DE102010023594A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Behandlung von Elektrolyten für eine elektrochemische Bearbeitung technischer Objekte aus Metall - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Behandlung von Elektrolyten für eine elektrochemische Bearbeitung technischer Objekte aus Metall, insbesondere Werkstücken aus Edelstahl, wobei im Elektrolyt während des Bearbeitungsprozesses eine Anreicherung von wasserlöslichem Chrom VI auftritt. Aufgabe der Erfindung ist es, eine diesbezügliche technische Lösung zu schaffen, mit der das in einem Elektrolyt enthaltene Chrom VI in eine mit geringem verfahrens- und gerätetechnischen Aufwand zu entsorgende Form überführt werden kann. Diese Aufgabe wird gelöst, indem der Anteil des Chrom VI im Elektrolyt gemessen wird und indem bei einer detektierten Überschreitung vorab definierter Werte das Chrom VI durch Zugabe eines Fällungsmittels zunächst in eine wasserunlösliche Verbindung überführt wird, die nachfolgend entsorgt wird. Weiterhin wird eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens vorgeschlagen.
Description
- Die Erfindung betrifft eine technische Lösung zur Behandlung von Elektrolyten für eine elektrochemische Bearbeitung technischer Objekte aus Metall, insbesondere Werkstücken aus Edelstahl, wobei im Elektrolyt während des Bearbeitungsprozesses eine Anreicherung von wasserlöslichem Chrom VI auftritt.
- Für verschiedenartige Anwendungen werden technische Objekte einer elektrochemischen Bearbeitung unterzogen, beispielsweise mittels Senken oder Polieren. Eine besonders vorteilhafte Anwendung ergibt das elektrochemische Entgraten, das eine Bearbeitung von schlecht zugänglichen Werkstückkanten ermöglicht, an denen bekannte konventionelle Bearbeitungsverfahren nicht oder nur bedingt einsetzbar sind.
-
DE 1 293 529 A1 beschreibt ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Bearbeitung elektrisch leitfähiger Werkstücke. Hierbei erfolgt die elektrolytische Behandlung, indem ein zwischen der Elektrode und dem Werkstück fließender Gleichstrom jeweils für kurze Zeitabschnitte in seiner Amplitude verändert wird. - Aus
DE 10 2007 022 695 A1 ist ein Verfahren bekannt, bei dem eine elektrochemische Bearbeitung mit Nutzung periodisch geladener und entladener Energiespeicher erfolgt. - Aus
DE 34 46 629 C2 ist eine weitere Lösung zur elektrochemischen Bearbeitung von metallischen Werkstücken bekannt. Gegenstand dieser Patentschrift ist eine Anordnung mit einem Generator zur Spannungsversorgung der Elektrodenanordnung, wobei primär spezielle Schaltvarianten mit dem Werkstück als Anode und einer Gegenelektrode als Kathode beschrieben werden. - Ein weiteres Verfahren für eine elektrochemische Bearbeitung metallischer Werkstücke wird in
DE 696 02 001 T2 beschrieben. Diese Lösung ist vorzugsweise zur Bearbeitung von kreisringförmigen Lagerelementen ausgestaltet. - Unabhängig von der konkreten Ausgestaltung der genutzten Gerätetechnik und der jeweils zu bearbeitenden technischen Objekte müssen bei der Anwendung elektrochemischer Bearbeitungen umfangreiche Forderungen erfüllt werden, um sowohl gesundheitliche Gefahren für die im Fertigungsprozess tätigen Werker als auch Gefährdungen der Umwelt weitgehend zu vermeiden.
- Ein diesbezüglich typisches Beispiel ist die elektrochemische Bearbeitung von Edelstahl. Hierbei tritt im Elektrolyt eine Anreicherung von Chrom VI auf, welches gesundheitlich problematisch ist. Dieses Chrom VI ist wasserlöslich und kann mit der gerätetechnisch vorhandenen Kammerfilterpresse nicht entfernt werden. Auch aus dem Stand der Technik sind keine derartigen Lösungsvorschläge verfügbar, obwohl an sich bereits zahlreiche Vorschläge zur Separierung einzelner Stoffe aus elektrolytischen Bädern bekannt sind.
- Aufgabe der Erfindung ist es, eine technische Lösung zu schaffen, mit der das in einem Elektrolyt enthaltene Chrom VI mit geringem verfahrens- und gerätetechnischen Aufwand in eine zu entsorgende Form überführt werden kann.
- Die Aufgabe wird gelöst, indem der Anteil des Chrom VI im Elektrolyt gemessen wird und indem bei einer detektierten Überschreitung vorab definierter Werte das Chrom VI durch Zugabe eines Fällungsmittels zunächst in eine wasserunlösliche Verbindung überführt wird, die nachfolgend entsorgt wird. Zur Durchführung dieses Verfahrens wird eine Vorrichtung vorgeschlagen, die einen Elektrolyttank aufweist, der über eine erste im Kreislauf durchströmbare Rohrleitung mit einer Kammerfilterpresse und über eine zweite ebenfalls im Kreislauf durchströmbare Rohrleitung mit einer fotometrischen Messeinheit in Wirkverbindung steht, wobei der fotometrischen Messeinheit eine Auswerte- und Betätigungseinheit zugeordnet ist, über die eine bedarfsabhängige Zugabe von Fällungsmittel (Bariumnitrat/Silbernitrat/Bleinitrat) in den Elektrolyttank geregelt wird. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand von Unteransprüchen, deren technische Merkmale im Ausführungsbeispiel näher beschrieben werden.
