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EP2401422A2 - Method and device for regenerating peroxodisulfate pickling solution - Google Patents

Method and device for regenerating peroxodisulfate pickling solution

Info

Publication number
EP2401422A2
EP2401422A2 EP10722522A EP10722522A EP2401422A2 EP 2401422 A2 EP2401422 A2 EP 2401422A2 EP 10722522 A EP10722522 A EP 10722522A EP 10722522 A EP10722522 A EP 10722522A EP 2401422 A2 EP2401422 A2 EP 2401422A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
copper
anode
pickling
cathode
peroxodisulfate
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP10722522A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Wolfgang Thiele
Hans-Jürgen FÖRSTER
Gerd Heinze
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Eilenburger Elektrolyse- und Umwelttechnik GmbH
Eilenburger Elecktrolyse- und Umwelttechnik GmbH
Original Assignee
Eilenburger Elektrolyse- und Umwelttechnik GmbH
Eilenburger Elecktrolyse- und Umwelttechnik GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Eilenburger Elektrolyse- und Umwelttechnik GmbH, Eilenburger Elecktrolyse- und Umwelttechnik GmbH filed Critical Eilenburger Elektrolyse- und Umwelttechnik GmbH
Publication of EP2401422A2 publication Critical patent/EP2401422A2/en
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • 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
    • C23FNON-MECHANICAL REMOVAL OF METALLIC MATERIAL FROM SURFACE; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL; MULTI-STEP PROCESSES FOR SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL INVOLVING AT LEAST ONE PROCESS PROVIDED FOR IN CLASS C23 AND AT LEAST ONE PROCESS COVERED BY SUBCLASS C21D OR C22F OR CLASS C25
    • C23F1/00Etching metallic material by chemical means
    • C23F1/46Regeneration of etching compositions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C25ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25BELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES FOR THE PRODUCTION OF COMPOUNDS OR NON-METALS; APPARATUS THEREFOR
    • C25B1/00Electrolytic production of inorganic compounds or non-metals
    • C25B1/01Products
    • C25B1/28Per-compounds
    • C25B1/29Persulfates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B15/00Obtaining copper
    • C22B15/0063Hydrometallurgy
    • C22B15/0084Treating solutions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C22METALLURGY; FERROUS OR NON-FERROUS ALLOYS; TREATMENT OF ALLOYS OR NON-FERROUS METALS
    • C22BPRODUCTION AND REFINING OF METALS; PRETREATMENT OF RAW MATERIALS
    • C22B7/00Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
    • C22B7/006Wet processes
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P10/00Technologies related to metal processing
    • Y02P10/20Recycling

Definitions

  • the invention relates to a method and an electrolysis cell for regenerating pickling solutions containing peroxosulphate for copper and copper materials, on the one hand, the redeemed copper recovered, on the other hand, the mordant Peroxodisul- fat and / or Peroxomonosulfat can be regenerated.
  • pickling is to be understood below all other based on similar principles chemically abrasive surface treatment methods, such as firing, etching, glazing, demetallizing, deburring u. a.
  • demetallizing z For example, the dissolution of layers consisting of copper and nickel by means of peroxosulfate demetallization solutions is in principle equivalent to the pickling of copper-nickel alloys.
  • the new regeneration process is intended to make it easy to pickle copper and copper alloys in a closed loop process, to completely or partially regenerate the etch chemicals, and to recover the redeemed copper and possibly other alloying constituents.
  • the recovered metals can be reused, the consumption of pickling chemicals drastically reduced and the accumulation of exhausted pickling solutions that can be disposed of only with great effort, be completely avoided.
  • the peroxodisulfate regeneration takes place at high anodic current densities of 40 to 70 A / dm 2 and a high total sulfate content (sulfuric acid / sulfate concentrations) of preferably> 3 mol / l and with additional use of potential-enhancing additives. Since only maximum current densities of 1, 5 to 2.5 A / dm 2 are possible to recover the copper from the spent pickling solutions in a compact, firmly adhering form, using conventional, simple plate electrolysis cells, there is a required current density ratio for the Anodic Persulfate Formation for Cathodic Copper Deposition from 20 to 30. These extremely different requirements for both electrode reactions are the main reason why it has not been possible to combine both electrode processes in a simply constructed electrolysis cell divided by cation exchange membranes.
  • a disadvantage was the relatively high expenditure on equipment for the rotating cathode and the required division of the anode compartment into a larger number of small-volume anode pockets, which in conjunction with the relatively low current capacity of a single cell with a rotating cathode to a high equipment cost for a complete technical Recycling plant led.
  • the problem to be solved by the invention therefore consists in avoiding the disadvantages of the known persulfate recycling methods and by the combination of both electrolysis processes in a comparatively simply constructed recycling electrolysis cell with planar cathodes, dispensing with the use of rotation Cathodes significantly reduce the equipment required and thereby significantly improve the efficiency of the recycling process.
  • the insensitivity of the diamond-coated anodes with respect to existing peroxomonosulfates can also be used according to the invention so that a partial stream of the spent pickling solution can be fed directly into the anode chambers, bypassing the catholyte circuit, without reducing the anodic current efficiency of the peroxodisulfate regeneration.
  • This procedure is advantageous in that, in addition, copper passes into the cathode space through the transfer of copper ions through the cation exchange membranes and can be deposited there. A corresponding amount of spent pickling solution then needs to be fed to compensate for the copper balance less in the catholyte cycle. However, even less residual peroxodisulfate is fed into the catholyte, as a result of which an even greater proportion of the remaining peroxodisulfate remains in the regenerate and can be used further for the pickling process.
  • the sulfates / peroxosulfates used are in particular those of the alkali metals and ammonium, preferably the sodium sulfate / peroxosulfate.
  • sulfates / peroxosulfates of other metals alone or in admixture with sulfates / peroxosulfates of the alkali metals.
  • the metal sulfates of alloy constituents such as nickel, zinc or even iron itself, which are enriched in pickling of alloys in the pickling bath, are capable of forming peroxodisulfates which are capable of completely or partially replacing the sodium peroxosulfate in the regenerate.
  • magnesium sulphate / peroxosulphate as the pickling medium, less as an alloy constituent but as a substitute for sodium sulphate / peroxosulphate. This has particular advantages with regard to a room temperature more than twice as high molar solubility of magnesium sulfate compared to sodium sulfate.
  • planar cathodes to be used according to the invention it is possible to use both sheets made of copper, stainless steel or titanium, and copper expanded metals, in one or more layers or in combination with cathode sheets.
  • the electrochemically active surface can be increased and also the amount of copper to be deposited per cathode surface can be increased until the cathode is changed.
  • FIG. 1 shows a cross-section illustrating the arrangement of the rod-divided anode within the anode pocket to the planar cathode (with stylized streamline profile).
  • the recycling electrolysis cell consists of the cell container 3, in which a bilaterally acting planar cathode 4 and two anode cassettes 5 are arranged.
  • the cathode-facing sides of the anode cassettes consist of vertical slotted plates in which the cation exchange membranes 6 are clamped.
  • the niobium anodes 7 of 5 to 12 mm width, which are subdivided into vertical strips or rods, are provided with a coating of doped diamond 8. They are arranged at a distance of 50 to 70 mm from the slots in the edge plates of the anode casings, as illustrated in FIG. 2 using the example of an anode which is subdivided into bars and a planar cathode which acts only on one side.
  • the exhausted pickling solution is fed from the pickling tank 1 by means of the metering pump 2 into the catholyte circuit, which is circulated by means of the catholyte circulation pump 10 out of the catholyte circulation vessel 9 via the cathode chamber.
  • One of the metered amount of pickling solution corresponding proportion of the stationary catholyte enters at 11 in the anode cassettes 5, flows through them and passes through a gas separator as reclaim back into the pickling pan 1.
  • the metering pump 14 an additional amount of a peroxodisulfate solution from the container 13, also to compensate for leaching losses to pickling solution.
  • the anulfate regeneration anodes process was investigated using a pre-decarburized pickling solution still containing peroxosulfate, using the diamond-coated anodes to be used in the invention in comparison to the smooth platinum anodes.
  • the laboratory test cell had an effective anode area of 30 cm 2 .
  • the cathode consisted of several stainless steel expanded mesh, the separation of anolyte and catholyte was a NAFION N450 cation exchange membrane.
  • the catholyte used was dil.
  • Sulfuric acid, the anolyte solution had the following basic composition: 250 g / l sodium sulfate 50 g / l sodium peroxodisulfate
  • Experiment 2 Diamond electrode as in verse 1, but after previous hydrolysis.
  • Experiment 3 Comparative experiment with smooth platinum anode, without previous hydrolysis and without potential-increasing additives.
  • Example 1 In the same divided laboratory test cell of Example 1, the following starting solutions with different cations and total sulfate contents were electrolyzed with the diamond-coated anode under the same conditions (current density 40 A / dm 2 , electrolysis time 90 min) (in contrast to Example 1 without starting persulfate contents).
  • a recycling electrolysis cell was used, which was equipped with two double-acting cathode plates made of stainless steel with an electrochemically effective total area of 200 dm 2 .
  • the three anode cassettes each contained 10 vertical, 8 mm wide diamond coated niobium anode strips.
