DE102005038970A1 - Vorrichtung zum Behandeln eines Metalls in einem Elektrolytbad und Verfahren zum Verringern einer Aerosolabgabe - Google Patents

Abstract

Um die Gefahr zu verringern, dass schädliches Aerosol aus einem Elektrolytbad in die Umgebung gelangt, schlägt die Erfindung eine Vorrichtung zum Behandeln eines Metalls in einem Elektrolytbad, wie etwa das Eloxieren von Aluminium, mit einer Kathode zum Bereitstellen von Partikeln zum Anodisieren an einem anodisch gepolten Metallkörper vor, bei welchem die Vorrichtung Mittel zum Agglomerieren von während der Elektrolyse entstehenden Primärgasbläschen aufweist.

Description

• Die Erfindung betrifft zum einen eine Vorrichtung zum Behandeln eines Metalls in einem Elektrolytbad, wie etwa das Eloxieren von Aluminium, mit einer Kathode zum Bereitstellen von Partikeln zum Anodisieren an einem anodisch gepolten Metallkörper. Zum anderem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Verringern einer Aerosolabgabe während einer Elektrolyse von Metall aus einem Elektrolytbad in die Umgebung, bei welchem ein Metall als Kathode gepolt wird.
• Um die Abgabe in Aerosolen befindlicher Schwefelsäure, beispielsweise bei Eloxal-Verfahren, zu verringern, werden einem schwefelsäurehaltigen Elektrolyten sogenannte Netzmittel zur Verringerung der Oberflächenspannung bzw. der Grenzflächenspannung hinzu gegeben. Insbesondere bei Eloxal-Verfahren wird Schwefelsäure als Elektrolyt verwendet, um auf Aluminium durch Elektrolyse eine Aluminiumoxidschicht zu bilden.
• Bei der Elektrolyse ist das zu eloxierende Aluminium-Bauteil als Anode und weitere Aluminiumplatten, welche in dem Elektrolytbad beispielsweise am Rand verteilt sind, sind als Kathode geschaltet. Bei diesem Prozess entsteht an der Kathode je nach gewählter Stromstärke eine unterschiedliche Menge an Wasserstoffgasen, welche als Bläschen während der Elektrolyse im Elektrolytbad aufsteigen und mit den Schwefelsäure benetzten Bläschenoberflächen Schwefelsäure in die Umbebung mitnehmen. An der Luft platzen diese Wasserstoffgasbläschen, wodurch die Schwefelsäure in der Umgebung frei gesetzt wird.
• Die Wasserstoffgasbläschen und die daran haftende Schwefelsäure bilden zusammen ein kolloideales System, welches als Aerosol bezeichnet wird. Aerosole sind meist unstabile kolloide Systeme, da Dispersionsmittel und kolloider Anteil erhebliche Dichte-Unterschiede aufweisen und die Brownsche Molekularbewegung hierdurch sehr stark ist. Häufige Zusammenstöße der Kolloide in dem nur schwach viskosen Dispersionsmittel können zu Koagulation führen. Je höher konzentriert das Aerosol und je größer die Aerosol-Teilchen sind, desto rascher setzten sie sich am Boden ab.
• Die eingangs erwähnten Netzmittel eignen sich dazu, auf dem Elektrolyt eine Schaumschicht zu erzeugen, mittels welcher verhindert wird, dass Aerosole aus dem Elektrolytbad entweichen und in die Umgebung gelangen. Um jedoch eine hinreichende Abdeckung, beispielsweise bei Eloxalbädern, mit Schaum zu erhalten, müssen etliche Bedingungen erfüllt sein. Zum einen muss die Dosierung des Netzmittels sorgfältig gewählt und ausgeführt werden. Hierbei ist nicht selten eine Nachdosierung erforderlich und vorzunehmen, um eine ausreichende Schaumschicht dauerhaft zu gewährleisten.
• Problematisch bei derartigen Schaumschichten ist die Gefahr einer Knallgasreaktion, wobei Knallgas dadurch entsteht, dass sich Wasserstoffbläschen als Schaum ausbilden und der Wasserstoff in diesem Schaum gebunden ist. Hierbei würde ein geringer Funkenschlag ausreichen, um den gebundenen Wasserstoff zur Explosion zu bringen, was ein nicht unerhebliches Gefahrenpotential in sich birgt. Darüber hinaus ist die Verwendung der Netzmittel sehr kostenintensiv.
