DE102021201284B3 - Verfahren zur kontinuierlichen Cr (VI)-Abführung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Cr (VI)-Abführung (54) aus einem Elektrolyten (52), insbesondere einem Nitrat-Elektrolyten bei der elektrochemischen Metallbearbeitung mit zumindest den nachfolgenden Verfahrensschritten: Eine in den Elektrolyten (52) getauchte Prozessvorrichtung (10) wird mit einer Schüttung (38) aus Fe-Körpern (34) befüllt. Es erfolgt eine Rotation der Prozesseinrichtung (10) im Elektrolyten (52) und die Erzeugung eines Reibkontaktes (36) zwischen den Oberflächen (40) der Fe-Körper (34) zur Verminderung und/oder Vermeidung des Aufbaus einer Passivschicht (44) an den Oberflächen (40). Dies ermöglicht eine Reduktion von Cr (VI) an den Oberflächen (40) der Fe-Körper (34), die frei von der Passivschicht (44) sind. Die Reduktion von Cr (VI) wird verstärkt durch anodische Polarisation der Oberflächen (40) der Fe-Körper (34).

Description

• Technisches Gebiet
• Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur kontinuierlichen Cr (VI)-Abführung aus einem Elektrolyten, insbesondere einem Nitrat-Elektrolyten, bei der elektrochemischen Metallbearbeitung. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf eine Prozesseinrichtung mit einer Rotationstrommel, die in einen Elektrolyten eingetaucht ist sowie auf die Verwendung des Verfahrens und der Prozesseinrichtung zur Cr (VI)-Reduktion und -Abführung aus einem Elektrolyten.
• Stand der Technik
• Die elektrochemische Metallbearbeitung (Electrochemical machining, ECM) ist ein weit verbreitetes Verfahren zur Formgebung metallischer Bauteile. Das Bauteil wird als Anode betrieben, während das formgebende Werkzeug als Gegenelektrode, d. h. als Kathode ausgeführt ist. Als Elektrolyten finden vorwiegend wässrige Lösungen von Natriumchlorid oder Natriumnitrat Verwendung. Werden mit dem Verfahren der elektrochemischen Metallbearbeitung chromhaltige Stähle bearbeitet, so geht das Chrom unter Bildung von Cr (VI)-Ionen zum Beispiel als Chromationen in die lösliche Phase. Während ein Teil des Cr (VI) durch die gleichzeitig bei der Eisenauf- oder anlösung entstehenden Fe (II)-Ionen zu Cr (III) reduziert wird, kommt es insbesondere bei der Verwendung von Nitratelektrolyten zu einer unerwünschten fortschreitenden Anreicherung von Cr (VI) im Elektrolyten.
• Derartige Verbindungen werden als karzinogen eingestuft und sind aus Gründen des Arbeitsschutzes kontinuierlich aus dem Arbeitsmedium Elektrolyt zu entfernen. Cr (VI)-Verbindungen weisen, insbesondere durch inhalierbare Aerosole, ein erhebliches Gefahrenpotential auf. Durch bei der elektrochemischen Metallbearbeitung als Nebenprodukte entstehende Gase ist ein hohes Risiko für die Bildung von Cr (VI)-haltigen Aerosolen gegeben.
• In praxi werden die Cr (VI)-belasteten Elektrolyte chargenweise mit Reduktionsmitteln behandelt. Dazu kommen beispielsweise Natriumdithionit (Na₂S₂O₄), Natriumthiosulfat (Na₂S₂O₃) oder Fe (II)-Salze wie Eisensulfat (Fe₂SO₄) zum Einsatz. Mit einer derartigen Reduktion belasteter Elektrolyte geht eine Reihe von Nachteilen einher. Bei schwefelbasierten Reduktionsmitteln bildet sich als Reaktionsprodukt Sulfat, das im Elektrolyten gelöst verbleibt und sich dort anreichert. Dadurch wird jedoch die Prozessstabilität entscheidend beeinträchtigt. So wird beispielsweise die Überwachung der Natriumnitratkonzentration über die Messung der Leitfähigkeit fehleranfällig. Die Sulfationen im Elektrolyten verändern das elektrolytische Auflösungsverhalten des Metalls bei der Bauteilbearbeitung. Dies führt wiederum zu niedrigeren Abtragsraten und schlechteren Oberflächenqualitäten der mittels der elektrochemischen Metallbearbeitung bearbeiteten Stellen. In der Konsequenz führt dies zur früheren Erneuerung des Elektrolyten und der damit verbundenen Umweltbelastung sowie zu erhöhten Kosten.
