WO2012031753A1 - Anode and use thereof in an alkaline electroplating bath - Google Patents
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- WO2012031753A1 WO2012031753A1 PCT/EP2011/004511 EP2011004511W WO2012031753A1 WO 2012031753 A1 WO2012031753 A1 WO 2012031753A1 EP 2011004511 W EP2011004511 W EP 2011004511W WO 2012031753 A1 WO2012031753 A1 WO 2012031753A1
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Definitions
- the invention relates to an anode and its use in an alkaline electroplating bath.
- This anode is suitable in electroplating applications for use in strongly alkaline, galvanic electrolytes based on sodium hydroxide or potassium hydroxide for the deposition of zinc and zinc alloys on substrates of steel and zinc die-casting.
- Carbonate such electrolytes must often be ⁇ consumption decreased with crystallizers with additional Elektroenergyver.
- the galvanic baths are recalculated.
- the consumed electric lyte be disposed of and generate additional Chemi ⁇ kalien-, disposal and wastewater treatment costs and plant downtime.
- Electrolyte (catholyte) is separated from the anode by a cation exchange membrane.
- the anolyte used is dilute sulfuric acid.
- EP 1 344 850 A1 may be mentioned: a. Dilution of the zinc-nickel electrolyte during the galvanic process due to neutralization of the sodium hydroxide by protons of the sulfuric acid anolyte, which are "transported" through the cation exchange membrane and with
- This process is unidirectional and leads to permanent dilution of the zinc-nickel Electrolytes.
- Claim 11 relates to an alkaline electroplating bath and claim 15 relates to the use of the anode. Further advantageous embodiments are contained in the dependent claims.
- an anode with an ion exchange membrane for an alkaline electroplating bath is used for deposition.
- proposed by zinc and / or zinc alloys wherein the anode is at least partially surrounded by the ion exchange membrane through which the anode of an alkaline electrolyte and the cathode is separable.
- the anode according to the invention is characterized in that the ion exchange membrane is an anion exchange membrane.
- An anion exchange membrane separates the galvanic zinc electrolyte from the anode to prevent undesired side reactions such as oxidation of the organic additives with formation of deposits on the anode surfaces.
- Aged electrolytes containing decomposition products can be regenerated when using the anode according to the invention and thus become more efficient again. Consequently, in this way, the life can be extended before a new galvanic bath is to be set.
- the anion exchange membrane preferably consists of polyetheretherketone or contains this.
- Polyetheretherketone belongs to the group of polyetherketones. These are characterized by the fact that they are high temperature resistant thermoplastics. The most important member of this group is the polyetheretherketone, whose melting point is 335 ° C. Polyether ketones are resistant to almost all organic and inorganic chemicals. Furthermore, they are resistant to hydrolysis up to about 280 ° C.
- the anion exchange membrane of the anode according to the invention has a thickness of 0.1 mm to 0.13 mm up.
- anion exchange membrane is a multilayer structure.
- the anode can be made of steel, stainless steel, nickel and / or nickel-plated steel or contain this. Furthermore, an expanded metal from the aforementioned materials in a cylindrical shape with
- Screw closure and fastening device can be used on an anode rail.
- the anode may be rectangular, round, cylindrical or tubular. Further, the anode of art ⁇ material, in particular in the form of a synthetic fabric, plastic walls or a plastic base to be surrounded. Moreover, the anode can be rigid or flexi ⁇ bel.
- Anion exchange membrane and a protective stocking e.g. consists of plastic fabric or a plastic mesh, be surrounded.
- the protective sock, the anion exchange membrane and the inner support grid tube are preferably connected to one another in a layered manner.
- the anolyte inlet and the anolyte outlet are arranged perpendicular to one another with the anolyte inlet arranged on the upper side of the anode box and the anolyte outlet arranged on the rear side of the anode box is.
- the anode may be made of plug metal.
- the anode is constructed angled.
- the anode may be designed, for example, as a spiral, which may be flexible.
- each anode used in a galvanic electrolyte preferably has one each
- Osmosis effects due to dehydration from the anolyte during system downtimes are prevented by the anolyte being upgraded to a higher sodium hydroxide concentration. concentration is set as the catholyte (zinc ⁇ electrolyte).
- membrane anodes with anion exchange membrane in used zinc-nickel electrolytes allows regeneration thereof by cyanide ions formed by conventional zinc-nickel baths (without membrane technology) by chemical reaction at the anode and reduce the cathodic current efficiency, get into the anolyte due to their negative electrical charge and can be disposed of with this targeted.
- Figure 1 shows an anode structure with a cylindrical shape.
- FIG. 2 shows an anode construction with a membrane body in the form of a box.
- FIG. 4 shows several anodes in a galvanic bath.
- the anode 1 as tube anode can optionally be made of steel, stainless steel, nickel or expanded metal of the aforementioned material in cylindrical form with screw cap 5 and fastening device on the anode rail.
- the Anolytschreiblauf 4 ensures degassing of the anolyte 3 of oxygen, which is formed during the galvanic process at the anode 1.
- sodium hydroxide is used (150 to determine whether sodium hydroxide is used (150 tol)
- Figure lb is a side view of an anode 1 with screw 5 is shown. On the screw 5, the anode attachment 9 is arranged. Furthermore, the Anolytzulauf 2 and the anolyte return 4 are shown.
- Figure lc shows a rotated by 90 ° view of Figure lc constructed of an anode 1 with screw 5 and arranged thereon Anodebefest Trent 9. Furthermore, the Anolytzulauf 2 and the Anolyt Weglauf 4 are shown.
- Anolyte cell with anion exchange membrane is anolyte cell with anion exchange membrane
- Zinc-nickel electrolyte Performa 285
- Test results a) At the beginning of the experiments, an average deposited layer thickness of 9 ⁇ m was measured on the cathode plate. This corresponds to a cathodic current efficiency of approx. 30%.
- a newly prepared zinc-nickel electrolyte is of violet color and shows a burgundy color after a low current load.
- a significant increase in the cathodic current efficiency could be measured: After a coating time of one hour, an average layer thickness of 15 ⁇ m was measured. This corresponds to a cathodic
- the sodium hydroxide concentration of the remaining anolyte had increased to 150 g / l.
- the cause can be explained by osmotic pressure differences between anolyte and catholyte (zinc-nickel electrolyte).
- Carbonate and sulfate ions have been slightly removed from the zinc-nickel electrolyte. This also contributes to the increase in the cathodic current efficiency.
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Abstract
The invention relates to an anode and to the use thereof in an alkaline electroplating bath. In the application in electroplating, said anode is suitable for use in highly alkaline electroplating electrolytes based on sodium hydroxide or potassium hydroxide for depositing zinc and zinc alloys onto substrates of steel and die-cast zinc.
Description
Anode sowie deren Verwendung in einem alkalischen Anode and their use in an alkaline
Galvanikbad electroplating bath
Die Erfindung betrifft eine Anode sowie deren Verwendung in einem alkalischen Galvanikbad. Diese Anode ist in der galvanotechnischen Anwendung für den Einsatz in stark alkalischen, galvanischen Elektrolyten auf Basis von Natriumhydroxid oder Kaliumhydroxid zum Abscheiden von Zink und Zinklegierungen auf Substraten von Stahl und Zink-Druckguss geeignet. The invention relates to an anode and its use in an alkaline electroplating bath. This anode is suitable in electroplating applications for use in strongly alkaline, galvanic electrolytes based on sodium hydroxide or potassium hydroxide for the deposition of zinc and zinc alloys on substrates of steel and zinc die-casting.
