauscher gebunden waren. Im Verfahren nach DD 36 889 wird der Einsatz eines starksauren Kationenaustauschers ausgeschlossen, da durch diesen der pH- Wert der Lösung zu stark abgesenkt und dies zu keinen optimalen Abscheidebedingungen führen würde. In der Lösung anwesende Sulfat- oder Chlorid-Ionen würden den zweiten Teil der in DD 36 889 beschriebenen Regenerierungsanlage, der den Haushalt der Hypophosphit- und Orthophospliit-Ionen regelt, stören.Due to the circuit described in DD 36 889 - weakly acidic cation exchanger in front of weak to moderately basic anion exchanger - the weakly acidic cation exchanger raises the pH to pH values above pH 5. After a weakly to moderately basic anion exchanger only in a pH range lower pH 4 is fully functional, the upstream of a weakly acidic cation exchanger described in DD 36 889 and the resulting shift in the pH value result in an uncontrolled release of anions which were bound to the weakly basic anion exchanger. In the process according to DD 36 889, the use of a strongly acidic cation exchanger is excluded, since this causes the pH of the solution to drop too much and this would not lead to optimal separation conditions. Sulfate or chloride ions present in the solution would interfere with the second part of the regeneration system described in DD 36 889, which regulates the household of the hypophosphite and orthophosplite ions.
Wegen der beschriebenen Defizite konnte sich das in DD 36 889 beschriebene Regenerierverfahren in der betrieblichen Praxis nicht durchsetzen.Because of the deficits described, the regeneration process described in DD 36 889 could not prevail in operational practice.
Der Einsatz von Regenerierverfahren, die auf dem Wirkprinzip der Membranelektrolyse beruhen, werden in einer Reihe von Schriften vorgeschlagen, wobei unterschiedliche Zellkonfigurationen zum Einsatz gelangen. In der Patentschrift DE 43 10 366 wird eine Membranelektrolysezelle mit 4 Kammern vorgeschlagen, in der die Reduktion des bei der chemisch-reduktiven Nickelabscheidung gebildeten Orthophosphits im Kathodenraum der Elektrolysezelle erfolgen soll. Aus DE 198 49 278 und eigenen Untersuchungen ist jedoch bekannt, dass die kathodische Reduktion des Orthophosphits zu Hypophosphit nicht erfolgt, so dass mittels des in DE 43 10 366 beschriebenen Verfahrens keine Regeneration der Prozesslösung erreicht werden kann. In der Patentschrift US 5,419,821 wird daher vorgeschlagen, die in DE 43 10 366 beschriebenen Membranelektrolysezelle um eine Fällungsstufe zu ergänzen, um das Orthophosphit durch den Zusatz von Magnesium- oder Calciumhydroxid zu entfernen. Die durch den Abscheidevorgang verbrauchten Einsatzstoffe (Nickelionen und Reduktionsmittel) sollen in Form von Nickelsulfat (Zugabe in die Prozesslösung) und Phosphinsäure (Zugabe in den Katholyten) zugeführt werden. Das Sulfat soll durch Zusatz von Bariumhydroxid in den Katholyten als Bariumsulfat wieder ausgekreist werden. Eine Verblockungsgefahr der Membranen der Membranelektrolysezelle ist bei diesem Verfahren sehr hoch, da nach der Abtrennung der schwerlöslichen Salze mittels Filtration gesättigte Lösungen vorliegen.The use of regeneration processes, which are based on the principle of action of membrane electrolysis, are proposed in a number of documents, with different cell configurations being used. Patent specification DE 43 10 366 proposes a membrane electrolysis cell with 4 chambers in which the orthophosphite formed in the chemical-reductive nickel deposition is to be reduced in the cathode space of the electrolysis cell. However, from DE 198 49 278 and our own investigations it is known that the cathodic reduction of the orthophosphite to hypophosphite does not take place, so that no regeneration of the process solution can be achieved by means of the method described in DE 43 10 366. US Pat. No. 5,419,821 therefore proposes to add a precipitation step to the membrane electrolysis cell described in DE 43 10 366 in order to remove the orthophosphite by adding magnesium or calcium hydroxide. The input materials consumed by the separation process (nickel ions and reducing agents) should be supplied in the form of nickel sulfate (addition to the process solution) and phosphinic acid (addition to the catholyte). The sulfate should be removed from the catholyte as barium sulfate by adding barium hydroxide. The risk of the membranes of the membrane electrolysis cell becoming blocked is very high in this process, since saturated solutions are present after filtration of the sparingly soluble salts.
In den Patentschriften DE 198 51 180 (EP 1 006 213) wird für die Regenerierung einer Prozesslösung zur chemisch-reduktiven Metallabscheidung ebenfalls der Einsatz einer Membranelektrolysezelle beschrieben. Die Anionen der Prozesslösung werden in diesem Verfahren in der Membranelektrolysezelle elektrodialytisch in einen sauren Hilfskreislauf überführt, welcher von der Prozesslösung durch die Membranen der Membranelektrolysezelle getrennt ist. Im Hilfskreislauf erfolgt die Trennung der Anionen durch einen schwachbasischen Anionenaustauscher, der zuvor durch den Einsatz von Phosphinsäure in die Hypophosphitbeladung überführt wurde. Der Einsatz von Phosphinsäure belastet die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens. In einer besonderen Ausfuhrungsform des Verfahrens nach DE 198 51 180 wird auch der Einsatz eines schwachsauren Kationenaustauschers in Kombination mit der Membranelektrolysezelle und des schwachbasischen hypophosphitbeladenen Anionenaustauschers beschrieben. Dieser schwachsaure Kationenaustauscher soll zur Nachdosierung von Nickelionen verwendet werden: Dazu ist er mit seinem Zulauf mit dem schwachbasischen Anionenaustauscher und mit seinem Ablauf mit einer Kammer der Membranelektrolysenzelle verbunden, die Prozesslösung enthält. Über den schwachsauren Kationenaustauscher, der mit Nickelionen beladen ist, wird ein Teil der sauren hypophoshit-haltigen Lösung des Hilfskreislaufes geführt. Der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers wird über die Kammer der Membranelektrolysenzelle der Prozesslösung zugeführt. Damit ein Eintrag störender Komponenten, wie z.B. Na -Ionen, aus dem Hilfskreislauf in die Prozesslösung vermieden werden kann, macht diese Anordnung den Einsatz von Phosphinsäure als Quelle für Hypophosphit erforderlich, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens negativ beeinflusst wird. Die erforderliche pH- Wert-Einstellung erfolgt nach DE 198 51 180 durch Zugabe von Laugen in die Prozesslösung und führt zu einem steigenden Salzgehalt, der die Nutzungsdauer der Prozesslösung begrenzt, da durch das in DE 198 51 180 beschriebene Verfahren keine kationischen Fremdstoffe aus der Prozesslösung entfernt werden können. Zudem belastet der Einsatz von Phosphinsäure die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens.The use of a membrane electrolysis cell is also described in the patents DE 198 51 180 (EP 1 006 213) for the regeneration of a process solution for chemical-reductive metal deposition. In this process, the anions of the process solution are electrodialytically converted into an acidic one in the membrane electrolysis cell Auxiliary circuit transferred, which is separated from the process solution by the membranes of the membrane electrolysis cell. In the auxiliary circuit, the anions are separated by a weakly basic anion exchanger, which was previously converted into the hypophosphite loading by using phosphinic acid. The use of phosphinic acid impairs the economics of the process. In a special embodiment of the process according to DE 198 51 180, the use of a weakly acidic cation exchanger in combination with the membrane electrolysis cell and the weakly basic hypophosphite-loaded anion exchanger is also described. This weakly acidic cation exchanger is to be used to replenish nickel ions: For this purpose it is connected with its inlet to the weakly basic anion exchanger and with its outlet to a chamber of the membrane electrolysis cell that contains the process solution. Part of the acidic hypophoshite-containing solution of the auxiliary circuit is led over the weakly acidic cation exchanger, which is loaded with nickel ions. The effluent of the weakly acidic cation exchanger is fed to the process solution via the chamber of the membrane electrolysis cell. In order to avoid the entry of disruptive components, such as Na ions, from the auxiliary circuit into the process solution, this arrangement requires the use of phosphinic acid as a source of hypophosphite, which has a negative impact on the economics of the process. According to DE 198 51 180, the required pH value is adjusted by adding alkalis to the process solution and leads to an increasing salt content, which limits the service life of the process solution, since the process described in DE 198 51 180 does not cause any cationic foreign substances from the process solution can be removed. In addition, the use of phosphinic acid impairs the economics of the process.
In den Patentschriften DE 198 49 278 (EP 1 123 424) und EP 1 239 057 werden 2- stufige Elektrodialyseverfahren beschrieben, welche die für die Regeneration der Prozesslösung erforderliche Trennaufgabe bewältigen sollen. Für die Auftrennung des Anionengemisches ist ein Hilfskreislauf erforderlich, in dem eine pH- Wert- Anhebung auf pH > 8 erfolgt. Dies ist notwendig, damit Orthophosphit als zweiwertiges Anion vorliegt. Durch den Einsatz einer selektiven Anionenaustauschermembran, die nur einwertige Anionen passieren lässt, sollen die zweiwertigen Anionen (Sulfat, Orthophosphit) zurückgehalten und die einwertigen Anionen in die Prozesslösung zurückgeführt werden. Praktische Erfahrungen haben jedoch gezeigt, dass die Selektivität der verfügbaren Anionenaustauschermembranen nicht ausreicht, um die erforderliche Trennung von Orthophosphit und Hypophosphit zu erreichen, so dass eine Rückführung des abgetrennten Hypophosphits in die Prozesslösung nicht erfolgen kann. Daher ist die Reinigung der Prozesslösung nur durch hohe Stoffverluste möglich, wobei die Stoffverluste durch Zugabe von Frischchemikalien in die Prozesslösung ausgeglichen werden. Die Inhaltsstoffe des Hilfskreislaufes werden abwassertechnisch behandelt, wobei die Einhaltung des Grenzwertes für den Parameter Phosphor einen erheblichen Aufwand erfordert, da im Hilfskreislauf noch erhebliche Mengen an Hypophosphit enthalten sind.The patent specifications DE 198 49 278 (EP 1 123 424) and EP 1 239 057 describe two-stage electrodialysis processes which are intended to handle the separation task required for the regeneration of the process solution. An auxiliary circuit is required to separate the anion mixture, in which the pH is raised to pH> 8. This is necessary so that orthophosphite is present as a divalent anion. By using a selective anion exchange membrane that only allows monovalent anions to pass through, the divalent anions (sulfate, Orthophosphite) and the monovalent anions are returned to the process solution. Practical experience has shown, however, that the selectivity of the available anion exchange membranes is not sufficient to achieve the required separation of orthophosphite and hypophosphite, so that the separated hypophosphite cannot be returned to the process solution. Therefore, the cleaning of the process solution is only possible through high material losses, the material losses being compensated for by adding fresh chemicals to the process solution. The contents of the auxiliary circuit are treated using wastewater technology, whereby compliance with the limit value for the parameter phosphorus requires considerable effort since the auxiliary circuit still contains considerable amounts of hypophosphite.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und Vorrichtungen anzugeben, mit denen die Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallbeschichtung verlängert werden kann.The object of the invention is to provide methods and devices with which the useful life of a process solution for chemical-reductive metal coating can be extended.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bei dem das bei der Metallabscheidung verbrauchte Reduktionsmittel und Metallionen des Beschichtungsmetalls nachdosiert und der pH- Wert in der Prozesslösung eingestellt werden. Die Nachdosierung der Metallionen und die pH-Wert-Einstellung erfolgt mit Hilfe mindestens eines schwachsauren Kationenaustauschers, der mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladen ist. Dazu wird der pH-Wert in der Prozesslösung überwacht und bei Absinken des pH-Wertes der Prozesslösung ein Teil der Prozesslösung, gegebenenfalls nach Verdünnung, durch den schwachsauren Kationenaustauscher 14 geleitet.The object is achieved by a method for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, in which the reducing agent and metal ions of the coating metal used in the metal deposition are replenished and the pH in the process solution is adjusted. The metal ions are subsequently metered in and the pH is adjusted with the aid of at least one weakly acidic cation exchanger which is loaded with ions of the coating metal. For this purpose, the pH value in the process solution is monitored and, if the pH value of the process solution drops, part of the process solution, if appropriate after dilution, is passed through the weakly acidic cation exchanger 14.
Die durch den schwachsauren Kationenaustauscher 14 aufbereitete Lösung wird der Prozesslösung direkt wieder zugeführt.The solution prepared by the weakly acidic cation exchanger 14 is fed directly back into the process solution.
Über die Kontrolle des pH-Wertes im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 wird die Funktionsfähigkeit des schwachsauren Kationenaustauschers überwacht, wobei bei Annäherung des pH- Wertes im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers an den pH- Wert der Prozesslösung der Kationenaustauscher für einen erneuten Einsatz wieder mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladen wird.The functionality of the weakly acidic cation exchanger is monitored by checking the pH in the effluent of the weakly acidic cation exchanger 14, with the pH value being approximated in the effluent of the weakly acidic cation exchanger Cation exchanger to the pH of the process solution of the cation exchanger is loaded again with ions of the coating metal for reuse.
Es wurde gefunden, dass mit Hilfe des schwachsauren Kationenaustauschers parallel zur Nachdosierung der Metallionen auch der pH- Wert einer sauren Prozesslösung eingestellt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der schwachsaure Kationenaustauscher, wenn er mit der Prozesslösung in Kontakt kommt, die bei der Metallabscheidung entstehenden H+-Ionen bindet. Damit erübrigt sich in vorteilhafter Weise die nach dem Stand der Technik notwendige Zugabe von Laugen und Metallsalzen in die Prozesslösung, um die H -Ionen zu binden und die verbrauchten Metallionen nachzudosieren.It was found that with the aid of the weakly acidic cation exchanger, the pH of an acidic process solution can be adjusted in parallel with the subsequent metering in of the metal ions. This is achieved in that the weakly acidic cation exchanger, when it comes into contact with the process solution, binds the H + ions formed during the metal deposition. This advantageously eliminates the need to add alkalis and metal salts to the process solution in accordance with the prior art in order to bind the H ions and to replenish the used metal ions.
Durch die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls ohne störende Gegenionen und die pH-Wert-Einstellung ohne Laugenzugabe wird durch das erfindungsgemäße Verfahren mit dem schwachsauren Kationenaustauscher der notwendige Salzeintrag in die Prozesslösung erheblich reduziert. Durch dieses einfache Verfahren, bei dem eine herkömmliche Anlage zur chemisch-reduktiven Metallabscheidung lediglich mit dem erfindungsgemäßen schwachsauren Kationenaustauscher ergänzt werden muss, kann die Nutzungsdauer der Prozesslösung deutlich verlängert werden.By metering in the ions of the coating metal without disruptive counterions and adjusting the pH without addition of alkali, the process according to the invention with the weakly acidic cation exchanger considerably reduces the salt input into the process solution. This simple method, in which a conventional system for chemical-reductive metal deposition only has to be supplemented with the weakly acidic cation exchanger according to the invention, can significantly extend the useful life of the process solution.
Die Lösung ist durch den schwachsauren Kationenaustauscher mit Ionen des Beschichtungsmetalls angereichert. Die Gefahr der unerwünschten Metallabscheidung aus derart angereicherten Lösungen ist groß, insbesondere dann, wenn eine ausreichende Menge an Reduktionsmittel vorhanden ist.The solution is enriched with ions of the coating metal by the weakly acidic cation exchanger. The risk of undesired metal deposition from such enriched solutions is high, especially when there is a sufficient amount of reducing agent.
Durch das erfindungsgemäße direkte Einleiten der durch den schwachsauren Kationenaustauscher aufbereitenden (und mit Ionen des Beschichtungsmetalls angereicherten) Lösung in die Prozesslösung wird eine unerwünschte Metallabscheidung minimiert.An undesired metal deposition is minimized by the direct introduction, according to the invention, of the solution which is prepared by the weakly acidic cation exchanger (and enriched with ions of the coating metal) into the process solution.
In Abhängigkeit vom zu erwünschten Phosphorgehalt (2,5 % bis über 15 %) in der abgeschiedene Metallschicht wird der pH- Wert der Prozesslösung auf einen SOLL- Wert von pH 3 bis pH 6 eingestellt. Dabei steigt der Phosphorgehalt der abgeschiedenen Metallschicht mit der H+-Ionen-Konzentration in der Prozesslösung. Sobald der pH- Wert der Prozesslösung während der Metallabscheidung um 0,1 bis maximal 1 pH-Einheiten unter den SOLL- Wert abgesunken ist, wird mit der Aufgabe der Prozesslösung, gegebenenfalls nach Verdünnung, auf den schwachsauren Kationenaustauscher, der mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladen ist, begonnen.Depending on the desired phosphorus content (2.5% to over 15%) in the deposited metal layer, the pH value of the process solution is adjusted to a SET value from pH 3 to pH 6. The phosphorus content of the deposited metal layer increases with the H + ion concentration in the process solution. As soon as the pH value of the process solution has dropped by 0.1 to a maximum of 1 pH unit below the target value during the metal deposition, the process solution, if necessary after dilution, is applied to the weakly acidic cation exchanger, which is loaded with ions of the coating metal is started.
Die Überwachung der Funktionsfähigkeit des schwachsauren Kationenaustauschers erfolgt durch die Kontrolle des pH- Wertes im Zulauf (oder in der aufzugebenden Lösung) und im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers. Die Kapazität des schwachsauren Kationenaustauschers ist erschöpft, sobald sich der pH- Wert im Ablauf des Austauschers dem des Zulaufs nahezu angeglichen hat (Differenz < 0,2 pH- Einheiten).The functionality of the weakly acidic cation exchanger is monitored by checking the pH in the inlet (or in the solution to be added) and in the outlet of the weakly acidic cation exchanger. The capacity of the weakly acidic cation exchanger is exhausted as soon as the pH in the outlet of the exchanger has almost matched that of the feed (difference <0.2 pH units).
Am Ende der Nutzungsperiode, d. h. beim Erschöpfen der Kapazität der Ionenaustauschersäule, kann das Ionenaustauschermaterial ausgewechselt oder der Fluss der Prozesslösung auf einen anderen Kationenaustauscher umgeleitet werden.At the end of the usage period, i.e. H. when the capacity of the ion exchange column is exhausted, the ion exchange material can be exchanged or the flow of the process solution can be redirected to another cation exchanger.
Durch den Vergleich des pH- Wertes im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers mit dem pH- Wert der Prozesslösung kann erfindungsgemäß das Endes der Nutzungsperiode des schwachsauren Kationenaustauschers bestimmt werden, bevor der pH- Wert und der Gehalt an Ionen des Beschichtungsmetalls in der Prozesslösung den Toleranzbereich des Verfahrens verlässt. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht es daher den Gehalt an Ionen des Beschichtungsmetalls und den pH- Wert der Prozesslösung nahezu konstant zu halten.By comparing the pH value in the course of the weakly acidic cation exchanger with the pH value of the process solution, the end of the period of use of the weakly acidic cation exchanger can be determined according to the invention before the pH value and the ion content of the coating metal in the process solution reach the tolerance range of the process leaves. The method according to the invention therefore makes it possible to keep the ion content of the coating metal and the pH of the process solution almost constant.
Durch die nahezu konstanten Prozessbedingungen bei der chemisch-reduktiven Metall- beschichtung wird erfindungsgemäß eine besonders gleichmäßige Abscheidung des Metalls auf dem zu beschichteten Werkstück erreicht.Due to the almost constant process conditions in the chemical-reductive metal coating, a particularly uniform deposition of the metal on the workpiece to be coated is achieved according to the invention.
Unter dem Begriff Ionenaustauscher wird im Sinne der vorliegenden Erfindung jeweils eine Vorrichtung verstanden, die z. B. in Form einer Säule, Kolonne oder Filterkammer entweder teilweise oder vollständig mit einem Ionenaustauschermaterial gefüllt ist. Es werden organische oder anorganische Ionenaustauschermaterialien eingesetzt, wobei diese fünlctionelle Gruppen besitzen, die zum lonenaustausch befähigt sind. Die Ionenaustauschermaterialien können fest oder flüssig sein. Entsprechend der Struktur der funktionellen Gruppen des eingesetzten Ionenaustauschermaterials kann der Ionenaustauscher näher charakterisiert werden, z.B. als starksaurer bzw. schwachsaurer Kationenaustauscher oder als schwachbasischer bzw. starkbasischer Anionenaustauscher. Die vom Ionenaustauscher gebundenen Stoffe können durch Regeneration wieder von den funktionellen Gruppen entfernt werden, wobei die Regeneration im Gleich- oder Gegenstrom möglich ist.The term ion exchanger is understood in the sense of the present invention in each case a device which, for. B. in the form of a column, column or filter chamber is either partially or completely filled with an ion exchange material. Organic or inorganic ion exchange materials are used, these having functional groups which are capable of ion exchange. The ion exchange materials can be solid or liquid. According to the structure The functional groups of the ion exchange material used can be characterized in more detail, for example as a strongly acidic or weakly acidic cation exchanger or as a weakly basic or strongly basic anion exchanger. The substances bound by the ion exchanger can be removed again from the functional groups by regeneration, regeneration being possible in cocurrent or countercurrent.
Unter einer verdünnten Prozesslösung wird im nachfolgenden Text eine Prozesslösung verstanden die (z. B. durch Mischen mit der Spüllösung) auf einen Gehalt von 5 % bis 90 % der Konzentration der Prozesslösung, vorzugsweise 10 bis 50 %, verdünnt wird. Durch das auf die Metallbeschichtung folgende Spülen des beschichteten Werkstücks werden Inhaltsstoffe der Prozesslösung in die Spüllösung ausgeschleppt. Dadurch gelangen auch Fremdstoffe, wie das oxidierte Reduktionsmittel, die Gegenionen des Reduktionsmittels, in der Regel Na+, und andere störende Ionen in die Spüllösung. Die Spüllösung stellt somit auch eine verdünnte Prozesslösung dar, aus der die Fremdstoffe entfernt werden können. Im weiteren Text schließt daher der Begriff verdünnte Prozesslösung die Spüllösung mit ein.In the text below, a diluted process solution is understood to mean a process solution which is diluted (for example by mixing with the rinsing solution) to a content of 5% to 90% of the concentration of the process solution, preferably 10 to 50%. By rinsing the coated workpiece after the metal coating, ingredients of the process solution are dragged into the rinsing solution. As a result, foreign substances such as the oxidized reducing agent, the counterions of the reducing agent, as a rule Na + , and other disruptive ions also get into the rinsing solution. The rinsing solution thus also represents a diluted process solution from which the foreign substances can be removed. In the further text, the term diluted process solution therefore includes the rinsing solution.
Die Nachdosierung der bei der Metallabscheidung verbrauchten Metallionen des Beschichtungsmetalls erfolgt durch Aufgabe der Prozesslösung oder einer verdünnten Prozesslösung auf einen schwachsauren Kationenaustauscher, der mit den Kationen des Beschichtungsmetalls beladen ist. Dieser gibt Metallionen in die Prozesslösung ab. Vorteilhaft werden dadurch keine störenden Gegenionen in die Prozesslösung eingebracht.The metering of the metal ions of the coating metal consumed in the metal deposition is carried out by feeding the process solution or a dilute process solution onto a weakly acidic cation exchanger which is loaded with the cations of the coating metal. This releases metal ions into the process solution. As a result, no interfering counterions are advantageously introduced into the process solution.
Erstaunlicherweise lässt sich die Prozesslösung direkt mit Ionenaustauschermaterialien in Kontakt bringen, ohne dass dies zu einer nennenswerten Metallabscheidung auf den Materialien führt. Erreicht werden kann dies durch eine Abkühlung der Prozesslösung auf Temperaturen < 60 °C vor Aufgabe auf die Ionenaustauscher. Alternativ kann die Metallabscheidung auf den Ionenaustauschermaterialien vermieden werden, in dem eine verdünnte Prozesslösung auf die Ionenaustauschermaterialien aufgegeben wird. Bevorzugt wird die Prozesslösung (gegebenenfalls nach Verdünnung) mit einer Durchflussgeschwindigkeit unter 20 m/h, besonders bevorzugt unter 10 m/h, auf den oder die Ionenaustauscher gegeben.Surprisingly, the process solution can be brought into direct contact with ion exchange materials without this leading to any significant metal deposition on the materials. This can be achieved by cooling the process solution to temperatures <60 ° C before feeding it to the ion exchanger. Alternatively, metal deposition on the ion exchange materials can be avoided by applying a dilute process solution to the ion exchange materials. The process solution is preferred (if necessary after dilution) with a Flow rate below 20 m / h, particularly preferably below 10 m / h, given to the ion exchanger (s).
Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist ein Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bei dem das bei der Metallabscheidung verbrauchte Reduktionsmittel, sowie die Metallionen des Beschichtungsmetalls nachdosiert und der pH-Wert in der Prozesslösung eingestellt werden, wobei ein Anionenaustausch zur Abtrennung störender Anionen in einer Membranelektrolysezelle mit zusätzlichem Hilfskreislauf zwischen der Prozesslösung und dem Hilfskreislauf über Anionenaustauschermembranen erfolgt.Another component of the invention is a method for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, in which the reducing agent used in the metal deposition, as well as the metal ions of the coating metal, is metered in and the pH in the process solution is adjusted, with an anion exchange for the removal of interfering anions in a membrane electrolysis cell with an additional auxiliary circuit between the process solution and the auxiliary circuit via anion exchange membranes.
Bei diesem Verfahren wird das Reduktionsmittel in Form eines Salzes, vorzugsweise NaH22, oder einer Salzlösung in den Hilfskreislauf nachdosiert, welcher eine Regenerierlösung enthält. Der Kontakt und der Austausch von Anionen zwischen der Regenerierlösung und der Prozesslösung oder einer verdünnten Prozesslösung erfolgt über Anionenaustauschermembranen in der Membranelektrolysezelle. Im Hilfskreislauf erfolgt die Abtrennung der aus dem Reduktionsmittel stammenden störenden Kationen über einen mit Protonen beladenen starksauren Kationenaustauscher, während störende Anionen mit einem schwachbasischen Anionenaustauscher, welcher in seiner Ausgangsform als freie Base vorliegt, aus der Regenerierlösung entfernt werden.In this process, the reducing agent in the form of a salt, preferably NaH 2 PO 2 , or a salt solution is replenished into the auxiliary circuit, which contains a regeneration solution. The contact and exchange of anions between the regeneration solution and the process solution or a dilute process solution takes place via anion exchange membranes in the membrane electrolysis cell. In the auxiliary circuit, the interfering cations originating from the reducing agent are separated off via a strongly acidic cation exchanger loaded with protons, while interfering anions are removed from the regeneration solution using a weakly basic anion exchanger which is present in its starting form as a free base.
Die Anionenaustauschermembranen der Membranelektrolysezelle halten Kationen mit Ausnahme von Protonen zurück und erlauben die Passage von Anionen zwischen Prozesslösung und Regenerierlösung. Daher können die als Redulctionsmittel wirkenden Anionen, vorzugsweise H2P02 ~, diese Membran passieren und aus der Regenerierlösung in die Prozesslösung wandern. Dagegen werden die Gegenionen des Reduktionsmittels (Nationen) durch die Membranen zurückgehalten und können damit nicht aus der Regenerierlösung in die Prozesslösung wandern. Somit wird eine kationenfreie Nachdosierung des Reduktionsmittels, vorzugsweise H2P02 ", in die Prozesslösung erreicht. Aus der Prozesslösung können das verbrauchte und dabei oxidierte Redulctionsmittel, vorzugsweise Orthophosphit (H2P03 "), sowie die Gegenionen des für die Nachdosierung eingesetzten Salzes des Beschichtungsmetalls durch die Anionenaustauschermembran in die Regenerierlösung wandern. Dazu werden Prozess- und Regenerierlösung in einer Membranelektrolysezelle in getrennten Kammern in Kontakt gebracht, wobei der elektrodialytische Transport der Ionen durch ein elektrisches Feld bewirkt wird, das durch Anlegen einer Spannung an die Elektroden der Membranelektrolysezelle induziert wird. Dabei bestimmt die Anzahl der dazwischenliegenden Kammern die Höhe der Spannung. Pro Basiseinheit von drei Zellen ist mit einem Spannungsabfall von ca. 2 Volt zu rechnen, wobei auch der Leitwert der in der Kammer befindlichen Lösung die Höhe der anzulegenden Spannung beeinflusst.The anion exchange membranes of the membrane electrolysis cell retain cations with the exception of protons and allow anions to pass between the process solution and the regeneration solution. Therefore, the anions acting as reductants, preferably H 2 P0 2 ~ , can pass through this membrane and migrate from the regeneration solution into the process solution. On the other hand, the counterions of the reducing agent (nations) are retained by the membranes and therefore cannot migrate from the regeneration solution into the process solution. A cation-free subsequent metering of the reducing agent, preferably H 2 P0 2 " , into the process solution is thus achieved. The used and oxidized reductant, preferably orthophosphite (H 2 P0 3 " ), and the counterions of the salt used for the subsequent metering can be obtained from the process solution of the coating metal migrate through the anion exchange membrane into the regeneration solution. Process- and a regeneration solution in a membrane electrolysis cell are brought into contact in separate chambers, the electrodialytic transport of the ions being brought about by an electric field induced by applying a voltage to the electrodes of the membrane electrolysis cell. The number of chambers in between determines the level of tension. A voltage drop of approx. 2 volts is to be expected per base unit of three cells, whereby the conductance of the solution in the chamber also influences the level of the voltage to be applied.
Durch die spezielle Anordnung der Membranen wird erreicht, dass die Anionen des Reduktionsmittels sowie die Fremdstoffe (oxidiertes Reduktionsmittel und ggf. die Gegenionen des zugesetzten Salzes des Beschichtungsmetalls) durch die Membranen aus der Prozesslösung in die Regenerierlösung wandern, wodurch sich die Regenerierlösung mit Fremdstoffen anreichert.The special arrangement of the membranes ensures that the anions of the reducing agent and the foreign substances (oxidized reducing agent and possibly the counterions of the added salt of the coating metal) migrate through the membranes from the process solution into the regeneration solution, as a result of which the regeneration solution is enriched with foreign substances.