• Fe (II)-Lösungen haben sich nicht bewährt, da sie instabil sind und so weder bevorratet noch präzise dosiert werden können. Fällungsmittel in Form von Barium und Silbersalzen, wie sie gemäß der Lösung in DE 10 2010 023 594 A1 vorgeschlagen werden, haben sich als nicht anwendbar erwiesen, da hier feine, aus der Bearbeitungsanlage schwer oder nicht mehr entfernbare Beläge entstehen. Zudem stellt Bariumnitrat selbst einen toxischen, nur schwer handhabbaren Gefahrstoff dar.
• Generelle Probleme im Rahmen chargenweiser Behandlung von Elektrolyten sind die gefährliche Anreicherung von Cr (VI) bis zum Behandlungszeitpunkt sowie die übliche Dosierung des Reduktionsmittels in einem Überschuss.
• Aus US 5 380 441 A ist ein Behandlungsverfahren für einen Elektrolyten bekannt, welches jedoch eine aufwändige, kostenträchtige und fehleranfällige Prozess- und Anlagetechnik erforderlich macht, da hier mehrere pH-Wert-Korrekturen und Konzentrationsanpassungen erforderlich sind.
• Darstellung der Erfindung
• Erfindungsgemäß wird ein Verfahren vorgeschlagen zur kontinuierlichen Cr (VI)-Abführung aus einem Elektrolyten, insbesondere einem Nitrat-Elektrolyten, bei der elektrochemischen Metallbearbeitung mit zumindest den nachfolgenden Verfahrensschritten:
1. a) Befüllung einer in den Elektrolyten getauchten Prozesseinrichtung mit einer Schüttung aus Fe-Körpern,
2. b) Rotation der Prozesseinrichtung im Elektrolyten und Erzeugung eines Reibkontaktes zwischen Oberflächen der Fe-Körper zur Vermeidung und/oder Verminderung eines Aufbaus einer Passivschicht an den Oberflächen,
3. c) Reduktion von Cr (VI) an den Oberflächen der Fe-Körper, die frei von der Passivschicht sind und
4. d) Verstärkung der Reduktion von Cr (VI) durch anodische Polarisation an den Oberflächen der Fe-Körper.
• Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann eine kontinuierliche Entfernung von Cr (VI) aus einem Elektrolyten erreicht werden, so dass eine Aufkonzentration von Cr (VI) im Elektrolyten, die zu einer Gefährdung für den Bediener führen würde, definitiv ausgeschlossen werden kann. Des Weiteren erfolgt in vorteilhafter Weise keine relevante Änderung der Elektrolytzusammensetzung und damit auch keine Beeinträchtigung eines elektrochemischen Metallbearbeitungsprozesses.
• In vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens kann die Befüllung gemäß a) mit Fe-Körpern erfolgen, die bevorzugt in Kugelform ausgebildet sind. Es besteht alternativ jedoch auch die Möglichkeit, von der Kugelform abzuweichen und andere Geometrien einzusetzen. Von Bedeutung allein ist, dass ein signifikanter Reibkontakt innerhalb einer Schüttung aus den Fe-Körpern erreicht wird, so dass definitiv ein Aufbau einer Passivschicht auf den Oberflächen unterbunden wird und ein großer Oberflächenanteil an den Fe-Körpern erreicht wird, der frei von einer Passivschicht gehalten ist und während der Behandlung auch passivschichtfrei bleibt.
• In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt die anodische Polarisation der Oberflächen innerhalb eines Stromdichtebereichs von 0,05 mA/cm² bis 1,5 mA/cm², bevorzugt innerhalb eines Stromdichtebereichs von 0,2 mA/cm² bis 1,0 mA/cm².
• Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird die anodische Polarisation gemäß d) durch eine elektrische Schüttkontaktierung dargestellt. Diese ist vorzugsweise im Hohlraum der Prozesseinrichtung, die bevorzugt als Rotationstrommel beschaffen ist, angeordnet.
• In weiterer, vorteilhafter Ausgestaltung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt die anodische Polarisation gemäß d) mittels mindestens einer im Hohlraum der Prozesseinrichtung angeordneten Kontaktfahne, die als (Rein-) Eisenteil ausgeführt ist, die vergoldet sein kann oder mit einer anderweitig schützenden Beschichtung versehen werden kann.
• Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird die anodische Polarisation derart durchgeführt, dass die Prozesseinrichtung auf anodische Weise betrieben wird.
• Schließlich ist beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren die anodische Polarisation gemäß d) mittels einer Kontaktfahne realisiert, die als auswechselbares (Rein-)Eisenteil ausgeführt ist.