Nach dem Stand der Technik werden in der Funktion ähnliche Membrananoden auf dem Gebiet der katapho- retischen Tauchlackierung eingesetzt, um störende An- ionen, die während des elektrophoretischen Lackierprozesses im wasserbasierten Lackierbad entstehen, über spezielle Anionenaustauschmembranen in einen verdünnten Säureanolyten zu überführen und somit aus dem Lackierbad zu entfernen.
Das Funktionsprinzip der Anionenaustauschmembran bei der Anwendung in der Galvanotechnik zur Metallab- scheidung ist analog zu betrachten, jedoch müssen Besonderheiten wie: According to the state of the art, similar membrane anodes are used in the field of cataphoretic dip coating in order to convert interfering anions, which are formed during the electrophoretic coating process in the water-based coating bath, into a dilute acid anolyte via special anion exchange membranes and thus out of the membrane To remove paint bath. The functional principle of the anion exchange membrane when used in electroplating for metal deposition is analogous, but special features such as:
- Art der Membran - Type of membrane
- Querschnitte der stromleitenden Teile - Cross sections of the current-conducting parts
- chemische Beständigkeit der Materialien den Anforderungen deutlich höherer angewendeter - Chemical resistance of the materials to the requirements much higher applied
Stromstärken und kleinerer Spannungen, starke Currents and lower voltages, strong
Alkalität der galvanischen Elektrolyte und der Alkalinity of the galvanic electrolytes and the
Anolyte angepasst sein. Stand der Technik ist weiterhin, in alkalischen Ver- zinkungselektrolyten am häufigsten Anoden aus Stahl, Edelstahl oder vernickeltem Stahl einzusetzen. Dabei werden verschiedene geometrische Formen gewählt, z.B. Platten in rechteckiger Form, Streckmetall in Recht- eckform oder zylindrischer Form, Rundstäbe, Rohre und andere . Anolyte adapted. It is also state of the art to use anodes made of steel, stainless steel or nickel-plated steel most frequently in alkaline zinc-plating electrolytes. Different geometric shapes are chosen, e.g. Plates in rectangular shape, expanded metal in rectangular or cylindrical form, round bars, tubes and others.
Stark alkalische galvanische Verzinkungselektrolyte neigen, je nach Elektrolytzusammensetzung, nach rela- tiv kurzer Betriebszeit von einigen Wochen zu teilweise starken Ablagerungen auf den Anodenoberflächen. Das hat den Nachteil der allmählichen Verschlechterung der kathodischen Stromausbeute und somit der Effizienz des galvanischen Prozesses sowie der galvani- sehen Anlage. Die Kosten an Elektroenergie pro beschichteter Oberflächengröße steigen an. Strongly alkaline galvanic electrolytic electrolytes tend, depending on the electrolyte composition, to have relatively high deposits on the anode surfaces after a relatively short operating time of a few weeks. This has the disadvantage of the gradual deterioration of the cathodic current efficiency and thus the efficiency of the galvanic process and the galvanic see plant. The cost of electrical energy per coated surface area increases.
Diese Ablagerungen bestehen bei Natriumhydroxid basierten Elektrolyten zu großen Anteilen aus Natrium- karbonat und Natriumoxalat infolge der Oxidation an der Anodenoberfläche. Zusätzlich verändern organische
Abbauprodukte die Ausgangseigenschaften der galvani¬ schen Elektrolyte. These deposits are large proportions of sodium carbonate and sodium oxalate due to oxidation at the anode surface in sodium hydroxide based electrolytes. In addition, organic change Degradation products, the output characteristics of the electro ¬ rule electrolytes.
Ein regelmäßiger, teilweise hoher Reinigungsaufwand an den Anoden sowie den Behältern ist notwendig. DerA regular, sometimes high cleaning effort on the anodes and the containers is necessary. Of the
Karbonatgehalt solcher Elektrolyte muss oft mit Kristallisatoren unter zusätzlichem Elektroenergiever¬ brauch gesenkt werden. Alternativ werden die galvanischen Bäder neu angesetzt. Die verbrauchten Elektro- lyte werden entsorgt und erzeugen zusätzliche Chemi¬ kalien-, Entsorgungs- und Abwasserbehandlungskosten sowie Anlagenausfallzeiten. Carbonate such electrolytes must often be ¬ consumption decreased with crystallizers with additional Elektroenergiever. Alternatively, the galvanic baths are recalculated. The consumed electric lyte be disposed of and generate additional Chemi ¬ kalien-, disposal and wastewater treatment costs and plant downtime.
Die in der EP 1 344 850 AI beschriebenen Anoden sind auf Grund der eingesetzten, hochwertigen WerkstoffeThe anodes described in EP 1 344 850 A1 are due to the high quality materials used
- platiniertes Titan als Anodenwerkstoff - Platinized titanium as the anode material
- perfluorierte Kationenaustauscher-Membran - perfluorinated cation exchange membrane
sehr kostenintensiv in der Beschaffung und werden deshalb auch ausschließlich für alkalische Zink- Nickel-Elektrolyte verwendet. Der Zink-Nickel-very cost-intensive in procurement and are therefore used exclusively for alkaline zinc-nickel electrolytes. The zinc-nickel
Elektrolyt (Katholyt) wird hierbei durch eine Kationenaustauscher-Membran von der Anode getrennt. Als Anolyt wird verdünnte Schwefelsäure verwendet. Als Nachteile der großtechnischen Anwendung der Electrolyte (catholyte) is separated from the anode by a cation exchange membrane. The anolyte used is dilute sulfuric acid. As disadvantages of the large-scale application of
EP 1 344 850 AI können genannt werden: a. Verdünnung des Zink-Nickel-Elektrolyten während des galvanischen Prozesses infolge Neutralisation des Natriumhydroxides durch Protonen des Schwefel- säure-Anolyten, die über die Kationenaustauscher- Membran „transportiert" werden und mit EP 1 344 850 A1 may be mentioned: a. Dilution of the zinc-nickel electrolyte during the galvanic process due to neutralization of the sodium hydroxide by protons of the sulfuric acid anolyte, which are "transported" through the cation exchange membrane and with
Hydroxidionen zu Wasser reagieren: Hydroxide ions react to water:
H+Anolyt + OH Katholyt ~> ^ORatholyt H + anolyte + OH catholyte ~> ^ ORatholyt
Dieser Prozess läuft in einer Richtung ab und führt zu permanenter Verdünnung des Zink-Nickel-
Elektrolyten . This process is unidirectional and leads to permanent dilution of the zinc-nickel Electrolytes.
b. Volumenanstieg des Zink-Nickel-Elektrolyten: b. Volume increase of the zinc-nickel electrolyte:
Die in Punkt a) beschriebene Verdünnung und die daraus resultierende, notwendige Zugabe von Natriumhydroxid zur Wiederherstellung der für die Le- gierungsabscheidung erforderlichen Natriumhydroxidkonzentration im Zink-Nickel-Elektrolyten führt zu einem kontinuierlichen Volumenanstieg des Elektrolyten. Durch Wassertransport vom Schwefelsaure- Anolyten über die Kationenaustauschmembran in den Katholyten (Zink-Nickel-Elektrolyten) infolge osmotischer Druckunterschiede wird dieser Effekt verstärkt . The dilution described in point a) and the resulting necessary addition of sodium hydroxide to restore the sodium hydroxide concentration in the zinc-nickel electrolyte required for the alloy deposition leads to a continuous increase in the volume of the electrolyte. Water transport from the sulfuric acid anolyte via the cation exchange membrane into the catholyte (zinc-nickel electrolyte) due to osmotic pressure differences enhances this effect.
c. Aus a) und b) folgend wird ein zusätzlicher, erheblicher technischer und energetischer Aufwand betrieben, um den permanent entstehenden, schwach verdünnten Elektrolyt-Volumenüberhang mittels Vakuumverdampfer aufzukonzentrieren und diskontinuierlich wieder in den Prozess zurückzuführen. c. From a) and b) following, an additional, considerable technical and energetic effort is operated to concentrate the permanently formed, weakly diluted electrolyte volume excess by means of a vacuum evaporator and discontinuously fed back into the process.