Um eine Aufsalzung in der Regenerierlösung zu vermeiden, werden störende Anionen dadurch abgetrennt, dass die Regenerierlösung über einen schwachbasischen Anionenaustauscher geleitet wird. Nachdem die Nachdosierung des Reduktionsmittels in Form eines handelsüblichen Salzes in die Regenerierlösung erfolgt, müssen zur Verhinderung einer Aufsalzung der Regenerierlösung die Gegenionen des Reduktionsmittels, wie z. B. Na+, abgetrennt werden. Dazu wird die Regeήerierlösung zusätzlich über einen starksauren Kationenaustauscher geleitet, welcher mit H+-Ionen beladen ist. Durch den starksauren Kationenaustauscher werden Natriumionen entfernt und durch H+-Ionen ersetzt, so dass eine Anreicherung von Natriumionen in der Regenerierlösung verhindert wird. Die H+-Ionen hingegen werden durch den kathodischen Elektrodenprozess bzw. bei der Aktivierung des schwachbasischen Anionenaustauschers verbraucht und somit wieder aus der Regenerierlösung entfernt.In order to avoid salt formation in the regeneration solution, disruptive anions are separated by passing the regeneration solution over a weakly basic anion exchanger. After the redosing of the reducing agent in the form of a commercially available salt into the regeneration solution, the counterions of the reducing agent, such as, for. B. Na + , are separated. For this purpose, the control solution is additionally passed through a strongly acidic cation exchanger which is loaded with H + ions. The strongly acidic cation exchanger removes sodium ions and replaces them with H + ions, so that an accumulation of sodium ions in the regeneration solution is prevented. The H + ions, on the other hand, are consumed by the cathodic electrode process or when the weakly basic anion exchanger is activated, and are thus removed from the regeneration solution.
Sobald die Kapazität der Ionenaustauscher erschöpft ist, werden die Ionenaustauscher regeneriert. Im Falle des schwachbasischen Anionenaustauschers erfolgt dies mit Natronlauge, Kalilauge, Natriumcarbonat-Lösung, Kaliumcarbonat-Lösung oder Ammoniak, im Falle des starksauren Kationenaustauschers erfolgt die Regenerierung mit Salz- oder Schwefelsäure. Die dabei anfallenden Eluate werden abwassertechnisch behandelt. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz des starksauren Kationenaustauschers kann im Hilfskreislauf überraschenderweise sogar auf eine separate Aktivierung des schwachbasischen Anionenaustauschers nach dessen Regenerierung verzichtet werden, da die im Hilfskreislauf enthaltenen Salze teilweise in die korrespondierenden Säuren überfuhrt und an die aktiven Gruppen des Anionenaustauschers addiert werden.As soon as the capacity of the ion exchanger is exhausted, the ion exchanger is regenerated. In the case of the weakly basic anion exchanger, this is carried out using sodium hydroxide solution, potassium hydroxide solution, sodium carbonate solution, potassium carbonate solution or ammonia; in the case of the strongly acidic cation exchanger, regeneration is carried out using hydrochloric or sulfuric acid. The resulting eluates are treated using wastewater technology. By using the strongly acidic cation exchanger according to the invention, surprisingly, separate activation of the weakly basic anion exchanger after its regeneration can even be dispensed with in the auxiliary circuit, since the salts contained in the auxiliary circuit are partially converted into the corresponding acids and added to the active groups of the anion exchanger.
Der Volumenstrom an Prozesslösung Vp , der zur Einstellung der gewünschten Konzentration CF,g über die Membranelektrolysezelle geführt wird, lässt sich gemäß Gleichung 2 berechnen, die für den stationären Zustand gültig ist.The volume flow of process solution Vp, which is passed over the membrane electrolysis cell to set the desired concentration C F , g , can be calculated according to equation 2, which is valid for the steady state.
'F,z'F, e.g.
VP = ' ™ -VEA (l~γR)' (Gleichung 2)VP = '™ -V EA (l ~ γ R )' (Equation 2)
CF,z CF,R 'F.g C F, z C F, R 'Fg
Dessen Wert werden durch den Fremdstoffeintrag in die Prozesslösung (IDF), die Fremdstoffkonzentrationen im Zulauf (CF,Z) und im Ablauf (CF,R) der Reinigungsvorrichtung sowie durch Rückführgrad der ausgeschleppten Komponenten (YR) bestimmt. Der Massenstrom des Fremdstoffeintrags lässt sich über die Stöchiometrie aus der abgeschiedenen Nickelmenge bestimmen. Der Rückführgrad ist davon abhängig, welcher Anteil der Spüllösung zum Ausgleich der Verdunstungsverluste in den Beschichtungsbehälter überführt wird, und kann zwischen 0 und 1 liegen.Its value is determined by the foreign matter input into the process solution (IDF), the foreign matter concentrations in the inlet (C F , Z ) and in the outlet (C F , R ) of the cleaning device and by the degree of recirculation of the towed components (Y R ). The mass flow of the foreign substance input can be determined from the deposited amount of nickel via the stoichiometry. The degree of recirculation depends on the proportion of the rinsing solution that is transferred to the coating container to compensate for evaporation losses, and can be between 0 and 1.
Der Einsatz der erfindungsgemäßen Kombination von starksaurem Kationenaustauscher und schwachbasischem Anionenaustauscher im Hilfskreislauf einer Membranelektrolysezelle mit der nachfolgend beschriebenen Anordnung der Kammern hat den Vorteil, dass das Reduktionsmittel ohne störende Kationen in die Prozesslösung nachdosiert und störende Anionen aus der Prozesslösung abgetrennt werden können, und im Hilfskreislauf keine Anreicherung störender Kationen erfolgt.The use of the combination of strongly acidic cation exchanger and weakly basic anion exchanger according to the invention in the auxiliary circuit of a membrane electrolysis cell with the arrangement of the chambers described below has the advantage that the reducing agent can be replenished into the process solution without disruptive cations and disruptive anions can be separated from the process solution, and none in the auxiliary circuit Interfering cations are accumulated.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird die oben beschriebene Nachdosierung des Reduktionsmittels und die Abtrennung störender Anionen im Hilfskreislauf mit der zuvor beschriebenen pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls mit Hilfe des mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauschers kombiniert. In dieser Ausführungsform wird durch die erfindungsgemäße Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls ohne störende Anionen eine geringere Fremdstoffmenge in die Prozesslösung eingetragen. Dadurch muss durch die Membranelektrolysezelle auch nur eine geringere Fremdstoffmenge abgetrennt werden.In a preferred embodiment of the invention, the above-described redosing of the reducing agent and the removal of disruptive anions in the auxiliary circuit are combined with the previously described pH adjustment and redosing of the ions of the coating metal with the aid of the weakly acidic cation exchanger loaded with ions of the coating metal. In this embodiment, the ions of the coating metal are replenished according to the invention a smaller amount of foreign matter is introduced into the process solution without interfering anions. As a result, only a small amount of foreign matter has to be separated by the membrane electrolysis cell.
In einer weiteren Ausful rungsform der Erfindung wird die oben beschriebene Nachdosierung des Reduktionsmittels und die Abtrennung störender Anionen im Hilfskreislauf mit einem Verfahren kombiniert, bei dem störende Kationen, die sich bei der Metallabscheidung in der Prozesslösung anreichern, mit Hilfe mindestens eines starksauren Kationenaustauschers abgetrennt werden, der zuvor mit Protonen beladenen wurde.In a further embodiment of the invention, the above-described redosing of the reducing agent and the removal of disruptive anions in the auxiliary circuit are combined with a method in which disruptive cations, which accumulate in the process solution during metal deposition, are separated off with the aid of at least one strongly acidic cation exchanger. that was previously loaded with protons.
Vorzugsweise wird diese Abtrennung der störenden Kationen zeitweise bei Bedarf in einem speziellen Reinigungsprozess durchgeführt. Dieser dient im wesentlichen der Entfernung von Kationen, die bei der Metallabscheidung aus dem Basismaterial in die Prozesslösung eingetragen werden. Hierzu wird die Prozesslösung mit einem starksauren Kationenaustauscher in Kontakt gebracht, der zuvor mit Protonen beladen wurde.This separation of the interfering cations is preferably carried out temporarily as required in a special cleaning process. This essentially serves to remove cations which are introduced into the process solution during the metal deposition from the base material. For this purpose, the process solution is brought into contact with a strongly acidic cation exchanger that was previously loaded with protons.
Bei diesem Reinigungsvorgang werden aber auch die in der Prozesslösung enthaltenen Ionen des abzuscheidenden Metalls entfernt und Protonen in die Prozesslösung eingetragen. Die Kationen des Beschichtungsmetalls müssen anschließend nachdosiert und die bei der Reinigung der Prozesslösung eingetragenen Protonen wieder entfernt werden. Um die Kationen des Beschichtungsmetalls wieder nutzen zu können, wird das Eluat, das bei der Regenerierung des starksauren Kationenaustauschers anfällt, nach einer pH-Einstellung für die Beladung des schwachsauren Kationenaustauschers mit den Kationen des Beschichtungsmetalls eingesetzt.In this cleaning process, however, the ions of the metal to be deposited contained in the process solution are also removed and protons are introduced into the process solution. The cations of the coating metal then have to be replenished and the protons introduced when cleaning the process solution have to be removed again. In order to be able to use the cations of the coating metal again, the eluate, which is obtained when the strongly acidic cation exchanger is regenerated, is used after loading the pH of the weakly acidic cation exchanger with the cations of the coating metal.
Vorzugsweise werden die Ionen des Beschichtungsmetalls durch einen schwachsauren Kationenaustauscher, der mit den entsprechenden Kationen des Beschichtungsmetalls beladen ist, nachdosiert. Gleichzeitig bindet dieser die Protonen, die durch den Reinigungsprozess in die Prozesslösung eingetragen wurden.The ions of the coating metal are preferably replenished through a weakly acidic cation exchanger which is loaded with the corresponding cations of the coating metal. At the same time, this binds the protons that were introduced into the process solution by the cleaning process.
Bei geringen Metalldurchsätzen ist der Einsatz einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf jedoch mit relativ hohen Kosten verbunden.With low metal throughputs, however, the use of a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit is associated with relatively high costs.
Ein weiterer Bestandteil der Erfindung ist daher ein Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bei dem das bei der Metallabscheidung verbrauchte Reduktionsmittel sowie die Metallionen des Besclήchtungsmetalls nachdosiert und der pH- Wert in der Prozesslösung eingestellt werden, wobei störende Kationen und Anionen, die sich bei der Metallabscheidung in der Prozesslösung anreichern, mit Hilfe von Ionenaustauschprozessen aus der Prozesslösung oder einer verdünnten Prozesslösung entfernt werden. Zur Abtrennung störender Kationen wird hierzu mindestens ein starksaurer Kationenaustauscher eingesetzt, der zuvor mit Protonen beladen wurde, während der schwachbasische Anionenaustauscher zur Abtrennung der störenden Anionen durch Protonen in die protonierte Form überführt wird. Vorzugsweise werden dazu die Protonen verwendet, die der starksaure Kationenaustauscher, wie oben beschrieben abgibt, wenn er störende Kationen bindet. Bevorzugt wird bei diesem Verfahren das Reduktionsmittel in Form eines wasserlöslichen Salzes, vorzugsweise Natriumhypophosphit (NaH2P02), oder einer entsprechenden Lösung direkt in die Prozesslösung oder in eine verdünnte Prozesslösung nachdosiert.Another component of the invention is therefore a method for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition to which the reducing agent consumed in the metal deposition and the metal ions of the metal to be replenished are added and the pH in the process solution is adjusted, disruptive cations and anions which accumulate in the process solution during metal deposition using ion exchange processes from the process solution or a diluted one Process solution to be removed. For the removal of interfering cations, at least one strongly acidic cation exchanger is used for this purpose, which was previously loaded with protons, while the weakly basic anion exchanger for the removal of the interfering anions is converted into the protonated form by protons. The protons which the strongly acidic cation exchanger releases as described above when it binds interfering cations are preferably used for this purpose. In this process, the reducing agent is preferably added in the form of a water-soluble salt, preferably sodium hypophosphite (NaH 2 P0 2 ), or a corresponding solution directly into the process solution or into a dilute process solution.
Die Abtrennung der störenden Anionen über den schwachbasischen Anionenaustauscher und der störenden Kationen über den starksauren Kationenaustauscher erfolgt bevorzugt aus einer verdünnten Prozesslösung. Vorzugsweise werden dabei durch den starksauren Kationenaustauscher die störenden Kationen und durch den schwachbasischen Anionenaustauscher die störenden Anionen aus dem Spülsystem abgetrennt. Nachdem durch den starksauren Kationenaustauscher neben den kationischen Verunreinigungen aus Basismaterial aber auch die in die Spüllösung ausgeschleppten Kationen des Beschichtungsmetalls abgetrennt werden, muss der starksaure Kationenaustauscher häufiger regeneriert werden, als wenn er Bestandteil eines separaten Hilfskreislaufes der Membranelektrolysezelle ist. Die so gereinigte Spüllösung wird zum Ausgleich von den bei der Metallabscheidung auftretenden Verdunstungsverlusten in die Prozesslösung zurückgeführt.The interfering anions are separated off using the weakly basic anion exchanger and the interfering cations using the strongly acidic cation exchanger, preferably from a dilute process solution. The interfering cations are preferably separated from the rinsing system by the strongly acidic cation exchanger and the interfering anions are separated by the weakly basic anion exchanger. After the strongly acidic cation exchanger not only separates the cationic impurities from the base material but also the cations of the coating metal that are carried into the rinsing solution, the strongly acidic cation exchanger has to be regenerated more frequently than if it is part of a separate auxiliary circuit of the membrane electrolysis cell. The rinsing solution cleaned in this way is returned to the process solution to compensate for the evaporation losses that occur during metal deposition.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das oben beschriebene Verfahren zur Abtrennung von störenden Anionen bzw. störender Kationen aus einer verdünnten Prozesslösung (bzw. Spüllösung) mit der weiter oben beschriebenen pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung der Metallionen mit Hilfe des Metallionen- beladenen schwachsauren Kationenaustauschers kombiniert. Vorzugsweise erfolgt die Zuführung der Metallionen des Beschichtungsmetalls in die zuvor gereinigte Lösung mit Hilfe eines schwachsauren Kationenaustauschers, der zuvor mit den Metallionen des Beschichtungsmetalls beladen wurde. Dadurch wird der pH- Wert in der zurückgeführten Lösung angehoben und es werden die durch den starksauren Kationenaustauscher abgetrennten Metallionen des Beschichtungsmetalls wieder in die Prozesslösung zurückgeführt. Das Eluat des starksauren Kationenaustauschers kann dabei nach einer pH-Wert-Einstellung für die Beladung des schwachsauren Kationenaustauschers mit den Metallionen des Beschichtungsmetalls genutzt werden.In a preferred embodiment of the invention, the above-described method for separating interfering anions or interfering cations from a dilute process solution (or rinsing solution) with the pH value adjustment described above and subsequent metering of the metal ions using the metal ion-laden weak acid Cation exchanger combined. The metal ions of the coating metal are preferably fed into the previously cleaned solution with the aid of a weakly acidic cation exchanger which has previously been loaded with the metal ions of the coating metal. As a result, the pH in the returned solution is raised and the metal ions of the coating metal separated off by the strongly acidic cation exchanger are returned to the process solution. The eluate of the strongly acidic cation exchanger can be used after loading the pH of the weakly acidic cation exchanger with the metal ions of the coating metal.
Diese vereinfachte Prozess- und Anlagentechnik führt ebenfalls zu einer deutlichen Verringerung des Fremdstoffgehaltes in der Prozesslösung, ermöglicht aber nicht die gute Stoff utzung, die mit der zuvor beschriebenen Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf erreicht werden kann.This simplified process and plant technology also leads to a significant reduction in the foreign substance content in the process solution, but does not enable the good use of materials that can be achieved with the membrane electrolysis cell with auxiliary circuit described above.
Des weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bestehend aus mindestens einem schwachsauren Kationenaustauscher zum Einsatz für die pH- Wert-Einstellung und die Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung. Die Vorrichtung weist Elemente auf, die der Verbindung des Zu- und Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung bzw. vorbehandelte Prozesslösung enthält, dienen. Des weiteren enthält die Vorrichtung zugehörige Peripherie, wie z. B. Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH- Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen.Furthermore, the invention relates to a device for extending the useful life of a process solution for the chemical-reductive metal deposition, consisting of at least one weakly acidic cation exchanger for use for pH adjustment and the subsequent metering of ions of the coating metal in a system for the chemical-reductive metal deposition. The device has elements which serve to connect the inlet and outlet of the weakly acidic cation exchanger 14 to at least one container which contains process solution, diluted process solution, cooled process solution or pretreated process solution. Furthermore, the device contains associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures.
Der schwachsaure Kationenaustauscher 14 ist mit seinem Zulauf mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung oder abgekühlte Prozesslösung oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, verbunden. Der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauscher 14 ist direkt mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung enthält, verbunden. Zusätzlich enthält die Vorrichtung Messvorrichtungen zur Überwachung des pH- Werts der Prozesslösung und des pH- Werts im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauscher 14. Die Lösung ist durch den schwachsauren Kationenaustauscher mit Ionen des Beschichtungsmetalls angereichert. Die Gefahr der unerwünschten Metallabscheidung aus derart angereicherten Lösungen ist groß, insbesondere dann, wenn eine ausreichende Menge an Reduktionsmittel vorhanden ist. Durch das erfindungsgemäße direkte Einleiten des Ablaufs des schwachsauren Kationenaustauschers in die Prozesslösung wird eine unerwünschte Metallabscheidung zwischen Kationenaustauscher und Prozessbad minimiert.The weakly acidic cation exchanger 14 is connected with its inlet to at least one container which contains process solution, diluted process solution or cooled process solution or pretreated process solution. The drain of the weakly acidic cation exchanger 14 is connected directly to at least one container that contains process solution. In addition, the device contains measuring devices for monitoring the pH of the process solution and the pH in the outlet of the weakly acidic cation exchanger 14. The solution is enriched with ions of the coating metal by the weakly acidic cation exchanger. The risk of undesired metal deposition from such enriched solutions is high, especially when there is a sufficient amount of reducing agent. The inventive direct introduction of the process of the weakly acidic cation exchanger into the process solution minimizes undesired metal separation between the cation exchanger and the process bath.
Die Messvomchtung zur Überwachung des pH- Wertes im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 ermöglicht es, die Funktionsfähigkeit des schwachsauren Kationenaustauschers kontinuierlich zu überwachen, da durch den schwachsauren Kationenaustauscher, solange er mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladen ist, eine Anhebung des pH- Wertes der aufzubereitenden (sauren) Lösung erfolgt. Sobald der Ionenaustauscher entladen ist, entspricht der pH-Wert des Ablaufs dem der aufgegebenen Lösung.The measuring device for monitoring the pH value in the outlet of the weakly acidic cation exchanger 14 makes it possible to continuously monitor the functionality of the weakly acidic cation exchanger, since the weakly acidic cation exchanger, as long as it is loaded with ions of the coating metal, increases the pH value of the ( acidic) solution. As soon as the ion exchanger is discharged, the pH of the drain corresponds to that of the solution added.
Durch den Vergleich des pH- Wertes im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers mit dem pH-Wert der Prozesslösung kann somit erfindungsgemäß die Erschöpfung des schwachsauren Kationenaustauschers bestimmt werden, bevor der pH- Wert und der Gehalt der Prozesslösung an Ionen des Beschichtungsmetalls den Toleranzbereich des Verfahrens verläßt. Die Vorrichtung ermöglicht es daher, den Gehalt an Ionen des Beschichtungsmetalls und pH-Wert der Prozesslösung nahezu konstant zu halten.By comparing the pH value in the course of the weakly acidic cation exchanger with the pH value of the process solution, the exhaustion of the weakly acidic cation exchanger can be determined according to the invention before the pH value and the content of the process solution in ions of the coating metal leaves the tolerance range of the process. The device therefore makes it possible to keep the content of ions in the coating metal and the pH of the process solution almost constant.
Durch die nahezu konstanten Prozessbedingungen bei der chemisch-reduktiven Metallbeschichtung wird erfindungsgemäß eine besonders gleichmäßige Abscheidung des Metalls auf dem zu beschichteten Werkstück erreicht.Due to the almost constant process conditions in the chemical-reductive metal coating, a particularly uniform deposition of the metal on the workpiece to be coated is achieved according to the invention.
Die Messvorrichtung zur Überwachung des pH- Wertes eignet sich auch zum Anschluss an einen Computer und macht damit einen automatischen Wechsel auf einen zweiten Kationenaustauscher und die automatische Steuerung des Regenerierungsvorganges möglich. Zu seinem erfindungsgemäßen Einsatz wird der schwachsaure Kationenaustauscher mit den Kationen des Beschichtungsmetalls beladen. Vorzugsweise erfolgt dies in zwei Schritten: Zuerst wird der schwachsaure Kationenaustauscher zur Konditionierung, mit einer Lauge, vorzugsweise mit Natronlauge, in die Salzform überfuhrt. Zur Beladung wird er anschließend mit einem wasserlöslichen Salz des Beschichtungsmetalls in gelöster Form in Kontakt gebracht. Im Fall der chemisch-reduktiven Nickelabscheidung wird für die Beladung mit Metallionen beispielsweise eine wässrige Lösung von Nickelsulfat oder Nickelchlorid gewählt.The measuring device for monitoring the pH value is also suitable for connection to a computer and thus enables an automatic change to a second cation exchanger and the automatic control of the regeneration process. For its use according to the invention, the weakly acidic cation exchanger is loaded with the cations of the coating metal. This is preferably done in two steps: First, the weakly acidic cation exchanger is converted into the salt form with a lye, preferably with sodium hydroxide, for conditioning. For loading, it is then brought into contact with a water-soluble salt of the coating metal in dissolved form. In the case of chemical-reductive nickel deposition, for example an aqueous solution of nickel sulfate or nickel chloride is chosen for loading with metal ions.
Die Beladung mit Metallionen erfolgt vorzugsweise in zwei Stufen mit unterschiedlich konzentrierten Metallsalzlösungen, wobei bei der zweiten Stufe - vorzugsweise durch eine Kreislaufführung - eine vollständige Beladung mit Metallionen des Beschichtungsmetalls erfolgt. Durch diese schrittweise Vorgehensweise ist eine vollständige Überführung des schwachsauren Harzes in die Beladung mit Ionen des Beschichtungsmetalls und gleichzeitig eine gute Stoff utzung der eingesetzten Ionen des B eschichtungsmetalls gewährleistet.The loading with metal ions is preferably carried out in two stages with differently concentrated metal salt solutions, with the second stage - preferably by means of a circulation - being completely loaded with metal ions of the coating metal. This step-by-step procedure ensures a complete transfer of the weakly acidic resin into the charge with ions of the coating metal and, at the same time, good use of the ions of the coating metal used.
Nach dem Beladungs Vorgang wird der Ionenaustauscher mit vollentsalztem Wasser gewaschen, um die entsprechenden Natriumsalze aus dem Ionenaustauscher zu entfernen, damit diese nicht in die Prozesslösung als Fremdstoffe eingetragen werden. Bei seinem erfindungsgemäßen Einsatz wird der schwachsaure Kationenaustauscher mit Prozesslösung beaufschlagt und gibt Metallionen in diese ab. Gleichzeitig bindet er Protonen. Die maximale Protonen-Aufdahmekapazität des schwachsauren Kationenaustauschers wird bei vollständiger Überführung in die Salzform erreicht. Die Kapazität wird über den pH- Wert in seinem Ablauf kontrolliert. Dabei sinkt der pH- Wert im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers, wenn die vollständige Entladung von den Metallionen erreicht wurde und nähert sich dem pH- Wert des Zulaufs des schwachsauren Kationenaustauschers.After the loading process, the ion exchanger is washed with deionized water in order to remove the corresponding sodium salts from the ion exchanger so that they are not introduced into the process solution as foreign substances. When used according to the invention, the weakly acidic cation exchanger is charged with process solution and releases metal ions into it. At the same time, it binds protons. The maximum proton absorption capacity of the weakly acidic cation exchanger is achieved when it is completely converted into the salt form. The capacity is controlled via the pH value in its process. The pH value in the outlet of the weakly acidic cation exchanger drops when the metal ions have completely discharged and approaches the pH value of the inlet of the weakly acidic cation exchanger.
Bei vollständiger Entladung befindet sich der schwachsaure Kationenaustauscher in der H-Form. Für die erneute erfindungsgemäße Nutzung muss der schwachsaure Kationenaustauscher mit einer Lauge wieder in die Salzform überführt und anschließend mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladen werden. Der so regenerierte schwachsaure Kationenaustauscher kann erneut für die pH-Wert-Einstellung, sowie die Nachdosierung von Metallionen verwendet werden. Der schwachsaure Kationenaustauscher besitzt eine hohe Selektivität für Protonen, so dass die bei der chemisch-reduktiven Metallabscheidung gebildeten Protonen von diesem Kationenaustauscher gebunden werden. Im Gegenzug werden die zuvor am Kationenaustauscher gebundenen Metallionen in die Prozesslösung abgegeben.When fully discharged, the weakly acidic cation exchanger is in the H form. For the new use according to the invention, the weakly acidic cation exchanger must be converted back into the salt form with an alkali and then loaded with ions of the coating metal. The weakly acidic cation exchanger regenerated in this way can be used again for pH adjustment and for the replenishment of metal ions. The weakly acidic cation exchanger has a high selectivity for protons, so that the protons formed in the chemical-reductive metal deposition are bound by this cation exchanger. In return, the metal ions previously bound to the cation exchanger are released into the process solution.
Die für die Metallabscheidung verwendeten zweiwertigen Kationen werden von dem schwachsauren Kationenaustauscher stärker gebunden als einwertige Kationen. Vorteilhaft lässt sich der Austauscher daher in einfacher Weise mit Natronlauge in die Salzform überführen und anschließend mit den zweiwertigen Kationen des Besclήchtungsmetalls beladen. Die Säulenkapazität des schwachsauren Kationenaustauschers wird entsprechend der gewünschten Nutzungsdauer und der abzuscheidenden Metallmenge gewählt.The divalent cations used for metal deposition are more strongly bound by the weakly acidic cation exchanger than monovalent cations. The exchanger can therefore advantageously be converted into the salt form in a simple manner with sodium hydroxide solution and then loaded with the divalent cations of the coating metal. The column capacity of the weakly acidic cation exchanger is chosen according to the desired service life and the amount of metal to be deposited.
Vorzugsweise enthält der Kationenaustauscher ein schwachsaures Kationenaustauschermaterial mit Carbonsäuregruppen als funktionelle Gruppen.The cation exchanger preferably contains a weakly acidic cation exchanger material with carboxylic acid groups as functional groups.
Es wurde gefunden, das der schwachsaure Kationenaustauscher direkt mit der Prozesslösung in Kontakt gebracht und nicht nur die Ionen des Beschichtungsmetalls nachdosiert, sondern auch der pH- Wert der Prozesslösung eingestellt werden kann. Dies wird dadurch erreicht, dass der schwachsaure Kationenaustauscher, wenn er mit der Prozesslösung in Kontakt kommt, die bei der Metallabscheidung entstehenden H+-Ionen bindet. Durch den Einsatz des mit den Kationen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauschers erübrigt sich in vorteilhafter Weise die nach dem Stand der Technik notwendige Zugabe von Laugen und Metallsalzen in die Prozesslösung, um die H+-Ionen zu binden und die verbrauchten Metallionen nachzudosieren.It was found that the weakly acidic cation exchanger was brought into direct contact with the process solution and not only did the ions of the coating metal be replenished, but the pH of the process solution could also be adjusted. This is achieved in that the weakly acidic cation exchanger, when it comes into contact with the process solution, binds the H + ions formed during the metal deposition. By using the weakly acidic cation exchanger loaded with the cations of the coating metal, the addition of lye and metal salts to the process solution, which is necessary according to the prior art, is advantageously unnecessary in order to bind the H + ions and to replenish the used metal ions.
Da mit Hilfe des schwachsauren Kationenaustauschers, der mit Prozesslösung in Kontakt gebracht wird, überraschend auch der pH- Wert in der Prozesslösung eingestellt werden kann, erübrigt sich auch die nach dem Stand der Technik notwendige Zugabe von Laugen zu der Prozesslösung.Since the pH value in the process solution can surprisingly also be set with the aid of the weakly acidic cation exchanger which is brought into contact with process solution, the addition of alkalis to the process solution, which is necessary according to the prior art, is also unnecessary.
Durch die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls ohne störende Gegenionen und die pH-Wert-Einstellung ohne Laugenzugabe wird durch den erfindungsgemäßen schwachsauren Kationenaustauscher im Vergleich zum Stand der Technik der notwendige Salzeintrag in die Prozesslösung erheblich reduziert. Wird eine herkömmliche Anlage zur chemisch-redulctiven Metallabscheidung allein mit dem erfindungsgemäßen schwachsauren Kationenaustauscher ergänzt, kann die Nutzungsdauer der Prozesslösung deutlich verlängert werden.By metering in the ions of the coating metal without interfering counterions and adjusting the pH without addition of alkali, the weakly acidic cation exchanger according to the invention compared to the prior art Technology, the necessary salt input into the process solution is considerably reduced. If a conventional system for chemical-reductive metal deposition is supplemented solely with the weakly acidic cation exchanger according to the invention, the service life of the process solution can be significantly extended.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bestehend aus mindestens einem mit H+-Ionen beladenen starksauren Kationenaustauscher zum Einsatz für die Entfernung störender Kationen in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung. Die Vorrichtung weist Elemente zur Kreislaufführung der Prozesslösung oder abgekühlter oder vorbehandelter Prozesslösung über den starksauren Kationenaustauscher 15 auf. Der starksaure Kationenaustauscher 15 ist mit seinem Zulauf und seinem Ablauf direkt mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung oder abgekühlte Prozesslösung oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, verbunden. Des weiteren enthält die Vorrichtung zugehörige Peripherie, wie z. B. Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH- Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen.Another object of the invention is a device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, consisting of at least one strongly acidic cation exchanger loaded with H + ions for use in the removal of disruptive cations in a system for chemical-reductive metal deposition. The device has elements for circulating the process solution or cooled or pretreated process solution via the strongly acidic cation exchanger 15. The strongly acidic cation exchanger 15 is connected with its inlet and outlet directly to at least one container which contains process solution, diluted process solution or cooled process solution or pretreated process solution. Furthermore, the device contains associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures.
Der erfindungsgemäße starksaure H+-Ionen-beladene Kationenaustauscher bindet mehrwertige Ionen und gibt bis zur Erschöpfung seiner Kapazität nur äquivalente Mengen an H+-Ionen ab. Eine Entfernung der am Austauscher gebundenen Kationen erfolgt erst, wenn eine ausreichend konzentrierte Regeneriersäure (z.B. Salzsäure, ca. 80 bis 100 g/1) auf den Austauscher aufgegeben wird. Dies erlaubt das Entfernen von unerwünschten Kationen aus der Prozesslösung.The strongly acidic H + ion-loaded cation exchanger binds polyvalent ions and only releases equivalent amounts of H + ions until its capacity is exhausted. The cations bound to the exchanger are only removed when a sufficiently concentrated regeneration acid (e.g. hydrochloric acid, approx. 80 to 100 g / 1) is applied to the exchanger. This allows the removal of unwanted cations from the process solution.
