DE4140076A1 - Elektrolytisches verfahren zur reduzierung des zinkgehaltes schwachsaurer galvanischer zinkbaeder - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, das die Reduzierung des Zinkgehaltes schwachsaurer galvanischer Zinkbäder ermöglicht, ohne den Gehalt der übrigen Badkomponenten wesent­ lich zu verändern oder für den Betrieb des Bades schädliche Stoffe einzubringen oder zu erzeugen. Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht, schwachsaure galvanische Zinkbäder, die bei Temperaturen von ca. 45-60°C betrieben werden können, praktisch ohne den Anfall von Abwässern zu betreiben.

Die Verfahrensweisen zur Reduzierung, Entgiftung und Vermeidung von Abwässern in der galvanotechnischen Industrie sind entsprechend der Verschiedenartigkeit der galvano­ technischen Prozesse unterschiedlich und vielfältig. Zu ihnen gehören Spültechniken mit Rückführung, Eindampfung, Ionenaustauschverfahren sowie die elektrolytische Rück­ gewinnung von Schwermetallen aus Spülwässern. Einen Überblick über den Stand der Technik auf diesem Gebiet findet man in folgenden Veröffentlichungen:

"Galvanotechnik" 81(1990) 12,S. 4286-4290,
"Produkts Finishing" (USA) 54(1990) 8,S. 46-49,
"Metal Finishing" (USA) 88(1990) 6,S. 85-92,
"Galvanotechnik" 82(1991) 4,S. 1227-1232,
"Galvanotechnik" 82(1991) 1,S. 204-213.

Der Elektrolyt schwachsaurer Zinkbäder hat üblicherweise einen hohen Chloridgehalt. Nach Einführung neuer Glanzbildnersysteme können diese Bäder bei Temperaturen über 40°C betrieben werden und es hat sich gezeigt, daß die dadurch entstehenden Verdampfungs­ verluste ausreichen, um - bei entsprechend ausgelegter Spültechnik - die Spülwässer vollständig in das elektrolytische Bad zurückzuführen. Bedingt durch die unter 100% liegende kathodische Stromausbeute geht jedoch anodisch mehr Zink in Lösung, als an der Kathode abgeschieden wird. Durch diesen Vorgang steigt gleichzeitig der pH-Wert an und muß durch Zugabe von Salzsäure korrigiert werden. Bei vollständiger Rückführung der Spülwässer kommt es daher zu einer allmählichen Anreicherung des Zink- und Chloridgehaltes im Elektrolyten, die letztendlich eine Korrektur durch Verdünnung und Teilentsorgung des Bades erforderlich macht. Bekannte Verfahrensweisen zur Absenkung des Metallgehaltes im Bad, wie die Verwendung unlöslicher Anoden, sind in diesen Zinkbädern wegen des hohen Chloridgehaltes nicht möglich, da sowohl die Entstehung von Chlorgas als auch die Bildung organischer Chlorverbindungen nicht akzeptabel sind. Eine Trennung von Anoden- und Kathodenraum führt ebenfalls nicht zu einer brauchbaren Lösung des Problems, da stets ein Teil der Chlorionen das Diaphragma durchwandert und außerdem diese Verfahrensweise sehr kosten- und wartungsintensiv ist.

Aufgabe der Erfindung war daher, eine Verfahrensweise zu entwickeln, die es ermöglicht, den Zinkgehalt schwachsaurer elektrolytischer Zinkbäder zu reduzieren oder während des Betriebes konstant zu halten, ohne badschädliche Stoffe in das Zinkbad einzubringen oder schädliche Reaktionsprodukte im Bad zu erzeugen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß das schwachsaure elektrolytische Zinkbad mit einer Anode aus Aluminium betrieben wird. Dabei hydrolysiert das an der Anode primär entstehende Aluminiumchlorid sofort zu Aluminiumhydroxid, während an der Kathode Zink in unveränderter Qualität abgeschieden wird. Das Aluminiumhydroxid kommt in grob­ flockiger, leicht filtrierbarer Form zur Abscheidung und kann kontinuierlich oder diskontinuierlich aus dem Bad gefiltert werden. Entsprechend der fortschreitenden Zinkabscheidung sinkt der pH-Wert des Elektrolyten langsam ab. Sobald der pH-Wert des Zinkbades unter den für den Betrieb des Bades zulässigen Wert (ca. pH 5.0) abfällt, wird das Bad wieder mit Zinkanoden betrieben, bis der pH-Wert auf die obere Grenze für den pH-Wert angestiegen ist.

Zweckmäßig können beide Arbeitsphasen gleichzeitig ablaufen und über die Veränderung des pH-Wertes gesteuert werden. Dabei befindet sich die Aluminiumanode entweder in einem gesonderten Badbehälter, durch den über eine Umwälzpumpe mit Filtereinrichtung die Badflüssigkeit geführt wird oder die Aluminiumanode wird im Bad vor dem Ansaugstutzen einer Umwälzpumpe mit Filtereinrichtung plaziert. Die Steuerung durch den pH-Wert bewirkt dann entweder das Ein- und Ausschalten der Stromzufuhr zur Alu-Anode oder die Regelung der an der Anode anliegenden Spannung.

Das folgende Beispiel eines Laborversuchs demonstriert die Zinkabscheidung aus einem schwachsauren galvanischen Zinkbad mit einer Aluminiumanode: 4,5 l Zinkelektrolyt mit 44g Zink- und 162g Chlorionen/l werden in einem Badbehälter mit Umwälzpumpe und Filtration bei einer Badtemperatur von 48°C zwischen einer Anode (20 cm²) aus Reinaluminium und einer Stahlblechkathode (70 cm²) elektrolysiert. Spannung 1,5 V, Strom 1,5 A, pH-Wert 5,6.

Die Alu-Anode ist vor dem Ansaugstutzen der Umwälzpumpe befestigt. Die Temperatur des Bades wird konstant bei 48°C gehalten und Verdampfungsverluste werden mit Wasser ergänzt. Sobald der pH-Wert unter pH 5,0 abfällt, wird mit 0,1 n Natronlauge auf pH 5,6 korrigiert.

Nach 11 Stunden Betrieb des Bades ergeben sich folgende Werte:

Abgeschiedene Zinkmenge:
11,7 g (entspr. 2,6 g/l)
Abnahme des Zinkgehaltes im Bad (Analyse):	2,55 g/l
Chloridgehalt unverändert @	Zinkniederschlag unverändert hochglänzend und duktil @	Verbrauch Aluminiumanode:	3,4 g (entspr. 0,76 g/l)
Aluminiumverbrauch für die Abscheidung von 1 g Zink:	0,29 g Al

Claims (3)

1. Elektrolytisches Verfahren zur Reduzierung des Zinkgehaltes schwachsaurer elektrolytischer Zinkbäder, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrolytische Abscheidung des überschüssigen Zinkgehaltes unter Verwendung von Anoden aus Aluminium erfolgt.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das im Elektrolyt ausfallende Aluminiumhydroxid kontinuierlich oder periodisch aus dem Elektrolyten gefiltert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das schwachsaure gal­ vanische Zinkbad Zink- und Aluminiumanoden gleichzeitig enthält.