Ausgehend hiervon ist es Aufgabe der Erfindung, eine kostengünstige Anode zur Verfügung zu stellen, die in stark alkalischen Elektrolyten die Bildung von Abbauprodukten minimiert, gebrauchte, mit herkömmlichen Anoden betriebene Zinkelektrolyte regeneriert und leistungsfähiger macht sowie neu angesetzte Elektro- lyte auf konstant hohem Leistungsniveau hält. Proceeding from this, it is an object of the invention to provide a low-cost anode which minimizes the formation of degradation products in strongly alkaline electrolytes, regenerates used zinc electrolytes operated with conventional anodes and makes them more efficient and keeps newly added electrolytes at a consistently high level of performance.
Diese Aufgabe wird durch die Anode mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Anspruch 11 betrifft ein alkalisches Galvanikbad und Anspruch 15 die Verwendung der Anode. Weitere vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen enthalten. This object is achieved by the anode with the features of claim 1. Claim 11 relates to an alkaline electroplating bath and claim 15 relates to the use of the anode. Further advantageous embodiments are contained in the dependent claims.
Erfindungsgemäß wird eine Anode mit Ionenaustauschermembran für ein alkalisches Galvanikbad zur Abschei-
dung von Zink und/oder Zinklegierungen vorgeschlagen, wobei die Anode zumindest bereichsweise von der Ionenaustauschermembran umgeben ist, durch die die Anode von einem alkalischen Elektrolyten und der Kathode trennbar ist. Die erfindungsgemäße Anode zeichnet sich dadurch aus, dass die Ionenaustauschermembran eine Anionenaustauschermembran ist. According to the invention, an anode with an ion exchange membrane for an alkaline electroplating bath is used for deposition. proposed by zinc and / or zinc alloys, wherein the anode is at least partially surrounded by the ion exchange membrane through which the anode of an alkaline electrolyte and the cathode is separable. The anode according to the invention is characterized in that the ion exchange membrane is an anion exchange membrane.
Durch eine Anionenaustauschmembran wird der galvanische Zinkelektrolyt von der Anode getrennt, um unerwünschte Nebenreaktionen wie Oxidation der organischen Zusätze mit Bildung von Ablagerungen auf den Anodenoberflächen zu verhindern. An anion exchange membrane separates the galvanic zinc electrolyte from the anode to prevent undesired side reactions such as oxidation of the organic additives with formation of deposits on the anode surfaces.
Gealterte Elektrolyte, die Abbauprodukte enthalten, können bei Anwendung der erfindungsgemäßen Anode regeneriert und dadurch wieder leistungsfähiger werden. Folglich kann auf diese Weise auch die Standzeit verlängert werden, bevor ein neues Galvanikbad anzusetzen ist. Aged electrolytes containing decomposition products can be regenerated when using the anode according to the invention and thus become more efficient again. Consequently, in this way, the life can be extended before a new galvanic bath is to be set.
Dabei besteht die Anionenaustauschermembran bevorzugt aus Polyetheretherketon oder enthält dieses. In this case, the anion exchange membrane preferably consists of polyetheretherketone or contains this.
Polyetheretherketon gehört zur Gruppe der Polyether- ketone. Diese zeichnen sich dadurch aus, dass sie hochtemperaturbeständige thermoplastische Kunststoffe sind. Der wichtigste Vertreter dieser Gruppe ist das Polyetheretherketon, dessen Schmelztemperatur 335 °C beträgt. Polyetherketone sind gegen fast alle organischen und anorganischen Chemikalien beständig. Weiterhin sind sie bis etwa 280 °C beständig gegen Hydrolyse . Polyetheretherketone belongs to the group of polyetherketones. These are characterized by the fact that they are high temperature resistant thermoplastics. The most important member of this group is the polyetheretherketone, whose melting point is 335 ° C. Polyether ketones are resistant to almost all organic and inorganic chemicals. Furthermore, they are resistant to hydrolysis up to about 280 ° C.
Bevorzugt weist die Anionenaustauschermembran der erfindungsgemäßen Anode eine Dicke von 0,1 mm bis 0,13
mm auf . Preferably, the anion exchange membrane of the anode according to the invention has a thickness of 0.1 mm to 0.13 mm up.
Weiterhin weist die Anionenaustauschermembran bevor¬ zugt einen spezifischen Widerstand von < 1 Ω/cm auf. Furthermore, the anion-exchange membrane before Trains t ¬ a resistivity of <1 Ω / cm.
Eine weitere Variante der Anionenaustauschermembran ist ein mehrschichtiger Aufbau. Another variant of the anion exchange membrane is a multilayer structure.
Die Anode kann aus Stahl, Edelstahl, Nickel und/oder vernickeltem Stahl bestehen oder dieses enthalten. Weiterhin kann auch ein Streckmetall aus den vorgenannten Materialien in zylindrischer Form mit The anode can be made of steel, stainless steel, nickel and / or nickel-plated steel or contain this. Furthermore, an expanded metal from the aforementioned materials in a cylindrical shape with
Schraubverschluss und Befestigungsvorrichtung an einer Anodenschiene eingesetzt werden. Screw closure and fastening device can be used on an anode rail.
Die Anode kann rechteckig, rund, zylinderförmig oder rohrförmig sein. Weiterhin kann die Anode von Kunst¬ stoff, insbesondere in Form eines KunstStoffgewebes , Kunststoffwänden oder einem Kunststoffboden umgeben sein. Darüberhinaus kann die Anode starr oder flexi¬ bel sein. The anode may be rectangular, round, cylindrical or tubular. Further, the anode of art ¬ material, in particular in the form of a synthetic fabric, plastic walls or a plastic base to be surrounded. Moreover, the anode can be rigid or flexi ¬ bel.
Beispielsweise kann eine runde Anode zylindermantel- förmig von einem inneren Stüt zgitterrohr , einer For example, a round anode cylindermantel- form of an inner Stut cgitterrohr, a
Anionenaustauschermembran sowie einem Schutzstrumpf, der z.B. aus Kunststoffgewebe bzw. einem Kunststoffgitter besteht, umgeben sein. Dabei sind bevorzugt der Schutzstrumpf, die Anionenaustauschermembran und das innere Stützgitterrohr schichtartig miteinander verbunden . Anion exchange membrane and a protective stocking, e.g. consists of plastic fabric or a plastic mesh, be surrounded. In this case, the protective sock, the anion exchange membrane and the inner support grid tube are preferably connected to one another in a layered manner.
In einer kastenförmigen, bevorzugten Ausführungsvariante sind der Anolytzulauf und der Anolytablauf zueinander senkrecht angeordnet, wobei der Anolytzulauf an der Oberseite des Anodenkastens und der Anolytablauf an der Rückseite des Anodenkastens angeordnet
ist. Dabei kann die Anode aus Steckmetall sein. In a box-shaped, preferred embodiment variant, the anolyte inlet and the anolyte outlet are arranged perpendicular to one another with the anolyte inlet arranged on the upper side of the anode box and the anolyte outlet arranged on the rear side of the anode box is. In this case, the anode may be made of plug metal.
