用于化学沉积槽电解质的电渗析再生系统技术方案

本发明专利技术提供一种进一步改进的用于化学沉积槽电解质的电渗析再生系统，该系统具有第一和第二电渗析单元（１０，２０），所述单元各自具有用于槽电解质流过的稀释室（１２，２２）和用于再生电解质流过的浓缩室（１３，２３），并且所述单元与二个电极，即阳极（Ａｎ）和阴极（Ｋａ１，Ｋａ２）共同起作用。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于化学沉积槽电解质的电渗析再生系统，该系统具有第一和第二电渗析单元，所述单元各自具有用于槽电解质流过的稀释室和用于再生电解质流过的浓缩室，并且所述单元与二个电极，即阳极和阴极共同起作用，其中在第一电渗析单元中，稀释室在阴极侧通过对单价阳离子选择渗透的隔膜和在阳极侧通过对所有阴离子选择渗透的隔膜与浓缩室分开，其中在第二电渗析单元中，稀释室在阴极侧通过对单价阴离子选择渗透的隔膜和在阳极侧通过对所有阳离子选择渗透的隔膜与浓缩室分开，其中第一电渗析单元的稀释室与第二电渗析单元的稀释室经用于使槽电解质顺序流过的第一管道串联在一起，并且第一电渗析单元的浓缩室与第二电渗析单元的浓缩室经用于使再生电解质顺序流过的第二管道串联在一起。除其中为了经放入镀槽中的电极在工件上涂覆金属涂层而引入外部电流的电镀涂覆方法外，还已知所谓的无外部电流或无电镀覆法(化学沉积法)。特别地，该方法经常用于涂覆无导电性基底，例如塑料体。因此出于多种理由在例如塑料体上涂覆这种金属层。一方面出于美观的理由力求获得金属化表面，另一方面也力求利用这种涂覆在基底上的金属的金属性能。例如，这可以是改善的耐腐蚀性，或者也可以是所使用材料的导电性。所以，例如已知由塑料(例如环氧树脂)组成的印刷电路板借助于化学沉积技术配备上线路。特别地，经常借助于化学沉积技术沉积金属镍。在这样的涂覆技术中为了将电解质中包含的金属离子还原为金属，必须在电解质中添加相应的在该反应中自身被氧化的还原剂。对此，在化学沉积镍槽的情况下添加次亚磷酸根离子。它可以将沉积槽中包含的镍离子还原为元素镍，同时其本身被氧化为原亚磷酸根离子。在化学沉积镍槽的情况下进行的反应方程式按照下面的等式进行在随着电解质不断地金属化而镍离子被不断地抽出(其作为元素镍沉积在待涂覆的表面上)时，次亚磷酸根离子同时被连续地氧化为原亚磷酸根离子。换言之，在电解质中，一方面溶解在其中的镍离子的浓度和电解质中包含的次亚磷酸根离子的浓度降低，另一方面电解质中包含的原亚磷酸根离子的浓度升高。因此电解质被“消耗”。所以随着电解质的使用时间不断延长，通过使用这样的电解质获得的镀膜的质量下降。该电解质同样仅能用于进行一定次数的镀覆。之后该电解质或者被废弃或者借助于适合的助剂再生。在镍沉积槽的情况下，再生至少意味着抽出作为反应产物产生的原亚磷酸根离子，以及如果需要加入彼此消耗的镍离子和消耗的次亚磷酸根离子。除就地将所不希望的离子沉淀为难溶化合物后加入所需的并且在电镀液的使用中消耗的离子外，还已知采用电渗析方法再生化学沉积电解液。在这样的方法中，将消耗的槽电解质和至少吸收为了再生欲从该消耗的槽电解质中抽出的离子的再生电解质输送到相互通过隔膜分离的室中。因此，该再生电解质同样包含欲供给槽电解质的离子。通过在电渗析装置中存在的电极使电流流过电渗析单元，并激发离子运动。通过巧妙选择槽电解质流过的所谓稀释室和再生电解质流过的所谓浓缩室之间布置的隔膜可以有针对性地将来自输送到稀释室中的槽电解质的离子转移至输送到浓缩室中的再生电解质中，反之亦然。这样的电渗析体系的一个实例是在德国专利DE19849278C1中描述的。在该公开文献中描述的体系使用二个分开的电渗析单元，这二个单元分别具有通过隔膜相互分离的稀释室和浓缩室以及一对电极，即阳极和阴极。因此，第一电渗析单元的稀释室在阴极侧如果单一选择的阳离子交换膜与该单元的浓缩室分开，在阳极侧通过阴离子交换膜分开。同样在具有稀释室和浓缩室以及阳极和阴极的电渗析单元中，稀释室在阴极侧通过单一选择的阴离子交换膜与浓缩室分开，在阳极侧通过阴离子交换膜分开。为了槽电解质的再生，被分成两股的主流体平行通过第一和第二电渗析单元的稀释室。同样地，被分成分流体的再生电解质平行通过第一和第二电渗析单元的浓缩室。因此，在第一电渗析单元中，从槽电解质中不但抽出原亚磷酸根离子而且抽出次亚磷酸根离子。在槽电解质中仍然存在的镍离子保留在电解质中。离子再生电解质的次亚磷酸根离子从槽电解质的第二分流被输送到第二电渗析单元的稀释室中。该方法的每个过程具有非常低的效率，并为了获得力求的再生等级需要欲纯化的槽电解质进行多次循环。由现有技术已知的第二体系描述在EP0787829A1中。同样在该公开文献中描述的电渗析体系由二个分别具有稀释室和浓缩室以及阳极和阴极的电渗析单元共同组成。