AT395720B - Verfahren zum vermindern von fluessigkeitsverlusten durch ausschleppen von fluessigkeit nach dem behandeln der oberflaechen metallischer werkstuecke in waessrigen fluessigkeiten - Google Patents

Description

AT 395 720 B

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Vermindern von Flüssigkeitsverlusten durch Ausschleppen von Flüssigkeit nach dem Behandeln der Oberflächen metallischer Wakstücke in wässerigen Flüssigkeiten, insbesondere wässerigen Lösungen und Spülwässern.

Derartige Behandlungen finden beispielsweise in der Galvano* und Oberflächentechnik statt; hier gelangen die 5 verschiedensten wässerigen Lösungen wie Salzlösungen, Säuren, Laugen und Metallelektrolyte zum Vor- oder Nachbehandeln der Oberflächen wie z. B. Entfetten, Beizen, Dekapieren, Phosphatieren oder Chromatieren und zum Hauptbehandeln wie beispielsweise Brünieren, Anodisieren oder Abscheiden von Metallüberzügen im Wechsel mit Spülwässern in Gestalt von Stand-, Fließ-, Spritz- oder Sprühspülen zur Anwendung.

Alle diese Behandlungen sind mit einem Anhaften der Behandlungsflüssigkeit an der behandelten Oberfläche 10 verbunden; dieses führt trotz des auf jede Behandlung unmittelbar folgenden Abtropfvorganges zu einer Ausschleppung von Behandlungsflüssigkeit und Einschleppung in die nachfolgenden wässerigen Lösungen und/oder Spülwässern. Zum Ausgleich bedarf es einer ständigen Ergänzung der ausgeschleppten Behandlungschemikalien sowie des Ersatzes da durch Einschleppen verunreinigten wässerigen Lösungen und/oda Spülwassa durch frisch zubereitete Lösungen bzw. Frischwasser, wodurch erhebliche Mengen an mit Schadstoffen belasteten Abwässern anfallen, die 15 sowohl in wirtschaftlicher als auch Ökologischer Hinsicht mit Rücksicht auf die sich laufend verschärften Umweltschutzanforderungen höchst unerwünscht sind.

Aufgabe derErfmdung ist es, diesem Mangel durch einebeträchtliche Verminderung des Bedarfs an Behandlungschemikalien und Frischwasser abzuhelfen und damit die Abwassemmenge und -belastung mit Schadstoffen zu senken. 20 Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einem Verfahren der eingangs genannten Art dadurch gelöst, daß das den Behandlungsflüssigkeiten zugrunde liegende Wasser vor der Behandlung in einem magnetischen Feld aktiviert wird.

Im Falle von Behandlungslösungen kann die Wasseraktivierung dadurch vorgenommen werden, daß entweder das Wassa vor dem Ansetzen der Behandlungsflüssigkeit oder aber die Behandlungsflüssigkeit nach dem Ansetzen 25 aktiviert wird.

All dies kann in einem Temperaturbereich zwischen dem Eistarrungs- unddem Siedepunkt der jeweiligen Lösung bzw. des jeweiligen Spülwassers erfolgen. Als Magnetfeld kann ein permanentmagnetisches oder ein elektromagnetisches verwendet werden.

Die Aktivierung von Wasser in einem magnetischen Feld ist an sich bekannt. Boeits im Jahre 1890 wurde vom 30 Kaiserlichen Patentamt das Patent DE-PS 58 797 für eine Vorrichtung zum Abscheiden von Verunreinigungen aus nichtalkoholhaltigen Flüssigkeiten erteilt, bei welcher ein Magnet oder eine sonstige zur Erzeugung eines magnetischen Feldes geeignete Vorrichtung in der Nähe des sich fortbewegenden Flüssigkeitsstromes angeordnet ist.

In neuerer Zeit werden Geräte zur permanentmagnetischen oder elektromagnetischen Wassoaktivierung handelsüblich angeboten mit dem Zweck, Kalkablagerungen in Maschinen und Rohrleitungen zu verhindon oder 35 wieder zu beseitigen.

Weda das oben erwähnte Patent des Kaiserlichen Patentamts noch die heutigen Geräte befassen sich jedoch mit den physikochemischen Grundlagen der Aktivierungswirkung des magnetischen Feldes auf das Wasser. Man erklärt vielmehr die Vermeidung oder Beseitigung von Kalkablagerungen dadurch, daß sich der Kalk im aktivierten Wassa als loser und schlammiger Kalzitausscheidetoder in diesen um wandelt und nicht wie da im nichtaktivierten Wasser 40 ausfallende Aragonit zu festverkrusteten Ablagerungen führt Der Ursache dieser Kalzitbildung gegenüber bleibt man jedoch die Erklärung schuldig.