Gemäß einer weiteren Variante ist es bevorzugt, dass die Anode gewinkelt aufgebaut ist. Im Falle einer rohrförmigen, gewinkelten Variante kann die Anode beispielsweise als Spirale, die gegebenenfalls flexible ist, ausgeführt sein. According to a further variant, it is preferred that the anode is constructed angled. In the case of a tubular, angled variant, the anode may be designed, for example, as a spiral, which may be flexible.
Weiterhin verfügt jede in einem galvanischen Elektrolyten eingesetzte Anode bevorzugt über je einen Furthermore, each anode used in a galvanic electrolyte preferably has one each
Anolytzulauf und einen Anolytrücklauf, so dass alle Anoden über die gleichen Funktions- und Reaktionsbedingungen verfügen. Anolyte feed and anolyte return, so that all anodes have the same functional and reaction conditions.
Bei der Anwendung von Zink-Nickel-Legierungs-Elektrolyten hat sich teilweise der Einsatz von speziellen Anoden auf der Grundlage der EP 1 344 850 AI bewährt, weil damit die Bildung von Abbauprodukten durch anodische Oxidation bei direktem Kontakt der Elektroly- te, bestehend aus Natriumhydroxid, Nickelsulfatlösung, Aminen als Komplexbildner und weiteren organischen Verbindungen, sehr stark reduziert wird und die kathodische Stromausbeute des galvanischen Prozesses von 30 - 50 % ohne Anwendung von Anoden je nach Elektrolytzusammensetzung und angewendeter Stromstärke, auf 60 - 90 % gesteigert werden kann. In the application of zinc-nickel alloy electrolytes, the use of special anodes based on EP 1 344 850 A1 has proven to be successful in part because the formation of degradation products by anodic oxidation with direct contact of the electrolyte consisting of sodium hydroxide , Nickel sulfate solution, amines as complexing agents and other organic compounds, is greatly reduced and the cathodic current efficiency of the galvanic process of 30 - 50% without application of anodes depending on the electrolyte composition and applied current, can be increased to 60 - 90%.
Anders als bei Anwendung von Kationenaustausch-Membrananoden, wie in der EP 1 344 850 AI beschrieben, wird bei Anwendung der erfindungsgemäßen Anode derUnlike the application of cation exchange membrane anodes, as described in EP 1 344 850 A1, when using the anode according to the invention the
Einsatz von invest- und kostenintensiver, technischer Peripherie wie z.B. Vakuumverdampfer zur Einengung von Katholyt-Volumenüberhang gegenstandslos, da die auf Seite 3, Zeile 25 bis Seite 4, Zeile 14 beschrie- benen Effekte nicht auftreten.
Erfindungsgemäß ist ein alkalisches Galvanikbad zur Abscheidung von Zink und/oder Zinklegierung mit einer Anode und einer Kathode vorgesehen, wobei die Anode von einem alkalischen Elektrolyten durch eine Ionen- austauschermembran getrennt ist. Erfindungsgemäß ist die Ionenaustauschermembran dabei eine Anionenaustau- schermembran . Use of investment- and cost-intensive, technical peripherals such as vacuum evaporator to restrict the volume of catholyte volume without meaning, since the effects described on page 3, line 25 to page 4, line 14 does not occur. According to the invention, an alkaline electroplating bath is provided for depositing zinc and / or zinc alloy with an anode and a cathode, wherein the anode is separated from an alkaline electrolyte by an ion exchange membrane. According to the invention, the ion exchange membrane is an anion exchange membrane.
Bevorzugt enthält das Galvanikbad eine alkalische Lö sung als Anolyt. Dies hat den Vorteil, dass, im Fall von embrandefekten, keine Säure den alkalischen Zink- oder Zinklegierungselektrolyten neutralisiert und im Extremfall unbrauchbar macht. The electroplating bath preferably contains an alkaline solution as anolyte. This has the advantage that, in the case of embrand defects, no acid neutralizes the alkaline zinc or zinc alloy electrolyte and makes it unusable in extreme cases.
Als Membran wird für diese Erfindung bevorzugt eine alkalibeständige Anionenaustauschmembran verwendet. As the membrane, an alkali-resistant anion exchange membrane is preferably used for this invention.
Bevorzugt ist die alkalische Lösung im Galvanikbad eine Natriumhydroxidlösung und/oder eine Kaliumhydroxidlösung . Preferably, the alkaline solution in the electroplating bath is a sodium hydroxide solution and / or a potassium hydroxide solution.
Dabei ist es bevorzugt, dass die alkalische Lösung einen pH-Wert im Bereich von 10 bis > 14 aufweist. Wird in der erfindungsgemäßen Anode die Anionenaustauschmembran durch eine Kationenaustauschmembran ersetzt und Schwefelsäure als Anolyt verwendet, kann die Regenerationsfunktion für bisher konventionell genutzte Zink-Nickel-Elektrolyte nicht erfüllt wer- den, da durch den Kontakt von Protonen aus dem AnolytIt is preferred that the alkaline solution has a pH in the range of 10 to> 14. If in the anode according to the invention the anion exchange membrane is replaced by a cation exchange membrane and sulfuric acid is used as the anolyte, the regeneration function can not be fulfilled for previously conventionally used zinc-nickel electrolytes, since the contact of protons from the anolyte
(Schwefelsäure) mit Cyanid-Ionen aus dem Katholyt (Zink-Nickel-Elektrolyt) an der Membran-Kathodenseite die Gefahr der Bildung von hochgiftiger Blausäure gegeben ist.
Erfindungsgemäß ist auch die Verwendung der beschrie¬ benen Anode in einem Galvanikbad. (Sulfuric acid) with cyanide ions from the catholyte (zinc-nickel electrolyte) on the membrane cathode side the risk of the formation of highly toxic hydrogen cyanide is given. According to the invention is also the use of beschrie ¬ surrounded anode in an electroplating bath.
Die bei der galvanischen etallabscheidung an der Ka¬ thode verbrauchte negative Ladungsmenge entspricht der äquivalenten positiven Ladungsmenge, die in Form von einfach positiv geladenen Hydroxidionen an der Anode verbraucht werden und dabei Wasser und Sauerstoff bilden. The power consumed in the galvanic etallabscheidung at the Ka ¬ Thode negative charge amount corresponding to the equivalent amount of positive charge that will be consumed in the form of positively charged hydroxide ions at the anode, thereby forming water and oxygen.
Anode : Anode:
4 OH" - 4 e -> 2H20 + 02 (I) Kathode : 4 OH " - 4 e -> 2H 2 0 + 0 2 (I) Cathode:
Zn2+ + 2e -> 2 Zn (Metallabscheidung) (II) 2 H+ + 2e -> H2 (Wasserstoffabscheidung) (III) Zn 2+ + 2e -> 2 Zn (metal deposition) (II) 2 H + + 2e -> H 2 (hydrogen deposition) (III)
Die Reaktion (III) als Co-Reaktion zur Metallabscheidung (II) ist bei Verwendung von Membrananoden stark gebremst . The reaction (III) as co-reaction to the metal deposition (II) is greatly slowed down when using membrane anodes.