Als starksaure Kationenaustauschermaterialien kommen Verbindungen zum Einsatz, die als funktioneile Gruppen Sulfonsäure-Gruppen tragen, die zum Ionenaustausch befähigt sind. Diese binden in Abhängigkeit von den Konzentrationsverhältnissen alle kationischen Metallionen sowie Ammoniumionen stärker als Protonen. Dadurch werden diese Kationen aus der Aufgabelösung vom Ionenaustauscher gebunden, während gleichzeitig eine äquivalente Menge an Protonen an die Lösung abgegeben werden. Erfindungsgemäß wird der starksaure Kationenaustauscher zur Entfernung von Kationen aus der Prozesslösung, der verdünnten Prozesslösung, der Spüllösung oder der Regenerierlösung eingesetzt, wozu das starksaure Kationenaustauschermaterial in die H+-Form überführt wird. Dies erfolgt durch Aufgabe einer Säure in der erforderlichen Konzentration auf den Kationenaustauscher, wobei in der Praxis normalerweise Salzoder Schwefelsäure eingesetzt werden.Compounds which contain sulfonic acid groups as functional groups and are capable of ion exchange are used as the strongly acidic cation exchange materials. Depending on the concentration ratios, these bind all cationic metal ions and ammonium ions more strongly than protons. As a result, these cations from the feed solution are bound by the ion exchanger, while at the same time an equivalent amount of protons are released to the solution. According to the invention, the strongly acidic cation exchanger is used to remove cations from the process solution, the diluted process solution, the rinsing solution or the Regeneration solution used, for which the strongly acidic cation exchange material is converted into the H + form. This is done by applying an acid in the required concentration to the cation exchanger, with hydrochloric or sulfuric acid normally being used in practice.
Die Erschöpfung der Säulenkapazität des Austauschers wird über die Messung der Leitfähigkeit in Zu- und Ablauf des Kationenaustauschers ermittelt, wobei ein Absinken des Differenzwertes von Zu- und Ablauf auf die Erschöpfung der Säulenkapazität des starksauren Kationenaustauschers hinweist.The exhaustion of the column capacity of the exchanger is determined by measuring the conductivity in the inlet and outlet of the cation exchanger, a decrease in the difference in the inlet and outlet indicating the exhaustion of the column capacity of the strongly acidic cation exchanger.
Zur Regeneration des beladenen starksauren Kationenaustauschermaterials wird dieses durch Zugabe eines Überschusses an Säure wieder in seine H+-Form überführt. Durch die Protonen werden dabei die gebundenen Kationen von den funktionellen Gruppen des Austauschers verdrängt. Dabei wird zur Entfernung von mehrwertigen Kationen ein größerer Säureüberschuss und gegebenenfalls eine höhere Säurekonzentration benötigt als zur Entfernung monovalenter Kationen.To regenerate the loaded strongly acidic cation exchange material, it is converted back into its H + form by adding an excess of acid. The protons displace the bound cations from the functional groups of the exchanger. A larger excess of acid and possibly a higher acid concentration is required to remove polyvalent cations than to remove monovalent cations.
Mit dieser Vorrichtung werden vorteilhaft aus dem Basismaterial stammende kationische Fremdstoffe, wie z.B. Al3+, Sn2+, Zn2+ etc, sowie die störenden Kationen des nachdosierten Reduktionsmittels, die sich in der Prozesslösung anreichern können, entfernt.This device advantageously removes cationic foreign substances originating from the base material, such as Al 3+ , Sn 2+ , Zn 2+, etc., as well as the disruptive cations of the replenished reducing agent, which can accumulate in the process solution.
Die Erfindung betrifft auch die Kombination des oben beschriebenen schwachsauren Kationenaustauschers mit dem oben beschriebenen starksauren Kationenaustauscher in einer Vorrichtung zum Einsatz in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, um die Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung zu verlängern. Die Vorrichtung enthält dabei mindestens einen starksauren Kationenaustauscher für die Entfernung störender Kationen, der mit mindestens einem schwachsauren Kationenaustauscher zum Einsatz für die pH- Wert- Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls in Reihe oder parallel geschaltet wird. Die Vorrichtung weist auch Elemente auf, die der Verbindung des schwachsauren Kationenaustauschers und des starksauren Kationenaustauschers mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung bzw. vorbehandelte Prozesslösung enthält, dienen. Des weiteren enthält die Vorrichtung zugehörige Peripherie, wie z. B. Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH- Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen. Weiterhin betrifft die Erfindung die Kombination des oben beschriebenen starksauren Kationenaustauschers mit einem schwachbasischen Anionenaustauscher in einer Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung. Diese Vorrichtung zum Einsatz in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung besteht mindestens aus einem starksauren Kationenaustauscher für die Entfernung störender Kationen mit mindestens einem zu diesem in Reihe oder parallel geschalteten schwachbasischen Anionenaustauscher für die Entfernung störender Anionen. Die Vorrichtung weist weiterhin Elemente auf, die der Verbindung des starksauren Kationenaustauschers und des schwachbasischen Anionenaustauschers mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung bzw. vorbehandelte Prozesslösung enthält, dienen. Des weiteren enthält die Vorrichtung zugehörige Peripherie, wie z. B. Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH- Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen.The invention also relates to the combination of the weakly acidic cation exchanger described above with the strongly acidic cation exchanger described above in a device for use in a plant for chemical-reductive metal deposition in order to extend the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition. The device contains at least one strongly acidic cation exchanger for the removal of interfering cations, which is connected in series or in parallel with at least one weakly acidic cation exchanger for use in adjusting the pH and replenishing ions of the coating metal. The device also has elements which serve to connect the weakly acidic cation exchanger and the strongly acidic cation exchanger to at least one container which contains process solution, dilute process solution, cooled process solution or pretreated process solution. Furthermore, the device contains associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures. The invention further relates to the combination of the strongly acidic cation exchanger described above with a weakly basic anion exchanger in a device for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal deposition. This device for use in a plant for chemical-reductive metal deposition consists of at least one strongly acidic cation exchanger for the removal of interfering cations with at least one weakly basic anion exchanger connected in series or in parallel with it for the removal of interfering anions. The device also has elements which serve to connect the strongly acidic cation exchanger and the weakly basic anion exchanger to at least one container which contains process solution, dilute process solution, cooled process solution or pretreated process solution. Furthermore, the device contains associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures.
Als schwachbasische Anionenaustauschermaterialien kommen bevorzugt anorganische oder organische Materialien mit schwachbasischen funktionellen Gruppen, vorzugsweise mit tertiären Aminen, zum Einsatz. Das schwachbasische Anionenaustauscher- material besitzt spezifische Selektivitäten und bindet daher Sulfat, Chlorid und Orthophosphit stärker als Hypophosphit. Zum erfindungsgemäßen Einsatz des schwachbasischen Anionenaustauschers müssen die funktionellen Gruppen des schwachbasischen Anionenaustauschermaterials aus der Form der freien Base in eine protonierte kationische Form überführt werden, die zum Ionenaustausch befähigt ist. Dies erfolgt durch Aufnahme von Protonen, beispielsweise durch Aufgabe von Säure. Bedingt durch die Selektivität des Ionenaustauschermaterials werden bestimmte Anionen, wie z.B. Sulfat oder Orthophosphit, bevorzugt gebunden. Diese können auch Anionen, die vom Anionenaustauscher weniger fest gebunden werden, wie z.B. Hypophosphit, von den zum Ionenaustausch befähigten funktionellen Gruppen verdrängen. Dadurch erfolgt eine Auftrennung eines aufgegebenen Anionengemisches. Damit keine Überführung des Austauschers aus der kationischen Form in die Form der freien Base erfolgt, die als ungeladene Gruppe nicht zum Ionenaustausch befähigt ist, muss auf den schwachbasischen Anionenaustauscher stets eine sauere Lösung aufgegeben werden. Der starksaure Kationenaustauscher und der schwachbasische Anionaustauscher sind vorzugsweise in Reihe geschaltet, so dass der Ablauf des starksauren Kationenaustauschers mit dem Zulauf des schwachbasischen Anionaustauschers verbunden ist. Dabei gibt der starksaure Kationenaustauscher bei seinem erfindungsgemäßen Einsatz Protonen (H+-Ionen) ab, die für die Überführung der funktionellen Gruppen des schwachbasischen Anionaustauschers aus der Form der freien Base in die zum Ionenaustausch befähigte protonierte Form genutzt werden. Damit stellt der starksaure Kationenaustauscher den pH- Wert der aufgegebenen Lösung auf einen sauren Wert ein, der für den Einsatz des schwach-basischen Anionenaustauschers erforderlich ist. Die Regenerierung des schwachbasischen Anionenaustauschers erfolgt durch die Aufgabe von Natronlauge, wodurch der schwachbasische Anionenaustauscher aus der protonierten Form in die Form der freien Base überführt wird. In dieser Form trägt die funktionelle Gruppe keine Ladung mehr und ist damit nicht zum Ionenaustausch befähigt. Dadurch können alle zuvor gebundenen Anionen quantitativ von Anionenaustauschermaterial entfernt werden. Nach einem Spülvorgang mit vollentsalztem Wasser kann der schwachbasische Anionenaustauscher wieder für die erfindungsgemäße Abtrennung störender Anionen verwendet werden.Inorganic or organic materials with weakly basic functional groups, preferably with tertiary amines, are preferably used as weakly basic anion exchange materials. The weakly basic anion exchange material has specific selectivities and therefore binds sulfate, chloride and orthophosphite more strongly than hypophosphite. To use the weakly basic anion exchanger according to the invention, the functional groups of the weakly basic anion exchanger material have to be converted from the form of the free base into a protonated cationic form which is capable of ion exchange. This is done by taking up protons, for example by releasing acid. Due to the selectivity of the ion exchange material, certain anions, such as sulfate or orthophosphite, are preferably bound. These can also displace anions that are less firmly bound by the anion exchanger, such as hypophosphite, from the functional groups capable of ion exchange. This results in the separation of a given anion mixture. So that the exchanger is not converted from the cationic form into the free base form, which as an uncharged group is not capable of ion exchange, an acidic solution must always be applied to the weakly basic anion exchanger. The strongly acidic cation exchanger and the weakly basic anion exchanger are preferably connected in series, so that the outflow of the strongly acidic cation exchanger is connected to the feed of the weakly basic anion exchanger. When used according to the invention, the strongly acidic cation exchanger releases protons (H + ions) which are used for converting the functional groups of the weakly basic anion exchanger from the form of the free base to the protonated form which is capable of ion exchange. The strongly acidic cation exchanger thus adjusts the pH of the solution to an acidic value which is required for the use of the weakly basic anion exchanger. The weakly basic anion exchanger is regenerated by feeding in sodium hydroxide solution, as a result of which the weakly basic anion exchanger is converted from the protonated form into the form of the free base. In this form, the functional group no longer carries a charge and is therefore not capable of ion exchange. This allows all previously bound anions to be removed quantitatively from anion exchange material. After a rinsing process with demineralized water, the weakly basic anion exchanger can be used again for the removal of disruptive anions according to the invention.
Durch den schwachbasischen Anionaustauscher werden das oxidierte Reduktionsmittel sowie ggf. die Gegenionen des nachdosierten Beschichtungsmetalls und durch den starksauren Kationenaustauscher die störenden Gegenionen des nachdosierten Reduktionsmittels abgetrennt. Die Nachdosierung des Reduktionsmittels in Form eines Salzes bzw. als entsprechende Salzlösung führt bei dem Einsatz der erfindungsgemäßen Kombination von starksaurem Kationenaustauscher und schwachbasischem Anionaustauscher daher vorteilhaft nicht zu einer Aufsalzung der Prozesslösung. Durch den erfindungsgemäßen Einsatz des starksauren Kationenaustauschers ist eine Aktivierung des schwachbasischen Anionenaustauschers durch Phosphinsäure nicht erforderlich.The weakly basic anion exchanger separates the oxidized reducing agent and possibly the counterions of the replenished coating metal, and the disruptive counterions of the replenishing reducing agent are separated by the strongly acidic cation exchanger. Subsequent metering of the reducing agent in the form of a salt or as a corresponding salt solution therefore advantageously does not lead to a salting-up of the process solution when the combination of strongly acidic cation exchanger and weakly basic anion exchanger is used. Through the use of the strongly acidic cation exchanger according to the invention, activation of the weakly basic anion exchanger by phosphinic acid is not necessary.
In einer Ausführungsform der Erfindung enthält die Vorrichtung, in der wie oben beschrieben der starksaure Kationenaustauscher mit dem schwachbasischen Anionenaustauscher kombiniert werden, zusätzlich mindestens einen wie weiter oben beschriebenen schwachsauren Kationenaustauscher für die pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls.In one embodiment of the invention, the device in which the strongly acidic cation exchanger is combined with the weakly basic anion exchanger as described above additionally contains at least one as described above Weakly acidic cation exchanger described for the pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal.
Diese Vorrichtung weist dementsprechend zusätzlich Elemente auf, die der Verbindung des schwachsauren Kationenaustauschers mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung bzw. vorbehandelte Prozesslösung dienen.Accordingly, this device additionally has elements which serve to connect the weakly acidic cation exchanger to at least one container, the process solution, dilute process solution, cooled process solution or pretreated process solution.
Weiterhin betrifft die Erfindung die Kombination des oben beschriebenen starksauren H+-Ionen beladenen starksauren Kationenaustauschers 15 mit dem mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauscher 14.Furthermore, the invention relates to the combination of the strongly acidic H + ions-loaded strongly acidic cation exchanger 15 described above with the weakly acidic cation exchanger 14 loaded with ions of the coating metal.
In dieser Kombination wird der starksaure Kationenaustauscher dem schwachsauren Kationenaustauscher vorangeschaltet.In this combination, the strongly acidic cation exchanger is preceded by the weakly acidic cation exchanger.
Durch den mit H+-Ionen beladenen starksauren Kationenaustauscher werden störende Kationen aus der Prozesslösung entfernt, die z. B. aus dem zu beschichtenden Werkstoff stammen. Gleichzeitig werden jedoch auch Ionen des Beschichtungsmetalls von dem starksauren Kationenaustauscher gebunden und der pH-Wert in der aufgegebenen Lösung abgesenkt. Durch Aufgabe des Ablaufs des starksauren Kationenaustauscher auf den schwachsauren Kationenaustauscher wird der pH-Wert der Lösung wieder angehoben und mit Ionen des Beschichtungsmetalls angereichert.Due to the strongly acidic cation exchanger loaded with H + ions, disruptive cations are removed from the process solution. B. come from the material to be coated. At the same time, however, ions of the coating metal are also bound by the strongly acidic cation exchanger and the pH in the applied solution is lowered. By giving up the strongly acidic cation exchanger on the weakly acidic cation exchanger, the pH of the solution is raised again and enriched with ions of the coating metal.
Vorteilhaft ermöglicht es somit die Kombination des starksauren H+-Ionen beladenen starksauren Kationenaustauschers 15 mit dem mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauscher 14 störende Kationen aus der Prozesslösung zu entfernen, den pH- Wert einzustellen und die Prozesslösung mit Ionen des Beschichtungsmetalls anzureichern.The combination of the strongly acidic H + ions-loaded strongly acidic cation exchanger 15 with the weakly acidic cation exchanger 14 loaded with ions of the coating metal thus advantageously makes it possible to remove disturbing cations from the process solution, to adjust the pH and to enrich the process solution with ions of the coating metal.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung zum Einsatz in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bestehend aus einer Membranelektrolysezelle mit einem Hilfskreislauf. Diese Vorrichtung enthält im Hilfskreislauf mindestens einen schwachbasischen Anionenaustauscher und mindestens einen zu diesem in Reihe oder parallel geschalteten starksauren Kationenaustauscher.Another object of the invention is a device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition for use in a system for chemical-reductive metal deposition, consisting of a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit. This device contains in the auxiliary circuit at least one weakly basic anion exchanger and at least one strongly acidic cation exchanger connected in series or in parallel with this.
Beim Einsatz dieser Vorrichtung erfolgt die Nachdosierung des durch die Metallabscheidung verbrauchten Reduktionsmittels in Form eines Salzes oder einer Salzlösung in den Hilfskreislauf.When this device is used, the reducing agent consumed by the metal deposition is metered into the auxiliary circuit in the form of a salt or a salt solution.
Die Anionenaustauschermembranen tragen an ihrer Oberfläche funktionelle Gruppen mit positiv geladenen Festionen, die bewirken, dass Anionen diese Membran passieren können, während Kationen, mit Ausnahme von Protonen, diese Barriere nicht überwinden können.The anion exchange membranes have on their surface functional groups with positively charged portions, which cause anions to pass through this membrane, while cations, with the exception of protons, cannot cross this barrier.
Die Membranelektrolysezelle besteht aus einer Anode (+) und einer Kathode (-) und mindestens vier zwischen den Elektroden angeordneten Kammern, die durch ionenselektive Membranen voneinander getrennt sind.The membrane electrolysis cell consists of an anode (+) and a cathode (-) and at least four chambers arranged between the electrodes, which are separated from one another by ion-selective membranes.
Die erste Kammer, die Anodenkammer 6, enthält die Anode und eine verdünnte Säure. Diese Kammer ist durch eine Kationenaustauschermembran von einer zweiten Kammer, der Anreicherungskammer 7, die Regenerierlösung enthält, abgetrennt. In Richtung der Kathode ist diese Kammer durch eine Anionaustauschermembran von der dritten Kammer 8 abgetrennt, welche die Prozesslösung enthält. Die vierte Kammer, die Nachdosierkammer 12, enthält die Kathode und ist mit Regenerierlösung gefüllt. Sie ist durch eine Anionenaustauschermembran von der dritten Kammer 8, welche die Prozesslösung enthält, abgetrennt.The first chamber, the anode chamber 6, contains the anode and a dilute acid. This chamber is separated by a cation exchange membrane from a second chamber, the enrichment chamber 7, which contains regeneration solution. In the direction of the cathode, this chamber is separated from the third chamber 8 by an anion exchange membrane, which contains the process solution. The fourth chamber, the replenishment chamber 12, contains the cathode and is filled with regeneration solution. It is separated from the third chamber 8, which contains the process solution, by an anion exchange membrane.
Die zweite, dritte und vierte Kammer 7, 8 und 12 bilden eine Basiseinheit, die zur Erhöhung der eingesetzten Membranfläche innerhalb der Membranelektrolysezelle mehrfach wiederholt werden kann, um einen höheren Materialdurchsatz bewältigen zu können. Bei der Vergrößerung der Gesamt-Membranfläche durch Mehrfachanordnung der Kammern 7, 8 und 12 wird jedoch nur je eine Anodenlcammer 6 und eine Kathode benötigt, wobei die Nachdosierkammer 12 der Basiseinheit, die am weitesten von der Anode entfernt ist, eine Kathode enthält.The second, third and fourth chambers 7, 8 and 12 form a base unit which can be repeated several times to increase the membrane area used within the membrane electrolysis cell in order to be able to cope with a higher material throughput. However, when the total membrane area is increased by multiple arrangement of the chambers 7, 8 and 12, only one anode chamber 6 and one cathode are required, the replenishment chamber 12 of the base unit, which is furthest from the anode, contains a cathode.
Des weiteren enthält die Vorrichtung Elemente, welche der Verbindung der dritten Kammer 8 der Membranelektrolysezelle mit mindestens einem Behälter, der abgekühlte Prozesslösung, verdünnte abgekühlte Prozesslösung, bzw. vorbehandelte abgekühlte Prozesslösung enthält, dienen, sowie bevorzugt zugehörige Peripherie, wie z. B. Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH- Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen.Furthermore, the device contains elements which connect the third chamber 8 of the membrane electrolysis cell with at least one container, the cooled process solution, diluted cooled process solution, or pretreated cooled Process solution contains, serve, and preferably associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures.
Die Anionenaustauscheπnembran trägt an ihrer Oberfläche funlctionelle Gruppen mit positiv geladenen Gruppen, die bewirken, dass Anionen diese Membran passieren können, während Kationen mit Ausnahme von Protonen diese Barriere nicht überwinden können.The anion exchange membrane carries on its surface functional groups with positively charged groups which cause anions to pass through this membrane, while cations with the exception of protons cannot cross this barrier.
Durch die Aufgabe der Prozesslösung in eine Kammer der Membranelekfrolyseanlage, die von zwei Anionenaustauschermembranen begrenzt ist, und die über die Anionenaustauschermembranen mit Regenerierlösung in Kontakt steht, wird durch das zwischen den Elektroden angelegte elektrische Feld eine Wanderung von Anionen zwischen Prozesslösung und Regenerierlösung erreicht.By feeding the process solution into a chamber of the membrane electrolysis plant, which is delimited by two anion exchange membranes and which is in contact with regeneration solution via the anion exchange membranes, anions migrate between the process solution and regeneration solution through the electric field applied between the electrodes.
Die Anionen werden aus der Prozesslösung durch die Anionenaustauschermembran in die als Anreicherungskammer fungierende zweite Kammer 7 transportiert, die über einen schwachbasischen Anionenaustauscher mit der vierten Kammer 12 verbunden ist. In die vierte Kammer 12 erfolgt die Nachdosierung des Reduktionsmittels direkt, oder indirekt in einen mit dieser Kammer verbundenen als Nachdosierbehälter fungierenden Pufferbehälter für den Hilfskreislauf 10. Die vierte Kammer 12 ist daher als Nachdosierkammer zu betrachten.The anions are transported from the process solution through the anion exchange membrane into the second chamber 7, which acts as an enrichment chamber and is connected to the fourth chamber 12 via a weakly basic anion exchanger. The reductant is metered into the fourth chamber 12 directly, or indirectly into a buffer tank for the auxiliary circuit 10 that acts as a metering container and is connected to this chamber. The fourth chamber 12 is therefore to be regarded as a metering chamber.
Durch diese erfindungsgemäße Kombination des starksauren Kationenaustauschers mit dem schwachbasischen Anionenaustauscher kann im Hilfskreislauf überraschenderweise sogar auf eine separate Aktivierung des schwachbasischen Anionenaustauschers nach dessen Regenerierung verzichtet werden, da die im Hilfskreislauf enthaltenen Salze teilweise in die korrespondierenden Säuren überführt und an die aktiven Gruppen des Anionenaustauschers addiert werden.This combination according to the invention of the strongly acidic cation exchanger with the weakly basic anion exchanger can surprisingly even dispense with separate activation of the weakly basic anion exchanger after its regeneration in the auxiliary circuit since the salts contained in the auxiliary circuit are partially converted into the corresponding acids and added to the active groups of the anion exchanger ,
Bevorzugt wird die oben beschriebene Membranelektrolysezelle mit einem Hilfskreislauf mit den zuvor beschriebenen schwachsauren und starksauren Kationenaustauschern kombiniert. Die Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung enthält dabei zusätzlich zu der Membranelektrolysezelle mit einem Hilfskreislauf mit integriertem starksauren Kationenaustauscher und schwachbasischen Anionenaustauscher mindestens einen schwachsauren Kationenaustauscher und/oder mindestens einen weiteren starksauren Kationenaustauscher. Die Vorrichtung weist weiterhin auch Elemente auf, mit denen die Membranelelctrolyseanlage mit Hilfskreislauf, der schwachsaure Kationenaustauscher bzw. der starksaure Kationenaustauscher beim Einsatz in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung mit einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung und/oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, verbunden werden.The membrane electrolysis cell described above is preferably combined with an auxiliary circuit with the weakly acidic and strongly acidic cation exchangers described above. The device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition contains, in addition to the membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit with an integrated strongly acidic cation exchanger and weakly basic anion exchanger, at least one weakly acidic cation exchanger and / or at least one further strongly acidic cation exchanger. The device also has elements with which the membrane electrolysis system with auxiliary circuit, the weakly acidic cation exchanger or the strongly acidic cation exchanger when used in a system for chemical-reductive metal deposition with a container, the process solution, diluted process solution, cooled process solution and / or pretreated Process solution contains to be connected.
Der zusätzliche starksaure Kationenaustauscher trennt dabei störende Kationen aus der Prozesslösung ab. Dazu wird er vorzugsweise bei Bedarf mit Prozesslösung, verdünnter Prozesslösung, abgekühlter Prozesslösung bzw. vorbehandelter Prozesslösung beaufschlagt. Hierzu ist der starksaure Kationenaustauscher im Hilfskreislauf nicht in der Lage, da - bedingt durch die Zellkonfiguration in der Membranelekfrolyseanlage - keine kationischen Fremdstoffe mit Ausnahme von Ff1" aus der Prozesslösung in den Hilfskreislauf gelangen können.The additional strongly acidic cation exchanger separates disruptive cations from the process solution. For this purpose, the process solution, diluted process solution, cooled process solution or pretreated process solution is preferably applied to it. The strongly acidic cation exchanger in the auxiliary circuit is not able to do this, because - due to the cell configuration in the membrane electrolysis plant - no cationic foreign substances with the exception of Ff 1 " can get into the auxiliary circuit from the process solution.
Durch die erfindungsgemäße Kombination der Membranelektrolysezelle mit dem schwachsauren Kationenaustauscher wird durch die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls ohne störende Anionen eine geringere Fremdstoffmenge in die Prozesslösung eingetragen. Dadurch muss durch die Membranelektrolysezelle auch nur eine geringere Fremdstoffmenge abgetrennt werden.By combining the membrane electrolysis cell with the weakly acidic cation exchanger according to the invention, a smaller amount of foreign matter is introduced into the process solution by replenishing the ions of the coating metal without disruptive anions. As a result, only a small amount of foreign matter has to be separated by the membrane electrolysis cell.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform der Erfindung sind die oben genannten Ionenaustauscher Säulenaustauscher, welche mit einem festen, wasserunlöslichen, Ionenaustauschermaterial befüllt sind. Das organische oder anorganische Ionenaustauschermaterial enthält funktionelle Gruppen, die zum Ionenaustausch befähigt sind. Diese Säulenaustauscher können im Gleich- oder Gegensfrom regeneriert werden.In a preferred embodiment of the invention, the above-mentioned ion exchangers are column exchangers which are filled with a solid, water-insoluble, ion exchange material. The organic or inorganic ion exchange material contains functional groups that are capable of ion exchange. These column exchangers can be regenerated in the same or opposite form.
In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung sind die oben genannten Ionenaustauschermaterialien jeweils Teil eines Filter- oder Membranapparates. Dieser enthält jeweils ein regenerierbares, organisches oder anorganisches Ionenaustauschermaterial, welches vorzugsweise in einer zum Ionenaustausch befähigten Form in den Filter- oder Membranapparat eingebracht wird. In einer weiteren Ausfuhrungsform der Erfindung werden bei mindestens einem der eingesetzten Ionenaustauschermaterialien flüssige Ionenaustauschermaterialien verwendet. Der oder die Ionenaustauscher bestehen in dieser Ausführungsform aus jeweils einem Behälter, der eine mit der Prozesslösung nicht mischbare Flüssigkeit enthält, in der ein Ionenaustauschermaterial verteilt bzw. gelöst ist. Vorzugsweise besteht das lonenaustauschmaterial in dieser Ausführungsform aus einem Reagenz, das die für die Ionenaustauschwirlcung erforderlichen funktionellen Gruppen enthält, wie sie z.B. bei der Reaktivextraktion verwendet werden.In an alternative embodiment of the invention, the above-mentioned ion exchange materials are each part of a filter or membrane apparatus. This contains a regenerable, organic or inorganic ion exchange material, which is preferably introduced into the filter or membrane apparatus in a form capable of ion exchange. In a further embodiment of the invention, liquid ion exchange materials are used in at least one of the ion exchange materials used. In this embodiment, the ion exchanger (s) each consist of a container which contains a liquid which is immiscible with the process solution and in which an ion exchange material is distributed or dissolved. In this embodiment, the ion exchange material preferably consists of a reagent which contains the functional groups required for the ion exchange effect, such as are used, for example, in reactive extraction.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung bestehend aus:Another object of the invention is a plant for chemical-reductive metal deposition consisting of:
• mindestens einem Beschichtungsbehälter,At least one coating container,
• einem Spülsystem,• a flushing system,
• und mindestens einer der oben beschriebenen Vorrichtungen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung.• and at least one of the devices described above for extending the service life of a process solution for chemical-reductive metal deposition.
Des weiteren enthält die Anlage Verbindungsleitungen zwischen den einzelnen Komponenten sowie die zugehörige Peripherie, wie Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH- Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen etc.. Der Beschichtungsbehälter enthält die Prozesslösung, in welche das zu beschichtende Werkstück eingetaucht wird.Furthermore, the system contains connecting lines between the individual components and the associated peripherals, such as pumps, valves, measuring devices for pH value, conductivity, temperatures etc. The coating container contains the process solution in which the workpiece to be coated is immersed.
In ihrer einfachsten Ausfülirungsform besteht die erfindungsgemäße Anlage aus einem Beschichtungsbehälter, einem Spülsystem und einer wie oben beschriebenen Vorrichtung mit einem schwachsauren Kationenaustauscher zur pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung des abzuscheidenden Metalls, der mit Zu- und Ablauf mit dem Bescl ichtungsbehälter verbunden ist.In its simplest form of filling, the system according to the invention consists of a coating container, a rinsing system and a device as described above with a weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and subsequent metering of the metal to be separated, which is connected to the coating container with inlet and outlet.
In einer zweiten Ausführungsform enthält die Anlage zusätzlich einen schwachbasischen Anionenaustauscher zur Abtrennung von störenden Anionen. In dieser Kombination ermöglicht das Einbringen der Metallionen ohne störende Anionen eine besonders effiziente Nutzung des schwachbasischen Anionenaustauschers, da dieser somit im wesentlichen nur die Anionen des oxidierten Reduktionsmittels, in der Regel Orthophosphit, von denen des Reduktionsmittels, in der Regel Hypophosphit, abtrennen muss.In a second embodiment, the system additionally contains a weakly basic anion exchanger for the removal of interfering anions. In this combination, the introduction of the metal ions without disruptive anions enables the weakly basic anion exchanger to be used particularly efficiently, since it therefore essentially only the anions of the oxidized reducing agent, as a rule Orthophosphite, from which the reducing agent, usually hypophosphite, has to be separated.
In einer weiteren Ausfuhrungsform enthält die Anlage zusätzlich einen starksauren Kationenaustauscher zur Abtrennung von störenden Kationen.In a further embodiment, the system additionally contains a strongly acidic cation exchanger for the separation of interfering cations.
