專利名稱：一種電解液的維護(hù)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于維護(hù)和調(diào)整電解液的方法。
為了保證電解液的完善工作，電解液的調(diào)整和維護(hù)是一種絕對(duì)必要的前提。其中特別要注意極限值的保持，注意規(guī)定的比重、成分、pH值和溫度的保持，因此離子成分特別具有決定的意義。為了保證電解液完善的工作，必須保持電解液中沒(méi)有雜質(zhì)。因此就要努力避免生成沉淀和其它基本不溶的雜質(zhì)。
在金的離析中，電解液的維護(hù)和調(diào)整具有決定性的意義。在金的離析中，大部分應(yīng)用氰化物類作為電解液，其中金從陰離子絡(luò)合物中析出。金的氰化絡(luò)合物的穩(wěn)定性很高，因此在酸性pH值范圍內(nèi)也可以析出，而且析出的效果比較好。
在應(yīng)用酸性的金電解液時(shí)，主要使用不溶的陽(yáng)極。因此補(bǔ)充帶有金鹽的電解液是必要的。這種形式的金鹽主要含有鉀作為陽(yáng)離子，此外為了降低費(fèi)用，通常將沖洗液又返回到電解槽中。因此在電解槽工作過(guò)程中，鉀離子和其所屬的平衡離子不斷地增高。這就導(dǎo)致電解液比重急劇升高，其后果是縮短電解液的使用壽命。
此外，在應(yīng)用不溶解的陽(yáng)極中會(huì)出現(xiàn)的問(wèn)題是，在電解槽工作期間pH值不斷地提高，對(duì)金的還原來(lái)說(shuō)，由此引起陰極效率低于100％，從而導(dǎo)致氫離子還原，這樣又導(dǎo)致pH值升高。在這種形式的金屬析出電解液中，pH值只允許在一定的范圍內(nèi)波動(dòng)，因?yàn)閜H值嚴(yán)重影響析出行為。為了調(diào)節(jié)pH值的升高，通常在電解液中加入酸，可以是，例如硫酸，但是也可是一種有機(jī)酸。
為了校正pH值，加入酸可以形成沉淀，因?yàn)殁涬x子可以與各個(gè)的酸根離子形成沉淀，例如硫酸鉀。但這種形式的沉淀是不希望有的和有害的，因?yàn)殡娊庖罕仨毐３智鍧?，特別是不應(yīng)有可能出現(xiàn)的懸浮顆粒。
因此電解液的調(diào)整和維護(hù)，特別是在金電解液中具有特別重要的意義，并且直到現(xiàn)在其耗費(fèi)是很大的。除了控制金含量外，必須監(jiān)測(cè)可能的合金金屬的濃度，和控制游離的氰化鉀和碳酸鉀的濃度，此外必須檢查比重和pH值，并且必須補(bǔ)充滯后損失(Ausschlerr verluste)。雖然控制的耗費(fèi)巨大，但由于上述原因，已知的電解液還只有有限的使用壽命。
本發(fā)明的目的是提供一種用于維護(hù)電解液的簡(jiǎn)單方法，藉助該方法通過(guò)恒定保持在電解液中的離子濃度和離子成分延長(zhǎng)電解液的使用壽命。
本發(fā)明的目的是通過(guò)使用至少一種離子交換器來(lái)實(shí)現(xiàn)的，藉助離子交換器調(diào)整離子濃度和離子成分。
本發(fā)明建議，藉助一種離子交換器調(diào)整在電解液中的離子成分和離子濃度。通過(guò)離子交換器導(dǎo)入電解液，在交換過(guò)程中，離子交換器母體中的平衡離子(Gegenionen)將離子(Ionen)從電解液中交換出來(lái)。由此根據(jù)本發(fā)明的方法有可能，以較好的方式調(diào)整電解液的離子成分和各個(gè)的離子濃度。根據(jù)本發(fā)明的方法基于下述的情況是最有利的，為了保持電解液質(zhì)量恒定，通過(guò)根據(jù)本發(fā)明的離子交換器的使用，將對(duì)電解液質(zhì)量有不利影響的離子交換成必要的離子。由此可以以較好的方式調(diào)整電解液的成分和其各自的離子濃度。其中離子交換器優(yōu)選含有在電解液中含有的并對(duì)電解液質(zhì)量有重要影響的平衡離子。而且離子交換器以比較好的方法在使用后進(jìn)行再生。