Daraus ergibt sich, dass ein gleichmäßiger Verbrauch von Hydroxidionen im Zink bzw. Zinklegierungselektrolyten sowie im Anolyten erfolgt, der mit Volumenverringerung einhergeht. Die Volumenverringerung wird im galvanischen Praxisbetrieb durch die notwendigen Ergänzungschemikalien teilweise kompensiert und je nach Volumenausschleppung mit der galvanisierten Ware und deren Warenträgern wird nach Erfordernis zusätzlich mit Wasser aufgefüllt. It follows that a uniform consumption of hydroxide ions takes place in the zinc or zinc alloy electrolyte and in the anolyte, which is accompanied by volume reduction. The volume reduction is partially compensated in the galvanic practice by the necessary supplemental chemicals and depending on volume carryover with the galvanized goods and their goods carriers is additionally filled with water if required.
Es wird somit kein kontinuierlicher Volumenzuwachs im galvanischen Elektrolyten infolge von Verdünnungseffekten erzeugt. Thus, no continuous increase in volume in the galvanic electrolyte due to dilution effects is produced.
Osmoseeffekte durch Wasserentzug aus dem Anolyten während Anlagenstillstandszeiten werden verhindert, indem der Anolyt auf eine höhere Natriumhydroxidkon-
zentration eingestellt wird als der Katholyt (Zink¬ elektrolyt) . Osmosis effects due to dehydration from the anolyte during system downtimes are prevented by the anolyte being upgraded to a higher sodium hydroxide concentration. concentration is set as the catholyte (zinc ¬ electrolyte).
Aus den Labor- und Pilotversuchen hat sich bei einem Natriumhydroxidgehalt von 120 g/1 im Zinkelektrolyten, eine Natriumhydroxidkonzentration von 150 - 160 g/1 im Anolyten als günstig erwiesen. From the laboratory and pilot experiments, a sodium hydroxide concentration of 150-160 g / l in the anolyte was found to be favorable at a sodium hydroxide content of 120 g / l in the zinc electrolyte.
Bei zu hoher Konzentration von Natriumhydroxid im Anolyten erfolgt im stromlosen Zustand Osmose in ent¬ gegengesetzter Richtung, d.h. Verdünnung des Anolyten durch Wasser aus dem Katholyten mit Volumenanstieg · des Anolyten bis zum Ausgleich der Ionenaktivitäten von Anolyt und Katholyt . At too high a concentration of sodium hydroxide in the anolyte in the currentless state osmosis is performed in ent ¬ opposite direction, that is, dilution of the anolyte by water from the catholyte to the anolyte volume increase · up to compensate for the ion activities of anolyte and catholyte.
Dieser Zustand ist unkritisch, da der Volumenzuwachs im Anolyten in den Katholyten zurückgeführt werden kann (in der Praxis hingegen kann der Anolyt aus den Membrananoden „überlaufen"). This condition is uncritical, since the volume increase in the anolyte can be traced back to the catholyte (in practice, however, the anolyte can "overflow" from the membrane anodes).
Die Volumenbilanz von Anolyt und Katholyt bleibt dabei ausgeglichen. The volume balance of anolyte and catholyte remains balanced.
Die Verwendung von Membrananoden mit Anionenaus- tauschmembran in gebrauchten Zink-Nickel-Elektrolyten ermöglicht eine Regenerierung derselben, indem Cya- nid-Ionen, die bei konventionellem Betreiben von Zink-Nickel-Bädern (ohne Membrantechnik) durch chemische Umsetzung an der Anode gebildet werden und die kathodische Stromausbeute senken, auf Grund ihrer negativen elektrischen Ladung in den Anolyten gelangen und mit diesem gezielt entsorgt werden können. The use of membrane anodes with anion exchange membrane in used zinc-nickel electrolytes allows regeneration thereof by cyanide ions formed by conventional zinc-nickel baths (without membrane technology) by chemical reaction at the anode and reduce the cathodic current efficiency, get into the anolyte due to their negative electrical charge and can be disposed of with this targeted.
Weiterhin werden, wenn auch in geringem Umfang, Karbonat- und Sulfationen, weiche ebenfalls den galvani- sehen Abscheideprozess verlangsamen, aus dem Zink-
bzw. Zinklegierungselektrolyten über die Anionenaus- tauschmembran in den Anolyten überführt und können systematisch entfernt werden. Furthermore, carbonate and sulfate ions, which also slow the galvanic deposition process, are or zinc alloy electrolytes are transferred via the anion exchange membrane in the anolyte and can be removed systematically.
Anhand der folgenden Figuren 1 bis 5 sowie anhand von Beispiel 1 soll der anmeldungsgemäße Gegenstand näher erläutert werden, ohne diesen auf diese Varianten einzuschränken. Reference to the following figures 1 to 5 and with reference to Example 1, the application according to the object will be explained in more detail, without limiting this to these variants.
Figur 1 zeigt einen Anodenaufbau mit zylindrischer Form. Figure 1 shows an anode structure with a cylindrical shape.
Figur 2 zeigt einen Anodenaufbau mit einem Mem- brankörper in Kastenform. FIG. 2 shows an anode construction with a membrane body in the form of a box.
Figur 3 zeigt einen Anodenaufbau mit gewinkelter FIG. 3 shows an angled anode construction
Rohrform. Tubular form.
Figur 4 zeigt mehrere Anoden in einem galvanischen Bad. FIG. 4 shows several anodes in a galvanic bath.
Figur 5 zeigt den schematischen Aufbau eines galvanischen Bads. FIG. 5 shows the schematic structure of a galvanic bath.
Figur la zeigt eine Ausführungsform der Anode 1 in schematischer Darstellung. Diese weist eine zylinderförmige Form auf. An der Oberseite ist der Anolytzu- lauf 2 mittig sowie der Anolytrücklauf 4 der Natronlauge als Anolyt 3 seitlich dargestellt. Diese Ausführungsform weist einen Schraubverschluss 5 auf. Die Anode 1 ist von einem inneren Stützgitterrohr 8 sowie der Anionenaustauschermembran 7 umgeben. Als Materialien für die Anionenaustauschermembran 7 sind beispielsweise fumasep® FAB oder auch fumasep® FAA der Fa. Fumatech einsetzbar. Der Schutzstrumpf 6 aus Kunststoffgewebe kann beispielsweise aus Polypropylen
gefertigt sein. Weiterhin kann ein äußeres Schutzgit¬ terrohr optional vorliegen. Die Anode 1 als Rohranode kann wahlweise aus Stahl, Edelstahl, Nickel oder Streckmetall aus dem vorgenannten Material in zylind- rischer Form mit Schraubverschluss 5 und Befestigungsvorrichtung an der Anodenschiene vorliegen. Der Anolytrücklauf 4 gewährleistet eine Entgasung des Anolyten 3 von Sauerstoff, welcher beim galvanischen Prozess an der Anode 1 gebildet wird. Als Anolyt 3 wird beispielsweise Natronlauge eingesetzt (150 bisFigure la shows an embodiment of the anode 1 in a schematic representation. This has a cylindrical shape. At the top of the Anolytzu- run 2 is shown in the center and the Anolytrücklauf 4 of the sodium hydroxide as anolyte 3 side. This embodiment has a screw cap 5. The anode 1 is surrounded by an inner support grid tube 8 and the anion exchange membrane 7. As materials for the anion exchange membrane 7, for example, fumasep® FAB or else fumasep® FAA from Fumatech can be used. The protective sock 6 made of plastic fabric, for example, polypropylene be made. Furthermore, an outer Schutzgit ¬ terrohr optionally be present. The anode 1 as tube anode can optionally be made of steel, stainless steel, nickel or expanded metal of the aforementioned material in cylindrical form with screw cap 5 and fastening device on the anode rail. The Anolytrücklauf 4 ensures degassing of the anolyte 3 of oxygen, which is formed during the galvanic process at the anode 1. As anolyte 3, for example, sodium hydroxide is used (150 to
180 g/1 Natriumhydroxid) . An der Anodenbefestigung 9 erfolgt zusätzlich die Stromzuführung. Weiterhin ist unterhalb der Anode 1 der Fluss des Anolyten 19 dargestellt . 180 g / l sodium hydroxide). At the anode attachment 9 in addition, the power supply takes place. Furthermore, below the anode 1, the flow of the anolyte 19 is shown.