• Darüber hinaus wird erfindungsgemäß eine Prozesseinrichtung bereitgestellt zur Durchführung des obenstehenden Verfahrens, die eine Rotationstrommel umfasst, die in einen Elektrolyten eingetaucht ist, um eine Rotationsachse in Rotationsrichtung rotiert, wobei die Rotationstrommel einen von einem Trommelmantel mit Öffnungen begrenzten Hohlraum aufweist, der eine Schüttung aus Fe-Körpern aufnimmt, die über eine elektrische Kontaktierung elektrisch kontaktiert sind.
• Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Prozesseinrichtung umfasst außerhalb der Rotationstrommel eine erste und eine zweite Gegenelektrode, die beispielsweise als in das Elektrolyt eingetauchte Stahlplatten beschaffen sein können und die die Minuspole darstellen. Des Weiteren umfasst die Prozesseinrichtung mindestens eine Kontaktfahne innerhalb der Rotationstrommel, die den Pluspol darstellt.
• In einer vorteilhaften Ausführungsvariante der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Prozesseinrichtung ist die Kontaktfahne im Hohlraum der Rotationstrommel als (Rein-)Eisenteil ausgeführt.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsalternative ist die mindestens eine im Hohlraum der Rotationstrommel angeordnete Kontaktfahne als Wechselteil ausgeführt und kann in Montage-/Demontagerichtung im Hohlraum der Rotationstrommel montiert oder demontiert werden.
• In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsmöglichkeit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Prozesseinrichtung ist eine erste und/oder eine zweite Seite der mindestens einen Kontaktfahne mit einer Beschichtung versehen oder vergoldet ausgeführt.
• Schließlich bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Verfahrens und der Prozesseinrichtung zur Cr (VI)-Reduktion und -Abführung aus einem Elektrolyten.
• Vorteile der Erfindung
• Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren und die innerhalb dieses Verfahrens eingesetzte Prozesseinrichtung kann eine kontinuierliche Entfernung von Cr (VI) aus einem Elektrolyten erreicht werden. Durch die kontinuierliche Entfernung von Cr (VI) unterbleibt eine Aufkonzentration von Cr (VI) im Elektrolyten, was zu einer Gefährdung für einen Bediener führen würde. In vorteilhafter Weise erfolgen durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren keinerlei relevante Änderungen der Zusammensetzung des Elektrolyten, so dass auch elektrochemische Metallbearbeitungsprozesse keine Beeinträchtigung erfahren. Des Weiteren ist das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zur Entfernung von Cr (VI) ohne Einfluss auf die Standzeit des behandelten Elektrolyten. Daher ist ein vorzeitiger Austausch und damit eine Erzeugung von Prozessabfall signifikant minimiert.
• Durch den Einsatz einer Rotationstrommel wird ein bewährtes, einfaches und robustes Prozesswerkzeug bereitgestellt, was im Übrigen an jede bereits bestehende Einrichtung angebaut beziehungsweise nachgerüstet werden kann.
• Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Kombination von Prozess- und Anlagetechnik kann in vorteilhafter Weise an den als Schüttgut in der Prozesseinrichtung vorgehaltenen Fe-Körpern, ob in Kugelform oder in einer anderen Geometrie, eine große aktive, für die Reduktion nutzbare Oberfläche geschaffen und beibehalten werden. Es lässt sich ein guter Stoffaustausch an den Oberflächen der Fe-Körper, die frei von der Passivschicht gehalten werden, erreichen, was durch die Elektrolytumwälzung bei der Trommelrotation gefördert wird, wodurch eine optimale Zuführung vom gelösten Cr (VI) zur aktiven Oberfläche der Fe-Körper ermöglicht wird. Durch die als elektrolytische Zelle dienende Rotationstrommel kann ein regelbarer Prozess bereitgestellt werden.
• Des Weiteren ist hervorzuheben, dass durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kein Fremdstoffeintrag in den Elektrolyten erfolgt. In vorteilhafter Weise fallen die geringen Mengen an aufgelöstem Eisen als unlösliches Eisenhydroxid aus.
• Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung zeichnet sich durch einen äußerst vereinfacht ausgebildeten apparativen Aufbau aus, da es keine Dosiereinheiten gibt, ferner keine pH-Korrektur erforderlich ist und keine Mischeinheit eingesetzt wird. Eine zusätzliche Geräteeinheit ist nicht zwingend erforderlich, da die erfindungsgemäß vorgeschlagene Einheit in einer bereits vorhandenen Elektrolytanlage zur elektrochemischen Metallbearbeitung eingebaut werden kann. Insbesondere werden keine zusätzlichen Stoffe in den Elektrolyten eingebracht, die den elektrochemischen Metallbearbeitungsprozess beeinträchtigen könnten, Eisenhydroxid ist durch die Stahlbearbeitung an sich bereits vorhanden. Es besteht in vorteilhafter Weise die Möglichkeit, in Kombination mit einer kontinuierlichen spektrophotometrischen (VIS) Cr (VI)-Konzentrationsmessung die Stromstärke der elektrolytischen Zelle auf den optimalen Betriebspunkt einzuregeln. Damit kann eine maximale Arbeitssicherheit mit geringstem Stoff- und Energieeinsatz erreicht werden.
