JPS588306B2 - 金属塩廃液の浄化装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属塩廃液の浄化装置に関するものである。

金属塩廃液の浄化装置において、陽極と陰極の間に相互
に距離を隔ててイオン交換膜が配置された電気透析浄化
装置によって金属イオンを陰極力向に移動させ、所定の
画室に濃縮させる方法が実施されている。

従来の装置におけるイオン交換膜の配置の例を概念的に
第１図ａ，ｂ１第２図ａ，ｂ及び第３図ｃに示す。

これらの図面においては電極としては陰極１のみが図示
され、アニオン交換膜及びカチオン交換膜はそれぞれＡ
及びＣなる記号で表示されている。

陰極１に陰極に最も近いイオン交換膜３と陰極１との間
に形成された画室２、すなわち陰極室、はそこに含まれ
る電解液に適当なる伝導度を与え、浄化処理すべき溶液
中の金属イオンＭ＋を陰極方向に移動させる。

前記イオン交換膜３に隣設されたイオン交換膜５と前者
３の間に形成された画室４は処理すべき溶液を入孔るた
めに供されるか（第１図ａ、第２図ａ、第３図）又は処
理された溶液から除去された金属イオンを濃縮するため
に供される（第１図ｂ、第２図ｂ）。

後者の場合は、イオン交換膜５と７の間の画室６に処理
すべき溶液が入れられる。

しかし、上述の装置は次の点に難点を有する。

すなわち、第１図ａ、第２図ａの如くカチオン膜３が陰
極に隣設されていると、カチオン膜３を透過したカチオ
ン、例えばニッケル、錫等のイオン、が陰極室へ移動し
た際に、極板に析出したり、水酸化物となって沈澱する
。

このために、１ケ月程度毎に装置を解体洗浄する必要が
ある。

また当然に、金属イオンＭ＋が極液の中で濃縮されるた
めに金属イオンと極液が混合しており理想的浄化が行わ
れたとは言い難い。

一方、第１図ｂ、第２図ｂ及び第３図の如くアニオン交
換膜３が陰極に隣設されると、カチオンが陰極室２に透
過することは避けられる。

しかし、陰極液に硫酸等の電気伝導度の高い物質が含ま
れると、浴電圧は低く保たれるがアニオンＡがアニオン
交換膜３を通過して処理ずみ液が入っている画室４に進
む。

この結果、処理ずみ液にアニオンが混入する。

また、陰極液にアンモニア水等の溶液を用いると、隣の
画室４には浄化処理結果を害さない水酸基しか混入しな
いが、浴電圧が非常に高くなる。

例えば、電流密度０．４Ａ／ｄｍ２のように低くしても
浴電圧２０Ｖと高くなり、なお且つかような条件で処理
した場合には浄化処理時間が非常に長くかかるために、
実用には不適切である。

金属が陰極に析出もせずまた陰極室に隣合う画室にアニ
オンが侵入することによる難点もない金属塩廃液浄化装
置を提供することを一般的目的とする。

さらに、不発明の特殊目的は第４図に図示された如き装
置を使用して、アルミニウム表面処理廃液を浄化する方
法の欠点を解消すること１こある。

すなわち第４図に概念的に示されている電極及びアニオ
ンＡ又はカチオンＣ交換膜の配置において陰極室２は硫
安溶液が入れられ、また陽極９とカチオン交換膜７の間
の画室８には硫酸溶液が入れられている。

また画室４及び６にＮＨ４＋、ＳＯ４及びＮｉ，Ｓｎ等
の金属イオンを含む金属塩廃液を入れて電気透析を行う
と、金属イオンが陰極室へ移動して極板１及びイオン交
換膜３に析出物１０として付着するのみならず、陰極室
１へ移動したＮＨ４＋イオンが過飽和になってガスとし
て大気中に放出される。