In Figur lb ist eine Seitansicht einer Anode 1 mit Schraubverschluss 5 gezeigt. Auf dem Schraubverschluss 5 ist die Anodenbefestigung 9 angeordnet . Weiterhin sind der Anolytzulauf 2 sowie der Anolyt- rücklauf 4 dargestellt. In Figure lb is a side view of an anode 1 with screw 5 is shown. On the screw 5, the anode attachment 9 is arranged. Furthermore, the Anolytzulauf 2 and the anolyte return 4 are shown.
Figur lc zeigt eine um 90° gedrehte Darstellung von Figur lc aufgebaut aus einer Anode 1 mit Schraubverschluss 5 sowie darauf angeordneter Anodenbefestigung 9. Weiterhin sind der Anolytzulauf 2 sowie der Anolytrücklauf 4 abgebildet. Figure lc shows a rotated by 90 ° view of Figure lc constructed of an anode 1 with screw 5 and arranged thereon Anodebefestigung 9. Furthermore, the Anolytzulauf 2 and the Anolytrücklauf 4 are shown.
In Figur 2 ist eine kastenförmige Variante der erfindungsgemäßen Anode 1 dargestellt. Die Anode 1 weist hier eine Rechteckform auf. Sie wird von dem Anodenkasten 11 umgeben. Durch den Anolytzulauf 2 sowie den Anolytablauf 4' wird das Flüssigkeitsniveau des Anolyten 10 im Anodenkasten 11 reguliert. Der Anolytzulauf 2 ist an der Oberseite des Aufbaus angeordnet. Der Anolytablauf 4' ist an der Rückseite des Anodenkastens 11 lokalisiert. Die Anode 1 kann aus Streck-
metall bestehen. FIG. 2 shows a box-shaped variant of the anode 1 according to the invention. The anode 1 here has a rectangular shape. It is surrounded by the anode box 11. By the Anolytzulauf 2 and the Anolytablauf 4 ', the liquid level of the anolyte 10 in the anode box 11 is regulated. The Anolytzulauf 2 is disposed at the top of the structure. The Anolytablauf 4 'is located at the back of the anode box 11. The anode 1 may consist of stretched consist of metal.
In Figur 3 ist eine gewinkelte Rohrform aus Kunst¬ stoff dargestellt. Die Anode 1 besteht in dieser Aus- führungsform aus flexiblem Anodenmaterial, beispiels¬ weise Edelstahl, und ist als Spirale ausgeführt. In dieser Ausführungsform weist die Anode 1 eine rohr- förmige, gewinkelte Ummantelung 20 auf. 3 shows an angled pipe shape made of synthetic material ¬ is shown. The anode 1 is made in this exemplary form of flexible anode material, example ¬ as stainless steel, and is designed as a spiral. In this embodiment, the anode 1 has a tubular, angled casing 20.
In Figur 4 ist ein galvanisches Bad mit Galvanisier¬ trommel 21 und Anodenschienen 23 zum Befestigen und zur Stromübertragung der Anoden 1 für das Betreiben von mehreren Anoden 1 dargestellt. Der Anolytkreis- lauf verläuft über eine Umwälzpumpe 13, einen Filter 14 sowie je einen Durchflussmengenmesser 15 pro Anode. Dabei ist jede Membrananode über Zulaufableitun- gen 24 und Rücklaufableitungen 25 in den Anolytkreis lauf eingebunden. Somit ist gewährleistet, dass alle Anoden 1 die gleichen Reaktionsbedingungen erhalten können. Weiterhin weist der Aufbau einen Anolytvor- ratsbehälter 12 auf. Durch diesen Aufbau ist es möglich, zu jeder Zeit Korrekturen des Natriumhydroxidgehaltes, Natriumcarbonatgehaltes sowie des 4 shows a galvanic bath with Galvanisier ¬ drum 21 and anode rails 23 for mounting and power transmission of the anodes 1 for the operation of multiple anodes 1 is shown. The anolyte circuit runs via a circulating pump 13, a filter 14 and a respective flow meter 15 per anode. Each membrane anode is connected to the anolyte circuit via feed outlets 24 and return lines 25. This ensures that all anodes 1 can obtain the same reaction conditions. Furthermore, the structure has an anolyte storage container 12. By this construction, it is possible at any time corrections of the sodium hydroxide content, sodium carbonate content and the
Anolytvolumens durchzuführen. Weiterhin können über die Anionenaustauschermembran 7 separierte, den galvanischen Prozess hemmende Anionen, wie beispielswei se Cyanid, Carbonat oder Sulfat, entfernt werden. Anolyte volume perform. Furthermore, separated via the anion exchange membrane 7, the galvanic process inhibiting anions, such as cyanide, carbonate or sulfate, be removed.
Figur 5 zeigt eine Variante des Galvanikbads. Die Anoden 1 sind dabei von dem Anolyten 3 umgeben und von dem Zink-Nickel-Elektrolyt 18 durch jeweils eine Anionenaustauschermembran 7 separiert. Die Anoden 1 sowie die Kathode 17 befinden sich in einem Elektrolytbehälter 16. Als Anolyt 3 umgibt Natronlauge die Anoden 1.
Beispiel 1: FIG. 5 shows a variant of the electroplating bath. The anodes 1 are surrounded by the anolyte 3 and separated from the zinc-nickel electrolyte 18 by a respective anion exchange membrane 7. The anodes 1 and the cathode 17 are located in an electrolyte container 16. As the anolyte 3, sodium hydroxide solution surrounds the anodes 1. Example 1:
Technische Voraussetzungen: Versuchsanordnung: siehe Fig. 5 Technical requirements: Experimental arrangement: see FIG. 5
Labor-Membran-Änode : Laboratory membrane anode:
0 V2A-Rohr-Anode: 1/2" (2,07 cm) 0 V2A tube anode: 1/2 "(2.07 cm)
Nutzlänge Stahlrohranode: 12 cm Geometrische Fläche Stahlrohranode: 0,8 dm2 Effective length of tubular steel anode: 12 cm Geometric area Steel tube anode: 0.8 dm 2
Anolytzelle mit Anionenaustauschmembran : Anolyte cell with anion exchange membrane:
0 Membran-Röhre: 65 mm 0 membrane tube: 65 mm
Länge Membranröhre: 11 cm Oberfläche Membranröhre: 2,5 dm2 Volumen Membranröhre: max. 330 mlLength membrane tube: 11 cm surface membrane tube: 2.5 dm 2 volume membrane tube: max. 330 ml
Volumen Membranröhre effektiv: 250 mlVolume membrane tube effective: 250 ml
Anzahl der Anolytzellen: 2 Stück Anolyt : Natronlauge Number of anolyte cells: 2 pieces anolyte: caustic soda
NaOH 1. Tag 120 g/1 NaOH 1st day 120 g / 1
2. Tag 150 g/1 2nd day 150 g / 1
3. Tag 180 g/1 Kathode : Stahlblech 21x15 cm 3rd day 180 g / 1 cathode: steel sheet 21x15 cm
Geometrische Fläche: 2 Seiten 6,4 dm2 Geometric area: 2 sides 6.4 dm 2
Zink-Nickel-Elektrolyt : Performa 285Zinc-nickel electrolyte: Performa 285
Zustand: gebraucht Farbe: braun Condition: used Color: brown
Elektrolytbehälter: Kunststoff Electrolyte container: plastic
Volumen: 10 Liter
ElektrolytZusammensetzung : Volume: 10 liters Electrolyte composition:
Zn Zn
Ni Ni
NaOH NaOH
Na2C03 Na 2 CO 3
Na2S04 Na 2 S0 4
Cyanid cyanide
Galvanisierdaten : Electroplating data:
Stromstärke : Amperage:
Kathodische Stromdichte Cathodic current density
Anodische Stromdichte: Anodic current density:
Expositionszeit pro Galvanisierzyklus: 2 h Versuchsdurchführung : a) Der Zink-Nickelelektrolyt wurde mit 30 Ah/1 belastet, d.h. drei Tage ca. je 8 Stunden mit der beschriebenen Strombelastung. Exposure time per plating cycle: 2 h Experimental procedure: a) The zinc-nickel electrolyte was loaded with 30 Ah / l, i. three days approx. 8 hours each with the described current load.