  • the middle anode pocket was bilateral and contained two NAFION cation exchange membranes clamped in two plastic plates each fitted with vertical slots opposite the anode strips.
  • the two edge-anode cassettes were constructed analogously, but they each contained only one cation exchange membrane and were unilateral.
  • the total electrochemically active anode area was 24 dm 2 . This results in a cathode / anode area ratio of 8.33.
  • the stationary catholyte was circulated by circulation pump.
  • a metering pump 55 l of the pickling solution from the pickling tank were fed into the catholyte cycle every hour.
  • This pickling solution had the following composition:
  • the 55 l / h catholyte solution fed with 13 g / l NaPS into the anode cassettes was anodically concentrated to 65.5 g / l NaPS. This corresponds to an amount of sodium peroxodisulfate regenerate of 3,603 g / h fed into the pickling bath. Of these anodically 2.888 g / h were formed, corresponding to a real current yield of 65.0%. Including in the calculation the amount of NaPS residual contained in the catholyte fed in, which would have had to be completely reduced in previous recycling processes, results in an apparent anodic current efficiency of 81.1%.
  • the NaPS consumption without recycling was about 4,400 g / h, including the carry-over and decomposition losses, which remained approximately constant with and without recycling.
  • about 81.9% of the amount of NaPS used without recycling could be recovered by the recycling process, in addition to the recovery of 561 g / h of copper.

Landscapes

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Abstract

The aim of the invention is to regenerate peroxodisulfate pickling solutions for copper materials exhausted in a circulatory method in a divided recycling electrolysis cell, in that the dissolved copper is first separated at the cathode and then the caustic peroxodisulfate is reoxidized at the anode. According to the invention, a pickling solution circulating past the pickling bath and the recycling electrolysis cell is used, said solution having excess sulfate and free sulfuric acid having a total sulfate content of 1 to 3 mol/l, in addition to 0.2 to 1.0 mol/l of peroxodisulfate, wherein the dissolved copper is reclaimed from the exhausted pickling solution in the recycling electrolysis cell at planar cathodes having cathode current densities of 4 to 7 A/dm2.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Regenerieren von Peroxodisulfat-Beizlösungen Process and apparatus for regenerating peroxodisulfate pickling solutions
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Elektrolysezelle zum Regenerieren von Peroxosulfate enthaltenden Beizlösungen für Kupfer und Kupferwerkstoffe, wobei einerseits das eingelöste Kupfer rückgewonnen, andererseits das Beizmittel Peroxodisul- fat und/oder Peroxomonosulfat regeneriert werden kann. Unter dem Begriff Beizen sollen nachfolgend auch alle anderen auf ähnlichen Prinzipien beruhenden chemisch abtragenden Verfahren der Oberflächenbehandlung verstanden werden, wie Brennen, Ätzen, Glänzen, Entmetallisieren, Entgraten u. a. Beim Entmetallisieren z. B. ist die Auflösung von aus Kupfer und Nickel bestehenden Schichten mittels Peroxosulfat- Entmetallisierungslösungen im Prinzip gleichzusetzen dem Beizen von Kupfer- Nickellegierungen. Das neue Regenerierverfahren soll es in einfacher Weise ermöglichen, Kupfer- und Kupferlegierungen in einem geschlossenen Kreislaufprozess zu beizen, die Ätzchemikalien vollständig oder teilweise zu regenerieren und das eingelöste Kupfer und eventuell andere Legierungsbestandteile zurückzugewinnen. Dadurch können die rückgewonnenen Metalle wiederverwendet, die Verbrauche an Beizchemikalien drastisch verringert und der Anfall erschöpfter Beizlösungen, die nur mit großem Aufwand entsorgt werden können, gänzlich vermieden werden.The invention relates to a method and an electrolysis cell for regenerating pickling solutions containing peroxosulphate for copper and copper materials, on the one hand, the redeemed copper recovered, on the other hand, the mordant Peroxodisul- fat and / or Peroxomonosulfat can be regenerated. The term pickling is to be understood below all other based on similar principles chemically abrasive surface treatment methods, such as firing, etching, glazing, demetallizing, deburring u. a. When demetallizing z. For example, the dissolution of layers consisting of copper and nickel by means of peroxosulfate demetallization solutions is in principle equivalent to the pickling of copper-nickel alloys. The new regeneration process is intended to make it easy to pickle copper and copper alloys in a closed loop process, to completely or partially regenerate the etch chemicals, and to recover the redeemed copper and possibly other alloying constituents. As a result, the recovered metals can be reused, the consumption of pickling chemicals drastically reduced and the accumulation of exhausted pickling solutions that can be disposed of only with great effort, be completely avoided.
Der Stand der Technik bei Persulfat-Recycling-Beizverfahren für Kupferwerkstoffe, besonders bei der Leiterplattenfertigung, wird bestimmt durch die Anwendung von Platinanoden mit glatten glänzenden Oberflächen zum Regenerieren des Beizmittels Peroxo- disulfat. Nur damit ist es gelungen, durch speziell angepasste Elektrolytzusammensetzungen und Elektrolysebedingungen eine ausreichende Sauerstoffüberspannung zu erzielen, wodurch die Regenerierung des Peroxodisulfats überhaupt erst möglich wurde.The prior art in persulfate recycling pickling processes for copper materials, especially in printed circuit board manufacturing, is determined by the use of platinum anodes with smooth shiny surfaces to regenerate the mordant peroxodisulfate. Only with this it has been possible to achieve a sufficient oxygen overvoltage by means of specially adapted electrolyte compositions and electrolysis conditions, whereby the regeneration of the peroxodisulfate has become possible in the first place.
Erst in letzter Zeit ist es auch gelungen Peroxodischwefelsäure und deren Salze unter Verwendung von Anoden herzustellen, die mit Diamant beschichtet wurden (DE 199 48 184, DE 100.19 683). Dabei haben sich besonders Anoden aus dem Ventilmetall Niob bewährt, ausgestattet mit einer 3 bis 10 μm starken Diamantschicht, wobei der Diamant durch eine Dotierung, vorzugsweise mit Bor, ausreichend leitfähig gemacht wurde. Beide Erfindungen befassen sich ausschließlich mit der Herstellung von Peroxodischwefelsäure sowie von Peroxodisulfaten der Alkalimetalle und des Ammoniums. Es wurde auch bereits die Verwendung diamantbeschichteter Anoden auch für die Regenerierung von Peroxodisulfatlösungen vorgeschlagen z. B. in der DE 199 62 672. Dabei wurden solche diamantbeschichteten Anoden jedoch lediglich als Alternative zu den Platinanoden vorgesehen, ohne jedoch das gesamte Persulfat-Recycling-Verfahren als Kombination von Metallrückgewinnung und Persulfatregenerierung den spezifischen Besonderheiten der Verwendung diamantbeschichteter Anoden anzupassen. Die sich durch den Ersatz von Anoden aus glattem Platin durch diamantbeschichteten Anoden beim Persulfat-Recycling-Verfahren ergebenden Möglichkeiten zur Verfahrensrationalisierung wurden bisher noch nicht gezielt angewandt und größtenteils noch gar nicht erkannt.Only recently has it also been possible to produce peroxodisulfuric acid and its salts using anodes which have been coated with diamond (DE 199 48 184, DE 100 19 393). Anodes from the valve metal niobium have proven particularly suitable, equipped with a 3 to 10 μm thick diamond layer, wherein the diamond was rendered sufficiently conductive by doping, preferably with boron. Both inventions are concerned exclusively with the production of peroxodisulfuric acid and of peroxodisulfates of the alkali metals and of ammonium. The use of diamond-coated anodes has also been reported for regeneration proposed by Peroxodisulfatlösungen z. However, such diamond-coated anodes were provided only as an alternative to the platinum anodes, but without adapting the entire persulfate recycling process as a combination of metal recovery and Persulfatregenerierung the specific features of the use of diamond-coated anodes. The options for process rationalization resulting from the replacement of anodes made of smooth platinum by diamond-coated anodes in the persulfate recycling process have not yet been deliberately applied and, for the most part, not yet recognized at all.
An glatten Platinanoden erfolgt die Peroxodisulfat-Regenerierung bei hohen anodischen Stromdichten von 40 bis 70 A/dm2 und einem hohem Gesamtsulfatgehalt (Schwefelsäure/Sulfatkonzentrationen) von vorzugsweise > 3 Mol/l sowie bei zusätzlicher Verwendung von potentialerhöhenden Zusätzen. Da zur Rückgewinnung des Kupfers aus den verbrauchten Beizlösungen in kompakter, fest haftender Form, bei Verwendung üblicher, einfach aufgebauter Platten-Elektrolysezellen nur maximale Stromdichten von 1 ,5 bis 2,5 A/dm2 möglich sind, ergibt sich ein erforderliches Stromdichteverhältnis für die anodische Persulfatbildung zur kathodischen Kupferabscheidung von 20 bis 30. Diese extrem unterschiedlichen Anforderungen an beide Elektrodenreaktionen sind der Hauptgrund dafür, dass es bisher nicht möglich war, beide Elektrodenprozesse in einer einfach aufgebauten, durch Kationenaustauschermembranen geteilten Elektrolysezelle miteinander zu kombinieren.On smooth platinum anodes, the peroxodisulfate regeneration takes place at high anodic current densities of 40 to 70 A / dm 2 and a high total sulfate content (sulfuric acid / sulfate concentrations) of preferably> 3 mol / l and with additional use of potential-enhancing additives. Since only maximum current densities of 1, 5 to 2.5 A / dm 2 are possible to recover the copper from the spent pickling solutions in a compact, firmly adhering form, using conventional, simple plate electrolysis cells, there is a required current density ratio for the Anodic Persulfate Formation for Cathodic Copper Deposition from 20 to 30. These extremely different requirements for both electrode reactions are the main reason why it has not been possible to combine both electrode processes in a simply constructed electrolysis cell divided by cation exchange membranes.