In einer Ausf hrungsform der Anlage ist der Zulauf und der Ablauf des schwachsauren bzw. des starksauren Kationenaustauschers direkt mit dem Beschichtungsbehälter verbunden.In one embodiment of the system, the inlet and outlet of the weakly acidic or strongly acidic cation exchanger are directly connected to the coating container.
Vorzugsweise wird die Prozesslösung, bevor sie mit den empfindlichen Komponenten der Vorrichtungen, insbesondere den Ionenaustauschermaterialien und den Membranen, in Kontakt gebracht wird, abgekühlt. Durch die Abkühlung wird insbesondere dieThe process solution is preferably cooled before it is brought into contact with the sensitive components of the devices, in particular the ion exchange materials and the membranes. As a result of the cooling, the
Gefahr einer unerwünschten Metallabscheidung auf diesen Komponenten verringert.The risk of undesired metal deposition on these components is reduced.
Die durch die Vorrichtung aufbereitete Prozesslösung muss, bevor sie in denThe process solution prepared by the device must be in the
Beschichtungsbehälter zurückgeführt wird, wieder auf die Prozesstemperatur angehoben werden.Coating container is returned, raised to the process temperature again.
In einer vorzugsweisen Ausführungsform der oben beschriebenen Anlage sind derIn a preferred embodiment of the system described above, the
Zulauf und der Ablauf des schwachsauren bzw. des starksauren Kationenaustauschers daher über einen Wärmetauscher mit dem Beschichtungsbehälter verbunden. Durch denInlet and outlet of the weakly acidic or strongly acidic cation exchanger are therefore connected to the coating container via a heat exchanger. By the
Wärmetauscher wird die Energie des Ablcühlungsprozesses für den Aufwärmprozess von gereinigter Prozesslösung genutzt.The heat exchanger uses the energy of the cooling process to warm up the cleaned process solution.
In einer vorzugsweisen Ausfülirungsform enthält die Anlage eine wie oben beschriebene Vorrichtung mit einem schwachsauren Kationenaustauscher, einem starksauren Kationenaustauscher und einem schwachbasischen Anionenaustauscher.In a preferred embodiment, the system contains a device as described above with a weakly acidic cation exchanger, a strongly acidic cation exchanger and a weakly basic anion exchanger.
Dabei stellt die Spüllösung eine verdünnte Prozesslösung dar und kann zum Ausgleich von Verdunstungsverlusten der Prozesslösung zugeführt werden.The rinsing solution is a diluted process solution and can be added to the process solution to compensate for evaporation losses.
In einer vorteilhaften Ausführungsform sind der starksaure Kationenaustauscher und der schwachbasische Anionenaustauscher in Reihen- oder Parallelschaltung mit dem Spülsystem verbunden. Der Zulauf des schwachsauren Kationenaustauschers ist mit dem Spülsystem oder dem Regenerierbehälter und der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers mit dem Beschichtungsbehälter verbunden. In dieser Ausfuhrungsform erfolgt die Abtrennung störender Kationen und Anionen durch die beschriebene Kombination von starksaurem Kationenaustauscher und schwachbasischem Anionenaustauscher aus dem Spülsystem. Vorzugsweise wird dabei zum Ausgleich von Verdunstungsverlusten ein Teil der aufbereitenden Spüllösung über den beschriebenen, mit Ionen des Besclüchtungsmetalls beladenen, schwachsauren Kationenaustauscher in die Prozesslösung zugeführt. Dadurch können in dieser Anlage vorteilhaft sowohl störende Kationen als auch Anionen abgefrennt werden, Metallionen nachdosiert und der pH- Wert eingestellt werden. Die Funktion dieser Anlage ist dabei abhängig von der Höhe der Ausschleppung von Prozesslösung in die Spüllösung und der Verdunstungsverluste.In an advantageous embodiment, the strongly acidic cation exchanger and the weakly basic anion exchanger are connected in series or in parallel with the rinsing system. The inlet of the weakly acidic cation exchanger is connected to the rinsing system or the regeneration tank and the outlet of the weakly acidic cation exchanger to the coating tank. In this embodiment, disruptive cations and anions are separated by the combination of strongly acidic cation exchanger and weakly basic anion exchanger described in the rinsing system. To compensate for evaporation losses, part of the rinsing solution is preferably fed into the process solution via the weakly acidic cation exchanger described, which is loaded with ions of the evacuation metal. As a result, both interfering cations and anions can advantageously be burned off in this system, metal ions can be replenished and the pH can be adjusted. The function of this system depends on the amount of process solution being carried into the rinsing solution and the evaporation losses.
In einer besonderen Ausführungsform der Anlage sind der starksaure Kationenaustauscher und der schwachbasische Anionenaustauscher in Reihen- oder Parallelschaltung mit einem zusätzlichen, mit dem Spülsystem verbundenen, Regenerierbehälter 16 verbunden, der mit einer Mischung aus Spüllösung und Prozesslösung befüllt wird.In a particular embodiment of the system, the strongly acidic cation exchanger and the weakly basic anion exchanger are connected in series or in parallel with an additional regeneration tank 16 which is connected to the flushing system and is filled with a mixture of flushing solution and process solution.
In dieser Anlage erfolgt daher die Abtrennung störender Kationen und Anionen und die Rückführung der gereinigten Lösung aus einem Gemisch von Spüllösung mit Prozesslösung. In vorteilhafter Weise erfolgt in dieser Anlage die Abtrennung von Fremdstoffen und die Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls weitgehend unabhängig von der Höhe der Ausschleppung von Prozesslösung in die Spüllösung. Zusätzlich kann im Regenerierbehälter der pH- Wert auf einen Wert eingestellt werden, der für den Reinigungsprozess am günstigsten geeignet ist.In this system, disturbing cations and anions are separated and the cleaned solution is returned from a mixture of rinsing solution and process solution. In this system, the removal of foreign substances and the replenishment of ions of the coating metal advantageously take place largely independently of the amount of process solution being carried into the rinsing solution. In addition, the pH value in the regeneration tank can be set to a value that is most suitable for the cleaning process.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausfülirungsform enthält die erfindungsgemäße Anlage als Kernstück eine Membranelektrolysezelle mit einem Hilfskreislauf, wie oben beschrieben, in der Prozesslösung und Hilfskreislauf durch Anionenaustauschermembranen von einander getrennt sind. Der Hilfskreislauf enthält als weitere Komponenten mindestens einen schwachbasischen Anionenaustauscher und einen starksauren Kationenaustauscher.In a further preferred embodiment, the plant according to the invention contains, as the core, a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit, as described above, in which the process solution and auxiliary circuit are separated from one another by anion exchange membranes. The auxiliary circuit contains at least one weakly basic anion exchanger and one strongly acidic cation exchanger as further components.
Bevorzugt wird die Membranelektrolysezelle mit Prozesslösung beschickt, die durch den Wärmetauscher abgekühlt wurde. Dazu ist die dritte Kammer 8 der Membranelektrolysezelle mit ihrem Zu- und Ablauf über einen Wärmetauscher mit dem Beschichtungsbehälter verbunden. Dabei sind in einer bevorzugten Ausführungsform zwischen Wärmeaustauscher und Membranelektrolysezelle zusätzlich ein Vorlagebehälter für zu reinigende Prozesslösung 5 und ein Stapelbehälter für gereinigte Prozesslösung 13 geschaltet.The membrane electrolysis cell is preferably charged with process solution which has been cooled by the heat exchanger. For this purpose, the third chamber 8 is the Membrane electrolysis cell with its inlet and outlet connected to the coating container via a heat exchanger. In a preferred embodiment, a storage container for process solution 5 to be cleaned and a stacking container for cleaned process solution 13 are additionally connected between the heat exchanger and the membrane electrolysis cell.
In der Membranelektrolysezelle werden Anionen aus der Prozesslösung elektrodialytisch in den Hilfskreislauf transportiert. Die Auftrennung des Anionengemisches erfolgt durch den schwachbasischen Anionenaustauscher. Durch diesen werden das oxidierte Reduktionsmittel und andere störende Anionen (z. B. Sulfat, Chlorid, Orthophosphit) entfernt. In einer vorzugsweisen Ausführungsform werden zur Verbesserung der Trennleistung und zur Erhöhung der Kapazität im Hilfskreislauf mehrere schwachbasische Anionenaustauscher hintereinander in Reihe geschaltet.In the membrane electrolysis cell, anions from the process solution are transported electrodialytically into the auxiliary circuit. The anion mixture is separated by the weakly basic anion exchanger. This removes the oxidized reducing agent and other disruptive anions (e.g. sulfate, chloride, orthophosphite). In a preferred embodiment, several weakly basic anion exchangers are connected in series in order to improve the separation performance and to increase the capacity in the auxiliary circuit.
Die Nachdosierung des Reduktionsmittels erfolgt in den Hilfskreislauf, wobei ein Transport der Gegenionen des Reduktionsmittels, vorzugsweise Na+-Ionen, in die Prozesslösung durch die Anionenaustauschermembranen verhindert wird. Die Einstellung der sauren Prozessbedingungen im Hilfskreislauf sowie die Abtrennung der Gegenionen des Reduktionsmittels, vorzugsweise Na+-Ionen, erfolgt durch einen starksauren Kationenaustauscher in der H+-Form. Durch den Kontakt der Prozesslösung mit dem Hilfskreislauf in der Membranelektrolysezelle wird das Reduktionsmittel kationenfrei in die Prozesslösung eingebracht.The reducing agent is subsequently metered into the auxiliary circuit, the counterions of the reducing agent, preferably Na + ions, being prevented from being transported into the process solution through the anion exchange membranes. The setting of the acidic process conditions in the auxiliary circuit and the removal of the counterions of the reducing agent, preferably Na + ions, is carried out by means of a strongly acidic cation exchanger in the H + form. By contacting the process solution with the auxiliary circuit in the membrane electrolysis cell, the reducing agent is introduced into the process solution in a cation-free manner.
Vorteilhaft können durch die Trennung von Prozesslösung und Hilfskreislauf im Hilfskreislauf die für die Auftrennung der Anionen erforderlichen Prozessparameter eingestellt werden, ohne dass gleichzeitig die Zusammensetzung der Prozesslösung verändert werden muss.The process parameters required for the separation of the anions can advantageously be set by separating the process solution and auxiliary circuit in the auxiliary circuit without the composition of the process solution having to be changed at the same time.
Die Anlage mit Membranelektrolysezelle und Hilfskreislauf enthält vorzugsweise mindestens einen wie oben beschriebenen schwachsauren Kationenaustauscher zur Einstellung des pH-Wertes sowie zur Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls. In einer Ausführungsform ist der schwachsaure Kationenaustauscher mit dem Beschichtungsbehälter verbunden und wird direkt mit Prozesslösung beaufschlagt. Zur Abtrennung von störenden Kationen aus der Prozesslösung enthält die Anlage mit einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf neben dem starksauren Kationenaustauscher im Hilfskreislauf vorzugsweise mindestens einen wie oben beschriebenen starksauren Kationenaustauscher, der mit Prozesslösung oder einer verdünnten Prozesslösung beaufschlagt wird.The system with membrane electrolysis cell and auxiliary circuit preferably contains at least one weakly acidic cation exchanger as described above for adjusting the pH and for replenishing ions of the coating metal. In one embodiment, the weakly acidic cation exchanger is connected to the coating container and process solution is applied directly to it. To separate disruptive cations from the process solution, the system with a membrane electrolysis cell with auxiliary circuit preferably contains, in addition to the strongly acidic cation exchanger in the auxiliary circuit, at least one strongly acidic cation exchanger as described above, to which process solution or a dilute process solution is applied.
In einer Ausführungsform der Anlage mit Hilfskreislauf ist der starksaure Kationenaustauscher mit dem Beschichtungsbehälter verbunden. In dieser Ausfuhrungsform wird er direkt mit Prozesslösung beaufschlagt.In one embodiment of the system with an auxiliary circuit, the strongly acidic cation exchanger is connected to the coating container. In this embodiment, the process solution is applied directly to it.
In einer weiteren Ausführungsform der Anlage mit Membranelektrolysezelle und Hilfskreislauf ist der starksaure Kationenaustauscher mit seinem Zulauf mit dem Spülsystem und mit seinem Ablauf mit einem Vorlagebehälter für zu reinigende Prozesslösung 5 verbunden. Dieser Vorlagebehälter ist zwischen den Beschichtungsbehälter und die dritte Kammer 8 der Membranelektrolysezelle geschaltet. In dieser Ausführuiigsform wird ein Teil der Spüllösung durch den starksauren Kationenaustauscher von störenden Kationen befreit, wobei eine äquivalente Menge an Protonen freigesetzt wird. Die Aufbereitung dieser vorbehandelten und verdünnten Prozesslösung erfolgt vorzugsweise in einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf.In a further embodiment of the system with membrane electrolysis cell and auxiliary circuit, the strongly acidic cation exchanger is connected with its inlet to the rinsing system and with its outlet to a storage container for process solution 5 to be cleaned. This storage container is connected between the coating container and the third chamber 8 of the membrane electrolysis cell. In this embodiment, a part of the rinsing solution is freed from interfering cations by the strongly acidic cation exchanger, an equivalent amount of protons being released. This pretreated and diluted process solution is preferably processed in a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit.
In einer weiteren Ausfuhrungsform der Anlage mit Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf ist der schwachsaure Kationenaustauscher in einem Regenerierkreislauf mit Zu- und Ablauf mit dem zusätzlichen Stapelbehälter, der durch die Membranelektrolysezelle aufbereitete Prozesslösung enthält, verbunden.In a further embodiment of the system with a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit, the weakly acidic cation exchanger is connected in a regeneration circuit with inlet and outlet to the additional stacking container which contains the process solution prepared by the membrane electrolysis cell.
In einer Anlage mit Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf ist der schwachsaure Kationenaustauscher in einer anderen bevorzugten Ausführungsform mit seinem Zulauf mit der dritten Kammer der Membranelektrolysezelle und mit seinem Ablauf über den Wärmetauscher mit dem Beschichtungsbehälter verbunden. Vorzugsweise ist dabei zwischen den Zulauf des schwachsauren Kationenaustauschers und der dritten Kammer der Membranelektrolysezelle ein Stapelbehälter für gereinigte Prozesslösung (13) geschaltet. Die Erfindung betrifft auch die Verwendung von H+-Ionen beladenem starksaurem Kationenaustauschermaterial oder H+-Ionen beladenen starksauren Kationenaustauschern für die Entfernung störender Kationen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung. In a plant with a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit, the weakly acidic cation exchanger is connected in another preferred embodiment with its inlet to the third chamber of the membrane electrolysis cell and with its outlet via the heat exchanger to the coating container. A stack container for cleaned process solution (13) is preferably connected between the inlet of the weakly acidic cation exchanger and the third chamber of the membrane electrolysis cell. The invention also relates to the use of H + ions loaded strongly acidic cation exchange material or H + ions loaded strongly acidic cation exchangers for the removal of interfering cations to extend the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Kombination aus a.) schwachbasischem Anionenaustauschermaterial oder schwachbasischen Anionen- austauschern 9 für die Entfernung störender Anionen und b.) H+-Ionen beladenem starksaurem Kationenaustauschermaterial oder H+-Ionen beladenen starksauren Kationenaustauschern 11, 15 für die Entfernung störender Kationen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-redulctive Metallabscheidung.Another object of the invention is the use of a combination of a.) Weakly basic anion exchange material or weakly basic anion exchangers 9 for the removal of interfering anions and b.) H + ions loaded strongly acidic cation exchange material or H + ions loaded strongly acidic cation exchangers 11, 15 for the removal disruptive cations to extend the useful life of a process solution for chemical-redulctive metal deposition.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung einer Kombination aus a.) schwachsaurem Kationenaustauschermaterial oder schwachsauren Kationenaustauschern für die pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls und b.) Ionen beladenem starksaurem Kationenaustauschermaterial oder H+-Ionen beladenen starksauren Kationenaustauschern 11, 15 für die Entfernung störender Kationen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-redulctive Metallabscheidung.Another object of the invention is the use of a combination of a.) Weakly acidic cation exchange material or weakly acidic cation exchangers for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal and b.) Ions-loaded strongly acidic cation exchange material or H + ions-loaded strongly acidic cation exchangers 11, 15 for the removal of interfering cations to extend the useful life of a process solution for chemical-redulctive metal deposition.
Ferner betrifft die Erfindung die Verwendung einer Kombination aus a.) schwachbasischem Anionenaustauschermaterial oder schwachbasischen Anionen- austauschern 9 für die Entfernung störender Anionen und b.) schwachsaurem Kationenaustauschermaterial oder schwachsauren Kationenaustauschern 14 für die pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls und c.) starksaurem Kationenaustauschermaterial oder starksauren Kationenaustauschern 11, 15 für die Entfernung störender Kationen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-redulctive Metallabscheidung. Der mit Ionen des Besclήchtungsmetall beladene schwachsaure Kationenaustauscher wird dabei bevorzugt als letzter Schritt in der Aufarbeitung eingesetzt. Sein Ablauf wird direkt in die Prozesslösung eingeleitet.Furthermore, the invention relates to the use of a combination of a.) Weakly basic anion exchange material or weakly basic anion exchangers 9 for the removal of interfering anions and b.) Weakly acidic cation exchange material or weakly acidic cation exchangers 14 for the pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal and c .) strongly acidic cation exchange material or strongly acidic cation exchangers 11, 15 for the removal of interfering cations to extend the useful life of a process solution for the chemical-redulctive metal deposition. The weakly acidic cation exchanger loaded with ions of the metal used is preferably used as the last step in the workup. Its process is initiated directly in the process solution.
Gegenüber dem Stand der Technik kann durch die Erfindung die Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-redulctive Metallbeschichtung erheblich verlängert werden. Vorteilhaft ergibt sich dadurch eine erhebliche Einsparung an Einsatzstoffen. Gleichzeitig reduzieren sich die Entsorgungskosten, die nach dem Stand der Technik, nicht unerheblich sind.Compared to the prior art, the useful life of a process solution for the chemical-redulctive metal coating can be considerably extended by the invention. This advantageously results in a considerable saving in starting materials. At the same time, disposal costs are reduced, which are not insignificant according to the state of the art.
Des weiteren werden durch die Erfindung in vorteilhafter Weise nahezu konstante Prozessbedingungen bei der chemisch-reduktiven Metallbeschichtung und damit eine besonders gleichmäßige Abscheidung des Metalls auf dem zu beschichteten Werkstück erreicht. Durch den geringen Fremdstoffgehalt der Prozesslösung, der in der erfindungsgemäßen Anlage erreicht wird, können Nickel-Phosphor-Schichten abgeschieden werden, die im Druckspannungsbereich liegen, was im besonderen die Qualität der Beschichtung der Abscheidung bewirkt.Furthermore, the invention advantageously achieves almost constant process conditions in the chemical-reductive metal coating and thus a particularly uniform deposition of the metal on the workpiece to be coated. Due to the low foreign matter content of the process solution, which is achieved in the system according to the invention, nickel-phosphorus layers can be deposited which are in the compressive stress range, which in particular brings about the quality of the coating of the deposition.
Anhand nachfolgender Zeichnungen werden Ausfuhrungsbeispiele der Erfindung schematisch dargestellt und beschrieben. Dabei zeigen:Exemplary embodiments of the invention are shown and described schematically with the aid of the following drawings. Show:
Fig. 1 Anlage mit schwachsaurem Kationenaustauscher zur pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des BeschichtungsmetallsFig. 1 plant with weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal
Fig. 2: Anlage mit Wärmetauscher und schwachsaurem Kationenaustauscher zur pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des BeschichtungsmetallsFig. 2: System with heat exchanger and weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal
Fig. 3: Anlage mit schwachsaurem Kationenaustauscher zur pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls sowie schwachbasischem Anionenaustauscher und starksaurem Kationenaustauscher zur Abtrennung störender Ionen aus der Spüllösung Fig. 4: Anlage zur pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls sowie Abtrennung störender Ionen aus einer verdünnter ProzesslösungFig. 3: System with weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal as well as weakly basic anion exchanger and strongly acidic cation exchanger for the separation of interfering ions from the rinsing solution Fig. 4: Plant for adjusting the pH value and replenishing ions of the coating metal and separating interfering ions from a dilute process solution
Fig. 5 : Vorrichtung zur Nachdosierung des Reduktionsmittels und zur Abtrennung störender Anionen in einer Membranelekfrolysezelle mit Hilfskreislauf5: Device for replenishing the reducing agent and for separating disruptive anions in a membrane electrolytic cell with an auxiliary circuit
Fig. 6: Erweiterte Vorrichtung zur Nachdosierung des Reduktionsmittels und zur Abtrennung störender Anionen in einer Membranelektrolysezelle mit HilfskreislaufFig. 6: Extended device for replenishing the reducing agent and for separating disruptive anions in a membrane electrolysis cell with auxiliary circuit
Fig. 7: Anlage mit Membranelekfrolysezelle mit HilfskreislaufFig. 7: System with membrane electrolytic cell with auxiliary circuit
Fig. 8: Anlage mit Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf und schwachsaurem Kationenaustauscher zur pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des BeschichtungsmetallsFig. 8: System with membrane electrolysis cell with auxiliary circuit and weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal
Fig. 9: Anlage mit Membranelekfrolysezelle mit Hilfskreislauf, schwachsaurem Kationenaustauscher zur pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls und starksaurem Kationenaustauscher zur Regenerierung der ProzesslösungFig. 9: System with membrane electrolysis cell with auxiliary circuit, weakly acidic cation exchanger for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal and strongly acidic cation exchanger for regeneration of the process solution
Fig. 10: Anlage mit Membranelekfrolysezelle mit Hilfskreislauf, einem mit dem Stapelbehälter verbundenen schwachsaurem Kationenaustauscher zur pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls und starksaurem Kationenaustauscher zur Regenerierung der ProzesslösungFig. 10: System with membrane electrolytic cell with auxiliary circuit, a weakly acidic cation exchanger connected to the stacking container for pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal and strongly acidic cation exchanger for regeneration of the process solution
Fig. 11: Anlage mit Membranelekfrolysezelle mit Hilfskreislauf und indirekter Regenerierung der Prozesslösung über das Spülsystem sowie pH-Wert- Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls durch einen zwischen den Stapelbehälter und . Beschichtungsbehälter geschalteten schwachsauren Kationenaustauscher Fig. 1 zeigt ein Schema einer Anlage zur chemisch-reduktiven Metallbeschichtung, in der mittels eines mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauschers 14 die erforderlichen Ionen des Beschichtungsmetalls ohne störende Anionen nachdosiert werden und gleichzeitig der pH- Wert der Prozesslösung eingestellt wird und somit die Nutzungsdauer der Prozesslösung verlängert werden kann.Fig. 11: System with membrane electrolytic cell with auxiliary circuit and indirect regeneration of the process solution via the rinsing system, as well as pH adjustment and replenishment of ions of the coating metal by a between the stacking container and. Coating tank switched weakly acidic cation exchanger 1 shows a diagram of a plant for chemical-reductive metal coating, in which the required ions of the coating metal are replenished without disturbing anions by means of a weakly acidic cation exchanger 14 loaded with ions of the coating metal, and at the same time the pH of the process solution is adjusted and thus the useful life the process solution can be extended.
Die Anlage nach Fig. 1 besteht aus einem Beschichtungsbehälter 1, einem mehrstufigen Spülsystem 3 in Kaskadenschaltung und einem schwachsauren Kationenaustauscher 14, sowie Verbindungsleitungen und zugehörigen Peripherie, wie Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH- Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen etc. Letztere wurden aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht in Fig. 1 eingezeichnet. Der Beschichtungsbehälter 1 enthält Prozesslösung, in die ein zu beschichtendes Werkstück 2 eingetaucht ist. Das zu beschichtende Werkstück 2 hat eine Oberfläche aus Stahl.1 consists of a coating container 1, a multi-stage rinsing system 3 in cascade connection and a weakly acidic cation exchanger 14, as well as connecting lines and associated peripherals, such as pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures, etc. The latter were for reasons the clarity is not shown in Fig. 1. The coating container 1 contains process solution in which a workpiece 2 to be coated is immersed. The workpiece 2 to be coated has a surface made of steel.
Das mehrstufige Spülsystem 3 besteht aus drei kaskadenförmig miteinander verbunden Behältern, die eine wässrige Spüllösung enthalten. Zwischen dem linken und rechten Spülbehälter 3 ist, wie durch die unterbrochene Linie in Fig. 1 angedeutet, aber nicht dargestellt, ein weiterer Spülbehälter eingereiht. Der linke Spülbehälter 3 enthält einen Zulauf für Frischwasser. Der rechte Spülbehälter 3 ist mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden.The multi-stage rinsing system 3 consists of three cascade-connected containers which contain an aqueous rinsing solution. Between the left and right washing containers 3, as indicated by the broken line in FIG. 1 but not shown, a further washing container is arranged. The left rinse tank 3 contains an inlet for fresh water. The right washing container 3 is connected to the coating container 1.
Der schwachsaure Kationenaustauscher 14 ist mit seinem Zu- und Ablauf mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden, so dass ein bestimmter Volumenstrom der Prozesslösung über ihn geleitet werden kann.The weakly acidic cation exchanger 14 is connected with its inlet and outlet to the coating container 1, so that a certain volume flow of the process solution can be passed through it.
Der schwachsaure Kationenaustauscher besteht aus einer Ionenaustauschersäule 14, die mit dem schwachsauren Kationenaustauscherpolymer Lewatit CNP 80 der Fa. Bayer AG, Leverkusen, Deutschland, befüllt ist. Es können aber auch vergleichbare schwachsaure Kationenaustauscherpolymere anderer Hersteller, wie z.B. C 104 der Fa. Purolite, Ratingen, Deutschland, eingesetzt werden.The weakly acidic cation exchanger consists of an ion exchange column 14 which is filled with the weakly acidic cation exchanger polymer Lewatit CNP 80 from Bayer AG, Leverkusen, Germany. However, comparable weakly acidic cation exchange polymers from other manufacturers, such as C 104 from Purolite, Ratingen, Germany.
Dieses schwachsaure Kationenaustauscherpolymer wird vor der Verwendung mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladen. Dazu wird der Ionenaustauscher zuerst mit Natronlauge in die Salzform überführt und anschließend durch die Aufgabe einer Metallsalzlösung mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladen. Im Falle der chemisch- redulctiven Vernickelung erfolgt die Beladung des schwachsauren Kationenaustauscherpolymeres mit Nickelionen, wozu eine NiSO4-Lösung über die Ionenaustauschersäule geleitet wird. Diese Beladung erfolgt in zwei Schritten mit Nickelsalzlösungen unterschiedlicher Konzenfrationen, wobei beim ersten Beladungsschritt ein Unterschuss an Nickelionen auf den Ionenaustauscher aufgegeben wird. Bedingt durch die Selektivität des Kationenaustauschers wird hierdurch eine nahezu vollständige Entfernung der Nickelionen aus der Aufgabelösung erreicht, die nach der Beladung verworfen und abwassertechnisch behandelt wird. Beim zweiten Beladungsschritt wird durch den Einsatz eines Überschusses von Nickelionen beim Beladen des Ionenaustauschers und eine Kreislaufführung der Aufgabelösung eine vollständige Beladung des schwachsauren Kationenaustauschers mit Nickel erreicht.This weakly acidic cation exchange polymer is loaded with ions of the coating metal before use. For this purpose, the ion exchanger is first converted into the salt form with sodium hydroxide solution and then loaded with ions of the coating metal by applying a metal salt solution. In the case of chemical Reductive nickel plating is used to load the weakly acidic cation exchange polymer with nickel ions, for which purpose a NiSO 4 solution is passed over the ion exchange column. This loading takes place in two steps with nickel salt solutions of different concentrations, with a deficit of nickel ions being applied to the ion exchanger in the first loading step. Due to the selectivity of the cation exchanger, an almost complete removal of the nickel ions from the feed solution is achieved, which is discarded after loading and treated with waste water. In the second loading step, by using an excess of nickel ions when loading the ion exchanger and circulating the feed solution, the weakly acidic cation exchanger is fully loaded with nickel.
Nach dem Beladungsvorgang mit Nickel wird der schwachsaure Kationenaustauscher mit vollentsalztem Wasser gewaschen, um störende Ionen aus der Polymerschüttschicht zu entfernen. Durch diesen Spülvorgang wird der Überschuss an Nickelionen wieder aus der Polymerschüttschicht entfernt. Der Ablauf der zweiten Fraktion des Beladungsvorganges wird zusammen mit der ersten Fraktion des Spülwassers zwischengestapelt und bei der nachfolgenden Beladung des schwachsauren Kationenaustauschers als erste Beladungsfraktion verwendet.After the nickel loading process, the weakly acidic cation exchanger is washed with deionized water in order to remove interfering ions from the polymer bulk layer. This rinsing process removes the excess nickel ions from the polymer bulk layer. The sequence of the second fraction of the loading process is stacked together with the first fraction of the rinsing water and used as the first loading fraction in the subsequent loading of the weakly acidic cation exchanger.
Die Prozesslösung ist in bekannter Weise zusammengesetzt. Beim Neuansatz werden ihr die Ionen des Beschichtungsmetalls in Form von Nickelsulfat (6,0 g Ni2+/1) zugesetzt. Das Reduktionsmittel wird in Form von Natriumhypophosphit (17,0 g H2PO271) zugegeben. Durch in der Prozesslösung enthaltene organische Säuren wird die Lösung im Bereich pH 4 bis pH 5 gepuffert.The process solution is composed in a known manner. When newly prepared, the ions of the coating metal in the form of nickel sulfate (6.0 g Ni 2+ / 1) are added to it. The reducing agent is added in the form of sodium hypophosphite (17.0 g H 2 PO 2 71). The solution is buffered in the pH 4 to pH 5 range by the organic acids contained in the process solution.
Zur Abscheidung von Nickel- Phosphorlegierungen auf der Stahloberfläche eines zu beschichtenden Werkstücks 2 wird mit der in Fig. 1 dargestellten Anlage wie folgt verfahren:To deposit nickel-phosphorus alloys on the steel surface of a workpiece 2 to be coated, the system shown in FIG. 1 is used as follows:
Die Temperatur der Prozesslösung, welche das zu beschichtende Werkstück 2 umgibt, wird auf 85 °C eingeregelt. Metallionen scheiden sich auf der Stahloberfläche des zu beschichtenden Werkstückes 2 ab. Bei der Abscheidung wird auch elementarer Phosphor, der durch Nebenrealctionen aus dem Redulctionsmittel gebildet wird, in die entstehende Metallschicht einlegiert, wodurch eine Nickel-Phosphor-Legierung entsteht. Durch den Redox-Prozess der chemisch-reduktiven Metallabscheidung wird das Reduktionsmittel Natriumhypophosphit zu Natriumorthophosphit oxidiert. Dieser Verbrauch an Reduktionsmittel wird durch Zugabe von Natriumhypophosphit in die Prozesslösung ausgeglichen.The temperature of the process solution, which surrounds the workpiece 2 to be coated, is adjusted to 85 ° C. Metal ions deposit on the steel surface of the workpiece 2 to be coated. During the deposition, elemental phosphorus, which is formed from the reductant by secondary reactions, is also alloyed into the resulting metal layer, which results in a nickel-phosphorus alloy. The redox process of chemical-reductive metal deposition oxidizes the reducing agent sodium hypophosphite to sodium orthophosphite. This consumption of reducing agent is compensated for by adding sodium hypophosphite to the process solution.
