JPH04308097A - 金属イオンの除去装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば銅系塩化鉄廃液
中の銅イオンを除去するための装置に関するものである
。

【０００２】

【従来の技術】一般にプリント基板のエッチングや製鋼
所における銅系鋼板等のピックリングから生じる廃液中
には銅イオンが含まれているため、公害防止上、下水道
に排出する前にその銅イオンを除去する必要がある。こ
のような廃液の処理方法としては無隔膜電解槽や隔膜電
解槽を用いた電解法、あるいは溶媒抽出法等が知られて
いるが、いずれも十分な除去率を得ることができない。

【０００３】また、塩化第２鉄溶液によりプリント基板
をエッチングした後の銅系塩化鉄廃液を多量に処理する
場合には、操作の容易性から、鉄スクラップを廃液中に
投入して鉄と銅イオンとの置換により銅イオンを金属と
して取り除き、その後当該廃液中に塩素ガスを通じ、こ
れにより塩化第１鉄を塩素化して塩化第２鉄を再製する
ようにしている。

【０００４】この様子を化学式で表わすと次のように表
わされる。

【０００５】

【化１】 即ち処理前の廃液中には、エッチングにより還元された
塩化第１鉄、生成物である塩化第２銅、塩酸及び未反応
の塩化第２鉄が含まれており、この中に鉄スクラップを
投入すると、先ず塩化第２鉄が鉄と反応して塩化第１鉄
とされ、次いで塩化第２銅と鉄とが反応して、銅粉が生
成され、固液分離により除去される。その後塩化第１鉄
を塩素化して塩化第２鉄とする。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながらこのよう
な方法で再製される塩化第２鉄溶液中には、銅の再溶解
も含めて銅イオンが５０〜２００ｐｐｍ程度含まれてい
る。この程度の銅イオン濃度であれば銅をエッチングす
る場合には問題ないが、鉄系やニッケル系の材料例えば
シャドーマスクをエッチングする場合には、エッチング
液中の銅が被エッチング材上に析出し問題となるし、そ
のまま下水道に排出されると公害防止の面からも好まし
くない。

【０００７】本発明はこのような背景のもとになされた
ものであり、例えば銅系塩化鉄廃液中の銅イオンを高い
除去率で除去することのできる金属イオンの除去装置を
提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】先ず本発明の着眼点につ
いて説明すると、例えば先述した、塩化第２鉄溶液でプ
リント基板をエッチングした後の廃液を、鉄、グラファ
イトフェルトを夫々陽極、陰極として対向させて電気分
解すると、陽極では化学式２、陰極では化学式３で示す
反応が起こる。

【０００９】

【化２】

【００１０】

【化３】 ここで平衡論にもとづいて陰極反応を考察すると、銅の
電析の起こり得る電流密度が一番小さく、水素発生の起
こり得る電流密度、鉄の電析の起こり得る電流密度の順
に大きくなっていく。従って電極間を通電すると、銅の
電析が最初に起こるはずである。しかしながら上記の廃
液においては、鉄イオンの濃度が銅イオンの濃度に対し
て例えば約１６００倍と大きいため、実際には鉄の電析
及び水素ガスの発生が副反応として多量に起こる。また
ｐＨが低く、水素イオン濃度が高い場合には鉄の電析は
起こらず、水素ガスの発生が主反応となる。なお、鉄の
電析を抑えるために電流値を小さくした場合には反応が
遅くなって、電解槽内の銅を除去するのに非常に長い時
間を要するか、あるいは装置が過大となる。

【００１１】そこで本発明者は、陰極の表面積をできる
だけ大きくとるという発想をもって、次のような装置を
生み出した。即ち本発明の金属イオンの除去装置は、棒
状の可溶性の陽極体と、この陽極体を間隙を介して取り
囲むように配設され、導電性の濾過層よりなる陰極体と
、を電解槽内に配置して成り、除去対象となる金属イオ
ンを含む被処理液は、電解槽に供給されて、陰極体の外
方側から内方側に流れ、その流路は陰極体自体であるこ
とを特徴とする。