根據(jù)本發(fā)明的方法出乎意外地很好地解決了現(xiàn)有技術(shù)中存在的問(wèn)題，即電解液成分必須通過(guò)耗費(fèi)巨大的添加來(lái)調(diào)整，同時(shí)又有例如在金電解液中引起沉淀的危險(xiǎn)。本發(fā)明建議一種特別有利的維護(hù)和調(diào)整電解液的方法，使得傳統(tǒng)的對(duì)電解液壽命產(chǎn)生不利影響的措施成為多余，而且可以節(jié)省了化學(xué)制劑，對(duì)環(huán)境造成較小的影響。根據(jù)本發(fā)明的方法耗費(fèi)較小，因?yàn)槠綍r(shí)要分別調(diào)整的各自過(guò)程，現(xiàn)在可以用一種方法步驟，即通過(guò)離子交換器導(dǎo)入電解液來(lái)調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明的方法節(jié)省了測(cè)量和控制步驟，因?yàn)椴辉傩枰馁M(fèi)巨大的監(jiān)測(cè)裝置監(jiān)測(cè)電解液的成分。這樣可節(jié)省很多工作步驟和有關(guān)的費(fèi)用。根據(jù)本發(fā)明的方法，延長(zhǎng)一種電解液的使用壽命不再受到限制，因?yàn)樗某煞只旧夏鼙３趾愣?。通過(guò)恒定的成分和由此造成的電解液質(zhì)量的恒定，很少會(huì)在離析的鍍層上造成質(zhì)量缺陷。本發(fā)明的特點(diǎn)是使用一種維護(hù)和調(diào)整電解液的離子交換器，由于離子交換器的可再生性是很有利的，因此本發(fā)明導(dǎo)致較小的材料消耗，并能降低費(fèi)用。
特別是本發(fā)明的方法也可以比較好地維護(hù)酸性的金電解液。正如本文開(kāi)始時(shí)所述，在這樣的金電解液中存在著缺點(diǎn)，即鉀離子的富集和電解液pH值的升高。特別在酸性的金電解液中，pH值和氫離子濃度準(zhǔn)確的保持恒定是決定性的。本發(fā)明優(yōu)選地使用一種離子交換器，可以不用過(guò)量地添加用于校正pH值的無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸，這樣藉助離子交換器可以校正pH值。因?yàn)榭梢宰畲蟪潭鹊夭挥眠^(guò)量添加無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸，這樣就不會(huì)造成不希望有的沉淀和由此對(duì)電解液質(zhì)量造成不利的影響。根據(jù)本發(fā)明所利用的離子交換器的原則，一種形式的離子很容易地交換另一種離子，這是最優(yōu)選的，目的是為了從電解液中將對(duì)電解液質(zhì)量不利的離子，如將在酸性的金電解液中的鉀離子交換成對(duì)電解液質(zhì)量有利的離子交換器的平衡離子，如在酸性的金電解液中的氫離子。
為了便于控制，可以應(yīng)用一種陽(yáng)離子交換器。為了維護(hù)和調(diào)整酸性的金電解液，應(yīng)用一種酸性陽(yáng)離子交換器就顯得很突出。此時(shí)在電解液中含有的陽(yáng)離子可以與陽(yáng)離子交換器的氫離子交換。在維護(hù)金電解液時(shí)，優(yōu)選將對(duì)電解液有不利影響的鉀離子與必要的氫離子交換，這樣可阻止pH值的升高。由此藉助本發(fā)明的簡(jiǎn)單方法克服在電解液工作時(shí)，特別是在一種酸性的金電解液工作時(shí)的主要缺點(diǎn)。使用離子交換器去除在電解液中的能使電解液比重升高和縮短電解液使用時(shí)間的過(guò)量鉀離子。鉀離子可以被氫離子交換，它們?cè)陔娊庖褐休^好地被還原出來(lái)的氫離子替代。由此阻止了不希望有的pH值的升高。這樣可以最大程度地不用添加過(guò)量的無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸。同時(shí)阻止了反之會(huì)出現(xiàn)的鉀鹽沉淀，根據(jù)應(yīng)用酸的不同，例如會(huì)出現(xiàn)硫酸鉀。
離子交換器以優(yōu)選的方法被再生。在充電以后或與離子交換器母體的嵌接集團(tuán)上確定位置的離子交換后，例如在維護(hù)一種酸性電解液的情況下，氫離子交換電解液中的各種陽(yáng)離子，離子交換器的位置被上述的陽(yáng)離子占據(jù)。因?yàn)殡x子交換是一個(gè)可逆過(guò)程，通過(guò)用酸和水的處理，使離子交換器又轉(zhuǎn)為原先用氫離子載荷的狀態(tài)，此時(shí)由電解液來(lái)的陽(yáng)離子從離子交換器母體中洗脫下來(lái)。由于這種特別有利的性質(zhì)，離子交換器具有一個(gè)長(zhǎng)的使用壽命，基本上可以不受限制地使用，這樣如在金電解液工作時(shí)，費(fèi)用的降低達(dá)到所希望的數(shù)值。