Bedingt durch die Metallabscheidung sinken auch pH- Wert und der Nickelgehalt in der Prozesslösung. Daher wird der pH- Wert in der Prozesslösung überwacht. Sinkt der pH- Wert der Prozesslösung unter einen festgelegten Wert, z.B. von pH 4,5 auf pH 4,2, dann wird ein Teilstrom der Prozesslösung mit einer Durchflussgeschwindigkeit < 5 m/h in einem Kreislauf durch den schwachsauren Kationenaustauscher 14 geleitet. Dadurch ergibt sich im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 eine Erhöhung des Nickelgehaltes von 5 g/1 auf 8 g/1 sowie eine Erhöhung des pH- Wertes von 4,2 auf pH- Werte > 5.Due to the metal deposition, the pH value and the nickel content in the process solution also decrease. The pH value in the process solution is therefore monitored. If the pH of the process solution drops below a specified value, e.g. from pH 4.5 to pH 4.2, then a partial stream of the process solution is passed through the weakly acidic cation exchanger 14 in a circuit at a flow rate of <5 m / h. This results in an increase in the nickel content from 5 g / 1 to 8 g / 1 and an increase in the pH from 4.2 to pH> 5 in the course of the weakly acidic cation exchanger 14.
Über die Kontrolle des pH-Wertes im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 wird die Funktionsfähigkeit des schwachsauren Kationenaustauschers überwacht. Mit zunehmender Metallabgabe wird der schwachsaure Kationenaustauscher in die H+-Form überführt, weshalb der pH- Wert im Ablauf des Kationenaustauschers fällt. Wenn sich der pH- Wert im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers dem pH-Wert der Prozesslösung nähert (in diesem Fall pH 4,5) fällt, wird der Kationenaustauscher für einen erneuten Einsatz wieder, wie eingangs beschrieben, in die Nickelbeladung überfuhrt.The functionality of the weakly acidic cation exchanger is monitored by checking the pH in the outlet of the weakly acidic cation exchanger 14. With increasing metal release, the weakly acidic cation exchanger is converted into the H + form, which is why the pH value in the outlet of the cation exchanger drops. If the pH value in the outlet of the weakly acidic cation exchanger approaches the pH value of the process solution (in this case pH 4.5), the cation exchanger is transferred back to the nickel loading for reuse, as described at the beginning.
Bei der Metallbeschichtung treten durch die hohen Behandlungstemperaturen Verdunstungsverluste in der Prozesslösung auf. Diese Verdunstungsverluste werden ausgeglichen, in dem Spüllösung aus dem Spülsystem 3, durch die in Fig. 1 durch einen Pfeil dargestellte Leitung, aus dem rechten Spülbad in die Prozesslösung zugeführt wird, da in diesem Behälter die Konzentration der Spülwasserinhaltsstoffe am höchsten ist. aufgeführt, die bei dem beschriebenen Vergleichsversuch erhalten wurden. In the case of metal coating, the high treatment temperatures result in evaporation losses in the process solution. These evaporation losses are compensated for in the rinsing solution from the rinsing system 3, through the line shown by an arrow in FIG. 1, from the right rinsing bath into the process solution, since the concentration of the rinse water constituents is highest in this container. listed, which were obtained in the comparative test described.
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Im Vergleichsversuch (siehe rechte Spalte der Tabelle) steigt der Salzgehalt in der Prozesslösung durch die eingetragenen bzw. gebildeten Fremdstoffe (insbesondere Na+, SO 2", H2PO3 ") bereits nach einem Metalldurchsatz von 5,5 MTO auf hohe Werte an, so dass zu diesem Zeitpunkt die Abscheidegeschwindigkeit bei 90 °C auf Werte < 5 μm/h absinkt und die Eigenschaften der abgeschiedenen Schichten nicht mehr den Anforderungen entsprechen.In the comparative test (see right column of the table), the salt content in the process solution rises to high values after a metal throughput of 5.5 MTO due to the foreign substances introduced or formed (in particular Na + , SO 2 " , H 2 PO 3 " ) , so that at this point the deposition rate drops to <5 μm / h at 90 ° C and the properties of the deposited layers no longer meet the requirements.
Bei dem erfindungsgemäßen Einsatz des schwachsauren Kationenaustauschers 14 (siehe die beiden mittleren Spalten der Tabelle) steigt jedoch der SO4 "-Gehalt der Prozesslösung mit steigendem Metalldurchsatz nicht an, da die Nickelionen ohne störendes SO4 2" in die Prozesslösung eingebracht werden. Im Gegensatz zum Vergleichs versuch steigt der Na+-Gehalt hier erheblich langsamer an, da die Einstellung des pH- Werts ohne Zugabe von NaOH in die Prozesslösung erfolgt.. Durch den Einsatz des schwachsauren Kationenaustauschers 14 kann die Prozesslösung durch den langsameren Anstieg des Fremdstoffgehaltes bis zu einem Metalldurchsatz von ca. 8 MTO verwendet werden. Die Nutzungsdauer der Prozesslösung wird durch den erfindungsgemäßen Einsatz des schwachsauren Kationenaustauschers 14 somit beinahe verdoppelt.When the weakly acidic cation exchanger 14 is used according to the invention (see the two middle columns of the table), however, the SO 4 " content of the process solution does not increase with increasing metal throughput, since the nickel ions are introduced into the process solution without disturbing SO 4 2" . In contrast to the comparative experiment, the Na + content rises considerably more slowly here, since the pH is adjusted without adding NaOH to the process solution. By using the weakly acidic cation exchanger 14, the process solution can increase by up to the slower increase in the foreign substance content can be used for a metal throughput of approx. 8 MTO. The service life of the process solution is thus almost doubled through the use of the weakly acidic cation exchanger 14 according to the invention.
Fig. 2 zeigt ein Schema einer Anlage zur chemisch-reduktiven Metallbeschichtung mit einem schwachsauren Kationenaustauscher 14, der über einen Wärmetauscher 4 mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden ist. In Bezug auf den Beschichtungsbehälter 1 und das Spülsystem 3 ist diese Anlage entsprechend der Anlage aus Fig. 1 aufgebaut. Als weitere Komponenten enthält diese Anlage einen Vorlagebehälter 5 und einen Stapelbehälter 13, die jeweils über den Wärmetauscher 4 mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden sind.FIG. 2 shows a diagram of a plant for chemical-reductive metal coating with a weakly acidic cation exchanger 14, which also has a heat exchanger 4 the coating container 1 is connected. With regard to the coating container 1 and the rinsing system 3, this system is constructed in accordance with the system from FIG. 1. As further components, this system contains a storage container 5 and a stacking container 13, which are each connected to the coating container 1 via the heat exchanger 4.
Der schwachsaure Kationenaustauscher 14 entspricht in seinem Aufbau dem aus Fig. 1. Im Unterschied zu Fig. 1 ist er jedoch in dieser Anlage nicht direkt mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden, sondern mit seinem Zulauf mit dem Vorlagebehälter 5 und mit seinem Ablauf mit dem Stapelbehälter 13.The structure of the weakly acidic cation exchanger 14 corresponds to that of FIG. 1. In contrast to FIG. 1, however, in this system it is not directly connected to the coating container 1, but with its inlet to the storage container 5 and with its outlet to the stacking container 13 ,
Zur Metallbeschichtung in dieser Anlage wird prinzipiell, wie zu Fig. 1 beschrieben, verfahren. Der schwachsaure Kationenaustauscher 14 wird jedoch Mer mit abgelcühlter Prozesslösung beladen. Dazu wird ein Volumenstrom der Prozesslösung über den Wärmetauscher 4 geleitet und in diesem von der Behandlungstemperatur von 85 °C auf Temperaturen < 50 °C abgekühlt. Diese abgekühlte Lösung wird in dem Vorlagebehälter 5 gesammelt, und aus diesem über den schwachsauren Kationenaustauscher 14 geleitet. Durch den schwachsauren Kationenaustauscher 14 erfolgt in Analogie zu Fig. 1, eine Anreicherung der behandelten Lösung mit Nickelionen und eine Anhebung des pH-Wertes. Die behandelte Lösung wird im Stapelbehälter 13 gesammelt und über den Wärmetauscher 4 wieder dem Beschichtungsbehälter 1 zugeführt.In principle, the metal coating in this installation is as described for FIG. 1. However, the weakly acidic cation exchanger 14 is loaded with cooled process solution. For this purpose, a volume flow of the process solution is passed over the heat exchanger 4 and cooled in it from the treatment temperature of 85 ° C to temperatures <50 ° C. This cooled solution is collected in the storage container 5 and passed out of it via the weakly acidic cation exchanger 14. By means of the weakly acidic cation exchanger 14, in an analogy to FIG. 1, the treated solution is enriched with nickel ions and the pH is raised. The treated solution is collected in the stacking container 13 and fed back to the coating container 1 via the heat exchanger 4.
Durch den Einsatz des Wärmetauschers 4 wird der schwachsaure Kationenaustauscher 14 mit einer abgekühlten Prozesslösung beaufschlagt, was die Gefahr einer chemisch-redulctiven Metallabscheidung auf demBy using the heat exchanger 4, the weakly acidic cation exchanger 14 is charged with a cooled process solution, which increases the risk of chemical-reductive metal deposition on the
Kationenaustauscherpolymer deutlich vermindert.Cation exchange polymer significantly reduced.
Fig. 3 zeigt ein Schema einer Anlage zur chemisch-redulctiven Metallbeschichtung, in der die Nutzungsdauer der Prozesslösung verlängert werden kann, mit einem schwachsauren Kationenaustauscher 14 zur Nachdosierung der Metallionen und Einstellung des pH- Werts, sowie einem starksauren Kationenaustauscher 15 und einem schwachbasischen Anionenaustauscher 9 zur Abtrennung von störenden Ionen aus der Spül- lösung. Der Aufbau der Anlage entspricht hinsichtlich des Beschichtungsbehälters 1 und des Spülsystems 3 der in Fig. 1 dargestellten Anlage.3 shows a diagram of a plant for chemical-reductive metal coating, in which the service life of the process solution can be extended, with a weakly acidic cation exchanger 14 for replenishing the metal ions and adjusting the pH, as well as a strongly acidic cation exchanger 15 and a weakly basic anion exchanger 9 for the removal of interfering ions from the rinsing solution. With regard to the coating container 1 and the rinsing system 3, the structure of the system corresponds to the system shown in FIG. 1.
Der schwachsaure Kationenaustauscher 14 entspricht in seinem Aufbau dem zu Fig. 1 beschriebenen Kationenaustauscher. Im Unterschied zu Fig. 1 wird hier auf den schwachsauren Kationenaustauscher 14 jedoch Spüllösung aufgegeben. Daher ist der schwachsauren Kationenaustauscher 14 im Unterschied zu Fig. 1 mit seinem Zulauf mit dem rechten Behälter des Spülsystems 3 verbunden, in dem sich die Spüllösung mit der höchsten Konzentration von ausgeschleppten Komponenten der Prozesslösung befindet. Der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 ist mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden.The structure of the weakly acidic cation exchanger 14 corresponds to that of the cation exchanger described for FIG. 1. In contrast to FIG. 1, however, rinsing solution is applied to the weakly acidic cation exchanger 14. Therefore, in contrast to FIG. 1, the weakly acidic cation exchanger 14 is connected with its inlet to the right-hand container of the rinsing system 3, in which the rinsing solution with the highest concentration of carried-out components of the process solution is located. The drain of the weakly acidic cation exchanger 14 is connected to the coating container 1.
Als weitere Komponenten enthält diese Anlage einen starksauren Kationenaustauscher 15 und einen schwachbasischen Anionenaustauscher 9, die in einem Regenerierkreislauf mit dem rechten Behälter des Spülsystems 3 verbunden sind. Dabei ist der Zulauf des starksauren Kationenaustauschers 15 mit dem rechten Spülbehälter 3 und sein Ablauf mit dem Zulauf des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 verbunden. Der Ablauf des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 ist wiederum mit dem rechten Spülbehälter 3 verbunden.As further components, this system contains a strongly acidic cation exchanger 15 and a weakly basic anion exchanger 9, which are connected to the right-hand container of the rinsing system 3 in a regeneration circuit. The inlet of the strongly acidic cation exchanger 15 is connected to the right rinse tank 3 and its outlet is connected to the inlet of the weakly basic anion exchanger 9. The drain of the weakly basic anion exchanger 9 is in turn connected to the right rinse tank 3.
Der starksaure Kationenaustauscher 15 besteht aus einer Ionenaustauschersäule, die mit dem starksaurem, makroporösen Kationenaustauscherpolymer, Lewatit SP 112 der Firma Bayer AG, Leverkusen, Deutschland, in der H+-Beladung gefüllt ist. Es können auch vergleichbare starksaure Polymere anderer Hersteller, wie z.B. das starksaure Kationenaustauscherpolymer C 150 der Fa. Purolite, Ratingen, Deutschland, verwendet werden. Vor dem Einsatz wird der starksaure Kationenaustauscher 15 mit Salzsäure beaufschlagt und dadurch mit Protonen beladen.The strongly acidic cation exchanger 15 consists of an ion exchange column which is filled with the strongly acidic, macroporous cation exchange polymer, Lewatit SP 112 from Bayer AG, Leverkusen, Germany, in the H + loading. Comparable strongly acidic polymers from other manufacturers, such as the strongly acidic cation exchange polymer C 150 from Purolite, Ratingen, Germany, can also be used. Before use, the strongly acidic cation exchanger 15 is charged with hydrochloric acid and thereby loaded with protons.
Der schwachbasische Anionenaustauscher 9 besteht aus einer mit dem schwachbasischen, makroporösen Anionenaustauscherpolymer, Lewatit MP 62 der Firma Bayer AG, Leverkusen, Deutschland, gefüllten Säule. Es können auch vergleichbare schwachbasische Anionenaustauscherpolymere anderer Hersteller, wie z.B. das schwachbasische Anionenaustauscherpolymer A 100 der Fa. Purolite, Ratingen, Deutschland, verwendet werden. Vor dem Einsatz wird der schwachbasische Anionenaustauscher 9 mit Natronlauge beaufschlagt und dadurch das Anionenaustauscherpolymer in die Form der freien Base überführt.The weakly basic anion exchanger 9 consists of a column filled with the weakly basic, macroporous anion exchanger polymer, Lewatit MP 62 from Bayer AG, Leverkusen, Germany. Comparable weakly basic anion exchange polymers from other manufacturers, such as the weakly basic anion exchange polymer A 100 from Purolite, Ratingen, Germany, can also be used. Before use, the weakly basic Anion exchanger 9 is charged with sodium hydroxide solution, thereby converting the anion exchanger polymer into the form of the free base.
Die Säulenkapazität des mit Kationenaustauschermaterial in der IT-Form gefüllten Ionenaustauschersäule 15 ist dabei höher als die Säulenkapazität der mit schwachbasischem Anionenaustauschermaterial gefüllten Ionenaustauschersäule 9.The column capacity of the ion exchange column 15 filled with cation exchange material in the IT form is higher than the column capacity of the ion exchange column 9 filled with weakly basic anion exchange material.
Die Metallbeschichtung in dieser Anlage erfolgt analog zur Vorgehensweise, die zu Fig. 1 beschrieben wurde, jedoch wird die Spüllösung, die zum Ausgleich von Verdunstungsverlusten dem Beschichtungsbehälter 1 zugeführt wird, mit den Ionenaustauschern 9, 14, 15 aufbereitet. Zur chemisch-reduktiven Abscheidung von Nickel auf Stahloberflächen wird das Werkstück 2 im Beschichtungsbehälter 1 bei einer Temperatur der Prozesslösung von ca. 85 °C behandelt. Die Prozesslösung hat zu Beginn des Prozesses einen pH- Wert von 4,5 und einen Nickelgehalt von 6,0 g/1. Durch die Metallabscheidung sinken der pH- Wert und der Nickelgehalt in der Prozesslösung.The metal coating in this system is carried out analogously to the procedure described for FIG. 1, but the rinsing solution which is fed to the coating container 1 to compensate for evaporation losses is processed with the ion exchangers 9, 14, 15. For the chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces, the workpiece 2 is treated in the coating container 1 at a temperature of the process solution of approximately 85 ° C. The process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / 1 at the beginning of the process. The metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution.
Nach erfolgter Beschichtung wird das beschichtete Werkstück 2 in die Spülbehälter des Spülsystems 3 eingetaucht. Mit dem Werkstück wird ein Teil der Prozesslösung in die Spüllösung des Spülsystems ausgeschleppt. Über die Elekfrolytausschleppung wird ein bestimmter Massenstrom von Komponenten einschließlich der entstandenen Fremdstoffe aus der Prozesslösung in die Spüllösung überführt, wodurch in der Prozesslösung eine Reinigungswirlcung erzielt wird. Damit gelangt auch ein Teil der Protonen und anderer Ionen, die durch die chemisch-reduktive Nickelabscheidung gebildet werden, aus der Prozesslösung in die Spüllösung. Die Spüllösung stellt somit eine verdünnte Prozesslösung dar.After coating, the coated workpiece 2 is immersed in the rinsing container of the rinsing system 3. With the workpiece, part of the process solution is dragged into the rinsing solution of the rinsing system. A certain mass flow of components, including the foreign substances produced, is transferred from the process solution to the rinsing solution by means of the electrolyte extraction, whereby a cleaning effect is achieved in the process solution. This means that some of the protons and other ions that are formed by the chemical-reductive nickel deposition get from the process solution into the rinsing solution. The rinsing solution is therefore a diluted process solution.
Zum Ausgleich von Verdunstungsverlusten in der Prozesslösung wird die Spüllösung über den schwachsauren Nickel-beladenen Kationenaustauscher 14, geführt, der wie zu Fig. 1 beschrieben aufgebaut und beladen ist. Dieser gibt Nickelionen in die Lösung ab und bindet Protonen. Somit werden der Prozesslösung mit der zugefuhrten Spüllösung auch gleichzeitig Ionen des Beschichtungsmetalls zugeführt, und der durch die Metallabscheidung bewirkte Verbrauch wird ausgeglichen. Gleichzeitig werden durch den schwachsauren Kationenaustauscher 14 der zugeführten Lösung Protonen entzogen: Mit der zugeführten Spüllösung wird somit auch der pH-Wert in der Prozesslösung eingestellt. Die Kontrolle der Kapazität des schwachsauren Kationenaustauschers 14 erfolgt, wie zu Fig. 1 beschrieben, über die Messung des pH- Werts in seinem Ablauf.To compensate for evaporation losses in the process solution, the rinsing solution is passed over the weakly acidic nickel-loaded cation exchanger 14, which is constructed and loaded as described in relation to FIG. 1. This releases nickel ions into the solution and binds protons. Thus, the process solution with the supplied rinsing solution is simultaneously supplied with ions of the coating metal, and the consumption caused by the metal deposition is compensated. At the same time, protons are withdrawn from the supplied solution by the weakly acidic cation exchanger 14: the pH of the process solution is also reduced with the supplied rinsing solution set. The capacity of the weakly acidic cation exchanger 14 is checked, as described in relation to FIG. 1, by measuring the pH value in its flow.
Die Nachdosierung des verbrauchten Reduktionsmittels erfolgt hier durch Zugabe von Natriumliypophosphit in die Prozesslösung.The used reducing agent is then metered in by adding sodium lyophosphite to the process solution.
Zur Aufbereitung der Spüllösung wird ein Volumenstrom über den starksauren Kationenaustauscher 15 in der IT-Beladung geleitet. Der starksaure Kationenaustauscher 15 bindet dabei störende Kationen, die hier vor allem aus dem Reduktionsmittel und dem Basismaterial des zu beschichtenden Werkstückes stammen und gibt Protonen in die Lösung ab. Es werden dabei aber auch Nickelionen aus der Spüllösung entfernt.To prepare the rinsing solution, a volume flow is passed over the strongly acidic cation exchanger 15 in the IT loading. The strongly acidic cation exchanger 15 binds interfering cations, which come primarily from the reducing agent and the base material of the workpiece to be coated, and releases protons into the solution. However, nickel ions are also removed from the rinsing solution.
Gemäss seiner Selektivität bindet der starksaure Kationenaustauscher 15 bis zum Erreichen seiner Kapazitätsgrenze in der Lösung befindliche Kationen und setzt eine äquivalente Menge an Protonen in die Lösung frei. Neben den Kationen des Reduktionsmittels und von der zur pH- Wert-Einstellung verwendeten Lauge werden auch die Kationen des Beschichtungsmetalls und die aus dem Basismaterial stammenden Kationen entfernt, wobei mehrwertige Kationen bevorzugt gebunden werden.According to its selectivity, the strongly acidic cation exchanger 15 binds cations in the solution until its capacity limit is reached and releases an equivalent amount of protons into the solution. In addition to the cations of the reducing agent and the alkali used to adjust the pH, the cations of the coating metal and the cations originating from the base material are also removed, polyvalent cations preferably being bound.
Die Erschöpfung der Kapazität des Kationenaustauschers 15 wird, wie nach dem Stand der Technik üblich, über die Messung der Leitfähigkeit im Zu- und im Ablauf des Kationenaustauschers 15 kontrolliert. Sobald die Differenz der Leitwerte in Zu- und Ablauf des Kationenaustauschers 15 unter einen festgelegten Wert abgesunken ist, wird der starksaure Kationenaustauschers 15 regeneriert.The exhaustion of the capacity of the cation exchanger 15 is controlled, as is customary in the prior art, by measuring the conductivity in the inlet and outlet of the cation exchanger 15. As soon as the difference in the conductivity values in the inlet and outlet of the cation exchanger 15 has dropped below a defined value, the strongly acidic cation exchanger 15 is regenerated.
Zur Regenerierung wird er in bekannter Weise durch Aufgabe von Salzsäure mit einer Konzentration von 70 g/1 bis 100 g/1 wieder mit Protonen beladen und kann nach einem Spülvorgang mit voll entsalztem Wasser erneut zur Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung verwendet werden.For regeneration, it is again loaded with protons in a known manner by adding hydrochloric acid at a concentration of 70 g / 1 to 100 g / 1 and can be used again after a rinsing process with fully demineralized water to extend the useful life of the process solution.
Die durch den starksauren Kationenaustauscher 15 angesäuerte Spüllösung wird nun über den schwachbasischen Anionenaustauscher 9 geleitet, der sich in der Form der freien Base befindet. Dieser bindet störende Anionen, wie z. B. die Anionen des oxi- dierten Reduktionsmittels Orthosphoshit, in dem zuerst die durch den starksauren Kationenaustauscher 15 gebildeten Säuren an die funktionellen Gruppen angelagert werden. Durch die Säure werden die tertiären Amine, die funktionellen Gruppen des Ionenaustauscherpolymers, protoniert und dabei in die Ammom'um-Form überführt. Nur die Ammonium-Form ist zum Anionenaustausch befähigt. Bedingt durch die Selektivität des Ionenaustauscherpolymeres werden bestimmte Anionen, wie z.B. Sulfat oder Orthophosphit, bevorzugt gebunden und können auch Anionen, die vom Anionenaustauscher weniger fest gebunden werden, wie z.B. Hypophosphit, von den zum lonenaustausch befähigten funktionellen Gruppen verdrängen. Dadurch erfolgt eine Auftrennung des Anionengemisches. Damit keine Überführung des Anionenaustauscherpolymers aus der Ammonium-Form in die Form der freien Base erfolgt, die als ungeladene Gruppe nicht zum lonenaustausch befähigt ist, wird auf den schwachbasischen Anionenaustauscher 9 stets eine sauere Lösung aufgegeben.The rinsing solution acidified by the strongly acidic cation exchanger 15 is now passed over the weakly basic anion exchanger 9, which is in the form of the free base. This binds disruptive anions, such as. B. the anions of the oxidized reducing agent orthosphoshite, in which the acids formed by the strongly acidic cation exchanger 15 are first attached to the functional groups. By the acid the tertiary amines, the functional groups of the ion-exchange are protonated and thereby converted into the Ammom 'to form. Only the ammonium form is capable of anion exchange. Due to the selectivity of the ion exchange polymer, certain anions, such as, for example, sulfate or orthophosphite, are preferably bound and can also displace anions which are less firmly bound by the anion exchanger, such as, for example, hypophosphite, from the functional groups capable of ion exchange. This separates the anion mixture. So that the anion exchange polymer is not converted from the ammonium form into the form of the free base, which as an uncharged group is not capable of ion exchange, an acidic solution is always added to the weakly basic anion exchanger 9.
Die Regenerierung des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 erfolgt durch die Aufgabe von Natronlauge, wodurch der schwachbasische Anionenaustauscher 9 aus der Ammonium-Form in die Form der freien Base überfuhrt wird. In dieser Form trägt die funktionelle Gruppe keine Ladung und ist daher nicht zum lonenaustausch befähigt. Dadurch können alle zuvor gebundenen Anionen quantitativ von Anionenaustauscherpolymer entfernt werden. Nach einem Spülvorgang mit vollentsalztem Wasser kann der schwachbasische Anionenaustauscher 9 wieder für die Abtrennung störender Anionen verwendet werden.The weakly basic anion exchanger 9 is regenerated by feeding in sodium hydroxide solution, as a result of which the weakly basic anion exchanger 9 is converted from the ammonium form into the form of the free base. In this form, the functional group has no charge and is therefore not capable of ion exchange. This allows all of the previously bound anions to be removed quantitatively from the anion exchange polymer. After a rinsing process with deionized water, the weakly basic anion exchanger 9 can be used again for the removal of interfering anions.
Die durch den schwachbasischen Anionenaustauscher 9 weiter gereinigte Spüllösung wird wieder dem Spülsystem zugeführt, wo sie, wie oben beschrieben, zum Ausgleich von Verdunstungsverlusten in der Prozesslösung über den schwachsauren Kationenaustauscher 14 dem Beschichtungsbehälter 1 zugeführt wird. Diese Aufbereitung der Spüllösung durch den starksauren Kationenaustauscher 15 und den schwachbasischen Anionenaustauscher 9 erfolgt dabei im Chargenbetrieb. Durch den starksauren Kationenaustauscher 15 werden in dieser Anlage auch Ionen des Beschichtungsmetalls, die aus der Prozesslösung in die Spüllösung gelangt sind, abgefrennt. Diese werden aber durch den schwachsauren Kationenaustauscher 14 wieder nachdosiert.The rinsing solution further cleaned by the weakly basic anion exchanger 9 is returned to the rinsing system, where, as described above, it is fed to the coating container 1 via the weakly acidic cation exchanger 14 to compensate for evaporation losses in the process solution. This preparation of the rinsing solution by the strongly acidic cation exchanger 15 and the weakly basic anion exchanger 9 takes place in batch operation. The strongly acidic cation exchanger 15 in this system also removes ions of the coating metal that have entered the rinsing solution from the process solution. However, these are replenished by the weakly acidic cation exchanger 14.
Das bei der Regenerierung des starksauren Kationenaustauschers 15 anfallende Eluat wird nach einer pH- Wert-Einstellung mit Natronlauge auf pH > 4,5 wieder für die Beladung des schwachsauren Kationenaustauschers 14 genutzt, wodurch die abgetrennten Metallionen des Beschichtungsmetalls nicht verloren gehen. Das Eluat wird allerdings nur weiterverwendet, solange es nicht mit den Metallionen des Basismateriales aus den zu beschichtenden Werkstücken 2, die Fremdstoffe darstellen, kontaminiert istThe eluate resulting from the regeneration of the strongly acidic cation exchanger 15 is used again after loading the pH value with sodium hydroxide solution to pH> 4.5 for loading the weakly acidic cation exchanger 14, whereby the separated metal ions of the coating metal are not lost. However, the eluate is only used as long as it is not contaminated with the metal ions of the base material from the workpieces 2 to be coated, which are foreign substances
Die indirekte Reinigung der Prozesslösung über das Spülsystem 3 hat den Vorteil, dass die Konzentration des Reduktionsmittels und der Metallionen des Beschichtungsmetalls in der Spüllösung niedriger sind als in der Prozesslösung. Damit verringert sich die Gefahr, dass sensible Komponenten der Reinigungsvorrichtung, wie z.B. Ionenaustauschermaterialien, unbeabsichtigt chemisch-redulctiv metallisiert werden.The indirect cleaning of the process solution via the rinsing system 3 has the advantage that the concentration of the reducing agent and the metal ions of the coating metal in the rinsing solution are lower than in the process solution. This reduces the risk that sensitive components of the cleaning device, such as e.g. Ion exchange materials that are inadvertently chemically reductively metallized.
Durch die in dieser Ausführuiigsform beschriebene Abfrennung störender Anionen aus der Spüllösung und die Nachdosierung von Nickelionen über einen mit Nickelionen beladenen schwachsauren Kationenaustauscher 14 kann bei ausreichend hohen Ausschleppungen und Verdunstungsverlusten eine Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung erreicht werden. Dabei wird die erforderliche Höhe der Ausschleppung zur Reinigung der Prozesslösung über die Gleichung 2 ermittelt. Im vorliegenden Beispiel wurden bei einer spezifischen Ausschleppung von 300 ml/m2 nach 6 MTO und 12 MTO Durchsatz folgende Parameter in der Prozesslösung ermittelt.Due to the removal of disruptive anions from the rinsing solution described in this embodiment and the replenishment of nickel ions via a weakly acidic cation exchanger 14 loaded with nickel ions, an extension of the service life of the process solution can be achieved with sufficiently high drag-out and evaporation losses. The amount of drag required to clean the process solution is determined using equation 2. In the present example, the following parameters were determined in the process solution with a specific drag-out of 300 ml / m 2 after 6 MTO and 12 MTO throughput.