【００１２】

【作用】例えば上述の銅系塩化鉄廃液よりなる被処理液
は、電解槽内に圧送され、陰極体を構成する濾過層内を
通過する。この濾過層はいわば液体の抵抗体であるため
、被処理液は濾過層に対して局所的に入り込むことなく
分散されて入り込み、そしてここを通過した後、例えば
陽極体に沿って上昇し、その上方から排出される。　　
ここで陰極体は例えばグラファイトフェルトにより円筒
状に成形されているため、その表面積は非常に大きく、
従って所要の除去速度を得ながら電流密度を大きくする
ことができ、このため先述した分散作用も加わって被処
理液は電流密度の小さい電極部分に広範囲に亘って接触
することができる。この結果鉄の電析及び水素の発生が
抑えられ、銅の電析が主体となり、しかも広範囲で起こ
る。そして陰極自体が濾過層であるから、析出脱落した
銅粉は、ここで濾過される。

【００１３】

【実施例】図１は本発明の実施例の全体を示す断面図で
あり、図２は、その要部を示す斜視図である。この実施
例では、下部に被処理液の吸水口１１を備えた円筒状の
電解槽１の上部に、排水口２１を備えた排水室２が設け
られており、電解槽１内の中心部には、上端が排水室２
内に開口すると共に下端が電解槽１を貫通して外部に突
出した絶縁性の例えばＰＶＣ等のプラスチックよりなる
パイプ３が設置されている。このパイプ３は下端部より
上方位置にて、管壁に多数の通水孔３１が形成されてい
る。またパイプ３の上端付近にはフランジ３２が形成さ
れており、このフランジ３２を介して排水室２の底面に
固定される。

【００１４】前記パイプ３内には、外部から排水室２を
貫通した鉄丸棒よりなる陽極体４が電解槽１の下端部付
近まで、間隙を介して突入されている。

【００１５】前記パイプ３の外周面には、通水孔３１が
形成されていない下端部付近を除いて、例えばカーボン
もしくはグラファイト等の導電繊維製のフェルトあるい
はシートが巻装され、これによって陰極体を兼用する濾
過層５が構成されている。更にこの濾過層５の外周面に
は、この全面を密着して覆うように例えばチタンよりな
るメッシュ状の陰極給電体６が配置されている。この陰
極給電体６の取り付けについては、例えば図２に示すよ
うに、両縁に取り付け部材６１、６２を備えた横断面が
半円状ユニット６０を２個用意して、これらを互に取り
付け部材６１、６２を介して接合すればよい。

【００１６】次に上述実施例の作用について述べる。先
ず被処理液である銅廃液を図示しないポンプにより吸水
口１１を通じて電解槽１内に圧送すると共に、陽極体４
及び陰極給電体６の間に直流電源Ｅにより電圧を印加す
る。原料銅廃液としては、例えば塩化第２鉄溶液により
銅をエッチングした後の廃液について、鉄スクラップを
用いてセメンテーションにより脱銅し、依然微量の銅イ
オンが含まれている銅廃液を用いる。

【００１７】そして上記の構造からわかるように、電解
槽１内の被処理液が排水室２に達するためには、陰極体
を兼用する濾過層５を通じてパイプ３の通水孔３１を通
らなければならないので、当該濾過層５が水の抵抗体の
役割を果たし、被処理液が濾過層５に対して均一に分散
された状態で透過し、パイプ３内を陽極体に沿って上昇
する。従って陰極体を兼用する当該濾過層５の全範囲に
亘って被処理液が通流する。

