DD294515A5 - Verfahren zum aufarbeiten von kupfer(ii)chloridhaltigen elektrolytloesungen - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufarbeiten von kupfer(II)chloridhaltigen Elektrolytloesungen, insbesondere zur regenerativen Aufarbeitung von Kupferaetzbaedern. Aufgabe der Erfindung ist es, die Stromausbeute der Elektrolyse zu erhoehen und deren notwendige Zeitdauer zu verkuerzen. Diese Aufgabe wird dadurch geloest, dasz die nach dem AEtzprozesz vorliegende kupfer(II)chloridhaltige Elektrolytloesung vor dem Einleiten in die Elektrolysezelle zur katodischen Kupferabscheidung an einer elektrokatalysierten Wasserstoffelektrode auszenstromlos reduziert wird. Aus der so erhaltenen kupfer(I)chloridhaltigen Elektrolytloesung kann nach Einleiten in die eigentliche Elektrolysezelle sofort katodisch Kupfer mit hohen Stromausbeuten abgeschieden werden. Der kupfer(II)ionenhaltige Elektrolyt wird dabei an einer wasserstoffverzehrenden Anode, die mit einer Katode elektrisch leitend verbunden ist oder mit dieser mechanisch und elektrisch kontaktiert ist, oder an einer Elektrode, die sowohl die Wasserstoffoxydation als auch die Kupfer(II)ionenreduktion ermoeglicht, auszenstromlos reduziert. Die Vorzuege des Verfahrens bestehen darin, dasz keine Nebenprodukte auszer Wasserstoffionen entstehen und das Verfahren keine zusaetzliche Elektroenergie benoetigt. Damit erreicht man eine Erhoehung der Stromausbeute in der eigentlichen Elektrolysezelle zur Abscheidung des Kupfers.{chemische Synthese; Galvanotechnik; Elektrochemische Verfahrenstechnik; Kupfer(I)chlorid}

Description

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aufarbeiten von kupfer(ll)chloridhaltigen Elektrolytlösungen, insbesondere zur regenerativen Aufarbeitung von Kupfe ätzbädern.

Charakteristik des bekannten Stondes der Technik

In DE-OS 3811472 wird ein Verfahren zur Aufarbeitung von Metdllchloridlösungen mittels Elektrolyse zur Verwertung der beim Beizen von Metallen mit Salzsäure anfallenden Lösungen eines oder mehreror Metallchloride zur Herstellung von Metallen oder Legierungen beschrieben. Für die Elektrolyse wird eine wolframcarbidkatalysierte Wasserstoffdiffusionselektrode als Anode verwendet. An der Anode wird gasförmiger Wasserstoff zu wasserstoff ionen oxydiert. Das oder die Metalle werden ander Kathode abgeschieden. Im Falle vor. kupferchloridhaltigen Ätzlösungen wird Kupfer, welches durch den Ätzprozeß in Lösung gegangen ist, kathodisch abgeschieden. Bevor jedoch Kupfer abgeschieden wird, werden zunächst an der Kathode KupferdDionen zu Kupfer(l)ionen reduziert. Erst wenn der größte Teil der Kupfer(ll)lonen reduziert ist, erfolgt die Abscheidung von Kupfer an der Kathode. Durch diesen Vorgang wird die Zeitdauer des Verfahrens erhöht und die Stromausbeute reduziert.

Ziel der Erfindung Ziel der Erfindung ist eine zeit- und energiesparende Lösungsvariante zu dem im Stand der Technik genannten Verfahren. Darlegung des Wesens der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es, die Stromausbeute der Elektrolyse zu erhöhen und deren notwendige Zeitdauer zu verkürzen. Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß die nach dem Ätzprozeß vorliegende kupferüOchloridhaltige Elektrolytlösung vor dem Einleiten in die Elektrolysezelle zur katodischen Kupferabscheidung an einer elektrokatalysierten Wasserstoffelektrode außenstromlos reduziert wird. Aus der so erhaltenen kupfer(l)chloridhaltigen Elektrolytlösung kann nach Einleiten in die eigentliche Elektrolysezelle sofort kathodisch Kupfer mit hohen Stromausbeuten abgeschieden worden. Die wasserstoffverbrauchende Anode in dem an sich außenstromlosen Prozeß enthält einen Elektrokatalysator, der vorzugsweise ein Nichtedelmetallelektrokatalysatopr, z. B. Wolframcarbid ist.

Vorzugsweise Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens bestehen darin, daß die kupfer(ll)chloridhaltige Lösung an einer ' inerten Katode, die elektrisch leitend und mechanisch mit einer wasserstoffverbrauchenden, elektrokatalysierten Anode verbunden ist, außenstromlos umgesetzt wird. Der gewünschte Effekt wird gleichfalls erreicht, wenn die kupfor(ll)haltige Lösung an einer Wasserstoffelektrode, die gleichzeitig die KupferdDionen reduziert und anodisch Wasserstoff oxidiert, außenstromlos umgesetzt wird. Bei dieser Variante des Verfahrens entfällt „ogar die Anwendung einer getrennten inerten Kathode. Es wurde gefunden, daß sich der kupfer(ll)ionenhaltige Elektrolyt, auch ohne Verwendung zusätzlicher Elektro°nergie, unter Bildung von

Kupfer(l)ionen an einer Wasserstoffelektrode reduzieren läßt und eine so vorbehandelte Elektrolytlösung mit hoher Stromausbeute in der eigentlichen Elektrolysezelle aufarbeiten läßt. Ein Vorzug des Verfahrens besteht darin, daß keine Nebenprodukte, außer Wasserstoffionen, entstehen. FUn weiterer Vorzug der Erfindung besteht darin, die Reduktion der Kupfer(ll)lösung in einer Transportleitung des Elektrolyten vorzunehmen, wobei die wasserstoffverzehrende Anode, bzw. die Wasserstoffelektrode an der gleichzeitig die Kupfer(ll)reduktion abläuft, als selbstatmende Wasserstoffanode, z. B. als Wandung der Transportleitung, aufgebaut sind.