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Bei dem erfindungsgemäßen Einsatz dieser Anlage steigt der SO4 2"-Gehalt der Prozesslösung mit dem Metalldurchsatz nicht an, da die Nickelionen mit Hilfe des schwach- sauren Kationenaustauschers 14 ohne störendes Anion (SO4 ") in die Prozesslösung eingebracht werden. In Vergleich zum Stand der Technik steigt die Konzentration an Natriumionen erheblich langsamer an, da die Einstellung des pH- Werts durch den schwachsauren Kationenaustauscher 14 erfolgt und nicht, wie nach dem Stand der Technik üblich, durch Zugabe von Natronlauge in die Prozesslösung. Im Vergleich zu der Anlage aus Fig. 1 ergibt sich eine zusätzliche Verminderung der Konzenfration an Natriumionen und oxidiertem Reduktionsmittel (H2PO3 "), da mit Hilfe des starksauren Kationenaustauschers 15 Natriumionen und mit Hilfe des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 H2PO3 '-Ionen abgefrennt werden. Dadurch kann eine Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung von ca. 5,5 MTO auf ca. 12 MTO erreicht werden.When this system is used according to the invention, the SO 4 2 " content of the process solution does not increase with the metal throughput, since the nickel ions are acidic cation exchanger 14 without an interfering anion (SO 4 " ) are introduced into the process solution. In comparison to the prior art, the concentration of sodium ions increases considerably more slowly, since the pH is adjusted by the weakly acidic cation exchanger 14 and not, as is the case after the state of the art, by adding sodium hydroxide solution to the process solution. Compared to the system from FIG. 1, there is an additional reduction in the concentration of sodium ions and oxidized reducing agent (H 2 PO 3 " ), since with the aid of the strongly acidic cation exchanger 15 Sodium ions and with the aid of the weakly basic anion exchanger 9 H 2 PO 3 ' ions are removed. As a result, the service life of the process solution can be extended from approx. 5.5 MTO to approx. 12 MTO.
Um den Gehalt an Orthophosphit auf einem Wert < 120 g/1 über die Elektrolyt- ausschleppung in die Spüllösung stabilisieren zu können, wäre bei einer Abscheidung von 10 μm Nickel eine Elektrolytausschleppung > 4 1/m2 erforderlich.In order to be able to stabilize the orthophosphite content at a value <120 g / 1 via the electrolyte extraction into the rinsing solution, an electrolyte extraction> 4 1 / m 2 would be required if 10 μm nickel was deposited.
Fig. 4 zeigt ein Schema einer Anlage zur chemisch-reduktiven Metallbeschichtung, in der die Nutzungsdauer der Prozesslösung verlängert werden kann, mit einem schwachsauren Kationenaustauscher 14 zur Nachdosierung der Metallionen und Einstellung des pH- Werts, sowie einem starksauren Kationenaustauscher 15 und einem schwach- basischen Anionenaustauscher 9 zur Abtrennung von störenden Ionen aus einer verdünnten Prozesslösung.4 shows a diagram of a plant for chemical-reductive metal coating, in which the service life of the process solution can be extended, with a weakly acidic cation exchanger 14 for replenishing the metal ions and adjusting the pH, as well as a strongly acidic cation exchanger 15 and a weakly basic one Anion exchanger 9 for the separation of interfering ions from a dilute process solution.
Der Aufbau der Anlage entspricht hinsichtlich des Beschichtungsbehälters 1 und des Spülsystems 3 der in Fig. 1 dargestellten Anlage. Der rechte Spülbehälter 3 ist in dieser Anlage jedoch nicht direkt mit dem Beschichtungsbehälter 1, sondern mit einem zusätzlichen Regenerierbehälter 16 verbunden. Durch diese Verbindung kann dem Regenerierbehälter 16 Spüllösung zugeführt werden. Auch vom Beschichtungsbehälter 1 geht eine Verbindung zum Regenerierbehälter 16, durch welche diesem Prozesslösung zugeführt werden kann. Durch diese Verbindung kann dem Beschichtungsbehälter 1 die erforderliche Menge an Prozesslösung entnommen werden, die für die vollständige Überführung der bei der chemisch-redulctiven Metallabscheidung gebildeten Fremdstoffe in den Regenerierbehälter 16 erforderlich ist. Der Regenerierbehälter 16 ist mit einem starksauren Kationenaustauscher 15 und einem schwachbasischen Anionenaustauscher 9 verbunden, die in Reihe geschaltet sind. Dabei ist der Zulauf des starksauren Kationenaustauschers 15 mit dem Regenerierbehälter 16 und sein Ablauf mit dem Zulauf des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 verbunden. Der Ablauf des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 ist wiederum mit dem Regenerierbehälter 16 verbunden. Zusätzlich ist der Zulauf des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 über eine zusätzliche Leitung direkt mit dem Regenerierbehälter 16 verbunden. Durch diese Verbindung wird der schwachbasische Anionenaustauscher 9 bei Bedarf direkt mit der verdünnten Prozesslösung beaufschlagt werden. Diese beiden Ionenaustauscher 9, 15 entsprechen in ilirem jeweiligen Aufbau und in ihrer Funktionsweise denen aus Fig. 3.With regard to the coating container 1 and the rinsing system 3, the structure of the system corresponds to the system shown in FIG. 1. The right rinse tank 3 is not connected directly to the coating tank 1 in this system, but to an additional regeneration tank 16. This connection enables the regeneration tank 16 to be supplied with rinsing solution. There is also a connection from the coating container 1 to the regeneration container 16, through which this process solution can be supplied. Through this connection, the required amount of process solution can be removed from the coating container 1, which is required for the complete transfer of the foreign substances formed during the chemical-reductive metal deposition into the regeneration container 16. The regeneration tank 16 is connected to a strongly acidic cation exchanger 15 and a weakly basic anion exchanger 9, which are connected in series. The inlet of the strongly acidic cation exchanger 15 is connected to the regeneration tank 16 and its outlet is connected to the inlet of the weakly basic anion exchanger 9. The outflow of the weakly basic anion exchanger 9 is in turn connected to the regeneration container 16. In addition, the feed of the weakly basic anion exchanger 9 is connected directly to the regeneration tank 16 via an additional line. Through this connection, the weakly basic anion exchanger 9 will be charged directly with the diluted process solution if necessary. These two ion exchangers 9, 15 correspond in their respective structure and in their mode of operation to those from FIG. 3.
Der Zulauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 ist mit dem Regenerierbehälter 16 und der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 ist mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden. In seinem Aufbau und seiner Funktionsweise entspricht der schwachsaure Kationenaustauscher 14 dem zu Fig. 1 beschri ebenen Kationenaustauscher.. Die Metallbeschichtung in dieser Anlage erfolgt analog zur Vorgehensweise, die zu Fig. 3 beschrieben wurde, jedoch wird hier die Spüllösung vor der Aufbereitung mit den Ionenaustauschern 9, 14 und 15 in einem Regenerierbehälter 16 mit Prozesslösung versetzt. Dadurch kann dem Beschichtungsbehälter 1 die erforderliche Menge an Prozesslösung entnommen werden, die für die vollständige Überführung der bei der chemisch-redulctiven Metallabscheidung gebildeten Fremdstoffe in den Regenerierbehälter 16 erforderlich ist. Im Unterschied zu Fig. 3 erfolgt in dieser Anlage die Nachdosierung des Reduktionsmittels in den Regenerierbehälter 16.The inlet of the weakly acidic cation exchanger 14 is connected to the regeneration tank 16 and the outlet of the weakly acidic cation exchanger 14 is connected to the coating tank 1. The weakly acidic cation exchanger 14 corresponds to the cation exchanger described in FIG. 1 in terms of its structure and mode of operation. The metal coating in this system is carried out analogously to the procedure described for FIG 9, 14 and 15 mixed with process solution in a regeneration tank 16. As a result, the required amount of process solution which is required for the complete transfer of the foreign substances formed in the chemical-reductive metal deposition into the regeneration tank 16 can be removed from the coating tank 1. In contrast to FIG. 3, the reducing agent is replenished in the regeneration tank 16 in this system.
Zur chemisch-reduktiven Abscheidung von Nickel auf Stahloberflächen wird das Werkstück 2 im Beschichtungsbehälter 1 bei einer Temperatur von ca. 85 °C behandelt. Die Prozesslösung hat zu Beginn des Prozesses einen pH-Wert von 4,5 und einen Nickelgehalt von 6,0 g/1. Durch die Metallabscheidung sinken pH-Wert und der Nickelgehalt in der Prozesslösung. Die Nachdosierung des Reduktionsmittels NaH2PO2 erfolgt in wässriger Lösung in den Regenerierbehälter 16. Zur Aufbereitung der Prozesslösung wird ein bestimmter Volumensfrom der Prozesslösung aus dem Beschichtungsbehälter 1 dem Regenerierbehälter 16 zugeführt und dort mit Spüllösung verdünnt. Diese verdünnte Prozesslösung wird aus dem Regenerierbehälter 16 in einem Teilstrom über den starksauren Kationenaustauscher 15 in der H+-Beladung geleitet. Dieser bindet störende Kationen, die hier vor allem aus dem Reduktionsmittel und dem Basismaterial des zu beschichtenden Werkstückes stammen und gibt Protonen in die Lösung ab. Es werden dabei aber auch Nickelionen aus der Lösung entfernt. Die angesäuerte Lösung wird auf einen schwachbasischen Anionenaustauscher 9 aufgegeben, der sich in der Form der freien Base befindet. Durch die Aufgabe der angesäuerten Lösung wird dieser in die zum Anionenaustausch befähigte protonierte Form überführt. Bedingt durch die Selektivität des Anionenaustauscherpolymeres werden Anionen wie Sulfat oder Orthophosphit stärker gebunden und können Anionen, die vom Austauscherpolymer weniger fest gebunden werden, wieder vom Austauscher 9 verdrängen. Dadurch wird die bevorzugte Bindung von Sulfat und Orthophosphit erreicht, wodurch diese Anionen aus der verdünnten Prozesslösung entfernt werden. Der Ablauf des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 wird wieder in den Regenerierbehälter 16 zurückgeführt, so dass eine effiziente Entfernung der störenden Ionen über die Kreislaufführung möglich ist.For the chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces, the workpiece 2 is treated in the coating container 1 at a temperature of approximately 85 ° C. The process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / 1 at the beginning of the process. The metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution. The reducing agent NaH 2 PO 2 is subsequently metered into the regeneration tank 16 in aqueous solution. To prepare the process solution, a certain volume of the process solution is fed from the coating container 1 to the regeneration container 16 and is diluted there with rinsing solution. This diluted process solution is passed from the regeneration tank 16 in a partial flow over the strongly acidic cation exchanger 15 in the H + loading. This binds disruptive cations, which come primarily from the reducing agent and the base material of the workpiece to be coated, and releases protons into the solution. However, nickel ions are also removed from the solution. The acidified solution is placed on a weakly basic anion exchanger 9, which is in the form of the free base. By giving up the acidified solution, it is converted into the protonated form capable of anion exchange. Due to the selectivity of the anion exchange polymer, anions such as sulfate or orthophosphite are more strongly bound and anions which are less firmly bound by the exchange polymer can be displaced again by the exchanger 9. This achieves the preferred binding of sulfate and orthophosphite, which removes these anions from the diluted process solution. The outflow of the weakly basic anion exchanger 9 is returned to the regeneration container 16, so that an efficient removal of the interfering ions is possible via the circuit.
Die gereinigte Lösung wird aus dem Regenerierbehälter 16 über den schwachsauren Kationenaustauscher 14 in den Beschichtungsbehälter 1 geführt, um die Verdunstungsverluste auszugleichen. Dadurch wird erreicht, dass die beim Reinigungsprozess eingebrachten Protonen wieder entfernt werden, und dass gleichzeitig die Ionen des Beschichtungsmetalls in die Prozesslösung ohne störendes Anion eingebracht werden.The cleaned solution is fed from the regeneration tank 16 via the weakly acidic cation exchanger 14 into the coating tank 1 in order to compensate for the evaporation losses. This ensures that the protons introduced during the cleaning process are removed again and that the ions of the coating metal are simultaneously introduced into the process solution without a disruptive anion.
Durch die direkte Verbindung von Beschichtungsbehälter 1 und Regenerierbehälter 16 wird der erforderliche Volumensfrom an Prozesslösung in den Regenerierbehälter 16 überführt und aus diesem über die Ionenaustauscher geleitet. Vorteilhaft kann in der Anlage aus Fig. 4 der über die Ionenaustauscher geleitete Volumensfrom an Prozesslösung, im Unterschied zu der Anlage aus Fig. 3, unabhängig vom Wert der Elekfrolytausschleppung in das Spülwasser eingestellt werden. Über die Einstellung des Volumenstroms an Prozesslösung kann die gewünschte Fremdstoffkonzenfration in der Prozesslösung eingestellt werden. Dessen Wert wird über die Gleichung 2 berechnet. Durch die Vermeidung einer Anreicherung von Fremdstoffen kann die Nutzungsdauer der Prozesslösung in der hier beschriebenen Anlage aus Fig. 4 deutlich über 20 MTO verlängert werden.Due to the direct connection of the coating container 1 and the regeneration container 16, the required volume of process solution is transferred into the regeneration container 16 and passed out of it via the ion exchanger. In the plant from FIG. 4, the volume of process solution passed through the ion exchanger can advantageously be set in the rinsing water, in contrast to the plant from FIG. 3, regardless of the value of the electrolyte drag-out. The desired concentration of foreign substances in the process solution can be set by setting the volume flow of process solution. Its value is calculated using equation 2. By avoiding the accumulation of foreign substances, the useful life of the process solution in the system described here from FIG. 4 can be extended significantly above 20 MTO.
Fig. 5 zeigt ein Schema einer Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung, in der die Nachdosierung des Redulctionsmittels und die Abrennung von störenden Anionen in einem Hilfskreislauf erfolgt.5 shows a diagram of a device for extending the useful life of the process solution, in which the redosing agent is replenished and disruptive anions are separated off in an auxiliary circuit.
Kernstück dieser Vorrichtung ist eine Membranelektrolysezelle. Diese besteht aus einer Kathode (-) und einer Anode (+) und je einer der Kammern 6, 7, 8, 12, die zwischen den Elektroden angeordnet sind, wobei diese Kammern eine Grundeinheit bilden. Zur Vergrößerung der Kapazität kann die Membranelekfrolysezelle um weitere Kammern 7, 8 und 12 erweitert werden, wobei diese zwischen den Kammern 6 und 7 eingereiht werden.The core of this device is a membrane electrolysis cell. This consists of a cathode (-) and an anode (+) and each of the chambers 6, 7, 8, 12, which are arranged between the electrodes, these chambers forming a basic unit. To increase the capacity, the membrane electrolytic cell can be expanded by further chambers 7, 8 and 12, these being arranged between the chambers 6 and 7.
Die Kammern 6 und 7, sowie die Kammern 12 und 7 werden jeweils durch eine Kationenaustauschermembran Kl von einander getrennt. Die Trennung der Kammern 7 und 8 erfolgt jeweils durch eine Anionenaustauschermembran AI, die Trennung der Kammern 8 und 12 erfolgt jeweils über eine Anionenaustauschermembran A2. Als Kationenaustauschermembran Kl werden Membranen des Typs Neosepta CMX, der Firma Tokuyama Soda, Tokuyama City, Japan, und als Anionenaustauschermembranen AI und A2 Membranen des Typs Neosepta AMX, Tokuyama Soda, Tokuyama City, Japan, verwendet.The chambers 6 and 7 and the chambers 12 and 7 are each separated from one another by a cation exchange membrane K1. The chambers 7 and 8 are each separated by an anion exchange membrane AI, and the chambers 8 and 12 are separated by an anion exchange membrane A2. Membranes of the Neosepta CMX type, from Tokuyama Soda, Tokuyama City, Japan, are used as the cation exchange membrane K1 and AI and A2 membranes of the Neosepta AMX type, Tokuyama Soda, Tokuyama City, Japan, are used as anion exchange membranes.
Neben der Membranelektrolysezelle enthält die Vorrichtung einen schwachbasischen Anionenaustauscher 9 zur Auftrennung des Anionengemisches und einen starksauren Kationenaustauscher 11 zur Entfernung von störenden Kationen. Diese sind Bestandteil des Hilfskreislaufs der Membranelektrolysezelle. Der starksaure Kationenaustauscher 11 des Hilfskreislaufes entspricht dabei in seinem Aufbau und seiner Beladung dem starksauren Kationenaustauscher 15 aus Fig. 3. Der schwachbasische Anionenaustauscher 9 entspricht in Aufbau und Beladung ebenfalls dem aus Fig. 3. Des weiteren enthält die Vorrichtung einen Pufferbehälter 10, in welchen das nachzudosierende Reduktionsmittel zugegeben wird. Der Zulauf des schwachbasischen Anionenaustauschers 9 ist mit Kammer 7 und der Ablauf mit dem Pufferbehälter 10 verbunden. Durch die Verbindung des Pufferbehälters 10 mit der Kammer 12 wird ein Hilfskreislauf eingerichtet. Der Pufferbehälter 10 ist in einem weiteren kleinen Kreislauf mit dem Zulauf und dem Ablauf des starksauren Kationenaustauschers 11 verbunden. Die Beaufschlagung der beiden Ionenaustauschersäulen 9, 11 erfolgt in bekannter Weise mit Hilfe von Pumpen, in Gleichstromfahrweise. Alternativ ist auch eine Gegenstromfahrweise möglich.In addition to the membrane electrolysis cell, the device contains a weakly basic anion exchanger 9 for separating the anion mixture and a strongly acidic cation exchanger 11 for removing interfering cations. These are part of the auxiliary circuit of the membrane electrolysis cell. The structure and loading of the strongly acidic cation exchanger 11 of the auxiliary circuit corresponds to that of the strongly acidic cation exchanger 15 from FIG. 3. The weakly basic anion exchanger 9 also corresponds to that from FIG. 3 in construction and loading. Furthermore, the device contains a buffer container 10, in which the reducing agent to be added is added. The inlet of the weakly basic anion exchanger 9 is connected to chamber 7 and the outlet to the buffer container 10. An auxiliary circuit is set up by connecting the buffer container 10 to the chamber 12. The buffer container 10 is connected in a further small circuit to the inlet and outlet of the strongly acidic cation exchanger 11. The two ion exchange columns 9, 11 are acted on in a known manner with the aid of pumps, in a DC mode. Alternatively, a countercurrent mode of operation is also possible.
Des weiteren enthält die Vorrichtung einen Vorlagebehälter 5 für die aufzubereitende Prozesslösung und einen Stapelbehälter 13 für die aufbereitete Prozesslösung. Der Vorlagebehälter 5 ist mit dem Zulauf und der Stapelbehälter 13 mit dem Ablauf der Kammer 8 der Membranelektrolysenanlage verbunden.Furthermore, the device contains a storage container 5 for the process solution to be processed and a stacking container 13 for the processed process solution. The storage container 5 is connected to the inlet and the stacking container 13 to the outlet of the chamber 8 of the membrane electrolysis system.
Die Kammern 8 der Membranelekfrolysenanlage bzw. der Vorlagebehälter 5 und Stapelbehälter 13, welche mit Prozesslösung befüllt werden, sind schraffiert dargestellt. Die Kammern ohne Schraffur enthalten Regenerierlösung 7, 12 bzw. eine verdünnte Säure (Kammer 6). Die Regenerierlösung besteht aus einer wässrigen Natriumhypo- phosphitlösung (ca. 50 g/1) und wird durch die Beaufschlagung auf den starksauren Kationenaustauscher 15 teilweise in Phosphinsäure umgewandelt. Durch den elektro- dialytischen Transport der Anionen aus der Prozesslösung enthält die Regenerierlösung auch bestimmte Mengen dieser Anionen, wobei diese Mengen vom Beladungszustand des Anionenaustauschers 9 abhängig ist.The chambers 8 of the membrane electrolysis system or the storage container 5 and stacking container 13, which are filled with process solution, are shown hatched. The chambers without hatching contain regeneration solution 7, 12 or a dilute acid (chamber 6). The regeneration solution consists of an aqueous sodium hypophosphite solution (approx. 50 g / 1) and is partially converted into phosphinic acid by the action on the strongly acidic cation exchanger 15. Due to the electro-dialytic transport of the anions from the process solution, the regeneration solution also contains certain amounts of these anions, these amounts being dependent on the state of charge of the anion exchanger 9.
Zur Verlängerung ihrer Nutzungsdauer werden die Anionen in dieser Vorrichtung aus einer Prozesslösung, die bei der chemisch-redulctiven Metallabscheidung eingesetzt wurde, kationenfrei entfernt und gleichzeitig wird das Redulctionsmittel nachdosiert. Hierzu wird, wie beispielhaft für die chemisch reduktive Nickelbeschichtung erläutert, wie folgt verfahren:To extend their useful life, the anions in this device are removed cation-free from a process solution that was used in the chemical-reductive metal deposition, and at the same time the reductant is added. For this purpose, as explained by way of example for the chemically reductive nickel coating, the procedure is as follows:
Der Vorlagebehälter 5 wird mit aufzubereitender, abgelcühlter Prozesslösung befüllt. Aus dem Vorlagebehälter 5 wird die Prozesslösung in die von Anionenaustauschermembranen AI und A2 begrenzte Kammern 8 der Membranelektrolysezelle geleitet. Die in der Prozesslösung enthaltenen Anionen (Sulfat, Chlorid, Hypophosphit, Orthophosphit und zum Teil auch die Anionen der in Prozesslösung enthaltenen organischen Säuren) wandern elekfrodialytisch durch die Anionenaustauschermembran AI hindurch und gelangen in die Kammer 7, die durch die Kationenaustauschermembran Kl zur Anode (+) bzw. zur Kammer 12 begrenzt ist und in der sich jeweils eine verdünnte Säure befindet. Aus der Anodenkammer 6 gelangen Protonen, die durch Wasserzersetzung an der Anode (+) gebildet werden, in die Kammer 7 und bilden zusammen mit den elektrodialytisch fransportierten Anionen die entsprechenden freien Säuren. Durch die Kationenaustauschermembran Kl werden die Anionen am Übertritt in die Anodenkammer 6 bzw. in die Kammer 12 gehindert.The reservoir 5 is filled with cooled, process solution to be prepared. The process solution is passed from the reservoir 5 into the chambers 8 of the membrane electrolysis cell delimited by anion exchange membranes AI and A2. The anions contained in the process solution (sulfate, chloride, hypophosphite, orthophosphite and in some cases also the anions of the organic acids contained in the process solution) migrate through the anion exchange membrane AI by electro-dialysis and get into the chamber 7, which is delimited by the cation exchange membrane K 1 to the anode (+) or to the chamber 12 and in which there is a dilute acid. Protons, which are formed by water decomposition at the anode (+), enter the chamber 7 from the anode chamber 6 and, together with the electrodialytically transported anions, form the corresponding free acids. The anions are prevented from passing into the anode chamber 6 or into the chamber 12 by the cation exchange membrane K1.
Das Säuregemisch in Kammer 7 wird über den schwachbasischen Anionenaustauscher 9 in der Form der freien Base geleitet. Der schwachbasische Anionenaustauscher 9 bindet bis zur vollständigen Ausnutzung seiner Kapazität die in Kammer 7 gebildeten Säuren. Dabei wird er gleichzeitig aus der Form der freien Base in die protonierte Form überführt. Danach bindet er bevorzugt Sulfat-, Chlorid- und Orthophosphitionen und setzt eine äquivalente Menge an zuvor gebundenen Hypophosphitionen frei.The acid mixture in chamber 7 is passed over the weakly basic anion exchanger 9 in the form of the free base. The weakly basic anion exchanger 9 binds the acids formed in chamber 7 until its capacity is fully utilized. At the same time, it is converted from the form of the free base to the protonated form. He then preferentially binds sulfate, chloride and orthophosphite ions and releases an equivalent amount of previously bound hypophosphite ions.
Der Ablauf des Anionenaustauschers 9 wird in den Pufferbehälter 10 des Hilfskreis- laufes überführt. Dort erfolgt die Nachdosierung des Reduktionsmittels in Form von Natriumliypophosphit. Aus diesem Pufferbehälter wird die Regenerierlösung in einem kleinen Kreislauf über einen starksauren Kationenaustauscher 11 geleitet, welcher mit Protonen beladen ist. Durch diesen Kationenaustauscher 11 werden die Natriumionen, die durch die Nachdosierung des Reduktionsmittels als Natriumhypophosphit in die Regenerierlösung gelangt sind, wieder entfernt.The flow of the anion exchanger 9 is transferred to the buffer tank 10 of the auxiliary circuit. There the reducing agent is added in the form of sodium lyophosphite. The regeneration solution is passed from this buffer container in a small circuit over a strongly acidic cation exchanger 11 which is loaded with protons. This cation exchanger 11 removes the sodium ions which have entered the regeneration solution as sodium hypophosphite as a result of the subsequent addition of the reducing agent.
Aus dem Pufferbehälter 10 wird die Regenerierlösung in die Kammer 12 der Membranelekfrolysezelle geleitet, wobei die endständige Kammer 12 der Membranelektrolysezelle die Kathode (-) enthält. Aus der Kammer 12 wandern die Hypophosphitionen elektrodialytisch durch die Anionenaustauschermembran A2 in die in der Kammer 8 befindliche Prozesslösung.The regeneration solution is passed from the buffer container 10 into the chamber 12 of the membrane electrolysis cell, the terminal chamber 12 of the membrane electrolysis cell containing the cathode (-). The hypophosphite ions migrate electrodialytically from the chamber 12 through the anion exchange membrane A2 into the process solution located in the chamber 8.
Nachdem durch den Regenerierprozess in der Membranelektrolysezelle keine Kationen aus der Prozesslösung entfernt werden, verändert sich durch den Regenerierprozess der Salzgehalt in der aufbereiteten Prozesslösung nicht. Es werden lediglich Sulfat-, Chlorid- und Orthophosphit-Ionen aus der Lösung entfernt und durch eine äquivalente Menge an Hypophosphitionen ersetzt. Dadurch wird die Prozesslösung mit Reduktionsmittel angereichert. Die so aufbereitete Prozesslösung wird aus der Katmner 8 in den Stapelbehälter 13 geleitet und kann wieder zur chemisch-redulctiven Metallbeschichtung eingesetzt werden.Since no cations are removed from the process solution by the regeneration process in the membrane electrolysis cell, the salt content in the prepared process solution does not change by the regeneration process. Only sulfate, chloride and orthophosphite ions are removed from the solution and replaced by an equivalent amount of hypophosphite ions. This enriches the process solution with reducing agents. The process solution prepared in this way is created from the Katmner 8 passed into the stacking container 13 and can be used again for the chemical-reductive metal coating.
Fig. 6 zeigt ein Schema einer Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung, in der die Nachdosierung des Reduktionsmittels und die Abfrennung von störenden Anionen in einem Hilfskreislauf einer Membranelekfrolysezelle erfolgt. Zur Erhöhung der Durchsatzleistung ist die Membranelekfrolysezelle im Vergleich zu Fig. 5 um zusätzliche Kammern erweitert. Diese Membranelekfrolysenanlage enthält 40 Einheiten der Kammern 7, 8, 12. In Fig. 6 sind der einfacheren Darstellung halber jedoch nur drei Einheiten der Kammern 7, 8, 12 dargestellt.6 shows a diagram of a device for extending the service life of the process solution, in which the reducing agent is replenished and interfering anions are removed in an auxiliary circuit of a membrane electrolysis cell. In order to increase the throughput, the membrane electrolytic cell is expanded by additional chambers compared to FIG. 5. This membrane electrolysis system contains 40 units of the chambers 7, 8, 12. However, for the sake of simplicity, only three units of the chambers 7, 8, 12 are shown in FIG. 6.
Durch die zusätzlichen Kammern wird die für den Ionenfransport benötigte Membranfläche, über die Prozess- und Regenerierlösung miteinander in Kontakt stehen, vergrößert. Damit kann im Aufbereitungsprozess die Transportleistung, die zur Abfrennung einer vorgegebenen Fracht an Fremdstoffen erforderlich ist, erreicht werden.The additional chambers increase the membrane area required for ion transport, via which the process and regeneration solutions are in contact with each other. This means that the transport performance required to burn off a given load of foreign substances can be achieved in the preparation process.
Zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung, die bei der chemisch-reduktiven Metallabscheidung eingesetzt wurde, wird die eingesetzte Prozesslösung in dieser Vorrichtung mit Reduktionsmittel angereichert und es werden gleichzeitig störende Anionen aus ihr abgetrennt. Dazu wird analog der Beschreibung zu Fig. 5 verfahren. An die erweiterte Membranelektrolysezelle mit 40 Einheiten wird eine Spannung von 90 V angelegt.In order to extend the useful life of a process solution that was used in the chemical-reductive metal deposition, the process solution used in this device is enriched with reducing agent and, at the same time, disruptive anions are separated from it. The procedure for this is analogous to the description of FIG. A voltage of 90 V is applied to the expanded membrane electrolysis cell with 40 units.
Fig. 7 zeigt ein Schema einer Anlage zur chemisch-redulctiven Metallbeschichtung, in der die Nutzungsdauer der Prozesslösung durch die Abfrennung störender Anionen und die Nachdosierung des Reduktionsmittels in einer Membranelekfrolysezelle mit einem Hilfskreislauf verlängert wird. In Bezug auf den Beschichtungsbehälter 1, das Spülsystem 3 und den Wärmetauscher 4 ist diese Anlage entsprechend der Anlage aus Fig. 2 aufgebaut. Als zusätzliche Komponente enthält die Anlage eine Vorrichtung zur Abfrennung störender Anionen und zur Nachdosierung des Redulctionsmittels, in der die Auftrennung des Anionengemisches in einem Hilfskreislauf erfolgt. Die Vorrichtung entspricht in ihrem Aufbau derjenigen aus Fig. 6 und enthält 40 Einheiten der Kammern 7, 8, 12. In Fig. 7 sind der einfacheren Darstellung jedoch nur zwei Einheiten der Kammern 7, 8, 12 dargestellt. Der Vorlagebehälter 5 und der Stapelbehälter 13 der Vorrichtung sind, wie in Fig. 2 über den Wärmetauscher 4 mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden.FIG. 7 shows a schematic of a plant for chemical-reductive metal coating, in which the useful life of the process solution is extended by the removal of interfering anions and the metering of the reducing agent in a membrane electrolytic cell with an auxiliary circuit. With regard to the coating container 1, the rinsing system 3 and the heat exchanger 4, this system is constructed in accordance with the system from FIG. 2. As an additional component, the system contains a device for the removal of interfering anions and for the subsequent addition of the reductant, in which the anion mixture is separated in an auxiliary circuit. The structure of the device corresponds to that of FIG. 6 and contains 40 units of the chambers 7, 8, 12. In FIG. 7, however, only two units of the chambers 7, 8, 12 are shown in the simpler illustration. The storage container 5 and the stacking container 13 of the Devices are connected to the coating container 1 via the heat exchanger 4, as in FIG. 2.