• Es ist Aufgabe vorliegender Erfindung eine alternative Methode bereitzustellen, welche das Freisetzen der zuvor beschriebenen Aerosole, insbesondere im Hinblick auf an der Kathode entstehende Wasserstoffbläschen, einschränkt.
• Die Aufgabe der Erfindung wird von einer Vorrichtung zum Behandeln eines Metalls in einem Elektrolytbad, wie etwa das Eloxieren von Aluminium, mit einer Kathode zum Bereitstellen von Partikeln zum Anodisieren an einem anodisch gepolten Metallkörper gelöst, welche sich durch Mittel zum Agglomerieren von während der Elektrolyse entstehenden Primärgasbläschen auszeichnet.
• Insbesondere ein Agglomerieren der an der Kathode primär entstehenden Wasserstoffgasbläschen zu sekundären Wasserstoffgasbläschen, welche sich gegenüber den Primärgasbläschen durch ein größeres Volumen auszeichnen und damit eine geringere Oberfläche zur Aufnahme von Schwefelsäure bereit stellen, ist vorteilhaft, da hierdurch wirkungsvoll er reicht wird, dass bedeutend weniger Schwefelsäure des Elektrolytbades in die Umgebung frei gesetzt wird.
• Der Begriff „Primärgasbläschen" beschreibt im Sinne der Erfindung insbesondere Wasserstoffgasbläschen, die während der Elektrolyse an der Kathode entstehen.
• Im Gegensatz hierzu existieren „Sekundärgasbläschen", welche im Sinne der Erfindung, Gasblasen erfassen, welche im Wesentlichen aus Primärgasbläschen agglomeriert sind. Im allgemeinen zeichnen sich die Sekundärgasblasen gegenüber den Primärgasbläschen durch ihr größeres Volumen aus.
• Dementsprechend wird die Erfindung auch von einem Verfahren zum Verringern einer Aerosolabgabe während einer Elektrolyse von Metall aus einem Elektrolytbad in die Umgebung gelöst, bei welchem ein Metall als Kathode gepolt wird und während der Elektrolyse entstehende Primärgasbläschen zu weiteren Gasbläschen oder Gasblasen agglomeriert werden.
• Die weiteren Gasbläschen bzw. Gasblasen sind im Sinne der Erfindung gleichbedeutend mit den zuvor beschriebenen Sekundärgasblasen. Vorteilhafter Weise verringert sich durch das Agglomerieren die nutzbare Oberfläche zum Benetzen mit Schwefelsäure bei identischem Raumvolumen, so dass an der aus mehreren Primärgasbläschen entstandenen Sekun därgasblase weniger Schwefelsäure anhaftet, die in die Umgebung gelangen kann.
• Eine bedeutende Weiterentwicklung der Erfindung sieht vor, dass die Kathode eine Hülle aufweist.
• Ist die Kathode mit einer Hülle umgeben, ist die Gefahr verringert, dass insbesondere Wasserstoffgasbläschen, welche beim Elektrolysieren unmittelbar an der Kathode als kleine Gasbläschen entstehen, Schwefelsäure als Aerosol mit aus dem Elektrolytbad in die Umgebung transportieren. Die Hülle unterbindet somit, dass viele kleine Wasserstoffgasbläschen im Bereich der Kathode an die Elektrolytbadoberfläche gelangen, wo sie dann aufplatzen und Schwefelsäure in die Umgebungsluft abgeben.
• Statt dessen agglomerieren die kleinen Wasserstoffgasbläschen innerhalb der Hülle zu größeren Wasserstoffgasblasen, die eine wesentlich kleinere Oberfläche aufweisen und die somit wesentlich weniger Schwefelsäure binden können. Hierdurch gelangt, wenn überhaupt, eine wesentlich geringere Menge an Schwefelsäure außerhalb des Elektrolytbades.
• Vorteilhafter Weise werden bei dem der Erfindung zu Grunde liegenden Verfahren die Primärgasbläschen einer Oberflächenreduzierung unterzogen.
• Wenn die Hülle einen Teil der Elektrode umgibt, welcher aus dem Elektrolytbad hinaus ragt, ist es möglich, eine Freisetzung von Aerosol zur Gänze zu verhindern.
• Die Aufgabe der Erfindung wird auch von einem Verfahren zum Verringern einer Aerosolabgabe während einer Elektrolyse von Metall aus einem Elektrolytbad in die Umgebung gelöst, bei welchem ein Metall als Kathode gepolt wird, und die Kathode mit einer Hülle umgeben wird.