Demgegenüber geht die Erfindung von der bekannten Erscheinung aus, daß in Schmelzen und Flüssigkeiten Nahordnungen der Atome und Moleküle vorliegen, die sich aus den Kristallstrukturen herleiten lassen, welche diese Stoffe im festen Zustand dicht unterhalb ihres Schmelzpunktes besitzen. Diese Nahordnungen sind auch kurz 45 obahalb des Schmelzpunktes deutlich ausgeprägt, verlieren sich jedoch dann mit weiter ansteigender Temperatur allmählich zugunsten einarein statistischen Verteilung der Atome und Moleküle.

So wird auch die Gitterstruktur von gefrorenem Wasser beim Auftauen durch den Schmelzvorgang zwar aufgebrochen, doch bleibt die räumliche Zuordnung der Wassermoleküle infolge der starken Wasserstoffbrückenbindung noch weitgehend erhalten. Durchfließt Wasser ein magnetisches Feld, so scheint eine Veränderung diesa 50 Flüssigkeitsstruktur stattzufinden, denn derart aktiviertes Wasser zeigt bezüglich Kalkablagerungen, Hautverträglichkeit oder Schaumbildung nach Zusatz von Toisiden ein deutlich anderes Verhalten als nichtaktiviertes Wasser, das beispielsweise zu dem oben erwähnten Vermeiden oder Beseitigen von Kalkveikrustungen führt. Auch wurde festgestellt, daß die Haut der Hände von Personen, die häufig mit Wasser umzugehen haben, deutlich weniger stark angegriffen wird,so daß Hautpflegemittel weniger häufigangewendetwerdenmüssen.DerWaschmitteleinsatz 55 kann reduziert werden, und das Vowenden von Weichspülern für Wäsche oder Haare entfällt zumeist völlig. Da da

Kalk ans dem Wasser nicht entfemt wird, entstehen nach dem Abtrocknen des Wassers zwar Flecken, die sich jedoch leichtmit einem Tuch abwischen lassen. Perlatoren verkrusten nicht mehr, undderRegenerieibedarf von Spülmaschinen sinkt deutlich. -2-

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Im Fall der vorliegenden Erfindung ist nun überraschenderweise festgestellt worden, daß die Ausschleppverluste im Falle der erfindungsgemäßen Aktivierung des den Behandlungsflüssigkeiten zugrundeliegenden Wassers vor der Behandlung in einem magnetischen Feld zu einer beträchtlichen Senkung der Ausschleppverluste bis zu 45 % führt. DieUrsache hierfür ist,wieLaborversucheinzwischen bestätigt haben,einedeutliche Minderung derWasserviskosität 5 und dar Oberflächenspannung des Wassers.

Die Herabsetzung derOberflächenspannung bei magnetisiertem Wasser war zwar auch bereits bekannt, wie sich u. a. als Ergebnis eines Verfahrens zur physikalischen Aktivierung von Flüssigkeiten, insbesondere des Wassers zu deren grenzflächenaktvierender Verwendung gezeigt hat (DE-OS 28 30 956). Die dortigen Verwendungsgebiete sind jedoch anderer Natur und betreffen durchwegs den biologischen Sektor, auf dem als wesentlicher Erfolg der 10 Aktivierung die Üppigkeit des Pflanzenwachstums sowie die Frischhaltung des Wassers unter Beibehaltung seines natürlichen Geschmacks herausgestellt ist.

Demgegenüber führt die erfindungsgemäße Anwendung der magnetischen Wasseraktivierung auf die Oberflächenbehandlung von Werkstücken zu einer Minderung der Ausschleppverluste bei gleichbleibenden Taktzeiten im Falle eines Galvanoautomaten oder aber einer Senkung der Taktzeiten bei gleichbleibender 15 Ausschleppung. Die Folgen sind Chemikalieneinsparung, Wasser- und Abwassereinsparung sowie Senkung der Abwasserbelastung einerseits oder eine Erhöhung der Automatenkapazität andererseits. Im Hinblick auf die sich laufend verschärfenden Umweltschutzanforderungen und die damit wachsenden Kosten gerade im Bereich der mittelständischen oberflächenbehandelnden Industrie kommt der Einsparung an Behandlungschemikalien im Fertigungs- und Abwasserentsorgungsbereich, der Minderung der Wasser- und Abwassermenge sowie der Ab· 20 wasserbelastung mit Schadstoffen in der erwähnten Größenordnung eine außerordentliche wirtschaftliche und ökologische Bedeutung zu. Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Versuchs naher erläutert und begründet:

Beispiel: 25 1. Versuchsbedingungen:

In die Hauptwasserzuleitung war ein im Handel erhältliches Gerät zur elektromagnetischen Aktivierung von Wasser eingebaut worden. Die für die Versuche verwendeten Wassermengen wurden vor (nichtaktiviert) und nach (aktiviert) dem Gerät entnommen; das Gerät war zum Zeitpunkt der Wasserentnahme bereits vier Monate zur 30 Wasserhärteaufbereitung im Einsatz. Zu verschleppende Lösung: je ein Liter nichtaktivierte und aktivierte Kupfer sulfatlösung, enthaltend 196,5 g/1 CUSO4.5%0 oder 50 g/1 Kupfer, pH-Wert 5,5, Temperatur 21,5 - 22,0 °C und hergestellt aus nichtaktiviertem bzw. aktiviertem Wasser.