Zur chemisch-redulctiven Abscheidung von Nickel auf Stahloberflächen wird in dieser Anlage wie folgt verfaliren: Das Werkstück 2 wird im Beschichtungsbehälter 1 bei einer Temperatur von ca. 85 °C in Analogie zu der Beschreibung zu Fig. 1 behandelt. Die Prozesslösung hat zu Beginn des Prozesses einen pH-Wert von 4,5 und einen Nickelgehalt von 6,0 g/1. Durch die Metallabscheidung sinken der pH- Wert und der Nickelgehalt in der Prozesslösung. Die Nachdosierung der verbrauchten Ionen des Beschichtungsmetalls erfolgt hier durch Zugabe von Nickelsulfat in die Prozesslösung. Die Einstellung des pH- Werts erfolgt durch Zugabe von Natronlauge zur Prozesslösung.For the chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces, the procedure in this system is as follows: The workpiece 2 is treated in the coating container 1 at a temperature of approximately 85 ° C. in analogy to the description of FIG. 1. The process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / 1 at the beginning of the process. The metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution. The used ions of the coating metal are subsequently metered in by adding nickel sulfate to the process solution. The pH is adjusted by adding sodium hydroxide solution to the process solution.
Die Nachdosierung des Reduktionsmittels und die Abfrennung von störenden Anionen erfolgt in dieser Anlage in einem Hilfskreislauf wie zu Fig. 5 beschrieben. Dazu wird ein bestimmter Volumensfrom der Prozesslösung dem Beschichtungsbehälter 1 entnommen und, entsprechend der Beschreibung zu Fig. 2, über den Wärmetauscher 4 auf Temperaturen < 50 °C abgekühlt, und im Vorlagebehälter 5 gesammelt. Der erforderliche Volumensfrom wird mit Hilfe der Gleichung (2) berechnet. Zur Kühlung im Wärmetauscher 4 wird aufbereitete Prozesslösung verwendet, die zu diesem Zwecke dem Stapelbehälter 13 entnommen wird und in die Prozesslösung geleitet wird.The metering of the reducing agent and the removal of interfering anions are carried out in this system in an auxiliary circuit as described for FIG. 5. For this purpose, a certain volume of the process solution is removed from the coating container 1 and, according to the description of FIG. 2, cooled to temperatures <50 ° C. via the heat exchanger 4 and collected in the storage container 5. The required volume volume is calculated using equation (2). For cooling in the heat exchanger 4, processed process solution is used, which is removed from the stacking container 13 for this purpose and is passed into the process solution.
Aus dem Vorlagebehälter 5 wird die Prozesslösung, wie zu Fig. 5 beschrieben, in der Membranelekfrolysezelle mit dem Hilfskreislauf in Kontakt gebracht. An die Membranelekfrolysezelle mit 40 Einheiten wird eine Spannung von 90 V angelegt. In der Membranelekfrolysezelle werden durch den Kontakt mit dem Hilfskreislauf und die angelegte Spannung störende Anionen aus der Prozesslösung abgetrennt und gleichzeitig wird Reduktionsmittel kationenfrei in die Prozesslösung eindosiert. Die aufbereitete Prozesslösung wird dem Stapelbehälter 13 zugeführt und über den Wärmetauscher 4 analog der Beschreibung zu Fig. 2 wieder auf Prozesstemperatur gebracht und in den Beschichtungsbehälter 1 zurückgeführt.The process solution, as described for FIG. 5, is brought into contact with the auxiliary circuit in the membrane electrolysis cell from the storage container 5. A voltage of 90 V is applied to the membrane electrolytic cell with 40 units. In the membrane electrolytic cell, disruptive anions are separated from the process solution by contact with the auxiliary circuit and the applied voltage, and at the same time reducing agent is metered into the process solution without cations. The processed process solution is fed to the stacking container 13 and brought back to the process temperature via the heat exchanger 4 analogously to the description of FIG. 2 and returned to the coating container 1.
Bei der erfindungsgemäßen Anwendung der Anlage ergeben sich in Abhängigkeit des Metalldurchsatzes folgende Parameter für die Prozesslösung: When using the system according to the invention, the following parameters for the process solution result depending on the metal throughput:
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Durch die Abfrennung störender Anionen und der kationenfreien Nachdosierung des Reduktionsmittels im Hilfskreislauf wird eine deutliche Verminderung des Fremdstoffanstieges erreicht. Mit der in Fig. 7 dargestellten Anlage können jedoch keine Kationen aus der Prozesslösung entfernt werden. Die Einstellung des pH- Wertes erfolgt durch die Zugabe von Natronlauge in die Prozesslösung, was ein Eintrag von Kationen in die Prozesslösung zufolge hat. Dies begrenzt durch die resultierende Aufsalzung die Nutzungsdauer der Prozesslösung, durch welche die Hypophosphit- Konzentration in der Prozesslösung ansteigt.The removal of disruptive anions and the cation-free subsequent dosing of the reducing agent in the auxiliary circuit significantly reduce the increase in foreign matter. With the plant shown in FIG. 7, however, no cations can be removed from the process solution. The pH is adjusted by adding sodium hydroxide solution to the process solution, which means that cations have entered the process solution. Due to the resulting salting, this limits the service life of the process solution, which increases the hypophosphite concentration in the process solution.
Durch die Abtrennung störender Anionen im Hilfskreislauf und die Nachdosierung des Redulctionsmittels ohne störende Kationen kann eine Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung auf mindestens 12 MTO erreicht werden, wobei über den Volumensfrom an Prozesslösung, die über die Membranelekfrolysezelle geleitet wird, die Orthophosphit-Konzenfration in der Prozesslösung eingestellt und ein starker Anstieg der Hypophosphit-Konzentration in der Prozesslösung vermieden wird. Die Berechnung der Volumensfröme erfolgt nach Gleichung 2.By separating interfering anions in the auxiliary circuit and replenishing the reductant without interfering cations, the service life of the process solution can be extended to at least 12 MTO, the orthophosphite concentration in the process solution being increased by the volume of process solution that is passed through the membrane electrolytic cell adjusted and a sharp increase in the hypophosphite concentration in the process solution is avoided. The volume flows are calculated according to equation 2.
Fig. 8 zeigt ein Schema einer Anlage zur chemisch-reduktiven Metallbeschichtung, in der die Nutzungsdauer der Prozesslösung durch einen schwachsauren Kationenaustauscher 14 zur Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls und Einstellung des pH-Werts und die Abtrennung störender Anionen und die Nachdosierung des Reduktionsmittels in einem Hilfskreislauf verlängert wird. Die Anlage nach Fig. 8 ist analog zu der aus Fig. 7 aufgebaut und enthält zusätzlich einen schwachsauren Kationenaustauscher 14, wie er zu Fig. 1 beschrieben wurde, und der wie in Fig. 1 mit dem Bescl ichtungsbehälter 1 verbunden ist. Damit kommen die in Ausführungsbeispielen 1 und 5 beschriebenen Vorrichtungen in Kombination zum Einsatz.Fig. 8 shows a diagram of a plant for chemical-reductive metal coating, in which the service life of the process solution by a weakly acidic cation exchanger 14 for replenishing the ions of the coating metal and adjusting the pH and the removal of disruptive anions and the replenishment of Reducing agent is extended in an auxiliary circuit. The system according to FIG. 8 is constructed analogously to that from FIG. 7 and additionally contains a weakly acidic cation exchanger 14, as described for FIG. 1, and which is connected to the coating container 1 as in FIG. 1. The devices described in exemplary embodiments 1 and 5 are thus used in combination.
Zur chemisch-reduktiven Abscheidung von Nickel auf Stahloberflächen in dieser Anlage wird wie folgt verfahren: Das Werkstück 2 wird im Beschichtungsbehälter 1 bei einer Temperatur von ca. 85 °C analog der Beschreibung zu Fig. 1 behandelt. Die Prozesslösung hat zu Beginn des Prozesses einen pH-Wert von 4,5 und einen Nickelgehalt von 6,0 g/1. Durch die Metallabscheidung sinken der pH- Wert und der Nickelgehalt in der Prozesslösung. Die Nachdosierung der verbrauchten Metallionen und die Einstellung des pH-Werts in der Prozesslösung erfolgt, wie zu Fig. 1 beschrieben, mit Hilfe des schwachsauren Kationenaustauschers 14. Die Nachdosierung des Redulctionsmittels und die Abtrennung von störenden Anionen erfolgt in dieser Anlage über einem Hilfskreislauf, wie zu Fig. 5 beschrieben.The procedure for the chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces in this system is as follows: the workpiece 2 is treated in the coating container 1 at a temperature of approximately 85 ° C. analogously to the description of FIG. 1. The process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / 1 at the beginning of the process. The metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution. The metering of the used metal ions and the adjustment of the pH in the process solution is carried out, as described for FIG. 1, with the aid of the weakly acidic cation exchanger 14. The metering in of the reductant and the removal of disruptive anions are carried out in this system via an auxiliary circuit, such as to Fig. 5 described.
Da durch den erfindungsgemäßen Einsatz des schwachsauren Kationenaustauschers 14 keine störenden Anionen bei der Nachdosierung der Metallionen in die Prozesslösung eingebracht werden, müssen aus der Prozesslösung erheblich geringere Fremdstoffmengen abgetrennt werden. Zudem wird die Aufsalzung der Prozesslösung vermieden, da zur Einstellung des pH- Wertes keine Natronlauge und damit keine zusätzlichen Kationen in die Prozesslösung eingetragen werden. Dies ermöglicht die weitgehende Abfrennung von Orthophosphit, ohne dass gleichzeitig der Hypophosphit-Gehalt über den Soll- Wert in der Prozesslösung ansteigt.Since the use of the weakly acidic cation exchanger 14 according to the invention does not introduce any interfering anions into the process solution when the metal ions are replenished, considerably smaller amounts of foreign matter have to be separated from the process solution. Salting of the process solution is also avoided, since no sodium hydroxide solution and therefore no additional cations are introduced into the process solution to adjust the pH. This enables the extensive removal of orthophosphite without simultaneously increasing the hypophosphite content above the target value in the process solution.
Durch die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls und des Reduktionsmittels ohne störende Ionen, die Abfrennung störender Anionen aus der Prozesslösung sowie die Vermeidung einer Zugabe von Natronlauge in die Prozesslösung zur Einstellung des pH- Wertes wird die Zusammensetzung der Prozesslösung über einen längeren Zeitraum stabilisiert und ein nahezu stationärer Zustand bezüglich des pH- Werts, der Konzentrationen von Sulfat, Na , Hypophosphit und Orthophosphit erreicht. Die Zusammensetzung der Prozesslösung im stationären Zustand wird durch folgende tabellarisch dargestellten Parameter charalcterisiert und entspricht einem Badalter von ca. 1 MTO.By replenishing the ions of the coating metal and the reducing agent without interfering ions, the removal of interfering anions from the process solution and the avoidance of adding sodium hydroxide solution to the process solution to adjust the pH, the composition of the process solution is stabilized over a longer period of time and almost steady state with regard to the pH value, the concentrations of sulfate, Na, hypophosphite and orthophosphite reached. The composition of the process solution in the steady state is as follows Parameters shown in tabular form characterize and correspond to a bath age of approx. 1 MTO.
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Vorteilhaft entspricht dieser stationäre Zustand in den wichtigen Parametern wie pH- Wert, Nickelgehalt und Abscheidegeschwindigkeit einer frischen Prozesslösung. Da in dieser Anlage die Ionen des Beschichtungsmetalls und Reduktionsmittel ohne störende Gegenionen nachdosiert werden, und somit die positiven Effekte der Vorrichtungen aus Fig. 1 und Fig. 5 sich ergänzen, wird die Nutzungsdauer der Prozesslösung weiter verlängert. Die Nutzungsdauer der Prozesslösung ist in der Anlage aus Fig. 8 jedoch durch den Eintrag von anderen Fremdstoffen, wie z.B. von Kationen aus dem Basismaterial des zu beschichtenden Werkstücks, begrenzt.This steady state advantageously corresponds to a fresh process solution in the important parameters such as pH value, nickel content and deposition rate. Since the ions of the coating metal and reducing agent are replenished without disturbing counterions in this system, and thus the positive effects of the devices from FIGS. 1 and 5 complement one another, the useful life of the process solution is further extended. The service life of the process solution in the system from Fig. 8 is, however, due to the entry of other foreign substances, e.g. of cations from the base material of the workpiece to be coated.
Fig. 9 zeigt ein Schema einer Anlage mit Hilfskreislauf und schwachsaurem Kationenaustauscher 14, die einen starksauren Kationenaustauscher 15 zur Abfrennung aus störenden Kationen aus der Prozesslösung enthält. Die Anlage nach Fig. 9 ist analog zu Fig. 8 aufgebaut und enthält zusätzlich einen starksauren Kationenaustauscher 15. Dieser starksaure Kationenaustauscher 15 ist mit Zu- und Ablauf mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden. Der Aufbau des starksauren Kationenaustauscher 15 entspricht dem aus Fig. 3. Diese Anlage enthält, wie die Anlage aus Fig. 8, im Hilfskreislauf der Membranelelctrolysezelle einen starksauren Kationenaustauscher 11, dessen Aufgabe es ist, störende Kationen aus dem Hilfskreislauf abzutrennen, die durch die Zugabe des Reduktionsmittels als Natriumhypophosphit in die Regenerierlösung eingetragen werden. Da der Hilfskreislauf und die Prozesslösung durch die Anionenaustauschermembranen AI und A2 voneinander getrennt sind, erfolgt kein Transport von Kationen aus der Prozesslösung in den Hilfskreislauf. Mit Hilfe des starksauren Kationenaustauschers 11 lassen sich somit keine störenden Kationen aus der Prozesslösung abtrennen.FIG. 9 shows a diagram of a system with an auxiliary circuit and weakly acidic cation exchanger 14, which contains a strongly acidic cation exchanger 15 for the removal of disruptive cations from the process solution. The system according to FIG. 9 is constructed analogously to FIG. 8 and additionally contains a strongly acidic cation exchanger 15. This strongly acidic cation exchanger 15 is connected with the inlet and outlet with the coating container 1. The structure of the strongly acidic cation exchanger 15 corresponds to that from FIG. 3. This system, like the system from FIG. 8, contains a strongly acidic cation exchanger 11 in the auxiliary circuit of the membrane electrolysis cell, the task of which is to separate disruptive cations from the auxiliary circuit which are added of Reducing agent are entered as sodium hypophosphite in the regeneration solution. Since the auxiliary circuit and the process solution are separated from one another by the anion exchange membranes AI and A2, cations are not transported from the process solution into the auxiliary circuit. With the aid of the strongly acidic cation exchanger 11, no disruptive cations can be separated from the process solution.
Die Vorgehensweise der chemisch-reduktiven Abscheidung von Nickel auf Stahloberflächen in der Anlage aus Fig. 9 entspricht derjenigen, die zur Anlage aus Fig. 8 beschrieben wurde.The procedure for the chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces in the plant from FIG. 9 corresponds to that which was described for the plant from FIG. 8.
Während des chemisch-redulctiven Beschichtungsvorgangs laufen Sekundärprozesse wie z.B. Beizprozesse ab, die zu einem Eintrag von Fremdstoffen aus dem Basismaterial in die Prozesslösung führen, wobei die Fremdstoffe in der Prozesslösung in der Regel in kationischer Form vorliegen. Diese Fremdstoffe begrenzen die Nutzungsdauer der Prozesslösung insbesondere dann, wenn durch die beschriebenen Vorrichtungen über die Entfernung anderer störender Stoffe bzw. dem verminderten Eintrag störender Stoffe, wie hier insbesondere Sulfat- und Natriumionen, die Nutzungsdauer der Prozesslösung verlängert wird.During the chemical-reductive coating process, secondary processes such as Pickling processes that lead to the entry of foreign matter from the base material into the process solution, the foreign matter in the process solution usually being in a cationic form. These foreign substances limit the service life of the process solution in particular if the service life of the process solution is prolonged by the described devices by removing other interfering substances or the reduced introduction of interfering substances, such as sulfate and sodium ions in particular.
Durch den Einsatz des zusätzlichen starksauren Kationenaustauschers 15 wird in einem Reinigungsprozess eine Anreicherung störender kationischer Fremdstoffe in der Prozesslösung beseitigt. Dazu wird ein Volumensfrom an Prozesslösung über den, wie zu Fig. 3 beschrieben, mit Protonen beladenen Kationenaustauscher 15 geleitet. Gemäss seiner Selektivität bindet der starksaure Kationenaustauscher 15 bis zum Erreichen seiner Kapazitätsgrenze dabei in der Lösung befindlichen Kationen, wobei mehrwertige Kationen bevorzugt gebunden werden, und setzt eine äquivalente Menge an Protonen in die Lösung frei. Insbesondere bindet er hier Kationen, die aus dem Basismaterial stammen und den Prozess der chemisch-redulctiven Metallabscheidung stören, aber auch die Kationen des Beschichtungsmetalls.By using the additional strongly acidic cation exchanger 15, an accumulation of disruptive cationic foreign substances in the process solution is eliminated in a cleaning process. For this purpose, a volume of process solution is passed over the cation exchanger 15 loaded with protons, as described for FIG. 3. According to its selectivity, the strongly acidic cation exchanger 15 binds cations in the solution until its capacity limit is reached, polyvalent cations preferably being bound, and releases an equivalent amount of protons into the solution. In particular, it binds cations that come from the base material and interfere with the process of chemical-reductive metal deposition, but also the cations of the coating metal.
Die Entfernung der bei der Reinigung freigesetzten Protonen und die Zuführung der bei der Reinigung mit entfernten Ionen des Beschichtungsmetalls erfolgt dadurch, dass die Prozesslösung, wie zu Fig. 1 beschrieben, über den schwachsauren Kationenaustauscher 14 geleitet wird. Die Regenerierung des starksauren Kationenaustauschers 15 erfolgt, wie zu Fig. 3 beschrieben, durch Spülen des Kationenaustauschers mitThe protons released during the cleaning are removed and the ions of the coating metal removed during cleaning with the ions are supplied in that the process solution, as described for FIG. 1, is passed over the weakly acidic cation exchanger 14. The regeneration of the strongly acidic cation exchanger 15 takes place, as described for FIG. 3, by rinsing the cation exchanger with
Salzsäure. Durch die Abtrennung der kationischen Fremdstoffe mit Hilfe des starksauren Kationenaustauschers 15 kann eine weitere Verlängerung der Nutzungsdauer der Prozesslösung erreicht werden.Hydrochloric acid. By separating the cationic foreign substances with the aid of the strongly acidic cation exchanger 15, a further extension of the service life of the process solution can be achieved.
Fig. 10 zeigt ein Schema einer Membranelekfrolysezelle mit Hilfskreislauf und schwachsauren Kationenaustauscher 14, der mit dem Stapelbehälter 13 verbunden ist und die einen starksauren Kationenaustauscher 15 zur Abtrennung von störenden Kationen aus der Prozesslösung enthält. Die Anlage nach Fig. 10 enthält die gleichen An- lagenkomponenten wie Fig. 9, jedoch sind der Zu- und der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 nicht mit dem Beschichtungsbehälter 1, sondern mit dem Stapelbehälter 13 verbunden.10 shows a schematic of a membrane electrolytic cell with auxiliary circuit and weakly acidic cation exchanger 14, which is connected to the stacking container 13 and which contains a strongly acidic cation exchanger 15 for the separation of interfering cations from the process solution. The system according to FIG. 10 contains the same system components as FIG. 9, however the inflow and outflow of the weakly acidic cation exchanger 14 are not connected to the coating container 1 but to the stacking container 13.
Die chemisch-redulctive Abscheidung von Nickel auf Stahloberflächen in dieser Anlage erfolgt in Analogie zur Beschreibung zu Fig. 8. Dabei erfolgt die Nachdosierung des Reduktionsmittels und die Abfrennung von störenden Anionen analog der Beschreibung zu Fig. 5 in einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf.The chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces in this system takes place in analogy to the description of FIG. 8. Thereby, the reducing agent is replenished and disruptive anions are removed analogously to the description of FIG. 5 in a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit.
Dem Beschichtungsbehälter 1 wird ein bestimmter Volumensfrom an Prozesslösung entnommen und über den Wärmetauscher 4 auf Temperaturen < 50 °C abgekühlt, und im Vorlagebehälter 5 gesammelt. Zur Kühlung wird aufbereitete Prozesslösung verwendet, die zu diesem Zwecke dem Stapelbehälter 13 entnommen und in den Beschichtungsbehälter 1 geleitet wird. Die Reinigung der abgekühlten Lösung durch die Abtrennung von störenden Anionen und die Nachdosierung von Reduktionsmittel erfolgt durch den Kontakt mit dem Hilfskreislauf in der Membranelektrolysezelle, wie dies zu Fig. 5 beschrieben wurde.A certain volume of process solution is removed from the coating container 1 and cooled to temperatures <50 ° C. via the heat exchanger 4 and collected in the storage container 5. Prepared process solution is used for cooling, which for this purpose is removed from the stacking container 13 and passed into the coating container 1. The cooling of the cooled solution by the removal of interfering anions and the subsequent addition of reducing agent takes place by contact with the auxiliary circuit in the membrane electrolysis cell, as was described for FIG. 5.
Der Unterscheid zur Anlage aus Fig. 8 besteht darin, dass in der hier beschriebenen Anlage abgekühlte und aufbereitete Prozesslösung aus dem Stapelbehälter 13 zur Nachdosierung der verbrauchten Ionen des Beschichtungsmetalls und zur Einstellung des pH- Werts über den Nickel-Ionen beladenen schwachsauren Kationenaustauscher 14 geleitet wird. Da in dieser Ausfiihrungsform der Anlage abgekühlte Prozesslösung auf den schwachsauren Kationenaustauscher 14 gegeben wird, verringert sich die Gefahr einer unerwünschten Nickelabscheidung auf dem Ionenaustauscherpolymer. Diese erfindungsgemäße Vorgehensweise ist insbesondere dann sinnvoll, wenn durch die Abfrennung störender Anionen mit gleichzeitiger Nachdosierung von Hypophosphit eine recht hohe Konzentration an Hypophosphit in der gereinigten Prozesslösung erreicht wurde, da die Gefahr der unerwünschten redulctiven Metallabscheidung mit der Konzentration des Reduktionsmittel steigt.The difference to the system from FIG. 8 is that in the system described here, cooled and prepared process solution is passed from the stacking container 13 for further metering of the used ions of the coating metal and for adjusting the pH value over the weakly acidic cation exchanger 14 loaded with nickel ions , Since in this embodiment of the plant cooled process solution is added to the weakly acidic cation exchanger 14, the risk of undesired nickel deposition on the ion exchange polymer is reduced. This procedure according to the invention is particularly useful if a fairly high concentration of hypophosphite in the cleaned process solution has been achieved by the removal of interfering anions with simultaneous replenishment of hypophosphite, since the risk of undesired redulctive metal deposition increases with the concentration of the reducing agent.
Für den Reinigungsprozess zur Abtrennung störender Kationen wird mittels des starksauren Kationenaustauschers 15 verfahren, wie dies zu Fig. 9 beschrieben wurde.For the cleaning process for the removal of interfering cations, the strongly acidic cation exchanger 15 is used as described for FIG. 9.
Fig. 11 zeigt ein Schema einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf, bei welcher der Zulauf des starksauren Kationenaustauschers 15 zum Zwecke der indirekten Reinigung der Prozesslösung an das Spülsystem 3 angeschlossen ist. Die Anlage nach Fig. 11 enthält die gleichen Komponenten, wie die nach Fig. 9. Im Unterschied zur Anlage nach Fig. 9 ist hier der Zulauf des schwachsauren Kationenaustauschers 14 nicht mit dem Beschichtungsbehälter 1, sondern mit dem Stapelbehälter 13 und sein Ablauf über den Wärmetauscher 4 mit dem Beschichtungsbehälter 1 verbunden. In einem weiteren Unterschied zur Anlage nach Fig. 9 ist der starksauren Kationenaustauscher 15 mit seinem Zulauf mit dem Spülsystem 3 und mit seinem Ablauf mit dem Vorlagebehälter 5 verbunden. Durch den Wärmeaustauscher 4 wird der erforderliche Kühlprozess bei der Überführung von Prozesslösung aus dem Beschichtungsbehälter 1 in den Vorlagebehälter 5 für die Erwärmung aufbereiteter Lösung genutzt. Ein Verzicht auf einen Wärmeaustauscher ist möglich, sofern nur geringe Volumensfröme an Prozesslösung für die Reinigung der Prozesslösung aus dem Beschichtungsbehälter 1 in den Vorlagebehälter 5 überführt werden müssen.11 shows a schematic of a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit, in which the inlet of the strongly acidic cation exchanger 15 is connected to the rinsing system 3 for the purpose of indirect cleaning of the process solution. The system according to FIG. 11 contains the same components as that according to FIG. 9. In contrast to the system according to FIG. 9, the inlet of the weakly acidic cation exchanger 14 is not with the coating container 1 but with the stacking container 13 and its outlet via the Heat exchanger 4 connected to the coating container 1. In a further difference to the system according to FIG. 9, the strongly acidic cation exchanger 15 is connected to the rinsing system 3 with its inlet and with the outlet container 5 with its outlet. The heat exchanger 4 uses the required cooling process when transferring process solution from the coating container 1 to the storage container 5 for heating the prepared solution. A heat exchanger can be dispensed with, provided that only small volumes of process solution for cleaning the process solution have to be transferred from the coating container 1 into the storage container 5.
Zur chemisch-redulctiven Abscheidung von Nickel auf Stahloberflächen in dieser Anlage wird wie folgt verfahren: Das Werkstück 2 wird im Beschichtungsbehälter 1 bei einer Temperatur von ca. 85 °C analog der Beschreibung zu Fig. 1 behandelt. Die Prozesslösung hat zu Beginn des Prozesses einen pH-Wert von 4,5 und einen Nickelgehalt von 6,0 g/1. Durch die Metallabscheidung sinken pH- Wert und der Nickelgehalt in der Prozesslösung. Nach erfolgter Beschichtung wird das beschichtete Werkstück 2 in die Spülbehälter des Spülsystems 3 eingetaucht. Mit dem Werkstück wird ein Teil der Prozesslösung in die Spüllösung des Spülsystems 3 ausgeschleppt. Dabei gelangen auch störende Kationen und Anionen aus der Prozesslösung in das Spülsystem 3. Die Einstellung des pH- Wertes und die Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls erfolgt durch den schwachsauren Kationenaustauscher 14, der zwischen den Stapelbehälter 13 und Beschichtungsbehälter 1 geschaltet ist.The procedure for the chemical-reductive deposition of nickel on steel surfaces in this system is as follows: the workpiece 2 is treated in the coating container 1 at a temperature of approximately 85 ° C. analogously to the description of FIG. 1. The process solution has a pH of 4.5 and a nickel content of 6.0 g / 1 at the beginning of the process. The metal deposition reduces the pH value and the nickel content in the process solution. After coating, the coated workpiece 2 is immersed in the rinsing container of the rinsing system 3. With the workpiece, part of the process solution is dragged into the rinsing solution of the rinsing system 3. Interfering cations and anions from the process solution also get into the rinsing system 3. The pH value and the replenishment of ions of the coating metal are carried out by the weakly acidic cation exchanger 14, which is connected between the stacking container 13 and coating container 1.
Die Nachdosierung des Reduktionsmittels und die Abfrennung von störenden Anionen erfolgt in dieser Anlage in einer Membranelektrolysezelle mit Hilfskreislauf, wie zu Fig. 5 beschrieben, wobei der Membranelekfrolysezelle eine verdünnte Prozesslösung aufgegeben wird. Dazu wird Spüllösung aus dem Spülsystem 3 über den starksauren Kationenaustauscher 15 geführt, wodurch aus der Spüllösung störende Kationen entfernt werden. Damit eine ausreichende Reinigung der Prozesslösung auch ohne hohe spezifische Elektrolytausschleppungen erreicht werden kann, wird ein bestimmter Volumensfrom der Prozesslösung aus dem Beschichtungsbehälter 1 über den Wärmetauscher 4 (optional) dem Vorlagebehälter 5 zugeführt. Der erforderliche Volumensfrom hängt von der abgeschiedenen Metallmenge ab und wird mit Hilfe der Gleichung (2) berechnet.The metering of the reducing agent and the removal of interfering anions is carried out in this system in a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit, as described in FIG. 5, the diluted process solution being applied to the membrane electrolysis cell. For this purpose, rinsing solution from the rinsing system 3 is passed over the strongly acidic cation exchanger 15, as a result of which disruptive cations are removed from the rinsing solution. So that adequate cleaning of the process solution can be achieved even without high specific electrolyte carry-out, a certain volume of the process solution is fed from the coating container 1 via the heat exchanger 4 (optional) to the storage container 5. The volume required depends on the amount of metal deposited and is calculated using equation (2).
Aus dem Vorlagebehälter 5 wird die Prozesslösung, wie zu Fig. 5 beschrieben, in der Membranelekfrolysezelle mit dem Hilfskreislauf in Kontakt gebracht. Die Spannung, die an die Membranelektrolysenanlage angelegt wird, beträgt bei 40 Einheiten 90 V. In der Membranelektrolysezelle werden durch den Kontakt mit dem Hilfskreislauf störende Anionen aus der Prozesslösung abgefrennt und Reduktionsmittel kationenfrei in die Prozesslösung nachdosiert. Die so aufbereitete Prozesslösung wird dem Stapelbehälter 13 entnommen und zur Nachdosierung der verbrauchten Metallionen sowie zur Einstellung des pH-Werts über den mit Nickel-Ionen beladenen schwachsauren Kationenaustauscher 14 geleitet. Der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauscher 14 wird dem Beschichtungsbehälter 1 zugeführt und zum Ausgleich der Verdunstungsverluste genutzt.The process solution, as described for FIG. 5, is brought into contact with the auxiliary circuit in the membrane electrolysis cell from the storage container 5. The voltage that is applied to the membrane electrolysis system is 90 V in the case of 40 units. In the membrane electrolysis cell, disruptive anions are removed from the process solution by contact with the auxiliary circuit, and reducing agents are replenished cation-free into the process solution. The process solution prepared in this way is removed from the stacking container 13 and passed over the weakly acidic cation exchanger 14 loaded with nickel ions in order to replenish the used metal ions and to adjust the pH. The drain of the weakly acidic cation exchanger 14 is fed to the coating container 1 and used to compensate for the evaporation losses.