- Bei Anwendung der erfindungsgemäßen technischen Lösung erfolgt eine stetige Messung des in einem Elektrolyt enthaltenen Anteils an Chrom VI durch ein optisches Messsystem. Sofern das wasserlösliche Chrom VI einen vorab definierten kritischen Wert erreicht oder übersteigt, wird die Zugabe eines Fällungsmittels ausgelöst, durch die das Chrom VI in eine wasserunlösliche Verbindung überführt wird. Diese Verbindung fällt wie Eisenhydroxid aus und kann mit geringem Aufwand entsorgt werden.
- Als Fällungsmittel wird vorzugsweise Bariumnitrat Ba(NO3)2 benutzt, das für den Werker und die Umwelt weitgehend unbedenklich ist. Ein weiterer Vorteil sind geringe Kosten, weil für die Fällungsreaktion wenig Bariumnitratsalz benötigt wird, das ohnehin preiswert ist.
- Die durch Zugabe von Bariumnitrat/Ba(NO3)2 bewirkte Fällung des Chrom VI beruht auf folgender chemischer Reaktion:
Ba2+ + 2NO3- + CrO4 2+ → BaCrO4 + 2NO3- - Alternativ können als Fällungsmittel auch Silbernitrat AgNO3 oder Bleinitrat Pb(NO3)2 verwendet werden. Allerdings sind diese Substanzen und deren Reaktionsprodukte unter ökologischen Aspekten nicht so vorteilhaft wie Bariumnitrat.
- Die durch Zugabe von Silbernitrat/AgNO3 bewirkte Fällung des Chrom VI beruht auf folgender chemischer Reaktion:
2Ag+ + 2NO3- + CrO4 2+ → Ag2CrO4 + 2NO3- - Die durch Zugabe von Bleinitrat/Pb(NO3)2 bewirkte Fällung des Chrom VI beruht auf folgender chemischer Reaktion:
Pb2+ + 2NO3- + CrO4 2+ → PbCrO4 + 2NO3- - Unabhängig vom konkret verwendeten Fällungsmittel kann das Reaktionsprodukt mit einer ohnehin vorhandenen Kammerfilterpresse abgefiltert werden und das Nitrat verbleibt im Elektrolyt. Folglich wird in vorteilhafter Weise ein Eintrag von Fremdstoffen in den Elektrolyt vermieden.
- Schließlich ergeben sich auch im Vergleich zu einem Ionentauscher Vorteile, weil die bisher notwendigen Chrom VI-Analysen im Labor entfallen. Außerdem wird der Bauraum durch Wegfall des Vorlagebehälters reduziert. Ferner ist der Wartungsaufwand geringer.
- Die erfindungsgemäße technische Lösung ist für eine Separierung von einzelnen Stoffen aus elektrolytischen Bädern geeignet. Als bevorzugte Anwendung ist die elektrochemische Bearbeitung von Edelstahl zu nennen, bei der eine Anreicherung von Chrom VI auftritt.
- Nachfolgend wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert.
- Die in der Zeichnung dargestellte Vorrichtung weist einen Elektrolyttank
1 auf, dem zwei separate und jeweils im Kreislauf durchströmbare Rohrleitungen2 und3 zugeordnet sind. Über die erste Rohrleitung2 ist der Elektrolyttank1 mit einer Kammerfilterpresse4 verbunden. Die Kammerfilterpresse4 ist für eine Abfiltrierung der Reaktionsprodukte, z. B. Bariumchromat und Eisenhydroxid, geeignet. Über die zweite Rohrleitung3 ist der Elektrolyttank1 mit einer fotometrischen Messeinheit5 verbunden. Dabei bilden die mit der zweiten Rohrleitung3 in Wirkverbindung stehenden Baugruppen einen gemeinsamen Regelkreislauf, für den weitere Parameter wie zum Beispiel der pH-Wert, ein Leitwert oder die Temperatur berücksichtigt werden können. - Die fotometrische Messeinheit
5 weist mindestens eine Lichtquelle6 zur Durchleuchtung der den Elektrolyt führenden Rohrleitung3 auf. Weiterhin umfasst diese fotometrische Messeinheit5 einen Sensor7 zur Chrom VI-Messung und einen Sensor8 zur Trübungskompensation. Der Sensor7 misst den Anteil von Chrom VI im Elektrolyt mittels fotometrischer Transmissionsmessung. Der Sensor8 misst die Trübung des Elektrolyten im gesamten Wellenlängenbereich ebenfalls mittels Transmissionsmessung. Durch die somit realisierte Trübungskompensation wird die Chrom VI-Messung nicht von Feststoffen (Eisenhydroxid) oder Gasblasen beeinträchtigt. - Der fotometrischen Messeinheit ist weiterhin eine Auswerte- und Betätigungseinheit
11 zugeordnet, über die auf Grundlage der ermittelten Trübungskompensation und des ermittelten Anteils von Chrom VI im Elektrolyt eine bedarfsabhängige Zugabe von Fällungsmittel (Bariumnitrat/Silbernitrat/Bleinitrat) in den Elektrolyttank1 geregelt wird. Hierfür ist das Fällungsmittel in einem separaten Behälter9 bevorratet. Vom Behälter9 kann das Fällungsmittel über eine Rohrleitung10 mit Dosierpumpe in den Elektrolyttank1 gefördert werden. - Mit der beschriebenen Vorrichtung kann ein Verfahren zur Behandlung von Elektrolyten für eine elektrochemische Bearbeitung technischer Objekte aus Metall realisiert werden, wobei insbesondere Werkstücke aus Edelstahl relevant sind. Dabei tritt im Elektrolyt während des Bearbeitungsprozesses eine Anreicherung von wasserlöslichem Chrom VI auf. Dieser Anteil des Chrom VI im Elektrolyt wird gemessen, vorzugsweise durch eine fotometrische Messung. Sofern eine Überschreitung vorab definierter Werte detektiert wird, erfolgt die Zugabe eines Fällungsmittels, vorzugsweise von Bariumnitrat/Ba(NO3)2.