• An einer derart mit einer Hülle versehenen Kathode entstehen zwar immer noch kleine Wasserstoffgasbläschen. Diese werden aber erst einmal daran gehindert, unmittelbar an die Elektrolytbadoberfläche zu steigen und dort mit den zuvor beschriebenen Nachteilen zu zerplatzen. Vielmehr agglomerieren die kleinen primär entstandenen Wasserstoffgasbläschen unter der Hülle – dass heißt, an der der Kathode zugewandten Seite der Hülle – zu weiteren Wasserstoffgasblasen mit einem vergrößerten Volumen und steigen dabei innerhalb der Hülle an die Oberfläche auf.
• Besonders effektiv ist die Aerosolverringerung, wenn die Hülle die Kathode vollständig umgibt.
• Die Kathode kann baulich besonders einfach mit einer Hülle umgeben werden, wenn die Hülle um die Kathode gewickelt wird. Es hat sich gezeigt, dass an einer mit einer Hülle umwickelten Kathode eine erhebliche Reduzierung einer Aerosolfreisetzung an die Umgebung erzielt wird. Auf Grund des besonders einfachen Aufbaus und der besonders einfachen Handhabe der vorliegenden Hülle als Agglomerisationsmittel sind die Merkmale im Zusammenhang mit der hier beschriebenen Hülle auch ohne die übrigen Merkmale vorliegender Erfindung vorteilhaft.
• Damit die Hülle möglichst eng an der Kathode anliegt, ist es vorteilhaft, wenn die Hülle unter Zugbeanspruchung um die Kathode gewickelt wird.
• Es versteht sich, dass als eine derartige Hülle eine Vielzahl an Einrichtungen vorgesehen werden kann. Eine bevorzugte Ausführungsvariante sieht jedoch vor, dass die Hülle ein Vlies umfasst. Ein derartiges Vlies hat vorteilhafter Weise kleine Poren, sodass ein Vlies den eigentlichen Bearbeitungsprozess, wenn überhaupt, nur vernachlässigbar gering beeinflusst. Den Primärwasserstoffgasbläschen ist es jedoch kaum möglich, ein derartiges Vlies zu durchdringen. Die Elektrolyse an sich wird hierbei jedoch gar nicht oder nur vernachlässigbar gering beeinflusst, da das Vlies den Stromfluss zwischen Kathode und Anode idealerweise kaum beeinträchtigt, da es auf Grund seiner Struktur nur einen geringen Widerstand bietet.
• Es hat sich gezeigt, dass es vorteilhaft ist, wenn die Hülle ein Vlies aus einem Polypropylen ist. Polypropylen eignete sich als Vlies besonders gut, da es säurebeständig ist. Zudem hat ein Vlies aus einem Polypropylen einen geringen Ausdehnungskoeffizienten und ist besonders leicht zu verarbeiten.
• Um das Freisetzen eines derartigen Aerosols in die Umgebung möglichst effektiv zu verhindern, ist es, wie vorstehend gelehrt, vorteilhaft, wenn die Hülle die Kathode vollständig umgibt. Dies bedeutet, dass die Kathode bis auf die Anschlussstelle einer Stromzufuhr vorzugsweise vollständig von dem Polypropylen-Vlies umgeben ist.
• Auch hinsichtlich einer Hülle aus einem Polypropylen-Vlies ist es vorliegend vorteilhaft, wenn Bereiche der Hülle verschweißt oder verklebt werden.
• Damit die Hülle einen zusätzlichen Halt an der Kathode erfährt, ist es vorteilhaft, wenn die Hülle mittels Befestigungsmitteln zusätzlich an der Kathode befestigt ist.
• In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die Befestigungsmittel einen Abstand von weniger als 50 cm, vorzugsweise einen Abstand von 20 cm, aufweisen.
• Die Befestigungsmittel erstrecken sich hierbei vorzugsweise entlang der gedachten Längsachse der Kathode, sodass die Hülle entlang der Länge der Kathode zusätzlich gut an dieser befestigt ist. Beispielweise werden als Befestigungsmittel Schrauben verwendet, welche in die Kathode hineingedreht werden, wodurch die Hülle zusätzlich an der Kathode fixiert wird.
• Weitere Vorteile, Ziele und Eigenschaften vorgehender Erfindung werden anhand nachfolgender Beschreibung anliegender Zeichnung erläutert, in welcher beispielhaft eine mit einem Vlies umgebende Kathode in einem Elektrolyt angeordnet ist.