このためアンモニア臭が発生するさらに画室４のｐＨは
、Ｓｎを選択的に回収するためにｐＨ２程度の酸性にす
ることが好ましい。

処理の進行とともに画室４の硫酸イオンは陽極側に移動
し一方アンモニウムイオンは陰極側に移動して、画室４
を去るために、その中のｐＨは酸性に保たれる。

Ｓｎが沈澱として集められた溶液を回収して再びＳｎ塩
溶液として使用するためには、多量のアンモニア水を使
ってｐＨを中性にしなければならない。

前記一般的目的は、陽極と、陰極と、これらの両極の間
において相互に隔てられたイオン交換膜とを含んでなる
金属塩廃液の浄化装置において、前記イオン交換膜の中
で最も陰極に近いイオン交換膜が、前記陰極に一方の面
において対向しているカチオン交換膜と、このカチオン
交換膜の他方の面に密着しているアニオン交換膜とから
なることを特徴とする装置によって達成される。

以下、本発明を図面に基づいて詳しく説明する。

第５図は陰極１に最も近いイオン交換膜１１を示してお
り、このイオン交換膜１１の陰極１側に面する部分はカ
チオン交換膜１２となっており、反対面においてアニオ
ン交換膜１３が密着している。

したがって、陰極室の中のアニオンＡ−はカチオン交換
膜１２を通過することができず陰極室にとどまる。

一方陰極室に隣合う画室の中のカチオンＭ＋はアニオン
交換膜１１を通過することができずそこにとどまる。

イオンの中で水素イオン及び水酸基イオンはイオン交換
膜の透過性が大きいから本発明による複合イオン交換膜
１１を通過する。

このような性質があるために複合イオン交換膜１１が使
用される装置にあっても陽極と陰極の間に電荷の移動が
発生し、アニオン及びカチオンは一方の極に向かって移
動する。

しかしカチオンは陰極室へ侵入しないために、陰極室で
金属の水酸化物が沈澱したり、陰極板に金属が析出する
ことは防止される。

また陰極液のアニオンは隣の画室に侵入しないために、
極液が処理ずみ液に混入することは防止される。

第１図ｂ、第２図ｂ及び第３図に図示された装置は、本
発明によると、それぞれ、第６図、第７図及び第８図の
如く、改良される。

第６ないし８図において第１ないし３図と同様の機能を
果す部材は同じ参照番号が付されており、その機能につ
いては重複を避けるためここでは説明しない。

第６ないし第８図において、最も陰極に近いイオン交換
膜１１の機能は第５図に関連して説明されたものと同じ
である。

このような機能によると、第６図においては、金属イオ
ンＭ＋及びアニオンＡ−が画室６から除去され、それぞ
孔画室４及び８で濃縮される。

また第７図においては金属イオンＭ＋のみが画室６から
除去されそして画室４で濃縮される。

さらに第８図においてはアニオンＡ−、のみが画室４か
ら除去され画室６で濃縮れれる。

以上の如く１金属イオン及びアニオンの濃縮又は除去、
２金属イオンのみの濃縮又は除去、及び３アニオンのみ
の濃縮又は除去という、従来の第１ないし３図の装置で
は期待されない、作用が容易に実現される。

さらに、第５図に図示された装置は本発明によると第９
図の如く改良される。

第５図と同様の機能を果す部材には同じ参照数字が附さ
れている第９図の装置において、画室４，６．８には第
５図と同種の溶液が入れられる。

第９図の装置では第８図と同様な作用が実現される。

その作用の一つとしてアニオンが陰極室２から画室４に
移動して消耗しないために、陰極室２に硫酸溶液の使用
が可能になる。

硫酸溶液は伝導性が良好であるために、第３図の如く従
来法を使用して画室２にアンモニア水を使用した場合よ
りも浴電圧が低下する。

またアンモニウムイオンが陰極液に当初から含まれず、
また画室４の溶液中のアンモニウムイオンは陰極室に侵
入しないために、アンモニア臭が発生しない。

次に、アンモニウムイオンが画室４から陰極室２にも画
室６にも移動せず、しかるに硫酸イオンはアニオン変換
膜５を透過して画室４を去るために、その溶液のｐＨは
酸性から中性に移行する。

したがってアンモニア水の補給を行う必要がなくなる。

なお、第６図ないし９図の装置では本発明に係るアニオ
ン及びカチオンイオン交換膜が密着され、両者の間から
液体が実質的に排除されていることは言うまでもない。

本発明の装置は、錫、ニッケルのほかにコバルト、クロ
ム、カドミウム、銅、アンチモン、ニッケル、鉛、セレ
ン、テルル、マンガン、モリブデン、タングステン、バ
ナジウム、金及び銀の一種以上を含む金属塩廃液の処理
に利用される。