- Dadurch wird das Chrom VI zunächst in eine wasserunlösliche Verbindung überführt, die nachfolgend problemlos entsorgt werden kann.
- Bezugszeichenliste
-
- 1
- Elektrolyttank
- 2
- Rohrleitung
- 3
- Rohrleitung
- 4
- Kammerfilterpresse
- 5
- fotometrische Messeinheit
- 6
- Lichtquelle
- 7
- Sensor für Chrom VI-Messung
- 8
- Sensor für Trübungskompensation
- 9
- Behälter für Fällungsmittel (Bariumnitrat/Silbernitrat/Bleinitrat)
- 10
- Rohrleitung
- 11
- Auswerte- und Betätigungseinheit
- ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
- Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
- Zitierte Patentliteratur
-
- DE 1293529 A1 [0003]
- DE 102007022695 A1 [0004]
- DE 3446629 C2 [0005]
- DE 69602001 T2 [0006]
Claims (8)
- Verfahren zur Behandlung von Elektrolyten für eine elektrochemische Bearbeitung technischer Objekte aus Metall, insbesondere Werkstücken aus Edelstahl, wobei im Elektrolyt während des Bearbeitungsprozesses eine Anreicherung von wasserlöslichem Chrom VI auftritt, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Chrom VI im Elektrolyt gemessen wird und dass bei einer detektierten Überschreitung vorab definierter Werte das Chrom VI durch Zugabe eines Fällungsmittels zunächst in eine wasserunlösliche Verbindung überführt wird, die nachfolgend entsorgt wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Anteil des Chrom VI im Elektrolyt fotometrisch gemessen wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fällungsmittel Bariumnitrat (Ba(NO3)2) zugegeben wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fällungsmittel Silbernitrat (AgNO3) zugegeben wird.
- Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Fällungsmittel Bleinitrat (Pb(NO3)2) zugegeben wird.
- Vorrichtung zur Behandlung von Elektrolyten für eine elektrochemische Bearbeitung technischer Objekte aus Metall, insbesondere Werkstücken aus Edelstahl, wobei im Elektrolyt während des Bearbeitungsprozesses eine Anreicherung von wasserlöslichem Chrom VI auftritt, wobei der Anteil des Chrom VI im Elektrolyt gemessen wird und wobei bei einer detektierten Überschreitung vorab definierter Werte das Chrom VI durch Zugabe eines Fällungsmittels zunächst in eine wasserunlösliche Verbindung überführt wird, die nachfolgend entsorgt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung einen Elektrolyttank (
1 ) aufweist, der über eine erste im Kreislauf durchströmbare Rohrleitung (2 ) mit einer Kammerfilterpresse (4 ) und über eine zweite ebenfalls im Kreislauf durchströmbare Rohrleitung (3 ) mit einer fotometrischen Messeinheit (5 ) in Wirkverbindung steht, wobei der fotometrischen Messeinheit (5 ) eine Auswerte- und Betätigungseinheit (11 ) zugeordnet ist, über die eine bedarfsabhängige Zugabe von Fällungsmittel in den Elektrolyttank (1 ) geregelt wird. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die fotometrische Messeinheit (
5 ) mindestens eine Lichtquelle (6 ) zur Durchleuchtung der den Elektrolyt führenden Rohrleitung (3 ) sowie einen Sensor (7 ) zur Messung des Anteils an Chrom VI und einen Sensor (8 ) zur Trübungskompensation aufweist. - Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Kammerfilterpresse (
4 ) zur Abfiltrierung der Reaktionsprodukte ausgestaltet ist.
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