Bisher vorgeschlagene und teilweise bereits in Pilotanlagen technisch realisierte Persulfat-Recycling-Technologien (DD 211 129, DE 41 37 022, DE 195 06 832) arbeiten deshalb mit getrennten Vorentkupferungszellen, in denen die Hauptmenge des Kupfers mit den erforderlichen niedrigen Stromdichten in kompakter Form abgeschieden wird, während die Regenerierung des Peroxodisulfats in einer nachgeschalteten geteilten Persulfat-Recycling-Zelle erfolgt. Dabei wird das restliche, in der weitgehend entkupferten Beizlösung noch enthaltene Kupfer in der Persulfat-Recycling-Zelle infolge der zu hohen kathodischen Stromdichten in Pulverform abgeschieden. Es wurden spezielle Vorrichtungen entwickelt, um unter Einhaltung spezieller Elektrolyse- und Strömungsbedingungen das sich in den Kathodenräumen der Regenerationszelle abscheidende Kupferpulver mit der Zweiphasenströmung Gas-Flüssigkeit (Wasserstoff-Katholyt) aus den Kathodenräumen auszutragen und diese periodisch mittels der noch Peroxosulfat ent- haltenden erschöpften Beizlösung freizulösen (s. a. Metalloberfläche 52, 1999, H. 11). Das höchst aktive Kupferpulver reagiert außerdem mit dem restlichen Peroxosulfat, so dass der in den Anodenraum übertretende Elektrolyt praktisch frei von durch Hydrolyse gebildetem Peroxomonosulfat ist. Das ist auch erforderlich, da sich bei Platinanoden eine Restmenge an Peroxomonosulfat depolarisierend auf das Anodenpotential auswirkt, wodurch sich die Stromausbeute deutlich verringert.So far proposed and partially already in pilot plants technically realized persulfate recycling technologies (DD 211 129, DE 41 37 022, DE 195 06 832) therefore work with separate Vorentkupferungszellen in which deposited the bulk of the copper with the required low current densities in a compact form while regeneration of the peroxodisulfate occurs in a downstream split persulfate recycling cell. In this case, the remaining copper still contained in the largely decuperated pickling solution is deposited in the persulfate recycling cell as a result of the too high cathodic current densities in powder form. Special devices have been developed to discharge the copper powder separating in the cathode compartments of the regeneration cell with the two-phase flow gas-liquid (hydrogen-catholyte) from the cathode compartments while maintaining specific electrolysis and flow conditions and periodically using peroxosulphate. releasing the spent pickling solution (see also Metal Surface 52, 1999, H. 11). The highly active copper powder also reacts with the residual peroxosulphate so that the electrolyte passing into the anode compartment is virtually free of peroxymonosulfate formed by hydrolysis. This is also necessary because in the case of platinum anodes, a residual amount of peroxomonosulfate has a depolarizing effect on the anode potential, as a result of which the current efficiency is markedly reduced.
Der erforderliche hohe apparative Aufwand für zwei getrennte Elektrolysezellen und der damit verbundene erhöhte Elektroenergieverbrauch wirkten sich jedoch negativ auf die Wirtschaftlichkeit dieses Recycling-Verfahrens aus.However, the required high expenditure on equipment for two separate electrolysis cells and the associated increased electric energy consumption had a negative impact on the profitability of this recycling process.
Alternativ wurden spezielle Elektrolysezellen vorgeschlagen, bei denen der Stofftransport zur Kathode durch besondere, meist kostenaufwändige Maßnahmen so stark erhöht wird, dass Kupfer mit höherer Stromdichte in kompakter Form abgeschieden und dadurch die Diskrepanz zwischen der kathodischen und anodischen Stromdichte verringert werden kann.Alternatively, special electrolysis cells have been proposed in which the mass transport to the cathode is increased by special, usually costly measures so strong that copper with higher current density deposited in a compact form and thereby the discrepancy between the cathodic and anodic current density can be reduced.
In der DE 101 12 075 wurde eine solche spezielle geteilten Elektrolysezelle mit rotierender Kathode und der Verwendung pulsierender kathodischer Ströme zur Erhöhung des Stofftransportes zur Kathode vorgeschlagen. Damit war es erstmals möglich, die für eine kompakte Kupferabscheidung erforderliche kathodische Stromdichte so weit zu erhöhen, dass bei gleichzeitig minimierter Anodenfläche eine Kombination der kathodischen Kupferabscheidung mit der anodischen Persulfatregeneration in nur einer Zelle realisiert werden konnte. Dazu war es auch erforderlich, die Anoden in möglichst klein- volumigen, getrennten Anodenkammern anzuordnen, um die für eine ausreichende Stromausbeute erforderlichen hohen Stromkonzentrationen zu realisieren. Nur dadurch konnte die Verweilzeit in den Anodenräumen bis zur Erreichung der Peroxodisulfat- Endkonzentration so gering gehalten werden, dass es nicht zur Bildung von Peroxomonosulfat durch Hydrolyse und damit zur Stromausbeuteminderung durch die Anoden- Depolarisation kommen konnte. Infolge des stark erhöhten Stofftransportes zur Kathode durch die rotierende Kathode und die pulsierenden kathodischen Strömen wurde auch erreicht, dass sämtliches restliches Peroxosulfat an der Kathode reduziert wird. Damit kommt es auch nicht zu einer Depolarisation der Platinanode durch das während des Beizprozesses durch Hydrolyse gebildete Peroxomonosulfat. Eine nach diesem Verfahren arbeitende Pilotanlage wurde für die Leiterplattenfertigung erfolgreich erprobt (s. Galvanotechnik, (2002) S. 1983 - 1991). Nachteilig wirkte sich der relativ hohe apparative Aufwand für die rotierende Kathode und für die erforderliche Aufteilung des Anodenraumes in eine größere Anzahl kleinvolumiger Anodentaschen aus, der in Verbindung mit der relativ geringen Stromkapazität einer Einzelzelle mit einer rotierenden Kathode zu einem hohen apparativen Aufwand für eine komplette technische Recycling-Anlage führte.In DE 101 12 075, such a special split electrolytic cell with rotating cathode and the use of pulsating cathodic currents to increase the mass transfer to the cathode has been proposed. This made it possible for the first time to increase the cathodic current density required for compact copper deposition to such an extent that a combination of cathodic copper deposition and anodic persulfate regeneration could be realized in only one cell while at the same time minimizing the anode area. For this purpose, it was also necessary to arrange the anodes in small-volume, separate anode chambers in order to realize the high current concentrations required for a sufficient current yield. Only in this way was it possible to keep the residence time in the anode chambers until the final peroxodisulfate concentration reached so low that it would not be possible to form peroxomonosulfate by hydrolysis and thus to reduce the current yield by the anode depolarization. Due to the greatly increased mass transport to the cathode by the rotating cathode and the pulsating cathodic currents was also achieved that all residual peroxosulphate is reduced at the cathode. This does not lead to a depolarization of the platinum anode by the peroxymonosulfate formed by hydrolysis during the pickling process. A pilot plant operating according to this process was successfully tested for printed circuit board production (see Galvanotechnik, (2002) pp. 1983-1991). A disadvantage was the relatively high expenditure on equipment for the rotating cathode and the required division of the anode compartment into a larger number of small-volume anode pockets, which in conjunction with the relatively low current capacity of a single cell with a rotating cathode to a high equipment cost for a complete technical Recycling plant led.
Der gegenwärtig erreichte technische Stand der Persulfat-Recycling-Verfahren ist deshalb dadurch charakterisiert, dass sowohl die Variante einer Regeneration in getrennten Zellen, als auch die Variante zur Regeneration in einer speziellen Zelle mit rotierender Kathode und pulsierenden kathodischen Strömen einen relativ großen apparativen Auswand erfordern, wodurch die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens stark beeinträchtigt wurde. Deshalb haben sich diese Recycling-Verfahrensvarianten bis heute auch nicht in der betrieblichen Praxis umfassend durchsetzen können.The presently achieved technical status of the persulfate recycling process is therefore characterized by the fact that both the variant of a regeneration in separate cells, as well as the variant for regeneration in a special cell with rotating cathode and pulsating cathodic currents require a relatively large amount of equipment, whereby the efficiency of the process was severely impaired. Therefore, these recycling process variants have not been able to prevail extensively in business practice until today.