• Es zeigt
• die einzige Figur schematisch eine Anordnung einer mit einem Vlies umgebenden Kathode in einem Schwefelsäure-Bad.
• Das in der Figur gezeigte Eloxalbad 1 weist eine mit einem Elektrolyt 2 gefüllte Wanne 3 auf. Der Elektrolyt ist schwefelsäurehaltig und löst negativ geladene Partikelchen 4 (hier stark vergrößert dargestellt) von einem als Kathode 5 verwendeten Aluminiumbalken 6 aus. Der Aluminiumbalken 6 ist an einer Halterung 7 befestigt, wobei die Halterung 7 mittels einer Verdrahtung 8 elektrisch negativ geladen ist.
• Die Kathode 5 ist vorliegend etwas mehr als die Hälfte in dem Elektrolyt 2 eingetaucht. Der Aluminiumbalken 6, also die Kathode 5, ist von einem Vlies 9 derart umgeben, dass das Vlies 9 bis zur Halterung 7 reicht und den Aluminiumbalken 6 vollständig umgibt.
• Da an der Kathode 5 entstehende Wasserstoffbläschen 10, im Gegensatz zu den Partikelchen 4, das Vlies 9 nicht passieren können, sammeln sich die Wasserstoffbläschen 10 zwischen dem Aluminiumbalken 6 und dem Vlies 9 und agglomerieren dort zu Wasserstoffgasblasen 10A. Die derart agglomerierten Wasserstoffblasen 10A steigen an dem Aluminiumbalken 6 empor und entweichen an der oberen Stelle 11 des Vlieses in die Umgebung 12. Hierbei geben die agglomerierten Wasserstoffgasblasen 10A eine wesentlich geringere Menge an Schwefelsäure in die Umgebung ab als entsprechend viele Wasserstoffgasbläschen 10. Somit ist wirkungsvoll unterbunden, dass ein Aerosol, bestehend aus Teilen des Elektrolyts 2 und Wasserstoffbläschen 10, in die Umgebung 12 gelangt, dort zerplatzt und Schwefelsäure in der Umgebung 12 freisetzt.
• Die gelösten Partikelchen 4 wandern auf Grund ihrer negativen Ladung zu einem als Anode 13 geschalteten Aluminiumbauteil 14 und lagern sich an diesem ab.
• Durch die Erfindung werden die Arbeitsbedingungen im Bereich der Galvanik, insbesondere im Zusammenhang mit dem Eloxieren von Aluminium, wesentlich verbessert, wodurch die Gesundheitsgefährdung von dort axbeitendem Personal wesentlich verringert wird.

Claims (15)

1. Vorrichtung zum Behandeln eines Metalls in einem Elektrolytbad, wie etwa das Eloxieren von Aluminium, mit einer Kathode zum Bereitstellen von Partikeln zum Anodisieren an einem anodisch gepolten Metallkörper, gekennzeichnet durch Mittel zum Agglomerieren von während der Elektrolyse entstehenden Primärgasbläschen.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode eine Hülle aufweist.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülle (9) einen Teil der Kathode (5) umgibt, welcher aus dem Elektrolytbad (2) hinaus ragt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülle (9) die Kathode (5) vollständig umgibt.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülle (9) ein Vlies umfasst.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülle ein Vlies aus einem Polypropylen umfasst.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülle (9) mittels Befestigungsmitteln zusätzlich an der Kathode befestigt ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigungsmittel einen Abstand von weniger als 50 cm, vorzugsweise einen Abstand von 20 cm, zueinander aufweisen.
9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Gasbläschenabsaugeinrichtung, insbesondere eine Wasserstoffabsaugeinrichtung.
10. Verfahren zum Verringern einer Aerosolabgabe während einer Elektrolyse von Metall aus einem Elektrolytbad in die Umgebung, bei welchem ein Metall als Kathode gepolt wird, dadurch gekennzeichnet, dass während der Elektrolyse entstehende Primärgasbläschen zu weiteren Gasbläschen oder Gasblasen agglomeriert werden.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Primärgasbläschen einer Oberflächenreduzierung unterzogen werden.
12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode mit einer Hülle umgeben wird.
13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülle (9) um eine Kathode (5) gewickelt wird.
14. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Hülle (9) unter Zugbeanspruchung um eine Kathode (5) gewickelt wird.
15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Bereiche der Hülle (9) verschweißt oder verklebt werden.