此外在基本化學(xué)制劑分解時(shí)，必然地使電解液比重升高。電解液比重由鹽、鉀或酸濃度得出。電解液的比重藉助離子交換器以較好的方式可以在一定范圍內(nèi)調(diào)整，這樣可以有利地延長(zhǎng)電解液的使用壽命。根據(jù)本發(fā)明的方法可以阻止有害的比重升高，因?yàn)槔缭谒嵝缘慕痣娊庖旱那闆r中，過(guò)量的鉀離子被氫離子交換，并且通過(guò)本發(fā)明的方法可以最大程度地不用添加有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸，這些有機(jī)酸或無(wú)機(jī)酸有利于提高電解液的比重。
根據(jù)本發(fā)明的方法可以恒定地保持電解液的成分，由此電解液的使用壽命不受限制。其中藉助輸送單元可以連續(xù)地將一定數(shù)量的電解液從電解槽中取出并流過(guò)各自的離子交換器。在維護(hù)酸性的金電解液時(shí)，連續(xù)地由鉀離子釋放的和主要由當(dāng)量氫離子富集的電解液重新輸送到電解槽中。為了再生被鉀離子載荷的離子交換器母體，緊接著必須有沖洗步驟，洗脫電解液的結(jié)合離子，而用氫離子重新載荷母體。為了洗脫從電解液中結(jié)合的離子，優(yōu)選用稀酸和水交替地清洗離子交換柱。隨后交換柱又可以再使用。各個(gè)的措施和步驟必須與各個(gè)所應(yīng)用的離子交換器相匹配。
由于金價(jià)格很高，一般需要從再生離子交換器的沖洗液、廢棄的電解液和有缺陷的工件中回收。因?yàn)橥ㄟ^(guò)離子交換器進(jìn)行凈化過(guò)程中，金離子可以與離子交換器的母體結(jié)合，因此在其沖洗或類似沖洗中應(yīng)將可能存在金離子的洗脫液輸送到回收金的裝置中。金的回收可以通過(guò)如強(qiáng)堿陽(yáng)離子交換樹(shù)脂或電解槽進(jìn)行。通過(guò)輸送洗脫液到其它的回收金的裝置中可保證本發(fā)明的方法不會(huì)有金的損失。
本方法能比較好地適應(yīng)于各種不同的電解液，由此找到一個(gè)寬廣的應(yīng)用領(lǐng)域。它不限于特別敘述過(guò)的酸性的金電解液的維護(hù)和調(diào)整。本發(fā)明的方法可以用于維護(hù)任何一種電解液，因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的基本思想，藉助離子交換器可以調(diào)整一種電解液的離子成分，其中將不利于電解液質(zhì)量的不希望有的離子用在電解液中消耗的離子替換，這是為了恒定保持電解液質(zhì)量所必須遵守的。其中特別提到pH值的調(diào)整，對(duì)此本發(fā)明的思想明確地不受限制。因?yàn)槭聦?shí)是應(yīng)用本方法可簡(jiǎn)單、經(jīng)濟(jì)、方便地調(diào)整電解液成分，特別是電解液的pH值，根據(jù)本發(fā)明的方法固定保持成分和離子濃度也可很好地適合于如堿性電解液。只要相應(yīng)的參數(shù)相匹配，如使用的離子交換器，它可以是一種堿性離子交換器，還有沖洗步驟和再生等。
各種參數(shù)可以簡(jiǎn)單地進(jìn)行匹配，對(duì)專業(yè)工作者來(lái)說(shuō)，可以簡(jiǎn)單地從使用的電解液的待去除的離子、希望含有的離子和用于交換的離子，與帶有相應(yīng)平衡離子的離子交換器的關(guān)系等組合中得出這些參數(shù)。另外對(duì)各個(gè)母體提出了為再生和工作的各種不同的要求，這些要求也會(huì)由離子交換器的各個(gè)生產(chǎn)者給出。
根據(jù)本發(fā)明的方法能較好地在微調(diào)區(qū)域內(nèi)調(diào)整微小的pH值偏差。它不能藉助離子交換器調(diào)整，而可以通過(guò)補(bǔ)充離子交換器的措施進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)本發(fā)明方法的一個(gè)實(shí)施方案，通過(guò)測(cè)量裝置測(cè)量電解液的各個(gè)重要參數(shù)，并與規(guī)定值比較，自動(dòng)采取各個(gè)的措施。根據(jù)測(cè)量值提高電解液通過(guò)離子交換器的流動(dòng)速度。pH值的微細(xì)調(diào)整，如果不希望通過(guò)離子交換器完成，可以藉助一種無(wú)機(jī)酸或有機(jī)酸來(lái)完成，同時(shí)也可以補(bǔ)充可能會(huì)有的滯后損失。此外測(cè)量裝置可以測(cè)量懸浮顆粒的數(shù)量，只是需要通過(guò)過(guò)濾設(shè)備進(jìn)行過(guò)濾。其中也可以考慮其它的參數(shù)。