Vorteilhaft bei dieser Ausgestaltung der Prozesstechnik ist, dass dem Regeneriersystem eine verdünnte Prozesslösung aufgegeben wird. Durch die niedrigere Konzenfration von Inhaltsstoffen (Ionen des Beschichtungsmetalls, Reduktionsmittel) verringert sich die Gefahr einer unerwünschten Metallabscheidung auf sensiblen Komponenten der Reinigungsvorrichtung, wie z.B. Membranen und Ionenaustauscherpolymere. Durch die erfindungsgemäße Behandlung der Prozesslösung wird ein stationärer Zustand auf einem Konzenfrationsniveau erreicht, das einem Badalter von ca. 1 MTO entspricht und durch folgende tabellarisch dargestellte Parameter der Prozesslösung charakterisiert ist:It is advantageous with this configuration of the process technology that a diluted process solution is applied to the regeneration system. The lower concentration of ingredients (ions of the coating metal, reducing agent) reduces the risk of undesired metal deposition on sensitive components of the cleaning device, such as membranes and ion exchange polymers. The treatment of the process solution according to the invention achieves a steady state at a concentration level which corresponds to a bath age of approximately 1 MTO and is characterized by the following parameters of the process solution shown in table form:
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Vorteilhaft entspricht dieser stationäre Zustand in den wichtigen Parametern wie pH- Wert, Nickelgehalt und Abscheidegeschwindigkeit einer frischen Prozesslösung. Durch eine Variation der Volumenströme an Prozesslösung, die mit dem Hilfskreislauf in Kontakt gebracht werden, können Zusammensetzungen der Prozesslösung eingestellt werden, die einem Badalter von 1 bis 4 MTO entsprechen. This steady state advantageously corresponds to a fresh process solution in the important parameters such as pH value, nickel content and deposition rate. By varying the volume flows of process solution that are brought into contact with the auxiliary circuit, compositions of the process solution can be set that correspond to a bath age of 1 to 4 MTO.
Aufstellung der verwendeten Bezugszeichen:List of the reference symbols used:
1 Beschichtungsbehälter1 coating container
2 zu beschichtendes Werkstück2 workpiece to be coated
3 (mehrstufiges) Spülsystem3 (multi-stage) rinsing system
4 Wärmetauscher4 heat exchangers
5 Vorlagebehälter für zu reinigende Prozesslösung5 storage containers for process solution to be cleaned
6 Anodenkammer der Membranelekfrolysezelle6 anode chamber of the membrane electrolytic cell
7 Anreicherungskammer des Hilfskreislaufes der Membranelektrolysezelle7 Enrichment chamber of the auxiliary circuit of the membrane electrolysis cell
8 Kammer der Membranelektrolysezelle mit zu reinigender Prozesslösung8 chamber of the membrane electrolysis cell with process solution to be cleaned
9 schwachbasischer Anionenaustauscher zur Auftrennung des Anionengemisches9 weakly basic anion exchanger for the separation of the anion mixture
10 Pufferbehälter für den Hilfskreislauf10 buffer tanks for the auxiliary circuit
11 starksaurer Kationenaustauscher im Hilfskreislauf11 strongly acidic cation exchangers in the auxiliary circuit
12 Regenerierkammer des Hilfskreislaufes der Membranelekfrolysezelle12 Regeneration chamber of the auxiliary circuit of the membrane electrolysis cell
13 Stapelbehälter für gereinigte Prozesslösung13 stacking containers for cleaned process solution
14 schwachsaurer Kationenaustauscher zur Nachdosierung des B eschichtungsmetalls14 weakly acidic cation exchangers for replenishing the coating metal
15 starksaurer Kationenaustauscher zur Reinigung der Prozesslösung15 strongly acidic cation exchangers for cleaning the process solution
16 Regenerierbehälter + Anode16 regeneration tanks + anode
- Kathode- cathode
A1,A2 AnionaustauschermembranenA1, A2 anion exchange membranes
Kl KationenaustauschermembranKl cation exchange membrane
H O FrischwasserH O fresh water
NaH2PO2 Redulctionsmittel NaH 2 PO 2 reductant

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-redulctive Metallabscheidung, bei dem das bei der Metallabscheidung verbrauchte Reduktionsmittel sowie Ionen des Beschichtungsmetalls nachdosiert und der pH- Wert der Prozesslösung eingestellt werden, wobei die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls und die pH- Wert-Einstellung mit Hilfe mindestens eines mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauschers (14) erfolgt, dadurch gekennzeichnet, dass der pH- Wert der Prozesslösung überwacht wird, dass bei Absinken des pH-Wertes der Prozesslösung ein Teil der Prozesslösung, gegebenenfalls nach Verdünnung, durch den schwachsauren Kationenaustauscher (14) geleitet wird und die durch den schwachsauren Kationenaustauscher (14) aufbereitete Lösung der Prozesslösung direkt wieder zugeführt wird, dass über die Kontrolle des pH- Wertes im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers (14) die Funktionsfähigkeit des schwachsauren Kationenaustauschers überwacht wird, dass bei Annäherung des pH- Wertes im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers an den pH- Wert der Prozesslösung, der Kationenaustauscher für einen erneuten Einsatz wieder mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladen wird.1. A method for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, in which the reducing agent used in the metal deposition and ions of the coating metal are replenished and the pH of the process solution is adjusted, the replenishment of the ions of the coating metal and the pH The value is set with the aid of at least one weakly acidic cation exchanger (14) loaded with ions of the coating metal, characterized in that the pH of the process solution is monitored, that when the pH of the process solution drops, part of the process solution, if necessary after dilution, is passed through the weakly acidic cation exchanger (14) and the solution prepared by the weakly acidic cation exchanger (14) is fed directly back into the process solution that, via the control of the pH value in the outlet of the weakly acidic cation exchanger (14), the functionality d it is monitored weakly acidic cation exchanger that when the pH value in the outlet of the weakly acidic cation exchanger approaches the pH value of the process solution, the cation exchanger is again loaded with ions of the coating metal for use again.
2. Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bei dem das bei der Metallabscheidung verbrauchte Reduktionsmittel sowie Ionen des Beschichtungsmetalls nachdosiert und der pH- Wert in der Prozesslösung eingestellt werden, wobei Anionen in einer Membranelekfrolysezelle mit zusätzlichem Hilfskreislauf zwischen der Prozesslösung und dem Hilfskreislauf über die Anionenaustauschermembranen (AI, A2) ausgetauscht werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Nachdosierung des Reduktionsmittels in Form eines Salzes oder einer Salzlösung in den Hilfskreislauf erfolgt, wobei aus dem Redulctionsmittel stammende störende Kationen mit Hilfe eines starksauren H+-Ionen-beladenen Kationenaustauschers (11) und störende Anionen mit Hilfe eines schwachbasischen Anionenaustauschers (9) aus dem Hilfskreislauf abgefrennt werden. 2.Procedure to extend the service life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, in which the reducing agent used in the metal deposition and ions of the coating metal are replenished and the pH in the process solution is adjusted, with anions in a membrane electrolytic cell with an additional auxiliary circuit between the Process solution and the auxiliary circuit can be exchanged via the anion exchange membranes (AI, A2), characterized in that the reducing agent is metered into the auxiliary circuit in the form of a salt or a salt solution, with disruptive cations originating from the reductant using a strongly acidic H + ion loaded cation exchanger (11) and interfering anions can be removed from the auxiliary circuit with the aid of a weakly basic anion exchanger (9).
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die pH- Wert- Einstellung und die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls mit Hilfe mindestens eines mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauschers (14) erfolgt.3. The method according to claim 2, characterized in that the pH value adjustment and the metering of the ions of the coating metal is carried out with the aid of at least one weakly acidic cation exchanger (14) loaded with ions of the coating metal.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass sich bei der Metallabscheidung in der Prozesslösung anreichernde störende Kationen mit Hilfe mindestens eines starksauren H+-Ionen-beladenen Kationenaustauschers (15) abgetrennt werden.4. The method according to claim 2 or 3, characterized in that during the metal deposition in the process solution accumulating interfering cations are separated with the aid of at least one strongly acidic H + ion-loaded cation exchanger (15).
5. Verfahren zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-redulctive Metallabscheidung, bei dem das bei der Metallabscheidung verbrauchte Reduktionsmittel, sowie Ionen des Beschichtungsmetalls nachdosiert, und der pH-Wert der Prozesslösung eingestellt werden, wobei ein Kationenaustauscher zur Entfernung von Kationen aus der Prozesslösung eingesetzt wird, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Metallabscheidung sich in der Prozesslösung anreichernde störende Kationen mit Hilfe mindestens eines starksauren H+-Ionen-beladenen Kationenaustauschers (15) und dass bei der Metallabscheidung sich in der Prozesslösung anreichernde störende Anionen mit Hilfe mindestens eines schwachbasischen Anionenaustauschers (9) aus der Prozesslösung oder einer verdünnten Prozesslösung abgefrennt werden.5. A method for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, in which the reducing agent used in the metal deposition and ions of the coating metal are replenished, and the pH of the process solution is adjusted, using a cation exchanger to remove cations from the Process solution is used, characterized in that, in the metal deposition, interfering cations accumulating in the process solution with the aid of at least one strongly acidic H + ion-loaded cation exchanger (15) and in the metal deposition, interfering anions accumulating in the process solution with the aid of at least one weakly basic anion exchanger (9) be burned off from the process solution or a diluted process solution.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die pH- Wert- Einstellung und die Nachdosierung der Ionen des Beschichtungsmetalls mit Hilfe mindestens eines mit Ionen des Beschichtungsmetalls beladenen schwachsauren Kationenaustauschers (14) erfolgt. 6. The method according to claim 5, characterized in that the pH adjustment and the subsequent metering of the ions of the coating metal is carried out with the aid of at least one weakly acidic cation exchanger (14) loaded with ions of the coating metal.
7. Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, bestehend aus mindestens einem7. Device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, consisting of at least one
. schwachsauren Kationenaustauscher (14) zum Einsatz für die pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls in einer Anlage für die chemisch-redulctive Metallabscheidung, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung Elemente zur Kreislaufführung der Prozesslösung oder abgekühlter oder vorbehandelter Prozesslösung durch den schwachsauren Kationenaustauscher (14) aufweist, dass der schwachsaure Kationenaustauscher (14) mit seinem Zulauf mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung oder abgekühlte Prozesslösung oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, verbunden ist, dass der schwachsaure Kationenaustauscher (14) mit seinem Ablauf direkt mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung enthält, verbunden ist, dass die Vorrichtung Messvorrichtungen zur Überwachung des pH-Werts der Prozesslösung (S. 33) und des pH-Werts im Ablauf des schwachsauren Kationenaustauscher (14) aufweist., weakly acidic cation exchanger (14) for use in adjusting the pH and replenishing ions of the coating metal in a system for chemical-redulctive metal deposition, characterized in that the device has elements for recycling the process solution or cooled or pretreated process solution by the weakly acidic cation exchanger (14) has that the weakly acidic cation exchanger (14) is connected with its inlet to at least one container containing process solution, diluted process solution or cooled process solution or pretreated process solution, that the weakly acidic cation exchanger (14) with its outlet is directly connected to at least one Container containing the process solution is connected that the device has measuring devices for monitoring the pH of the process solution (p. 33) and the pH in the outlet of the weakly acidic cation exchanger (14).
8. Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-redulctive Metallabscheidung in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, wobei die Vorrichtung mindestens einen Kationenaustauscher zum Einsatz für die Entfernung von Kationen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Kationenaustauscher ein starksaurer mit H+-Ionen beladener Kationenaustauscher (15) ist, dass die Vorrichtung Elemente zur Kreislaufführung der Prozesslösung oder abgekühlter oder vorbehandelter Prozesslösung durch den starksauren Kationenaustauscher (15) aufweist, dass der starksaure Kationenaustauscher (15) mit seinem Zulauf und seinem Ablauf direkt mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung oder abgekühlte Prozesslösung oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, verbunden ist. 8. Device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition in a system for chemical-reductive metal deposition, the device containing at least one cation exchanger for use in the removal of cations, characterized in that the cation exchanger is a strongly acidic with H + -Ions loaded cation exchanger (15) is that the device has elements for recycling the process solution or cooled or pretreated process solution through the strongly acidic cation exchanger (15), that the strongly acidic cation exchanger (15) with its inlet and outlet directly with at least one container, containing process solution, diluted process solution or cooled process solution or pretreated process solution.
9. Vomchtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung in einer Anlage für die chemisch-redulctive Metallabscheidung, wobei die Vorrichtung mindestens einen Kationenaustauscher zum Einsatz für die Entfernung von Kationen enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Kationenaustauscher ein starksaurer mit H+-Ionen beladener Kationenaustauscher (15) ist, dass die Norrichtung mindestens einen zu dem starksauren Kationenaustauscher (15) in Reihe oder parallel geschalteten schwachsauren Kationenaustauscher (14) zum Einsatz für die pH- Wert-Einstellung und Νachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung enthält, dass die Norrichtung Elemente zur Verbindung des starksauren Kationenaustauschers (15) und des schwachsauren Kationenaustauschers (14) mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung und/oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, aufweist.9. Device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition in a system for chemical-redulctive metal deposition, the device containing at least one cation exchanger for use in the removal of cations, characterized in that the cation exchanger is a strongly acidic one with H + -Ions loaded cation exchanger (15) is that the Norrichtung at least one weakly acidic cation exchanger (14) connected in series or parallel to the strongly acidic cation exchanger (15) for use for pH adjustment and Νachdosing of ions of the coating metal in a plant for the chemical-reductive metal deposition contains the elements for connecting the strongly acidic cation exchanger (15) and the weakly acidic cation exchanger (14) with at least one container, the process solution, diluted process solution, cooled process solution and / or pretreatment contains the last process solution.
10. Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, wobei die Vorrichtung mindestens einen Kationenaustauscher zum Einsatz für die Entfernung von Kationen, sowie mindestens einen schwachbasischen Anionenaustauscher (9) enthält, dadurch gekennzeichnet, dass der Kationenaustauscher ein starksaurer mit H+-Ionen beladener Kationenaustauscher (15) ist, dass der starksaure Kationenaustauscher (15) mit seinem Zulauf direkt mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung oder abgekühlte Prozesslösung oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, verbunden ist, dass der starksaure Kationenaustauscher (15) mit seinem Ablauf mit einem schwachbasischen Anionenaustauscher (9) für die Entfernung störender Anionen verbunden ist, dass der schwachbasische Anionenaustauscher (9) mit einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung oder abgekühlte Prozesslösung oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, verbunden ist. 10. The device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition, the device containing at least one cation exchanger for use in the removal of cations, and at least one weakly basic anion exchanger (9), characterized in that the cation exchanger is a strongly acidic with H + -Ions loaded cation exchanger (15) is that the strongly acidic cation exchanger (15) with its inlet is connected directly to at least one container which contains process solution, diluted process solution or cooled process solution or pretreated process solution, that the strongly acidic cation exchanger (15) is connected to its Process with a weakly basic anion exchanger (9) for the removal of interfering anions is connected to the weakly basic anion exchanger (9) with a container containing the process solution, diluted process solution or cooled process solution or pretreated process oil solution contains, is connected.
11. Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-redulctive Metallabscheidung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich mindestens einen schwachsauren Kationenaustauscher (14) für die pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls und Elemente zur Verbindung des schwachsauren Kationenaustauschers (14) mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung und/oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, aufweist.11. The device for extending the useful life of a process solution for the chemical-redulctive metal deposition according to claim 10, characterized in that it additionally has at least one weakly acidic cation exchanger (14) for adjusting the pH and replenishing ions of the coating metal and elements for connecting the weakly acidic cation exchanger (14) with at least one container containing process solution, diluted process solution, cooled process solution and / or pretreated process solution.
12. Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-redulctive Metallabscheidung zum Einsatz in einer Anlage für die chemisch-reduktive Metallabscheidung, . bestehend aus einer Membranelektrolysezelle mit einem Hilfskreislauf, der mindestens einen schwachbasischen Anionenaustauscher (9) und mindestens einen zu diesem in Reihe oder parallel geschalteten starksauren Kationenaustauscher (11) enthält, wobei die Membranelektrolysezelle aus mindestens einer Anode +, einer Kathode -, und mindestens vier dazwischen in Reihe angeordneten Kammern besteht, wobei die Anode in der ersten Kammer, der Anodenkammer (6), enthalten ist, die Anodenlcammer (6) über eine Kationenaustauschermembran (Kl) mit der zweiten, der Anreicherungskammer (7) in Kontakt steht, die dritte Kammer (8) über Anionenaustauschermembranen (AI, A2) mit der zweiten, der Anreicherungskammer (7) und der vierten, der Nachdosierkammer (12), in Kontakt steht, wobei die Anreicherungskammer (7) und Nachdosierkammer (12) Teil des Hilfskreislaufes sind und mit dem schwachbasischen Anionenaustauscher (9) und dem starksauren Kationenaustauscher (11) verbunden sind, wobei der Kontakt zwischen Prozesslösung und Hilfskreislauf über die Anionenustauschermembranen (AI, A2) in der dritten Kammer (8) erfolgt, die Kammern (7), (8) und (12) zusammen eine innerhalb der Membranelektrolysezelle mehrfach wiederholbare Basiseinheit bilden und die Vorrichtung Elemente zur Verbindung der dritten Kammer (8) der Membranelekfrolysezelle mit mindestens einem Behälter, der abgekühlte Prozesslösung, verdünnte abgekühlte Prozesslösung, und/oder vorbehandelte abgekühlte Prozesslösung enthält, aufweist. 12. Device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition for use in a system for chemical-reductive metal deposition. Consisting of a membrane electrolysis cell with an auxiliary circuit, which contains at least one weakly basic anion exchanger (9) and at least one strongly acidic cation exchanger (11) connected in series or parallel to it, the membrane electrolysis cell consisting of at least one anode +, one cathode -, and at least four in between there are chambers arranged in series, the anode being contained in the first chamber, the anode chamber (6), the anode chamber (6) being in contact with the second, the enrichment chamber (7) via a cation exchange membrane (Kl), the third chamber (8) via anion exchange membranes (AI, A2) with the second, the enrichment chamber (7) and the fourth, the redosing chamber (12), in contact, the enrichment chamber (7) and redosing chamber (12) being part of the auxiliary circuit and with the weakly basic anion exchanger (9) and the strongly acidic cation exchanger (11) are connected, the contact between n Process solution and auxiliary circuit via the anion exchange membranes (AI, A2) in the third chamber (8), the chambers (7), (8) and (12) together form a base unit that can be repeated several times within the membrane electrolysis cell and the device elements for connecting the third chamber (8) of the membrane electrolytic cell with at least one container which contains cooled process solution, diluted cooled process solution, and / or pretreated cooled process solution.
13. Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-redulctive Metallabscheidung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass sie zusätzlich mindestens einen schwachsauren Kationenaustauscher (14) für die pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls und/oder starksauren Kationenaustauscher (15) zur Abfrennung störender Kationen und Elemente zur Verbindung des schwachsauren Kationenaustauschers (14) und/oder starksauren Kationenaustauschers (15) mit mindestens einem Behälter, der Prozesslösung, verdünnte Prozesslösung, abgekühlte Prozesslösung und/oder vorbehandelte Prozesslösung enthält, aufweist.13. Device for extending the useful life of a process solution for chemical-reductive metal deposition according to claim 12, characterized in that it additionally has at least one weakly acidic cation exchanger (14) for adjusting the pH and replenishing ions of the coating metal and / or strongly acidic cation exchanger (15) for the removal of interfering cations and elements for connecting the weakly acidic cation exchanger (14) and / or strongly acidic cation exchanger (15) with at least one container which contains process solution, diluted process solution, cooled process solution and / or pretreated process solution.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekemizeichnet, dass der oder die Ionenaustauscher (9, 11, 14, 15) Säulenaustauscher sind, die mindestens ein festes, wasserunlösliches, organisches oder anorganisches Ionenaustauschermaterial enthalten und im Gleich- oder Gegenstrom regeneriert werden können.14. Device according to one of claims 7 to 13, characterized in that the ion exchanger (s) (9, 11, 14, 15) are column exchangers which contain at least one solid, water-insoluble, organic or inorganic ion exchange material and regenerate in cocurrent or countercurrent can be.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Ionenaustauscher (9, 11, 14, 15) jeweils Teil eines Filter- oder Membranapparates sind, welcher mindestens ein regenerierbares, organisches oder anorganisches Ionenaustauschermaterial enthält.15. Device according to one of claims 7 to 13, characterized in that the ion exchanger (s) (9, 11, 14, 15) are each part of a filter or membrane apparatus which contains at least one regenerable, organic or inorganic ion exchange material.
16. Voπichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass der oder die Ionenaustauscher (9, 11, 14, 15) jeweils aus einem Behälter besteht, der eine mit der Prozesslösung nicht mischbare Flüssigkeit, in der ein Ionenaustauschermaterial verteilt ist, enthält.16. Device according to one of claims 7 to 13, characterized in that the ion exchanger (s) (9, 11, 14, 15) each consists of a container which is a liquid which is immiscible with the process solution and in which an ion exchange material is distributed, contains.
17. Anlage für die chemisch-redulctive Metallabscheidung, bestehend aus mindestens einem Beschichtungsbehälter (1), einem Spülsystem (3) und zugehöriger Peripherie, wie z. B. Pumpen, Ventile, Messvorrichtungen für pH- Wert, Leitfähigkeit, Temperaturen, dadurch gekennzeichnet, dass sie mindestens eine Vorrichtung zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch-redulctive Metallabscheidung nach einem der Ansprüche 7 bis 16 enthält. 17. Plant for the chemical-redulctive metal deposition, consisting of at least one coating container (1), a rinsing system (3) and associated peripherals, such as. B. pumps, valves, measuring devices for pH, conductivity, temperatures, characterized in that it contains at least one device for extending the useful life of a process solution for the chemical-redulctive metal deposition according to one of claims 7 to 16.
18. Anlage nach Anspruch 17 mit mindestens einer Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der starksaure Kationenaustauscher (15) und der schwachbasische Anionenaustauscher (9) in Reihen- oder Parallelschaltung mit dem Spülsystem (3) oder einem zusätzlichen, mit dem Spülsystem (3) verbundenen, Regenerierbehälter (16) und der Zulauf des schwachsauren Kationenaustauschers (14) mit dem Spülsystem (3) oder dem Regenerierbehälter (16) und der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers (14) mit dem Beschichtungsbehälter (1) verbunden sind.18. Plant according to claim 17 with at least one device according to claim 11, characterized in that the strongly acidic cation exchanger (15) and the weakly basic anion exchanger (9) in series or parallel connection with the flushing system (3) or an additional, with the flushing system ( 3) connected regeneration tank (16) and the inlet of the weakly acidic cation exchanger (14) with the rinsing system (3) or the regeneration tank (16) and the outlet of the weakly acidic cation exchanger (14) with the coating tank (1).
19. Anlage nach Anspruch 17, mit mindestens einer Vorrichtung nach Anspruch 7 und/oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Zulauf und der Ablauf des schwachsauren Kationenaustauschers (14) und/oder des starksauren Kationenaustauschers (15) direkt oder über einen Wärmetauscher (4) mit dem Beschichtungsbehälter (1) verbunden sind.19. Plant according to claim 17, with at least one device according to claim 7 and / or 8, characterized in that the inlet and outlet of the weakly acidic cation exchanger (14) and / or the strongly acidic cation exchanger (15) directly or via a heat exchanger (4th ) are connected to the coating container (1).
20. Anlage nach Anspruch 17 mit mindestens einer Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Kammer (8) der Membranelektrolysezelle über einen Wärmetauscher (4) mit dem Beschichtungsbehälter (1) verbunden ist.20. Plant according to claim 17 with at least one device according to claim 12, characterized in that the third chamber (8) of the membrane electrolysis cell is connected to the coating container (1) via a heat exchanger (4).
21. Anlage nach Anspruch 20 mit mindestens einer Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der starksaure Kationenaustauscher (15) mit seinem Zulauf mit dem Spülsystem (3) und mit seinem Ablauf über einen zusätzlichen Vorlagebehälter (5), der zwischen Beschichtungsbehälter (1) und der dritten Kammer (8) der Membranelektrolysezelle geschaltet ist, verbunden ist.21. Plant according to claim 20 with at least one device according to claim 8, characterized in that the strongly acidic cation exchanger (15) with its inlet with the rinsing system (3) and with its outlet via an additional storage container (5) which is between the coating container (1 ) and the third chamber (8) of the membrane electrolysis cell is connected.
22. Anlage nach Anspruch 20 oder 21 mit mindestens einer Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass der schwachsaure Kationenaustauscher (14) mit seinem Zulauf mit der dritten Kammer (8) der Membranelekfrolysezelle verbunden und mit seinem Ablauf über den Wärmetauscher (4) mit dem Beschichtungsbehälter (1) verbunden ist. 22. Plant according to claim 20 or 21 with at least one device according to claim 7, characterized in that the weakly acidic cation exchanger (14) with its inlet connected to the third chamber (8) of the membrane electrolytic cell and with its outlet via the heat exchanger (4) the coating container (1) is connected.
23. Verwendung von star saurem H+-Ionen-beladenem Kationenaustauschermaterial oder H+-Ionen-beladenen starksauren Kationenaustauschern (11, 15) für die Entfernung störender Kationen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch reduktive Metallabscheidung.23. Use of star acidic H + ion-loaded cation exchange material or H + ion loaded strongly acidic cation exchangers (11, 15) for the removal of interfering cations to extend the useful life of a process solution for chemically reductive metal deposition.
24. Verwendung einer Kombination aus a.) schwachbasischem Anionenaustauschermaterial oder schwachbasischen Anionenaustauschern (9) für die Entfernung störender Anionen und b.) H+-Ionen-beladenem Kationenaustauschermaterial oder H+-Ionen-beladenen starksauren Kationenaustauschern (11, 15) für die Entfernung störender Kationen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch reduktive Metallabscheidung.24. Use of a combination of a.) Weakly basic anion exchange material or weakly basic anion exchangers (9) for the removal of interfering anions and b.) H + ion-loaded cation exchange material or H + ion-loaded strongly acidic cation exchangers (11, 15) for the removal of interfering cations to extend the service life of a process solution for chemically reductive metal deposition.
25. Verwendung einer Kombination aus a.) schwachsaurem Kationenaustauschermaterial oder schwachsauren Kationenaustauschern (14) für die pH- Wert-Einstellung und Nachdosierung von Ionen des Beschichtungsmetalls und b.) H+-Ionen-beladenem Kationenaustauschermaterial oder H+-Ionen-beladenen starksauren Kationenaustauschern (11, 15) für die Entfernung störender Kationen zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch reduktive Metallabscheidung25. Use of a combination of a.) Weakly acidic cation exchange material or weakly acidic cation exchangers (14) for adjusting the pH and replenishing ions of the coating metal and b.) H + ion-loaded cation exchange material or H + ion-loaded strongly acidic cation exchangers (11 , 15) for the removal of interfering cations to extend the useful life of a process solution for chemically reductive metal deposition
26. Verwendung einer Kombination aus a.) schwachbasischem Anionenaustauschermaterial oder schwachbasischen26. Use of a combination of a.) Weakly basic anion exchange material or weakly basic
Anionenaustauschern (9) für die Entfernung störender Anionen und b.) H+-Ionen beladenem starksaurem Kationenaustauschermaterial oder H+-Ionen beladenen starksauren Kationenaustauschern (11, 15) für die Entfernung störenderAnion exchangers (9) for the removal of disruptive anions and b.) H + ions loaded with strongly acidic cation exchange material or H + ions loaded with strongly acidic cation exchangers (11, 15) for the removal of disruptive
Kationen und c.) schwachsaurem Kationenaustauschermaterial oder schwachsaurenCations and c.) Weakly acidic cation exchange material or weakly acidic
Kationenaustauschern (14) für die pH-Wert-Einstellung und Nachdosierung vonCation exchangers (14) for pH adjustment and replenishment of
Ionen des Beschichtungsmetalls zur Verlängerung der Nutzungsdauer einer Prozesslösung für die chemisch reduktive Metallabscheidung. Ions of the coating metal to extend the service life of a process solution for chemical reductive metal deposition.
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Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006018173A1 (en) 2004-08-10 2006-02-23 Blasberg Werra Chemie Gmbh Device and method for removing foreign matter from process solutions
US8202431B2 (en) 2005-11-25 2012-06-19 Enthone Inc. Method for removing impurities from a metal deposition process solution
CN110880449A (en) * 2019-09-30 2020-03-13 王偲偲 Silicon wafer cleaning method
WO2020083414A1 (en) * 2018-10-22 2020-04-30 RIAG Oberflächentechnik AG Method for coating substrate surfaces, and device having a coating bath, a density-measuring apparatus, a removal apparatus, an adding apparatus and a controller

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008056776A1 (en) 2008-11-11 2010-05-12 Enthone Inc., West Haven Galvanic bath and method for the deposition of zinciferous layers

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4863612A (en) * 1987-08-10 1989-09-05 Kinetico, Inc. Apparatus and method for recovering materials from process baths
US5112392A (en) * 1991-06-21 1992-05-12 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Recovery process for electroless plating baths
DE4310366C1 (en) * 1993-03-30 1994-10-13 Fraunhofer Ges Forschung Method for regenerating aqueous coating baths operating in an electroless manner

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2726969A (en) 1953-12-03 1955-12-13 Gen Motors Corp Chemical reduction plating process
US2726968A (en) 1953-12-03 1955-12-13 Gen Motors Corp Electroless nickel solution control
DE19851180C1 (en) * 1998-11-06 2000-04-20 Guv Ges Fuer Umweltvertraeglic Chemical reduction metal plating solution is regenerated using a weakly basic anion exchanger for hypophosphite ion recycle to the cathodic chamber of an electrodialysis cell

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4863612A (en) * 1987-08-10 1989-09-05 Kinetico, Inc. Apparatus and method for recovering materials from process baths
US4863612B1 (en) * 1987-08-10 1994-11-01 Kineticon Inc Apparatus and method for recovering materials from process baths
US5112392A (en) * 1991-06-21 1992-05-12 Martin Marietta Energy Systems, Inc. Recovery process for electroless plating baths
DE4310366C1 (en) * 1993-03-30 1994-10-13 Fraunhofer Ges Forschung Method for regenerating aqueous coating baths operating in an electroless manner

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CLEAN PRODUCTS AND PROCESSES, Bd. 2, Nr. 4, 2001, Seiten 209-219, XP008041196 HEIDELBERG *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006018173A1 (en) 2004-08-10 2006-02-23 Blasberg Werra Chemie Gmbh Device and method for removing foreign matter from process solutions
US8202431B2 (en) 2005-11-25 2012-06-19 Enthone Inc. Method for removing impurities from a metal deposition process solution
WO2020083414A1 (en) * 2018-10-22 2020-04-30 RIAG Oberflächentechnik AG Method for coating substrate surfaces, and device having a coating bath, a density-measuring apparatus, a removal apparatus, an adding apparatus and a controller
CN110880449A (en) * 2019-09-30 2020-03-13 王偲偲 Silicon wafer cleaning method
CN110880449B (en) * 2019-09-30 2022-07-19 王偲偲 Silicon wafer cleaning method

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