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Das Prinzip

 

Ein Anwendungsbeispiel der Elektrodialyse ist die Wiedergewinnung von HNO3/ HF - Mischsäure, die zum Beizen und Passivieren von Edelstählen verwendet wird [1]. Nachdem ein Werkstück in der Mischsäure passiviert wurde, wird es in einem Spülbad von der anhaftenden Beizsäure befreit. In dem Spülbad reichert sich die Beize an, so daß es von Zeit zu Zeit neutralisiert, die Schwermetalle ausgefällt und erneuert werden muß (Abb. 1 a). Ein solches Vorgehen ist nicht nur teuer, da sowohl die Neutralisationschemikalien bezahlt werden müssen als auch die neutralisierte Säure verloren ist, sondern es stellt auch ein ökologisches Problem dar, da das neutralisierte Spülwasser neben Spuren toxischer Schwermetalle auch Nitrat und Fluorid enthält.

 

Der Prozess

 

 

a)conventional process

b) alternative process

Abb. 1: Flußdiagramm zur Passivierung von Edelstahl-Werkstücken.

a) herkömmliche Verfahrensweise, b) mögliche neue Verfahrensvarianten.

Dieses Problem könnte z.B. durch eine Säure-Elektrodialyse (Verfahrensprinzip) des Spülbades gelöst werden, indem die Beize-Konzentration im Spülbad unter dem Grenzwert gehalten wird und gleichzeitig die Säure soweit aufkonzentriert wird, daß sie ins Beizbad zurückgeführt werden kann (b). Zudem könnten die sich in der Beizsäure anreichernden Metallsalze durch eine selektive Elektrodialyse entfernt werden, so daß auch die Standzeit der Beize deutlich verlängert werden könnte.

In ähnlichen Anwendungsfällen wird zur Wiedergewinnung von mit Metallsalzen verunreinigter Flußsäure eine Membranelektrolyse vorgeschlagen [2]. Auch bei der Herstellung von HCl [3], HIx [4], Schwefelsäure [5], Phosphorsäure [6], Hypophosphorsäure [7] und Chlorsäure [8] sind Säure-Elektrodialyseverfahren vorgeschlagen und untersucht worden.

Die Anwendbarkeit dieser Verfahren wird durch die Eigenschaften der Elektroden und Separatoren (Membranen) beschränkt, deren Entwicklung und Design daher eine zentrale Bedeutung haben. Die hauptsächliche Einschränkung der Anwendbarkeit resultiert aus den mangelnden Eigenschaften der benötigten Anionenaustauschermembranen (AAM's), der sogenannten Protonenleckage. Diese besagt, daß die Permselektivität von AAM's im Kontakt mit Protonen viel niedriger ist als im Kontakt mit sonstigen Kationen.

Ein weiteres, derzeit entstehendes Anwendungsfeld [9] von Elektromembranverfahren findet sich in der pharmazeutischen Industrie und in der Biotechnologie zur Aufarbeitung von organischen Säuren:

 

 

Literatur

 

 

[1] a) A.T. Cherif, J. Molenat, A. Elmidaoui, J. Appl. Electrochem. 27 (1997) 1069

b) R. Audinos, A. Nassr-Allah, J. R. Alvarez, J. Membr. Sci. 76 (1993) 147

[2] K. Sato, Y. Kurauchi, Y. Miyaki, M. Akazawa, Jp. Kokai Tokkyo Koho JP 01,123,606 (CA 112,121622u)

[3] a) C. Gavach, P. Amblard, J. F. Diaz, 13 th. Int. Congr. Electrochem. Appl. 1996, 2

b) A. Lindheimer, M. Boudet-Dummy, C. Gavach, Desalination 94 (1993) 151

c) S. Mazrou, H. Kerdjoudj, A. T. Cherif, J. Appl. Electrochem. 27 (1997) 558

[4] K. Onuki, H.Nakajima, S. Shimizu, Kagaku Kogaku Ronbunshu 23 (1997 ) 289 (CA 126,321555a)

[5] a) K. N. Mani, F. P. Chlanda, C. H. Byszaewski, Desalination 68 (1988) 149

b) D. Raucq, G. Pourcelly, C. Gavach, Desalination 91 (1993) 163

c) Y. Moma, T. Maehashi, Jp. Kokai Tokkyo Koho JP 07,126,997 (CA 123,115977)

[6] D. Touaibia, A. T. Cherif, J. Appl. Electrochem. 26 (1996) 1071

[7] F.I. Nobel, D. J. Vaughan, US Patent Nr. 5,578,182

[8] J. Landfors, R. Hammer-Olsen, PCT Int. Appl. WO 95 09,935

[9] K. N. Mani, D. K. Hadden, US Patent Nr. 5.814498

 

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