Erschwerend kommt noch dazu, dass die Akzeptanz dieser auf der Anwendung von Platinanoden beruhenden Verfahren bei den Leiterplattenherstellern dadurch stark eingeschränkt ist, dass die Zusammensetzung der Beizlösungen teilweise beträchtlich verändert und an die Erfordernisse der Persulfatregeneration angepasst werden musste, um eine ausreichend hohe Stromausbeute zu erreichen. Insbesondere führte die Notwendigkeit der Anwendung solcher als Wasserschadstoffe geltender potentialerhöhender Zusätze, wie beispielsweise Thiocyanat und/oder Thioharnstoff, die außerdem im Beiz-Recyclingprozess teilweise giftige gasförmige Zersetzungsprodukte bilden (z. B. Cyanwasserstoff oder Dicyan), zu berechtigten Befürchtungen im Hinblick auf mögliche Risiken hinsichtlich der Umweltverträglichkeit und der Qualitätssicherung bei der Leiterplattenproduktion.To make matters worse, that the acceptance of these based on the use of platinum anodes process is greatly limited by the PCB manufacturers in that the composition of the pickling solutions had to be considerably changed in some cases and adapted to the requirements of Persulfatregeneration in order to achieve a sufficiently high current efficiency. In particular, the need to use such potential increasing additives as water pollutants, such as thiocyanate and / or thiourea, which also partially form toxic gaseous decomposition products (eg hydrogen cyanide or cyanogen) in the pickling recycling process, has led to legitimate concerns about possible risks in terms of environmental compatibility and quality assurance in printed circuit board production.
Das durch die Erfindung zu lösende Problem besteht deshalb darin, die Nachteile der bekannten Persulfat-Recycling-Verfahren zu vermeiden und durch die Kombination beider Elektrolyseprozesse in einer vergleichsweise einfach aufgebauten Recycling- Elektrolysezelle mit planaren Kathoden unter Verzicht auf die Verwendung rotierender Kathoden den erforderlichen apparative Aufwand deutlich zu verringern und dadurch die Wirtschaftlichkeit des Recycling-Verfahrens entscheidend zu verbessern.The problem to be solved by the invention therefore consists in avoiding the disadvantages of the known persulfate recycling methods and by the combination of both electrolysis processes in a comparatively simply constructed recycling electrolysis cell with planar cathodes, dispensing with the use of rotation Cathodes significantly reduce the equipment required and thereby significantly improve the efficiency of the recycling process.
Dieses Problem wurde erfindungsgemäß durch das in den Ansprüchen 1 bis 15 dargestellte Recycling-Beizverfahren unter Verwendung der in den Ansprüchen 16 bis 23 beschriebenen Persulfat-Recycling-Elektrolysezelle in überraschend einfacher Weise gelöst. Das gelang durch die Anwendung der diamantbeschichteten Anoden bei zielgerichteter Nutzung ihrer besonderen spezifischen Eigenschaften für die Weiterentwicklung des Persulfat-Recycling-Beizverfahrens.This problem has been solved according to the invention by the recycling pickling process shown in claims 1 to 15 using the persulfate recycling electrolytic cell described in claims 16 to 23 in a surprisingly simple manner. This was achieved by the use of diamond-coated anodes with targeted use of their specific properties for the further development of the persulfate recycling pickling process.
Wichtigste Grundlage dafür war die überraschende Erkenntnis, dass es bei diesen diamantbeschichteten Anoden im Gegensatz zu den Platinanoden nicht zu einer Depolari- sation der Anode bei Vorhandensein von durch Hydrolyse gebildetem Peroxomonosul- fat kommt, wodurch eine Verringerung der Stromausbeute der Peroxodisulfat- Neubildung durch Restmengen an Peroxomonosulfat vermieden werden kann. Damit entfiel auch die beim bisherigen Stand der Technik als notwendig angesehene vollständige Zerstörung der in der erschöpften Beizlösung noch vorhandenen Peroxosulfate, bevor die anodischen Reoxidation von Peroxodisulfat in der an Kupfer abgereicherten Beizlösung vorgenommen werden konnte. Es kann deshalb bei der kathodischen Kup- ferabreicherung bei solchen Elektrolysebedingungen gearbeitet werden, bei denen es nicht zu einer vollständigen kathodischen Reduktion der restlichen Peroxosulfate kommt. Dadurch kann ein Teil der in der erschöpften Beizlösung noch vorhandenen Peroxosulfate erhalten und für den Beizprozess weiter genutzt werden. Damit ergibt sich die prinzipielle Möglichkeit, kathodisch die Kupferrückgewinnung unter solchen Bedingungen durchzuführen, wie sie an planaren Kathoden in Metallrückgewinnungszellen normalerweise vorliegen, also ohne dass besondere Maßnahmen zur Erhöhung des Stofftransportes notwendig sind.The most important basis for this was the surprising finding that, in contrast to the platinum anodes, these diamond-coated anodes do not depolarize the anode in the presence of peroxomonosulphate formed by hydrolysis, thereby reducing the current yield of the peroxodisulphate regeneration by residual amounts Peroxomonosulfate can be avoided. This also eliminated the complete destruction of the peroxosulphates remaining in the exhausted pickling solution which was considered necessary in the prior art before the anodic reoxidation of peroxodisulphate in the pickling solution depleted in copper could be carried out. It is therefore possible to work with cathodic copper depletion under conditions of electrolysis which do not lead to complete cathodic reduction of the remaining peroxosulphates. As a result, some of the peroxosulphates still present in the exhausted pickling solution can be obtained and used further for the pickling process. This results in the principal possibility cathodically perform the copper recovery under such conditions, as they are normally present on planar cathodes in metal recovery cells, so without special measures to increase the mass transfer are necessary.
Bei der anodischen Reoxidation des Peroxodisulfats an diamantbeschichteten Anoden kommt noch ein weiterer Vorteil hinzu. Infolge der geringen Empfindlichkeit gegenüber dem sich durch Hydrolyse bildenden Peroxomonosulfat erwies es sich nicht mehr als notwendig, die mit Platinanoden erforderlichen hohen anodischen Stromkonzentrationen durch eine extreme Verringerung des Anolytvolumens einzuhalten. Vielmehr konnten die erfindungsgemäß in Streifen oder Stäbe aufgegliederten Anoden in einer ge- meinsamen Anodentasche angeordnet werden. Damit entfielen auch die zusätzlichen apparativen Aufwendungen für die bisher erforderliche Aufteilung des Anodenraumes auf eine größere Anzahl kleinvolumiger Anodentaschen, von denen jede mit einer eigenen Zu- und Abführung der Anolytlösung ausgestattet werden musste.In the anodic reoxidation of the peroxodisulfate on diamond-coated anodes, another advantage is added. Due to the low sensitivity to the peroxymonosulfate which forms by hydrolysis, it has not been found necessary to comply with the high anodic current concentrations required by platinum anodes by an extreme reduction of the anolyte volume. Rather, the anodes according to the invention broken down into strips or rods could be Common anode bag can be arranged. This also eliminates the additional equipment costs for the previously required division of the anode compartment to a larger number of small-volume anode bags, each of which had to be equipped with its own supply and discharge of anolyte solution.
Bekannt war bereits, dass bei Anwendung von diamantbeschichteten Elektroden bei der Persulfatelektrolyse zur Erzielung hoher Stromausbeuten auf die Verwendung potentialerhöhender Zusätze gänzlich verzichtet werden kann und dass man mit der anodischen Stromdichte und dem Sulfat/Schwefelsäuregehalt der Elektrolytlösung unterhalb des für Platinanoden geltenden Bereiches bleiben kann, um noch ausreichende Stromausbeuten der Peroxodisulfat-Neubildung zu erreichen. Es wurde gefunden, dass eine Verringerung der anodischen Stromdichte an diamantbeschichteten Anoden sogar zu einer Erhöhung der Stromausbeute führt, ganz im Gegensatz zu den Platinanoden, bei denen bekanntlich mit der Verringerung der Stromdichte eine deutliche Stromausbeuteminderung einhergeht.It has already been known that with the use of diamond-coated electrodes in persulfate electrolysis to achieve high current yields on the use of potential-enhancing additives can be completely dispensed with and that you can stay with the anodic current density and the sulfate / sulfuric acid content of the electrolyte solution below the valid range for platinum anodes to still sufficient current yields of Peroxodisulfat neoplasm to achieve. It has been found that a reduction of the anodic current density on diamond-coated anodes even leads to an increase in the current efficiency, in contrast to the platinum anodes, which are known to be associated with a reduction in current density, a significant current yield reduction.