该公开文献中的第一电渗析单元在结构上与上述德国专利的该电渗析单元相同。这里第一电渗析装置的稀释室同样在阴极侧通过单价阳离子交换膜与相邻的浓缩室分开，并在阳极侧通过阴离子交换膜分开。然而该电渗析体系中，在二电渗析单元中的布置与上述德国专利公开的不同。这里稀释室在阴极侧通过阳离子交换膜与相邻的浓缩室分开，并在阳极侧通过单价阴离子交换膜分开。在该公开文献描述的体系中，每个电渗析单元按顺序地以一定方向不但流过再生电解质而且流过槽电解质。在第一电渗析单元中，次亚磷酸根离子和原亚磷酸根离子被从槽电解质中抽出，其中在第二阶段次亚磷酸根离子重新供给第二电渗析单元的槽电解质中。因此，由EP 0 787 829 A1公开的该体系构成根据独立权利要求1的上位概念的本专利技术的出发点。然而，由该欧洲公开申请已知的体系具有如下缺陷，其构造上是不经济的，并且这里使用的电极不足以保护电渗析单元免受该电极中包含的化学物质的有害影响。因此，从该已知的现有技术出发，本专利技术的任务是研制出本文开始提及的这类电渗析单元，其制造成本低，并且使用的电极具有高的使用寿命。根据本专利技术该任务是如下实现的，对电极本身设置一个通过隔膜与相邻室分开的，经第三管道可使清洗电解质(Sprueelektrolyte)流过的电极室，并且在与二个电渗析装置相邻的电极室中布置对这二个电渗析装置共同起作用的电极。本专利技术的用于化学镀槽电解质的电渗析再生系统同样可以有利地这样布置，即二个先后被流经的电渗析单元共同使用一个电极，也就是说对于这种二个电渗析单元的结构仅使用三个电极。这里共同使用的电极可以是阳极或阴极。本专利技术系统的这种布置仅使用三个电极，可省去否则必须使用的第四个电极，并因此降低制备这样的系统的成本。此外，由各个电渗析单元构成的整个系统以紧凑和省地的方式安放。在并排堆放的第一渗析单元的浓缩室和稀释室之后是通过其中具有二个电渗析单元共同使用的电极的电极室进行中间连接的并排布置的第二电渗析单元的浓缩室和稀释室。这里对每个电渗析单元中布置的稀释室和浓缩室的数目无限制，其应该与使用时所要求的欲纯化槽电解质的生产量相适应。重要的仅仅是流过第一电渗析单元的稀释室的槽电解质在流经第一电渗析单元之后通过第二电渗析单元的稀释室。将可以使特有的清洗电解质流过的电极室与浓缩室和稀释室分开的这种保护的作用是将电极与槽电解质和再生电解质中溶解的离子分离，这样这些离子不会对电极产生有害作用。而电极室可用清洗电解质冲洗，该清洗电解质一方面确保实现从电极室到每个电渗析单元的浓缩室和稀释室的电流传导，另一方面明显提高所用电极的寿命或使用时间。根据本专利技术有利的实施方式，在电极室中存在的清洗电解质是硫酸钠、硫酸钾或磷酸钠水溶液。根据本专利技术又一有利的实施方案，它们的浓度是1至30克/升。这里，上述组成和上述浓度的清洗电解质具有好的导电性能，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于化学沉积槽电解质的电渗析再生系统，该系统具有第一和第二电渗析单元（１０，２０），所述单元各自具有用于槽电解质流过的稀释室（１２，２２）和用于再生电解质流过的浓缩室（１３，２３），并且所述单元与二个电极，即阳极（Ａｎ）和阴极（Ｋａ１，Ｋａ２）共同起作用，其中在第一电渗析单元（１０）中，稀释室（１２）在阴极侧通过对单价阳离子选择性渗透的隔膜（ｍＫ）和在阳极侧通过对所有阴离子选择性渗透的隔膜（Ａ）与浓缩室（１３）分开，其中在第二电渗析单元（２０）中，稀释室（２２）在阴极侧通过对单价阴离子选择渗透的隔膜（ｍＡ）和在阳极侧通过对所有阳离子选择渗透的隔膜（Ｋ）与浓缩室（２３）分开，其中第一电渗析单元（１０）的稀释室（１２）与第二电渗析单元（２０）的稀释室（２２）经用于使槽电解质顺序流过的第一管道（３１３，３１４，３４，３４１，３４１）串联在一起，并且第一电渗析单元（１０）的浓缩室（１３）与第二电渗析单元（２０）的浓缩室（２３）经用于使再生电解质顺序流过的第二管道（４１３，４１４，４２，４２１，４２２）串联在一起，其特征在于对电极（Ａｎ，Ｋａ１，Ｋａ２）设置一个独特的通过隔膜与相邻室分开，经第三管道（５１）使清洗电解质可流过的电极室（１１，１４，２１，２４），并且在与这二个电渗析单元（１０，２０）的室相邻的电极室（１４，２４）中布置一个对这二个电渗析单元（１０，２０）共同起作用的电极（Ａｎ）。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：约翰斯图尔特哈德利，彼德安东阿德里安费尔赫芬，
申请(专利权)人：恩通公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]