本發(fā)明提供一種維護(hù)和調(diào)整電解液的裝置，特別是維護(hù)和調(diào)整酸性的金電解液的裝置，該裝置具有多種測(cè)量單元，它測(cè)量待維護(hù)的電解液，形式為各個(gè)重要參數(shù)的實(shí)際值；多種儲(chǔ)存單元，它儲(chǔ)存待維護(hù)電解液的各個(gè)重要參數(shù)；至少一種計(jì)算單元，它將測(cè)量的實(shí)際值與儲(chǔ)存的規(guī)定值進(jìn)行比較，還有控制單元，它為了要使電解液的實(shí)際值與規(guī)定值相匹配，采取各種措施。另外該裝置還有一種離子交換器，它將電解液中的對(duì)電解液質(zhì)量不利的離子交換為它們各自的平衡離子，這些離子在電解液中也是含有的和對(duì)改善電解液質(zhì)量是必需的；該裝置也有多種輸送單元，它輸送電解液到離子交換器中和返回到電解槽；和多種沖洗單元，它再生被電解液離子載荷的離子交換器。但是本發(fā)明也有少量的綜合單元，它具有恒定的操作參數(shù)，可以不用各種測(cè)量、儲(chǔ)存和計(jì)算單元。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)可以證明本發(fā)明的有效性，此外必須提出維護(hù)酸性的金電解液示范性的結(jié)果。試驗(yàn)敘述僅僅是一個(gè)較詳細(xì)的說(shuō)明，而不受其限制。試驗(yàn)中應(yīng)用一種電解水溶液作為金電解液，它含有作為主要成分的檸檬酸/甲酸鉀、一種檸檬酸鈷(II)鹽絡(luò)合物、甲酸/甲酸鉀和一種金鉻合物(金氰化鉀)。其中電解液的pH值為5和鉀的濃度為75g/l。為了試驗(yàn)，500ml的電解液通過(guò)具有75g交換樹(shù)脂的離子交換柱，選擇的樹(shù)脂形式為，氫離子可以交換鉀離子。電解液流過(guò)離子交換柱并被收集。結(jié)果指出，電解液流過(guò)離子交換器的母體，鉀濃度從75g/l降到59g/l，測(cè)得pH值為4.7。該結(jié)果示范性地證明本方法的有效性。而對(duì)金的氰化絡(luò)合物的穩(wěn)定性沒(méi)有有害的影響。隨后的研究指出，在離子交換器的母體中沒(méi)有殘留值得提及的其它離子。該結(jié)果顯示出本發(fā)明方法的選擇性，本發(fā)明對(duì)下述情況特別有利，即電解液中沒(méi)有離子被丟失，如必須用高的費(fèi)用來(lái)置換的金離子，由此本方法也適合工業(yè)性使用。
隨后可以用5％硫酸再生離子交換樹(shù)脂。多次試驗(yàn)重復(fù)相同的結(jié)果，可以指出，本方法結(jié)果良好，性能穩(wěn)定，離子交換器由于它的可再生性沒(méi)有遇到嚴(yán)重的老化現(xiàn)象。
權(quán)利要求
1.一種維護(hù)電解液的方法，其特征在于，藉助至少一種離子交換器調(diào)整電解液的離子濃度和離子成分。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，離子交換器具有電解液組分的離子作為平衡離子。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其特征在于，藉助離子交換器保持pH值恒定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，應(yīng)用一種陽(yáng)離子交換器控制調(diào)整電解液的離子濃度和離子成分。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，應(yīng)用一種酸性陽(yáng)離子交換器控制調(diào)整電解液的離子濃度和離子成分。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，用陽(yáng)離子交換器的氫離子交換電解液中的陽(yáng)離子。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，用陽(yáng)離子交換器的氫離子交換電解液中的鉀離子。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，離子交換器可以被再生。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，藉助離子交換器至少部分地調(diào)整電解液的比重。