Die gezielte Nutzung auch der damit verbundenen Möglichkeiten im Rahmen dieses erfindungsgemäßen Persulfat-Recyciing-Beizverfahrens führte schließlich zu der überraschenden Erkenntnis, dass es bei Stromdichten an den planaren Kathoden von 4 bis 7 A/dm2 und an den diamantbeschichteten Anoden von 25 bis 50 A/dm2 möglich ist, das Kupfer in kompakter Form zurückzugewinnen, Peroxodisulfat mit guter Ausbeute zu reoxidieren und einen Teil des in der erschöpften Beizlösung noch vorhandenen Pero- xosulfates zu erhalten und weiter im Beizprozess zu nutzen. Überraschend war das besonders deshalb, weil es durch die Summe der dargestellten Maßnahmen gelungen ist, den bei Verwendung von Platinanoden erforderlichen Quotienten der anodischen und kathodischen Stromdichte von bisher 20 bis 30 auf neu 6 bis 10 ganz beträchtlich zu verringern. Dadurch ergab sich die Möglichkeit, durch die Aufgliederung der Anode in solche 5 bis 12 mm breite Streifen oder Stäbe mit gegenüber der planaren Kathode verringerter Gesamtfläche der diamantbeschichteten Anoden die für das Persulfat- Recycling-Verfahren verringerte Stromdichtedifferenz durch das Flächenverhältnis Kathode-Anode in einer einfach aufgebauten Recycling-Zelle mit planaren Kathoden auszugleichen. Die gefundene Unempfindlichkeit der diamantbeschichteten Anoden hinsichtlich vorhandener Peroxomonosulfate kann erfindungsgemäß auch dazu genutzt werden, dass ein Teilstrom der erschöpften Beizlösung unter Umgehung des Katholytkreislaufes direkt in die Anodenräume einspeist werden kann, ohne die anodische Stromausbeute der Peroxodisulfat-Neubildung zu verringern. Von Vorteil ist diese Verfahrensweise insofern, als durch die Überführung von Kupferionen durch die Kationenaustauschermembranen zusätzlich Kupfer in den Kathodenraum gelangt und dort abgeschieden werden kann. Eine entsprechende Menge erschöpfter Beizlösung braucht dann zum Ausgleich der Kupferbilanz weniger in den Katholytkreislauf eingespeist zu werden. Damit wird aber noch weniger an restlichem Peroxodisulfat in den Katholyten eingespeist, wodurch ein noch größerer Anteil des restlichen Peroxodisulfats im Regenerat verbleibt und für den Beizprozess weiter genutzt werden kann.The targeted use of the possibilities associated therewith in the context of this persulfate-recycling pickling process according to the invention finally led to the surprising finding that current densities at the planar cathodes of 4 to 7 A / dm 2 and at the diamond-coated anodes of 25 to 50 A. / dm 2 it is possible to recover the copper in a compact form, to reoxidize peroxodisulfate in good yield and to obtain part of the peroxodisulfate still present in the spent pickling solution and to continue to use it in the pickling process. This was particularly surprising because the sum of the measures described has succeeded in considerably reducing the quotients of the anodic and cathodic current densities required from platinum anodes from 20 to 30 to 6 to 10 in the past. This has made it possible, by dividing the anode into such 5 to 12 mm wide strips or bars with respect to the planar cathode reduced total area of the diamond-coated anodes reduced for the persulfate recycling process current density difference by the area ratio cathode anode in a simple built-up recycling cell with planar cathodes to compensate. The insensitivity of the diamond-coated anodes with respect to existing peroxomonosulfates can also be used according to the invention so that a partial stream of the spent pickling solution can be fed directly into the anode chambers, bypassing the catholyte circuit, without reducing the anodic current efficiency of the peroxodisulfate regeneration. This procedure is advantageous in that, in addition, copper passes into the cathode space through the transfer of copper ions through the cation exchange membranes and can be deposited there. A corresponding amount of spent pickling solution then needs to be fed to compensate for the copper balance less in the catholyte cycle. However, even less residual peroxodisulfate is fed into the catholyte, as a result of which an even greater proportion of the remaining peroxodisulfate remains in the regenerate and can be used further for the pickling process.
Als Sulfate/Peroxosulfate werden insbesondere die der Alkalimetalle und des Ammoniums eingesetzt, vorzugsweise das Natriumsulfat/Peroxosulfat. Es ist aber auch möglich, Sulfate/Peroxosulfate anderer Metalle allein oder im Gemisch mit Sulfa- ten/Peroxosulfaten der Alkalimetalle einzusetzen. Es wurde überraschend gefunden, dass die sich beim Beizen von Legierungen im Beizbad anreichernden Metallsulfate von Legierungsbestandteilen wie Nickel, Zink oder auch Eisen selbst zur Bildung von Pero- xodisulfaten befähigt sind, die das Natriumperoxosulfat im Regenerat ganz oder teilweise zu ersetzen in der Lage sind. Weniger als Legierungsbestandteil, wohl aber als Ersatz von Natriumsulfat/Peroxosulfat kann es auch vorteilhaft sein, Magnesiumsul- fat/Peroxosulfat als Beizmedium einzusetzen. Das hat insbesondere Vorteile im Hinblick auf eine bei Raumtemperatur mehr als doppelt so hohe molare Löslichkeit des Magnesiumsulfats im Vergleich zum Natriumsulfat.The sulfates / peroxosulfates used are in particular those of the alkali metals and ammonium, preferably the sodium sulfate / peroxosulfate. However, it is also possible to use sulfates / peroxosulfates of other metals, alone or in admixture with sulfates / peroxosulfates of the alkali metals. It has surprisingly been found that the metal sulfates of alloy constituents such as nickel, zinc or even iron itself, which are enriched in pickling of alloys in the pickling bath, are capable of forming peroxodisulfates which are capable of completely or partially replacing the sodium peroxosulfate in the regenerate. It may also be advantageous to use magnesium sulphate / peroxosulphate as the pickling medium, less as an alloy constituent but as a substitute for sodium sulphate / peroxosulphate. This has particular advantages with regard to a room temperature more than twice as high molar solubility of magnesium sulfate compared to sodium sulfate.
Als erfindungsgemäß zu verwendende planare Kathoden können sowohl Bleche aus Kupfer, Edelstahl oder Titan, als auch Kupferstreckmetalle, ein- oder mehrlagig oder in Kombination mit Kathodenblechen eingesetzt werden. Damit kann die elektrochemisch wirksame Oberfläche erhöht und auch die pro Kathodenfläche abzuscheidende Kupfermenge bis zum Kathodenwechsel erhöht werden.As planar cathodes to be used according to the invention, it is possible to use both sheets made of copper, stainless steel or titanium, and copper expanded metals, in one or more layers or in combination with cathode sheets. Thus, the electrochemically active surface can be increased and also the amount of copper to be deposited per cathode surface can be increased until the cathode is changed.
Eine erfindungsgemäße Recycling-Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 16 bis 23 sowie deren Einbindung in den gesamten Persulfat-Recycling-Prozess ist beispielhaft und schematisch in der Figur 1 dargestellt. Figur 2 zeigt einen Querschnitt, der die Anordnung der in Stäbe aufgeteilten Anode innerhalb der Anodentasche zur planaren Kathode verdeutlicht (mit stilisiertem Stromlinienverlauf).An inventive recycling electrolysis cell according to claims 16 to 23 and their integration in the entire persulfate recycling process is exemplary and schematically shown in the figure 1. Figure 2 shows a cross-section illustrating the arrangement of the rod-divided anode within the anode pocket to the planar cathode (with stylized streamline profile).
Die Recycling-Elektrolysezelle besteht aus dem Zellenbehälter 3, in dem eine beidseitig wirkende planare Kathode 4 sowie zwei Anodenkasetten 5 angeordnet sind. Die zur Kathode gewandten Seiten der Anodenkasetten bestehen aus mit senkrechten Schlitzen versehenen Platten, in welche die Kationenaustauschermembranen 6 eingespannt sind. Die in senkrechte Streifen oder Stäbe aufgegliederten Niob-Anoden 7 von 5 bis 12 mm Breite sind mit einer Beschichtung aus dotiertem Diamant 8 versehen. Sie sind im Abstand von 50 bis 70 mm gegenüber den Schlitzen in den Randplatten der Anodenkasetten angeordnet, wie dies in Fig. 2 am Beispiel einer in Stäbe untergliederten Anode und einer nur einseitig wirkenden planaren Kathode verdeutlicht wird.The recycling electrolysis cell consists of the cell container 3, in which a bilaterally acting planar cathode 4 and two anode cassettes 5 are arranged. The cathode-facing sides of the anode cassettes consist of vertical slotted plates in which the cation exchange membranes 6 are clamped. The niobium anodes 7 of 5 to 12 mm width, which are subdivided into vertical strips or rods, are provided with a coating of doped diamond 8. They are arranged at a distance of 50 to 70 mm from the slots in the edge plates of the anode casings, as illustrated in FIG. 2 using the example of an anode which is subdivided into bars and a planar cathode which acts only on one side.
Die erschöpfte Beizlösung wird aus der Beizwanne 1 mittels der Dosierpumpe 2 in den Katholytkreislauf eingespeist, der mittels der Katholyt-Umlaufpumpe 10 aus dem Katho- lyt-Umlaufgefäß 9 über den Kathodenraum umgepumpt wird. Ein der zudosierten Menge an Beizlösung entsprechender Anteil des stationären Katholyten tritt bei 11 in die Anodenkassetten 5 ein, durchströmt diese und gelangt über einen Gasabscheider als Regenerat zurück in die Beizwanne 1. Mittels der Dosierpumpe 14 kann eine zusätzliche Menge einer Peroxodisulfat-Lösung aus dem Behälter 13 zudosiert werden, auch zum Ausgleich von Ausschleppverlusten an Beizlösung.The exhausted pickling solution is fed from the pickling tank 1 by means of the metering pump 2 into the catholyte circuit, which is circulated by means of the catholyte circulation pump 10 out of the catholyte circulation vessel 9 via the cathode chamber. One of the metered amount of pickling solution corresponding proportion of the stationary catholyte enters at 11 in the anode cassettes 5, flows through them and passes through a gas separator as reclaim back into the pickling pan 1. By means of the metering pump 14, an additional amount of a peroxodisulfate solution from the container 13, also to compensate for leaching losses to pickling solution.