【００１８】ここで「作用」の項にて詳述したように、
陰極体は陽極体４を取り囲むように配置されており、し
かも陰極体自体がフェルト等の濾過層を構成しているの
で、所要の大きさの電流を流しながら電流密度を小さく
でき、このため鉄の電析が抑えられて銅の電析が主体と
なる。そして析出脱落した銅粉も濾過層５内にて濾過さ
れるが、そのまま透過したものはパイプ３内を降下し、
その下端から排出される。一方銅が除去された被処理液
は排水室２を介して排水口より排出される。上述実施例
では、陽極体、陰極体を組み合わせた電極体を電解槽内
に１個配設した構成としているが、本発明ではこうした
電極体を電解槽内に複数個配置して処理量を大きくする
ことができるし、また図３に示すように、電極体を複数
備えた電解槽を例えばシリーズに２個接続して多段処理
を行うようにしてもよい。

【００１９】次に図３に示す２段型の装置を用いて処理
した実験結果について述べる。先ず装置としては、１段
目の電解槽１Ａの排水口に気液分離器７を介して２段目
の電解槽１Ｂの吸水口を接続し、各電解槽１Ａ、１Ｂに
、実施例で述べた構造の１０個の電極体を設置したもの
を用いる。そして塩化第１鉄、塩化第２鉄及び塩化第２
銅を含む被処理液を１００ｌ／ｈｒの流量でかつ１槽当
り２０Ａの電流で電解槽１Ａに供給したところ、各部に
おける金属イオン濃度は表１に示す通りであった。

【００２０】

【表１】 この実験例からわかるように、上述の装置によれば銅イ
オンを高い除去率で除去できる。なおこの例では電解槽
１Ａにて再酸化したＦｅ３＋が主として除去されている
が、流量や陰極体を兼用する濾過層の巻き径等を調整す
ることによって、必ずしも２段型としなくても同様の機
能が得られることは勿論である。

【００２１】以上において上述実施例では、絶縁性のパ
イプ３は濾過層５の保持体としての役割を果たしている
が、濾過層５として頑強なものを用いる場合には不要で
ある。　　またメッシュ状の陰極給電体は、フェルトあ
るいはシート状の陰極体に対して大きな接触面積が得ら
れるものであればよく、線状体が縦横に広がるもののみ
ならず、板状体に多数の孔を有するもの等を用いてもよ
い。更に電解槽内に被処理液を圧送するためには、ポン
プを用いることなく、例えば被処理液の貯液タンクと電
解槽とに落差をもたせるといった手法を採用してもよい
。

【００２２】なお、析出金属により濾過層が目詰まりす
る時点と陽極体が溶解して使用できなくなるまでの時点
とを揃うようにすれば電極体全体を交換すればよいので
メンテナンスが容易であるし、また陽極体を無駄に使用
しなくて済む。

【００２３】

【発明の効果】本発明によれば、棒状の陽極体を取り囲
むように、導電性の濾過層よりなる陰極体を配置してい
るため、被処理液中における陰極体の表面積が非常に大
きく、この結果所要の電流を通電しながら陰極体におけ
る電流密度を小さくでき、従って金属イオンの電析を選
択的に行うことができる。しかも濾過層は被処理液の抵
抗体の役割を果たすので、被処理液が広範囲に亘って濾
過層の中に流れ込み、このため例えば銅系のエッチング
鉄廃液のように、多量のＦｅ２＋が存在する液中の微量
の銅イオンを高い効率で除去できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す断面図である。

【図２】同実施例の要部を示す斜視図である。

【図３】本発明の他の実施例を示す説明図である。

【符号の説明】

１　　電解槽 ２　　排液室 ３　　パイプ ４　　陽極体 ５　　陰極体を兼用する濾過層 ６　　陰極給電体

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　棒状の可溶性の陽極体と、この陽極体
   を間隙を介して取り囲むように配設され、導電性の濾過
   層よりなる陰極体と、を電解槽内に配置して成り、除去
   対象となる金属イオンを含む被処理液は、電解槽に供給
   されて、陰極体の外方側から内方側に流れ、その流路は
   陰極体自体であることを特徴とする金属イオンの除去装
   置。