b) Die chemische Zusammensetzung hinsichtlich Natriumhydroxid (NaOH) , Nickel (Ni) , Zink (Zn) wurde regelmäßig analytisch überprüft und durch Zugaben von Nickellösung, Natronlauge sowie Auflösen von Zinkmetall konstant gehalten. b) The chemical composition with regard to sodium hydroxide (NaOH), nickel (Ni), zinc (Zn) was regularly checked analytically and kept constant by adding nickel solution, sodium hydroxide and dissolving zinc metal.
c) Die Kathodenbleche wurden im Zyklus von einer c) The cathode sheets were in the cycle of a
Stunde entnommen und die Schichtdicke der Zink- Nickel-Schicht vermessen. Hour and measured the layer thickness of the zinc-nickel layer.
Versuchsergebnisse : a) Zu Beginn der Versuche wurde auf dem Kathodenblech eine durchschnittliche abgeschiedene Schichtdicke von 9 μπι gemessen. Das entspricht einer kathodischen Stromausbeute von ca. 30%. Test results: a) At the beginning of the experiments, an average deposited layer thickness of 9 μm was measured on the cathode plate. This corresponds to a cathodic current efficiency of approx. 30%.
b) Nach einer Strombelastung des Elektrolyten von ca. b) After a current load of the electrolyte of approx.
20 Ah/1 wurde eine Farbveränderung von braun nach
weinrot beobachtet. Dies deutete qualitativ darauf hin, dass durch den Galvanisierprozess keine neuen Abbauprodukte durch anodische Oxidation entstehen konnten . 20 Ah / 1, a color change from brown to wine red observed. This indicated qualitatively that the plating process did not lead to any new decomposition products due to anodic oxidation.
Zum Vergleich: Ein neu angesetzter Zink-Nickel- Elektrolyt ist von violetter Farbe und zeigt nach geringer Strombelastung eine weinrote Färbung. Mit dem Farbwechsel konnte ein deutlicher Anstieg der kathodischen Stromausbeute gemessen werden: Nach einer Beschichtungszeit von einer Stunde wurde eine durchschnittliche Schichtdicke von 15 μπι gemessen. Dies entspricht einer kathodischen For comparison: A newly prepared zinc-nickel electrolyte is of violet color and shows a burgundy color after a low current load. With the color change, a significant increase in the cathodic current efficiency could be measured: After a coating time of one hour, an average layer thickness of 15 μm was measured. This corresponds to a cathodic
Stromausbeute von ca. 50%. Current efficiency of approx. 50%.
Nach den täglichen Stillstandszeiten ohne Strombelastung (ca. 12 - 14 Stunden) mit Verbleib der mit Anolyt gefüllten Membranröhren im Zink-Nickel-Bad wurde nach dem ersten Tag festgestellt, dass das Anolytvolumen in beiden Membranröhren um ca. 25% gesunken war und unterhalb des Zink-Nickel-Elektrolyt-Niveaus lag. After the daily downtimes without current load (about 12-14 hours) with the retention of the anolyte-filled membrane tubes in the zinc-nickel bath, it was found after the first day that the anolyte volume in both membrane tubes had fallen by about 25% and below Zinc-nickel electrolyte levels.
Die Natriumhydroxidkonzentration des verbliebenen Anolyten hatte sich auf 150 g/1 erhöht. Die Ursache ist mit osmotischen Druckunterschieden zwischen Anolyt und Katholyt (Zink-Nickel-Elektrolyt) erklärbar . The sodium hydroxide concentration of the remaining anolyte had increased to 150 g / l. The cause can be explained by osmotic pressure differences between anolyte and catholyte (zinc-nickel electrolyte).
Eine Erhöhung der Natriumhydroxidkonzentration auf 150 g/1 und Auffüllen des Anolytvolumens in den Membranröhren mit demineralisiertem Wasser führte nach dem zweiten Tag zu keinem Wasserentzug im Anolyten . An increase of the sodium hydroxide concentration to 150 g / l and filling of the anolyte volume in the membrane tubes with demineralized water led after the second day to no dehydration in the anolyte.
Eine Erhöhung der Natriumhydroxidkonzentration auf 180 g/1 im Anolyten am dritten Tag zeigte nach der Stillstandszeit einen Volumenanstieg des Anolyten in den Membranröhren über das Elektrolytniveau des Zink-Nickel-Bades bis zum Überlaufen. Increasing the sodium hydroxide concentration to 180 g / l in the anolyte on the third day after the downtime showed an increase in the volume of the anolyte in the membrane tubes beyond the electrolyte level of the zinc-nickel bath to overflow.
Durch Wasserentzug (Osmose) aus dem Zink-Nickel-
Elektrolyten hatte sich eine Natriumhydroxidkonzentration von 155 g/1 im Anolyten eingestellt, g) Nach einer Strombelastung des Zink-Nickel-Elektrolyten von 30 Ah/1 (dritter Tag) konnte eine weite- re Leistungssteigerung des Zink-Nickel-Elektrolyten nachgewiesen werden: Die durchschnittliche gemessene Schichtdicke nach einer Stunde Beschich- tungszeit betrug nunmehr 19 pm. Das entspricht einer kathodischen Stromausbeute von ca. 60%. By dehydration (osmosis) from the zinc-nickel Electrolytes had set a sodium hydroxide concentration of 155 g / l in the anolyte, g) After a current load of the zinc-nickel electrolyte of 30 Ah / 1 (third day), a further increase in performance of the zinc-nickel electrolyte could be detected average measured layer thickness after one hour of coating time was now 19 pm. This corresponds to a cathodic current efficiency of approx. 60%.