Anwendungsbeispiele Beispiel 1 (Vergleichsbeispiel)Application Examples Example 1 (Comparative Example)
In einer durch eine Kationenaustauschermembran geteilten Laborversuchszelle wurde der Anodenprozess der Persulfatregeneration unter Verwendung einer vorentkupferten, noch restliches Peroxosulfat enthaltenden Beizlösung untersucht, wobei die erfindungsgemäß einzusetzenden diamantbeschichteten Anoden im Vergleich zu den Anoden aus glattem Platin angewandt wurden. Die Laborversuchszelle verfügte über eine wirksame Anodenfläche von 30 cm2. Die Kathode bestand aus mehreren Edelstahl-Streckgittern, der Trennung von Anolyt und Katholyt diente eine NAFION N450 Kationenaustauschermembran. Als Katholyt diente verd. Schwefelsäure, die Anolytlösung hatte folgende Grundzusammensetzung: 250 g/l Natriumsulfat 50 g/l NatriumperoxodisulfatIn a laboratory test cell divided by a cation exchange membrane, the anulfate regeneration anodes process was investigated using a pre-decarburized pickling solution still containing peroxosulfate, using the diamond-coated anodes to be used in the invention in comparison to the smooth platinum anodes. The laboratory test cell had an effective anode area of 30 cm 2 . The cathode consisted of several stainless steel expanded mesh, the separation of anolyte and catholyte was a NAFION N450 cation exchange membrane. The catholyte used was dil. Sulfuric acid, the anolyte solution had the following basic composition: 250 g / l sodium sulfate 50 g / l sodium peroxodisulfate
100 g/l Schwefelsäure100 g / l sulfuric acid
5 g/l Kupfer5 g / l copper
Ein Teil der Lösung wurde nach dem Zusatz des Natriumperoxodisulfats sofort elektro- lysiert. Ein anderer Teil wurde erst nach einer Reaktionszeit von 24 h bei 50 0C eingesetzt, nachdem sich durch Hydrolyse ca. 8 g/l Peroxomonoschwefelsäure gebildet hatten (entspricht einem hydrolysierten Anteil des eingesetzten Peroxodisulfats von etwa 33 %). Elektrolysiert wurden jeweils 600 ml einer im Kreislauf über den Anodenraum und einen Kühler geförderten Anolytlösung über 150 min bei einer Temperatur von ca. 30 0C und einer Stromstärke von 12 A (i = 40 A/dm2). Aller 30 min wurde die NaPS- Gesamtkonzentration und nach 150 min die Neubildung an Peroxodisulfat bestimmt und daraus die Stromausbeute berechnet. Folgende Versuche wurden durchgeführt:Part of the solution was electrolyzed immediately after the sodium peroxodisulfate had been added. Another part was used only after a reaction time of 24 h at 50 0 C after about 8 g / l peroxomonosulfuric had formed by hydrolysis (corresponds to a hydrolyzed portion of the peroxodisulfate used of about 33%). 600 ml of a circulating conveyed via the anode compartment and a cooler anolyte solution over 150 minutes at a temperature of about 30 0 C and a current of 12 A (i = 40 A / dm 2) were electrolyzed. The NaPS total concentration was determined every 30 min and, after 150 min, the formation of new peroxodisulfate and from this the current yield was calculated. The following tests were carried out:
Versuch 1 : Mit bordotiertem Diamant (ca. 5 μm) beschichtete Niob-Anode, Anolyt ohne vorherige Hydrolyse.Experiment 1: Niobium anode coated with boron-doped diamond (about 5 μm), anolyte without previous hydrolysis.
Versuch 2: Diamantelektrode wie Vers. 1 , jedoch nach vorheriger Hydrolyse. Versuch 3: Vergleichsversuch mit glatter Platinanode, ohne vorherige Hydrolyse und ohne potentialerhöhende Zusätze.Experiment 2: Diamond electrode as in verse 1, but after previous hydrolysis. Experiment 3: Comparative experiment with smooth platinum anode, without previous hydrolysis and without potential-increasing additives.
Versuch 4: Vergleichsversuch wie Vers. 3, jedoch nach vorheriger Hydrolyse. Versuch 5: Vergleichsversuch mit glatter Platinanode, ohne vorherige Hydrolyse, jedoch mit potentialerhöhendem Zusatz (0,2 g/l NaCNS, 0,1 g/l HCl). Versuch 6: Vergleichsversuch wie Vers. 5, jedoch nach vorheriger Hydrolyse). Die Ergebnisse sind in der Tabelle 1 zusammengestellt: Tabelle 1 :Experiment 4: Comparative experiment as in verse 3, but after previous hydrolysis. Experiment 5: Comparative experiment with smooth platinum anode, without previous hydrolysis, but with potential-increasing additive (0.2 g / l NaCNS, 0.1 g / l HCl). Experiment 6: Comparative experiment as in verse 5, but after previous hydrolysis). The results are summarized in Table 1: TABLE 1
Die Ergebnisse verdeutlichen, dass es unter den erfindungsgemäßen anodischen Elektrolysebedingungen (Stromdichte, Beizbadzusammensetzung) und dem angestrebten Verzicht auf einen potentialerhöhenden Zusatz nicht möglich ist, die erfindungsgemäß zu verwendenden diamantbeschichteten Anoden durch glatte Platinanoden zu ersetzen. Das gilt unabhängig davon, ob ein Teil des anfänglich noch vorhandenen restlichen Pe- roxosulfats bereits zu Peroxomonosulfat hydrolysiert ist oder nicht. Nur wenn das restliche Peroxosulfat ausschließlich als Peroxodisulfat vorliegt, erhält man an Platinanoden bei Verwendung des für die Leiterplattenfertigung unerwünschen potentialerhöhenden Zusatzes eine vergleichbare Stromausbeute der Peroxodisulfat-Neubildung. Bei der in den meisten Fällen unvermeidlichen Anwesenheit von Peroxomonosulfat kommt es selbst bei Anwesenheit des potentialerhöhenden Zusatzes an Platinanoden zu einem starken Rückgang der Stromausbeute. The results make it clear that under the novel anodic electrolysis conditions (current density, pickling bath composition) and the intended omission of a potential-increasing additive, it is not possible to replace the diamond-coated anodes to be used according to the invention with smooth platinum anodes. This is true regardless of whether a part of the remaining residual persoxosulfate is already hydrolyzed to peroxymonosulfate or not. Only if the remaining peroxosulphate is present exclusively as peroxodisulphate, a comparable current yield of peroxodisulphate new formation is obtained on platinum anodes when using the potential-increasing additive which is undesirable for the printed circuit board production. In the case of peroxomonosulfate, which is in most cases inevitable, even if the potential-enhancing addition of platinum anodes is present, the current efficiency drops sharply.
Beispiel 2:Example 2:
In der gleichen geteilten Laborversuchszelle des Beispiels 1 wurden mit der diamantbeschichteten Anode unter den gleichen Bedingungen (Stromdichte 40 A/dm2, Elektrolysedauer 90 min) die folgenden Ausgangslösungen mit unterschiedlichen Kationen und Gesamtsulfatgehalten elektrolysiert (im Unterscheid zu Beispiel 1 ohne Persulfat- Ausgangsgehalte).In the same divided laboratory test cell of Example 1, the following starting solutions with different cations and total sulfate contents were electrolyzed with the diamond-coated anode under the same conditions (current density 40 A / dm 2 , electrolysis time 90 min) (in contrast to Example 1 without starting persulfate contents).
Versuch 1: 250 g/l Na2SO4 + 100 g/l H2SO4 Experiment 1: 250 g / l Na 2 SO 4 + 100 g / l H 2 SO 4
Versuch 2: 400 g/l MgSO4 x 7 H2O + 100 g/l H2SO4 Experiment 2: 400 g / l MgSO 4 .7H 2 O + 100 g / l H 2 SO 4
Versuch 3: 300 g/l ZnSO4 x 7 H2O + 150 g/l Na2SO4 + 100 g/l H2SO4 Experiment 3: 300 g / l ZnSO 4 × 7 H 2 O + 150 g / l Na 2 SO 4 + 100 g / l H 2 SO 4
Versuch 4: 200 g/l NiSO4 x 6 H2O + 150 g/l Na2SO4 + 100 g/l H2SO4 Experiment 4: 200 g / l NiSO 4 × 6 H 2 O + 150 g / l Na 2 SO 4 + 100 g / l H 2 SO 4
Die erhaltenen Ergebnisse sind in folgender Tabelle 2 zusammengestellt:The results obtained are summarized in the following Table 2:
Daraus ist ersichtlich, dass es auch mit den im Beizprozess angereicherten Metallsulfaten, z. B. von Zinksulfat beim Beizen von Messing oder Nickelsulfat beim Beizen von Kupfer-Nickellegierungen möglich ist, bei der Regenerierung mindestens die gleichen Stromausbeuten zu erreichen wie mit reinen Natriumsulfat/Schwefelsäurelösungen. Interessant ist die deutlich höhere Stromausbeute, die mit Magnesiumsulfat/Schwefelsäurelösungen erhalten werden. Das ist offensichtlich nicht nur durch einen möglichen höheren Sulfat-Ausgangsgehalt infolge der besseren Löslichkeit von Magnesiumsulfat im Vergleich zum Natriumsulfat zurückzuführen, sondern wohl auch durch den Ersatz der Nationen durch die Mg2+-lonen. It can be seen that it also with the enriched in the pickling metal sulfates, z. B. of zinc sulfate in the pickling of brass or nickel sulfate in the pickling of copper-nickel alloys is possible to achieve at least the same current yields in the regeneration as pure sodium sulfate / sulfuric acid solutions. Interestingly, the significantly higher current efficiency obtained with magnesium sulfate / sulfuric acid solutions. Obviously, this is not only due to a higher initial sulfate content due to the better solubility of magnesium sulphate compared to sodium sulfate, but probably also due to the replacement of nations by Mg 2+ ions.