Ausführungsbeispiele Auftführungsbeisplel 1

In einer Laborzelle mit 200ml Elektrolytvolumen, einer Wasserstoffanode, die Wolframcarbid enthält, und einer porösen Kohleelektrode als Kathode wird eine salzsaure Kupfer(ll)ionenlösung mit einem Gehalt von 135g/l Kupfer(ll)ionen mit einer Temperatur von 40⁰C eingefüllt. Dabei werden die Kupfer(ll)ionen nach elektrisch leitendem Verbinden der beiden Elektroden reduziert, so daß die Kupfer(l)ionenkonzentration in 4 Stunden von 0 auf 28g/l Kupfer(l)ionen steigt. Als Anode wurde eine Wasserstoffdiffusionselektrode eingesetzt, so daß weder Nebenprodukte bei der Reaktion entstehen noch weitere Reaktanden benötigt werden.

Mit einer auf diese Weise vorbehandelten Elektrolytlösung setzt in der Elektrolysezelle zur Metallscheidung sofort eine Abscheidung von Kupfer ein, so daß die Stromausbeute größer 85% liegt.

Ausführungsbelsplel 2

In eine Laborzelle mit 200ml Elektrolytvolumen, die aus einer Wasserstoffanode, die Wolframcarbid enthält, und einer auf die Anode aufgepreßten Kathode in Form eines Kohlenstoffilzos besteht, wird eine salzsaure Kupfer(ll)ionenlösung mit einem Gehalt von 135 g/l Kupfer(ll)ionen mit einerTemperaturvon40°C eingefüllt. KupferdDionen werden außenstromlos reduziert, so daß die Kupferdlionenkonzentration in 4 Stunden von 0 auf 36g/l Kupfer(l)ionen steigt. Als Anode wurde ein Wasserstoffdiffusionselektrode eingesetzt, so daß weder Nebenprodukte bei der Reaktion entstehen noch weitere Reaktanden benötigt werden.

Mit einer auf diese Weise vorbehandelten Elektrolytlösung setzt in der Elektrolysezelle zur Metallscheidung sofort eine Abscheidung von Kupfer ein, so daß die Stromausbeute größer 85% liegt.

Ausführungsbelsplel 3

In eine Laborzelle mit 200ml Elektrolytvolumen und Wasserstoffanode, die Wolframcarbid enthält, wird eine salzsaure KupferdDionenlösung mit einem Gehalt von 135g/l KupferdDionen mit einer Temperatur von 40°C eingefüllt. An einer solchen Elektrode werden KupferdDionen außenstromlos reduziert, wobei Wasserstoff oxydiert wird. Dabei steigt die Kupferdlionenkonzentration in 4 Stunden von 0 auf 25g/l Kupfer(l)ionen an. Als Elektrode wurde eine Wasserstoffdiffusionselektrode eingesetzt, so daß weder Nebenprodukte bei der Reaktion entstehen noch weitere Reaktanden benötigt werden.

Mit einer auf diese Weise vorbehandelten Elektrolytlösung setzt in der Elektrolysezelle zur Metallscheidung sofort eine Abscheidung von Kupfer ein, so daß die Stromausbeute größer 80% liegt.

Claims (5)

1. Verfahren zum Aufarbeiten von kupfer(ll)chloridhaltigen Elektrolytlösungen, insbesondere von kupfer(ll)chloridhaltigen Ätzlösungen, mittels Elektrolyse unter Verwendung eines Metallgrundblechs als Kathode und einer wolframcarbidkatalysierten Wasserstoffgasdiffusionsanode unter Abscheidung von Kupfer an der Kathode, gekennzeichnet dadurch, daß die kupfer(ll)chloridhaltige Elektrolytlösung vor dem Einleiten in die Elektrolysezelle zur käthodischon Kupferabscheidung an einer elektrokatalysierten Wasserstoffelektrode außenstromlos reduziert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die kupfer(ll)chloridhaltige Elektrolytlösung an einem inerten Elektrodenmaterial, das elektrisch leitend mit einer wasserstoffverbrauchenden, elektrokatalysierten Anode verbunden ist, außenstromlos umgesetzt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die kupfer(ll)chloridhaltige Elektrolytlösung an einem inerten Elektrodenmaterial, das elektrisch leitend und mechanisch mit einer wasserstoffverbrauchenden, elektrokatalysierten Anode verbunden ist, außenstromlos umgesetzt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß die kupfer(ll)chloridhaltige Elektrolytlösung an einer Wasserstoffelektrode, die gleichzeitig die kathodische Kupfer(ll)ionenreduktion und anodische Wasserstoffreduktion katalysiert, außenstromlos umgesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß eine wasserstoffverbrauchende elektrokatalysierte Anode eingesetzt wird, die als Elektrokatalysator Wolframcarbid enthält.