Spülwasser: je ein Liter nichtaktiviertes und aktiviertes Wasser, wie der Wasserleitung entnommen, mit Schwefelsäure auf pH 4,4 - 4,6 angesäuert, um Kupfeihydroxidausfällungen zu vermeiden, Temperatur 21,5 - 23 °C, 35 mittels Magnetrührung laufend intensiv durchmischt.

Verschleppendes Werkstück: Blech aus Normalstahl, 115 mm x 85 mm x 0,9 mm, Oberfläche 2,0 dm^. Die Oberfläche war vor dem Versuch sorgfältig mitKalk entfettet worden;anschließend erfolgteeinedichte Verkupferung infolge Zementation; mit Wasser war eine geschlossene Benetzung der gesamten Oberfläche sicheigesteüt 40 2. Versuchsdurchfuhrung:

Es wurden zwei Versuchsreihen durchgeführt: die eine mit nichtaktivierter Lösung und nichtaktiviertem Spülwasser, die andere mit aktivierter Lösung und aktiviertem Spülwasser. Bei jeder Versuchsreihe wurde das Blech abwechselnd in die KupfersulfaüösungunddasSpülwasser getaucht; die Verweilzeit in und die Abtropfzeitoberhalb 45 der Lösung bzw. dem Spülwasser betrugen jeweils 5 s. Vor dem erneuten Eintauchen in die Kupfersulfatlösung wurde das Blech unter fließendem Leitungswasser gespült und anhaftendes Wasser gut abgeschleudert. Nach 5,10, 20,40 und 70 Durchgängen wurde dem Spülwasser eine 20 ml-Probe zur Kupferbestimmung entnommen; der hierdurch entstehende Volumen- und Konzentrationsfehler wurde im Rahmen der Auswertung rechnerisch korrigiert Die Bestimmung der Kupferkonzentration in den Proben erfolgte mittels eines Atomemissionsspektrografen 50 (AES -Methode); hierzu mußten die höheren Kupfergehalte entsprechend verdünnt und die Verdünnungsfaktoren bei der Ergebnisermittlung berücksichtigt werden. -3- 55

Claims (5)

1. AT 395 720 B
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Behandlungslösungen das Wasser vor dem Ansetzen der Behandlungsflüssigkeit aktiviert wird. -4- AT 395 720 B
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei Behandlungslösungen dieBehandlungsflüssigkeit nach dem Ansetzen aktiviert wird.

   3. Versuchsergebnisse: Im Spülwasser gemessene und rechnerisch korrigierte Kupferkonzentration: 5 bei nichtaktivierter Lösung bei nicht aktivierter Lösung Durchgänge N Kupferkonzentration 1t Analyse mg/1 mg/1 korrig. N Durchgänge mg/1 mg/1 Kupfeikonzentration lt Analyse konig. 10 5 160 - 5 78 - 10 310 307 10 200 198 20 630 614 20 380 371 40 1320 1263 40 640 616 15 70 1950 1842 70 1060 1002 Mit Hilfe eines PC-Basic-Programmes wurde zu jedem Durchgang (N) der Ausschleppungsverlust (VE) 20 ermittelt der dem korrigierten Wert der Kupfer(II)-Ionenkonzentration (g/1) am nächsten liegt Die Resultate, umgerechnet auf den Quadratmeter Oberfläche, sind in Millilitern je Quadratmeter: bei nichtaktivierter Lösung bei aktivierter Lösung 25 N VE (ml/m·^) N VE(ml/m2) 5 32,10 5 15,65 10 30,90 10 19,90 30 20 31,10 20 18,70 40 32,40 40 15,60 70 2735 70 14,60 35 Mittelwert 30,77 Mittelwert 16,89 Standardabweichung ±2,02 ±2,28 40 Die Versuche bestätigen eine deutliche Minderung der Wasserviskosität durch elektromagnetische Aktivierung. Die von der Viskosität abhängigen Ausschleppverluste werden von 30,8 ml/m2 und 45 % auf 16,9 ml/m2 gesenkt 45 PATENTANSPRÜCHE 50 1. Verfahren zum Vermindern von Flüssigkeitsverlusten durch Ausschleppen von Flüssigkeit nach dem Behandeln der Oberflächen metallischer Werkstücke in wässerigen Flüssigkeilen, insbesondere wässerigen Lösungen und Spülwässern, dadurch gekennzeichnet, daß das den Behandlungsflüssigkeiten zugrunde liegende Wasser vor der Behandlung in einem magnetischen Feld aktiviert wird. 55
4. 4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld eines Permanentmagneten verwendet wird.
5. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Magnetfeld eines Elektromagneten verwendet wird. -5-