Beispiel 3Example 3
In einer analog dem Verfahrensschema Fig. 1 aufgebauten Recycling-Pilotanlage wurde eine Recycling-Elektrolysezelle eingesetzt, die mit zwei beidseitig wirkenden Kathodenplatten aus Edelstahl mit einer elektrochemisch wirksamen Gesamtfläche von 200 dm2 ausgestattet war. Die drei Anodenkasetten enthielten je 10 senkrechte, 8 mm breite diamantbeschichtete Niob-Anodenstreifen Die mittlere Anodentasche wirkte beidseitig und enthielt zwei NAFION-Kationenaustauschermembranen, eingespannt in je zwei mit senkrechten Schlitzen gegenüber den Anodenstreifen ausgestatteten Kunststoffplatten. Die beiden Rand-Anodenkasetten waren analog aufgebaut, sie enthielten aber nur je eine Kationenaustauschermembran und wirkten einseitig. Die gesamte elektrochemisch wirksame Anodenfläche ergab sich zu 24 dm2. Daraus ergibt sich ein Flächenverhältnis Kathode/Anode von 8,33.In a similar to the process scheme Fig. 1 constructed recycling pilot plant, a recycling electrolysis cell was used, which was equipped with two double-acting cathode plates made of stainless steel with an electrochemically effective total area of 200 dm 2 . The three anode cassettes each contained 10 vertical, 8 mm wide diamond coated niobium anode strips. The middle anode pocket was bilateral and contained two NAFION cation exchange membranes clamped in two plastic plates each fitted with vertical slots opposite the anode strips. The two edge-anode cassettes were constructed analogously, but they each contained only one cation exchange membrane and were unilateral. The total electrochemically active anode area was 24 dm 2 . This results in a cathode / anode area ratio of 8.33.
Der stationäre Katholyt wurde mittels Umlaufpumpe im Kreislauf gefördert. Mittels Dosierpumpe wurden stündlich 55 I der Beizlösung aus der Beizwanne in den Katho- lytkreislauf eingespeist. Diese Beizlösung hatte folgende Zusammensetzung:The stationary catholyte was circulated by circulation pump. By means of a metering pump, 55 l of the pickling solution from the pickling tank were fed into the catholyte cycle every hour. This pickling solution had the following composition:
49 g/l Natriumperoxodisulfat49 g / l sodium peroxodisulfate
150 g/l Natriumsulfat150 g / l sodium sulfate
100 g/l Schwefelsäure100 g / l sulfuric acid
15 g/l Kupfer15 g / l copper
Im Katholytkreislauf stellten sich stationäre Konzentrationen von 4,8 g/l Kupfer und 13 g/l Peroxosulfat ein, berechnet als Natriumperoxodisulfat. Das Kupfer schied sich in einer kompakten leicht ablösbaren Form auf den Edeistahlkathodenplatten ab. Elektrolysiert wurde mit einer Stromstärke von 950 A1 einer kathodischen Stromdichte von ca. 4,8 A/dm2 und einer anodischen Stromdichte von 39,6 A/dm2 entsprechend. Stündlich wurden kathodisch 561 g Kupfer abgeschieden und 1.980 g Natriumperoxodi- sulfat reduziert. Die mit 13 g/l NaPS in die Anodenkasetten eingespeisten 55 l/h Katho- lytlösung wurde anodisch auf 65,5 g/l NaPS aufkonzentriert. Das entspricht einer in das Beizbad eingespeisten Menge an Natriumperoxodisulfat-Regenerat von 3.603 g/h. Davon wurden anodisch 2.888 g/h neu gebildet, einer realen Stromausbeute von 65,0 % entsprechend. Wenn man die im eingespeisten Katholyten enthaltene NaPS- Restmenge, die bei den bisherigen Recycling-Verfahren hätte vollständig reduziert werden müssen, in die Berechnung einbezieht, erhält man eine scheinbare anodische Stromausbeute von 81 ,1 %.Stationary concentrations of 4.8 g / l copper and 13 g / l peroxosulphate were calculated in the catholyte cycle, calculated as sodium peroxodisulphate. The copper separated in a compact easily removable form on the Edeistahlkathodenplatten. Electrolyzed with a current of 950 A 1, a cathodic current density of about 4.8 A / dm 2 and an anodic current density of 39.6 A / dm 2 accordingly. Each hour, 561 g of copper were deposited cathodically and 1,980 g of sodium peroxodisulfate was reduced. The 55 l / h catholyte solution fed with 13 g / l NaPS into the anode cassettes was anodically concentrated to 65.5 g / l NaPS. This corresponds to an amount of sodium peroxodisulfate regenerate of 3,603 g / h fed into the pickling bath. Of these anodically 2.888 g / h were formed, corresponding to a real current yield of 65.0%. Including in the calculation the amount of NaPS residual contained in the catholyte fed in, which would have had to be completely reduced in previous recycling processes, results in an apparent anodic current efficiency of 81.1%.
Der NaPS-Verbrauch ohne Recycling lag bei durchschnittlich etwa 4.400 g/h, eingerechnet die mit und ohne Recycling etwa konstant bleibenden Ausschlepp- und Zersetzungsverluste. Damit konnten etwa 81 ,9 % der ohne Recycling eingesetzten NaPS- Menge durch das Recycling-Verfahren rückgewonnen werden, zusätzlich zur Rückgewinnung von 561 g/h Kupfer. Die sich beim NaPS-Verbrauch ergebende Differenzmenge zum Gesamtverbrauch ohne Recycling (bei etwa gleichbleibender NaPS- Verlustmenge) beträgt: 4.400 - 3.603 = 797 g/h NaPS, diese Menge muss dem Beiz- prozess in Form einer NaPS-Lösung zusätzlich zum Regenerat zudosiert werden. On average, the NaPS consumption without recycling was about 4,400 g / h, including the carry-over and decomposition losses, which remained approximately constant with and without recycling. Thus, about 81.9% of the amount of NaPS used without recycling could be recovered by the recycling process, in addition to the recovery of 561 g / h of copper. The resulting difference in NaPS consumption from the total consumption without recycling (with approximately the same NaPS loss amount) is: 4,400 - 3,603 = 797 g / h NaPS, this amount must be added to the pickling process in the form of a NaPS solution in addition to the regenerate ,

Claims

Patentanspruch claim
1. Recycling-Beizverfahren für Kupfer und Kupferlegierungen unter Verwendung einer wässrigen Kreislauflösung, die 0,2 bis 1 ,0 mol/l eines Peroxosulfates neben überschüssigem Sulfat und freier Schwefelsäure enthält, wobei die erschöpfte, mit 0,15 bis 0,5 mol/l Kupfer angereicherte und an Peroxosulfaten verarmte erschöpfte Beizlösung elektrochemisch in einer durch Kationenaustauschermembranen geteilten Recycling-Elektrolysezelle regeneriert wird, gekennzeichnet dadurch, dass ein Teilstrom der erschöpften Beizlösung in einen über die Kathodenräume der Zelle umlaufenden Katholytkreislauf eingespeist wird, wobei das Kupfer an einer oder mehreren planaren Kathodenplatten bei kathodischen Stromdichten von 4 bis 7 A/dm2 bis auf 0,05 bis 0,15 Mol/l abgereichert wird und der noch restliches Peroxosulfat enthaltende Katholyt danach den Anodenräumen zugeführt wird, in denen das Peroxosulfat in Form von Peroxodisulfat an den in 5 bis 12 mm breite senkrechte Streifen oder Stäbe aufgegliederten Anoden aus einem diamantbeschichteten Ventilmetall mit Stromdichten von 20 bis 50 A/dm2 reoxidiert wird.1. A recycling pickling process for copper and copper alloys using an aqueous recycle solution containing from 0.2 to 1.0 mol / l of a peroxosulphate in addition to excess sulphate and free sulfuric acid, the exhausted at 0.15 to 0.5 mol / a copper-enriched and peroxosulphate-depleted exhausted pickling solution is electrochemically regenerated in a cation exchange membrane separated recycling electrolysis cell, characterized in that a partial flow of the exhausted pickling solution is fed into a circulating over the cathode compartments of the cell catholyte cycle, wherein the copper at one or more planar Cathodic plates at cathodic current densities of 4 to 7 A / dm 2 is depleted to 0.05 to 0.15 mol / l and the remaining remaining peroxosulfate catholyte is then fed to the anode chambers, in which the peroxodisulfate in the form of peroxodisulfate in the 5 to 12 mm wide vertical strips or rods au aged anode is reoxidized from a diamond-coated valve metal with current densities of 20 to 50 A / dm 2 .