また、イオン交換膜の配置は、陰極に最も近い交換膜に
本発明に係る複合交換膜を使用すれば、その他のイオン
交換膜は第６図ないし第９図に例示された配置に限定さ
れず、如何なるものであってもよい。

以下、本発明を比較例及び実施例により説明する。

比較例 第４図に相当する配置のイオン交換膜３，５，７（第１
０図）が配置されている電解槽１５（第１０図）によっ
て電気透析実験を行った。

アニオン又換膜及びカチオン交換膜としてはそれぞれ旭
ガラス（株）製ＡＭＶ及びＣＭＶを使用した。

画室２，４，６．８の液は独立の４本のパイプラインに
よって貯水槽１６と電解槽１５の間に循環させた。

貯水槽１６は液体を透過しない３個の隔壁１７によって
電解槽の画室に対応する４つの画室に仕切られている。

電気透析を以下の条件で行った。

（１）陰極室２の出発液；５％硫安溶液 （２）画室４の出発液；アルミニウムの着色処理に用い
られた、ニッケル及び錫塩を含む廃液（３）画室６の出
発液；アルミニウムの着色処理に用いられた、ニッケル
及び錫塩を含む廃液（４）陽極室８の出発液；５％硫酸
溶液 （５）電流密度；３．５Ａ／ｄｍ２ （６）液電流密度；１２．６ＡＨ／ｌ （７）電気透析時間；１８時間 （８）電圧；８Ｖ （９）浴温；常温、但し最高で３０℃ 以上の条件で電気透析実験を行ったところ、陰極液及び
画室４の金属塩水浴液の金属イオン濃度が第１表の如く
変化した。

以上の方法を、１８時間を一周期として、バッチ式で１
カ月継続的に実施したところ陰極側のカチオン膜３及び
中間のアニオン交換膜５が破損していた。

また陰極板１１こ金属が局部的に異常堆移していた。

この堆積金属は、画室４の金属塩廃液中の金属イオンが
カチオン交換膜３を透過し、陰極板界面で還元されたも
のと考えられる。

陰極板上への堆積金属は局部的に異常析出してカチオン
交換膜３を突き破り、アニオン交換膜５まで達していた
。

このために、これらの交換膜３，５の破損が生じた。

実施例 比較例の装置誓こおいて、陰極に最も近いイオン交換膜
をアニオン交換膜とカチオン交換膜の密着複合膜とし、
カチオン膜を陰極側にこ向けて電気透析を以下の条件で
行った。

（１）陰極室２の出発液；５％硫酸溶液 （２）画室４の出発液；比較例と同じ廃液（３）画室６
の出発液；比較例と同じ廃液（４）陽極室の出発液；５
％硫酸溶液 （５）電流密度；４．５／ｄｍ３；４．５Ａ／ｄｍ２（
６）液電流密度；１４．４ＡＨ／ｌ （７）電気透析時間；８時間 （８）電圧；２０■ （９）浴温；常温、但し最高４０℃ 陰極液及び画室４の金属塩水溶液の金属イオン濃度が第
２表の如く変化した。

第２表の結果から、陰極液と金属塩水溶液の間のイオン
の移動はほとんど皆無といえる。

【図面の簡単な説明】

第１図ａ、ｂ、第２図ａ、ｂ、第３図及び第４図は従来
の電気透析装置における電極及びイオン交換膜の配置を
示す概念図、第５図は不発明に係る装置において最も陰
極に近接して配設されているイオン交換膜の断面図、第
６図ないし第９図は本発明に係る装置における電極及び
イオン交換膜の配置を示す概念図、第１０図は電気透析
実験に使用した従来の装置の概念図である。 １−陰極、２−陰極室、３，５．７−イオン交換膜、８
−陽極室、９−陽極、１０−堆積金属、１１−イオン交
換膜、１５−電解槽、１６−貯水槽。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 陽極と、陰極と、これらの両極の間において相互に
   隔てられたイオン交換膜とを含んでなる金属塩廃液の浄
   化装置において、 前記イオン交換膜の中で最も陰極に近いイオン交換膜が
   、前記陰極に一方の面において対向しているカチオン交
   換膜と、このカチオン交換膜の他方の面に密着している
   アニオン交換膜とからなることを特徴とする金属塩廃液
   の浄化装置。