h) Folgende Analysenwerte wurden nach 30 Ah/1 Strombelastung ermittelt (Verlust durch durch übergelaufenen Anolyt infolge Osmose nicht berücksichtigt) : Zink-Nickel-Elektrolyt : h) The following analysis values were determined after 30 Ah / 1 current load (loss due to overflowing anolyte due to osmosis not taken into account): zinc-nickel electrolyte:
Zn 6,5 g/1 Zn 6.5 g / 1
Ni 0, 9 g/1 Ni 0, 9 g / 1
NaOH 125,0 g/1 NaOH 125.0 g / l
Na2C03 86, 0 g/1 Na 2 CO 3 86, 0 g / 1
Na2S04 12, 0 g/1 Na 2 S0 4 12, 0 g / 1
Cyanid 11 mg/1 Cyanide 11 mg / 1
Anolyt : Anolyte:
Zn 0, 1 g/1 Zn 0, 1 g / 1
Ni 10 mg/1 Ni 10 mg / l
NaOH 155, 0 g/1 NaOH 155, 0 g / l
Na2C03 5 g/1 Na 2 CO 3 5 g / l
Na2S04 4 g/1 Na 2 SO 4 4 g / 1
Cyanid 5 mg/1 Cyanide 5 mg / 1
Versuchsauswertung : a) Die Versuche zeigten ein deutliches Absinken der Zyanidkonzentration im Zink-Nickel-Elektrolyten
infolge Entfernung über die Anionenaustauschmem- bran, wobei die absolute Menge an Zyanid im Anoly ten nicht wieder gefunden wurde. Dies kann auf oxidative Zersetzung von Zyanid im Anolyten zurückzuführen sein. Experimental evaluation: a) The experiments showed a significant decrease in the cyanide concentration in the zinc-nickel electrolyte due to removal via the anion exchange membrane, whereby the absolute amount of cyanide in the anolyte was not found again. This may be due to oxidative decomposition of cyanide in the anolyte.
b) Da die Neuentstehung von Zyanid durch die Anionen austauschmembran verhindert wurde, verringerte sich kontinuierlich die Konzentration von Zyanid im Zink-Nickel-Elektrolyten. b) Since the new formation of cyanide was prevented by the anion exchange membrane, the concentration of cyanide in the zinc-nickel electrolyte was continuously reduced.
c) In der Folge sinkender Zyanid-Konzentration erfolgten eine Farbänderung des Zink-Nickel-Elektro lyten sowie eine deutlich messbare Steigerung der kathodischen Stromausbeute. c) As a result of decreasing cyanide concentration, a color change of the zinc-nickel electro-lyten and a clearly measurable increase in the cathodic current yield took place.
d) Karbonat- und Sulfat-Ionen wurden in geringem Umfang aus dem Zink-Nickel-Elektrolyten entfernt. Dies trägt ebenfalls zur Steigerung der kathodischen Stromausbeute bei. d) Carbonate and sulfate ions have been slightly removed from the zinc-nickel electrolyte. This also contributes to the increase in the cathodic current efficiency.
e) Um Ausfällungen und Ablagerungen von Kalzium- ode: e) For precipitations and deposits of calcium or:
Magnesiumkarbonat und -sulfat zu vermeiden, da diese Salze die Membranfunktion stark beeinträchtigen oder zum Totalausfall führen können, muss der Anolyt unbedingt mit voll entsalztem Wasser angesetzt und ergänzt werden. To avoid magnesium carbonate and sulphate, as these salts can severely impair membrane function or lead to total failure, the anolyte must be prepared and supplemented with demineralized water.
Der Test einer in Fig. la) dargestellten Anode im Pilotversuch hat die Funktionsweise entsprechend den dargelegten Laborversuchen bestätigt.
The test of an anode shown in Fig. La) in the pilot experiment has confirmed the operation in accordance with the laboratory experiments set out.
Claims
Patentansprüche claims
Anode mit Ionenaustauschermembran für ein alka¬ lisches Galvanikbad zur Abscheidung von Zink und/oder Zinklegierungen, wobei die Anode zumin dest bereichsweise von der Ionenaustauschermembran umgeben ist, durch die die Anode von einem alkalischen Elektrolyten und der Kathode trennbar ist, Anode ion exchange membrane for a alka ¬ metallic electroplating bath for the deposition of zinc and / or zinc alloys, wherein the anode is at least partially surrounded by the ion exchange membrane through which the anode of an alkaline electrolyte and the cathode is separable,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenaustauschermembran eine Anionenaustauschermembran ist characterized in that the ion exchange membrane is an anion exchange membrane
Anode gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Anionenaustauschermembran aus Polyetheretherketon besteht oder dieses enthält. Anode according to the preceding claim, characterized in that the anion exchange membrane consists of or contains polyetheretherketone.
Anode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anionenaustauschermembran ein Dicke von 0,1 mm bis 0,13 mm aufweist . Anode according to one of the preceding claims, characterized in that the anion exchange membrane has a thickness of 0.1 mm to 0.13 mm.
Anode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anionenaustauschermembran eine spezifischen Widerstand von < 1 Ω/cm aufweist. Anode according to one of the preceding claims, characterized in that the anion exchange membrane has a specific resistance of <1 Ω / cm.
Anode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anionenaustauschermembran einen mehrschichtigen Aufbau aufweist.
Anode according to one of the preceding claims, characterized in that the anion exchange membrane has a multilayer structure.
6. Anode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode aus 6. Anode according to one of the preceding claims, characterized in that the anode
Stahl, Edelstahl, Nickel und/oder vernickeltem Stahl besteht oder dieses enthält. Steel, stainless steel, nickel and / or nickel-plated steel or contains this.
Anode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode rechteckig, rund, zylinderförmig oder rohrförmig ist 8. Anode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode starr oder flexibel ist. Anode according to one of the preceding claims, characterized in that the anode is rectangular, round, cylindrical or tubular 8. Anode according to one of the preceding claims, characterized in that the anode is rigid or flexible.
Anode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode von Anode according to one of the preceding claims, characterized in that the anode of
Kunststoff, insbesondere in Form eines Kunststoffgewebes und/oder KunstStoffgitters , Kunststoffwänden und einem Kunststoffboden, umgeben ist . Plastic, in particular in the form of a plastic fabric and / or synthetic material grid, plastic walls and a plastic bottom is surrounded.
Anode gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode gewinkelt aufgebaut ist. 11. Alkalisches Galvanikbad zur Abscheidung von Zink und/oder Zinklegierungen mit einer Anode und einer Kathode, wobei die Anode von einem alkalischen Elektrolyten durch eine Ionenaustauschermembran getrennt ist, Anode according to one of the preceding claims, characterized in that the anode is constructed at an angle. 11. An alkaline electroplating bath for the deposition of zinc and / or zinc alloys with an anode and a cathode, the anode being separated from an alkaline electrolyte by an ion exchange membrane,
dadurch gekennzeichnet, dass die Ionenaustauschermembran eine Anionenaustauschermembran ist.
characterized in that the ion exchange membrane is an anion exchange membrane.
12. Galvanikbad gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass es eine alkalische Lösung als Anolyt enthält. 12. Electroplating bath according to the preceding claim, characterized in that it contains an alkaline solution as anolyte.
13. Galvanikbad gemäß dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die alkalische Lö¬ sung eine Natriumhydroxidlösung und/oder eine Kaliumhydroxidlösung ist. 13. electroplating bath according to the preceding claim, characterized in that the alkaline solution is a sodium hydroxide solution Lö ¬ and / or a potassium hydroxide solution.
14. Galvanikbad gemäß einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass die alkalische Lösung einen pH-Wert im Bereich von 10 bis > 1414. Electroplating bath according to one of claims 13 to 15, characterized in that the alkaline solution has a pH in the range of 10 to> 14
' aufweist . ' has.
15. Verwendung der Anode gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 in einem Galvanikbad gemäß einem der Ansprüche 11 bis 14.
15. Use of the anode according to one of claims 1 to 10 in a galvanic bath according to one of claims 11 to 14.
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