10.根據(jù)權(quán)利要求1至9中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，藉助輸送裝置通過(guò)離子交換器導(dǎo)入電解液，接著又輸送到電解槽中。
11.根據(jù)權(quán)利要求1至10中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，洗出液被輸送到回收裝置。
12.根據(jù)權(quán)利要求1至11中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，使用的離子交換器和與其相結(jié)合的參數(shù)，如再生步驟或其它類似參數(shù)要與所維護(hù)的電解液相匹配。
13.根據(jù)權(quán)利要求1至12中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，待凈化的電解液通過(guò)離子交換器在一個(gè)連續(xù)循環(huán)的裝置中傳送，由此達(dá)到電解液的一種固定的凈化處理。
14.根據(jù)權(quán)利要求1至13中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，輸送速度和由此待凈化處理的電解液數(shù)量是可以選擇的。
15.根據(jù)權(quán)利要求1至14中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，測(cè)量裝置將電解液的重要實(shí)際值與各自的規(guī)定值進(jìn)行比較并通過(guò)離子交換器調(diào)整電解液的速度和流量。
16.維護(hù)和調(diào)整電解液的裝置，其特征在于包括一個(gè)離子交換器，它將電解液中的離子與它的平衡離子進(jìn)行交換。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的維護(hù)和調(diào)整電解液的裝置，其特征在于，它包括收集再生電解液的收集單元，該單元又通過(guò)導(dǎo)管將再生電解液重新輸送到電解槽中。
18.根據(jù)權(quán)利要求16或17所述的維護(hù)和調(diào)整電解液的裝置，其特征在于，包括-多個(gè)測(cè)量單元，用于測(cè)量其形式為待維護(hù)電解液的各個(gè)重要參數(shù)的實(shí)際值；-多個(gè)儲(chǔ)存單元，用于儲(chǔ)存待維護(hù)電解液的各個(gè)重要參數(shù)的多種規(guī)定值；-至少一個(gè)計(jì)算單元，用于將測(cè)量的多種實(shí)際值與儲(chǔ)存的多種規(guī)定值比較；-控制調(diào)節(jié)單元，用于控制調(diào)節(jié)各項(xiàng)措施以使電解液實(shí)際值與規(guī)定值相匹配；-離子交換器；-多個(gè)輸送單元，用于輸送電解液到離子交換器和返回到電解槽中；-多個(gè)沖洗單元，用于使離子交換器再生。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于維護(hù)和調(diào)整電解液的方法,其中藉助一種離子交換器調(diào)整電解液的離子濃度和離子成分。優(yōu)選地,離子交換器包含電解液中含有的、對(duì)電解液質(zhì)量有重要影響的多種平衡離子。在離子交換過(guò)程中,平衡離子將不利于電解液質(zhì)量的離子從電解液中交換出來(lái)。由此以優(yōu)選的方法調(diào)整電解液的成分和及其濃度。這樣使電解液的pH值和它的比重最大限度地保持恒定,因此極大地延長(zhǎng)了電解液的使用壽命。在保證恒定成分時(shí),使用壽命不再受到限制,因而本發(fā)明的方法有特別高的經(jīng)濟(jì)價(jià)值。
文檔編號(hào)C25D21/00GK1382836SQ0210797
公開(kāi)日2002年12月4日 申請(qǐng)日期2002年3月22日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月24日
發(fā)明者揚(yáng)·賈忠·瑪麗·亨德里克斯, 約瑟夫斯·亨里克斯·瑪麗亞·韋爾 申請(qǐng)人:恩通公司