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet dadurch, dass die Kreislauflösung einen Gesamtsulfatgehalt von 1 bis 3 mol/l enthält.2. The method according to claim 1, characterized in that the circulating solution contains a total sulfate content of 1 to 3 mol / l.
3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, dass die Anoden eine Beschichtung aus einem durch Dotierung leitfähig gemachten Diamant mit einer Stärke von 3 bis 10 μm aufweisen und dass als Ventilmetall Niob, Titan, Tantal oder Zirkonium eingesetzt wird.3. The method according to claims 1 and 2, characterized in that the anodes have a coating of a made conductive by doping diamond with a thickness of 3 to 10 microns and that is used as a valve metal niobium, titanium, tantalum or zirconium.
4. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, dass der den Anodenräumen zugeführte, weitgehend an Kupfer abgereicherte Katholyt noch Peroxosulfate enthält.4. The method according to claims 1 to 3, characterized in that the anode chambers supplied, largely depleted in copper catholyte still contains peroxosulfates.
5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, dass ein Teilstrom der Peroxosulfate enthaltenden erschöpften Beizlösung zusätzlich zum weitgehend entkupferten Katholyten direkt in die Anodenräume eingespeist wird. 5. The method according to claims 1 to 4, characterized in that a partial stream of the peroxosulfate-containing spent pickling solution is fed in addition to the largely decuperated catholyte directly into the anode chambers.
6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, dass die planaren Kathoden aus Titan-, Edelstahl-, oder Kupferblechen bestehen.6. Process according to claims 1 to 5, characterized in that the planar cathodes consist of titanium, stainless steel or copper sheets.
7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 6, gekennzeichnet dadurch, dass die planaren Kathoden aus einer oder mehreren miteinander kontaktierten Kupfer- Streckmetall-Lagen bestehen.7. The method according to claims 1 to 6, characterized in that the planar cathodes consist of one or more contacted with each other copper expanded metal layers.
8. Verfahren nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, dass die aus mehreren Streckmetall-Lagen gebildeten Kathoden ein Mittelblech mit Stromzuführung enthalten, mit dem die beidseitig aufgebrachten Kupfer-Streckmetall-Lagen elektrisch leitend verbunden sind.8. The method according to claim 7, characterized in that the cathodes formed from a plurality of expanded metal layers comprise a center plate with power supply, with which the copper-expanded metal layers applied on both sides are electrically connected.
9. Verfahren nach Anspruch 8, gekennzeichnet dadurch, dass das Mittelblech aus Kupfer, Titan oder Edelstahl besteht.9. The method according to claim 8, characterized in that the center plate made of copper, titanium or stainless steel.
10. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 9, gekennzeichnet dadurch, dass die Sulfate/Peroxosulfate der Alkalimetalle und/oder des Ammoniums allein oder im Gemisch miteinander eingesetzt werden.10. The method according to claims 1 to 9, characterized in that the sulfates / peroxosulfates of the alkali metals and / or ammonium are used alone or in admixture with each other.
11.Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 10, gekennzeichnet dadurch, dass Sulfate/Peroxosulfate des Magnesiums, Zinks, Nickels, Eisens allein oder im Gemisch mit Alkalimetallsulfaten/Peroxosulfaten eingesetzt werden.11.A method according to claims 1 to 10, characterized in that sulfates / peroxosulfates of magnesium, zinc, nickel, iron alone or in admixture with alkali metal sulfates / Peroxosulfaten be used.
12. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 11 , gekennzeichnet dadurch, dass das anodisch reoxidierte Peroxodisulfat vor der Einspeisung in das Beizbad ganz o- der teilweise zum Peroxomonosulfat hydrolysiert wird.12. The method according to claims 1 to 11, characterized in that the anodically reoxidized peroxodisulfate before being fed into the pickling bath completely o- partially hydrolyzed to Peroxomonosulfat.
13. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 12, gekennzeichnet dadurch, dass der Kreislauflösung bekannte Zusätze zur Erhöhung der Beizgeschwindigkeit zugegeben werden.13. The method according to claims 1 to 12, characterized in that the circulation solution known additives are added to increase the pickling rate.
14. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 13, gekennzeichnet dadurch, dass beim Beizen von Kupferlegierungen ein Teil der entkupferten Katholytlösung zur Rückgewinnung sich anreichernder Legierungsbestandteile ausgekreist und nach bekannten Verfahren aufgearbeitet wird.14. The method according to claims 1 to 13, characterized in that during the pickling of copper alloys, a part of the decuperated catholyte solution for Recovery of enriching alloying components is removed and worked up by known methods.
15. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 14, gekennzeichnet dadurch, dass zur Regenerierung mehrere Einzelzellen bzw. mehrere Kathoden- und/oder Anodenräume einer Zelle nacheinander von der zu regenerierenden Beizlösung durchströmt werden.15. The method according to claims 1 to 14, characterized in that for the regeneration of several individual cells or a plurality of cathode and / or anode chambers of a cell are successively flowed through by the pickling solution to be regenerated.
16. Elektrolysezelle zur Regenerierung erschöpfter Peroxosulfat-Beizlösungen für Kupfer- und Kupferlegierungen nach dem in den Ansprüchen 1 bis 15 dargestellten Recycling-Beizverfahren für Kupfer und Kupferlegierungen, bestehend aus:16. An electrolytic cell for regenerating exhausted peroxosulphate pickling solutions for copper and copper alloys according to the described in claims 1 to 15 recycling pickling process for copper and copper alloys, consisting of:
• einem Elektrolysebehälter• an electrolysis tank
• mindestens einer im Elektrolysebehälter angeordneten Kathode• At least one arranged in the electrolysis tank cathode
• mindestens einer im Elektrolysebehälter angeordneten Anodentasche mit einseitg oder beidseitig eingespannten Kationenaustauschermembranen und einer einseitig oder beidseitig wirkenden Anode mit Zu- und Abführungen für den Anolyten, gekennzeichnet dadurch, dass• At least one arranged in the electrolysis tank anode bag with einseitg or clamped on both sides cation exchange membranes and a single-sided or double-acting anode with inlets and outlets for the anolyte, characterized in that
• planare Kathoden in Form von Blechen oder Streckmetallen eingesetzt werden,Planar cathodes are used in the form of sheets or expanded metals,
• die Anodentaschen an den zur Kathode gewandten Seite mit senkrechten Schlitzen versehenen Platten ausgestattet sind, in die die Kationenaustauschermembranen eingespannt sind,The anode pockets on the side facing the cathode are provided with vertical slits in which the cation exchange membranes are clamped,
• die Anoden aus einem diamantbeschichtetem Ventilmetall bestehen,The anodes consist of a diamond-coated valve metal,
• die Anoden in senkrechte, gegenüber den Schlitzen in den Randplatten der Anodentaschen angeordnete Anodenstreifen oder Anodenstäbe mit Stromzuführungen aufgegliedert sind,The anodes are subdivided into power supply lines in vertical anode strips or anode bars arranged opposite the slots in the edge plates of the anode pockets,
• die Anodenstreifen 5 bis 12 mm breit sind und im Abstand von 40 bis 70 mm zueinander und von 50 bis 70 mm zur planaren Kathode angeordnet sind,The anode strips are 5 to 12 mm wide and are arranged at a distance of 40 to 70 mm from one another and from 50 to 70 mm from the planar cathode,
• die elektrochemisch wirksame Gesamtfläche der Anodenstreifen 10 bis 25 % der Flä che der planaren Kathoden beträgt.The total electrochemical area of the anode strips is 10 to 25% of the area of the planar cathodes.
17. Elektrolysezelle nach Anspruch 16, gekennzeichnet durch die Verwendung mittels Bor dotierter Diamantschichten von 3 bis 10 μm Stärke. 17. An electrolytic cell according to claim 16, characterized by the use of boron-doped diamond layers of 3 to 10 microns thickness.
18. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 16 und 17, gekennzeichnet durch die Verwendung von Niob als Ventilmetall.18. electrolytic cell according to claims 16 and 17, characterized by the use of niobium as a valve metal.
19. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 16 bis 18, gekennzeichnet durch planare Kathoden in Form von Blechen aus Kupfer, Edelstahl oder Titan.19. An electrolytic cell according to claims 16 to 18, characterized by planar cathodes in the form of sheets of copper, stainless steel or titanium.
20. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 16 bis 19, gekennzeichnet durch planare Kathoden, die aus einer oder mehreren miteinander kontaktierten Kupfer-Streckmetall-Lagen bestehen.20. An electrolytic cell according to claims 16 to 19, characterized by planar cathodes, which consist of one or more contacted with each other copper expanded metal layers.
21. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 16 bis 20, gekennzeichnet durch die Anordnung von Kühlflächen im Elektrolysebehälter.21. An electrolytic cell according to claims 16 to 20, characterized by the arrangement of cooling surfaces in the electrolysis tank.
22. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 16 bis 21 , gekennzeichnet durch einen Katholytkreislauf über einen externen Kühler.22. An electrolytic cell according to claims 16 to 21, characterized by a catholyte circuit via an external cooler.
23. Elektrolysezelle nach den Ansprüchen 16 bis 22, gekennzeichnet durch die hydrodynamische Kopplung mehrerer Anodentaschen. 23. An electrolytic cell according to claims 16 to 22, characterized by the hydrodynamic coupling of a plurality of anode pockets.
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