• Figurenliste
• Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
• Es zeigen:
• 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Prozesseinrichtung, die ebenso wie eine erste und eine zweite Gegenelektrode in einen Elektrolyten eingetaucht ist und
• 2 eine perspektivische Ansicht der in einem Hohlraum einer Rotationstrommel aufgenommenen Schüttung mit Kontaktfahnen.
• Ausführungsformen der Erfindung
• In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
• Der Darstellung gemäß 1 ist ein schematischer Aufbau der Prozesseinrichtung zu entnehmen, in welcher das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren durchgeführt werden kann.
• Gemäß 1 ist eine Prozesseinrichtung 10 in einen Elektrolyten 52 eingetaucht. Die Prozesseinrichtung 10 ist in der in 1 dargestellten Ausführungsvariante als Rotationstrommel 12 beschaffen, die im Wesentlichen zylindrisch ausgebildet ist und um ihre Rotationachse 14 in eine Rotationsrichtung 16 rotiert. Die Rotationstrommel 12 umfasst einen Trommelmantel 18, der mit einzelnen Öffnungen 20 (Löchern, Schlitzen oder dergleichen) versehen ist, so dass die im Elektrolyten 52 rotierende Rotationstrommel 12 vom Elektrolyten 52 umgeben ist. In einem Hohlraum 22 der Rotationstrommel 12 befinden sich Fe-Körper 34, die beispielsweise in Form einer Schüttung 38 aufgrund der Schwerkraft im Bodenbereich der Rotationstrommel 12 angeordnet sind. Die einzelnen Fe-Körper 34 berühren einander unter Ausbildung eines Reibkontaktes 36 ihrer jeweiligen Oberflächen 40.
• Aus der Darstellung gemäß 1 geht darüber hinaus hervor, dass im Wesentlichen im Bereich der Rotationsachse 14 der Rotationstrommel 12 eine elektrische Schüttgutkontaktierung 24 angeordnet ist. Die elektrische Schüttgutkontaktierung 24 kann beispielsweise als mindestens eine Kontaktfahne 26 ausgeführt sein, die einen Kontaktbogen 28 beschreibt. Dieser erstreckt sich beispielsweise in Bogenform ausgehend von seinem Beginn im Bereich der Rotationsachse 14 in Richtung auf den Trommelmantel 18. Bei der Kontaktfahne 26 kann es sich beispielsweise um ein (Rein-) Eisenteil handeln, welches jedoch mit einer Beschichtung versehen oder auch vergoldet sein kann. In Bezug auf die in 1 eingetragene Rotationsrichtung 16 der Rotationstrommel 12 zur Aufnahme der Schüttung 38 ist eine erste Seite der Kontaktfahne 26 mit Bezugszeichen 30 bezeichnet, während eine zweite Seite der Kontaktfahne 26 mit Bezugszeichen 32 bezeichnet ist. Über die Kontaktfahne 26 wird die Schüttung 38 aus Fe-Körpern 34 mit einer Kontaktierung 46, welche einen Pluspol darstellt, elektrisch verbunden. Aus der Darstellung gemäß 1 geht des Weiteren hervor, dass korrespondierende erste und zweite Gegenelektroden 48, 50, welche jeweils den Minuspol darstellen, sich außerhalb der Rotationstrommel 12 innerhalb des Elektrolyten 52 befinden. Die erste Gegenelektrode 48 sowie die zweite Gegenelektrode 50 können beispielsweise als in den Elektrolyten eingetauchte Stahlplatten ausgeführt sein.
• Gemäß 1 ist die Prozesseinrichtung 10 hier als Rotationstrommel 12 ausgeführt und mit einer Schüttung 38 aus Fe-Körpern 34, bei denen es sich um (Rein-)Eisenteile handeln kann, befüllt. Bevorzugt handelt es sich bei den Fe-Körpern 34, die im vorliegenden Zusammenhang zum Einsatz kommen, um Eisenkugeln; andere Geometrien der Fe-Körper 34 sind nicht ausgeschlossen. Bei dem Elektrolyten 52, bei dem es sich um einen Nitratelektrolyten handeln kann, erfolgt eine Reduktion von Cr (VI) an den Fe-Körpern 34. Die Reduktion kommt infolge der Ausbildung einer Passivschicht 44 an den Fe-Körpern 34 zum Erliegen oder wird erheblich verlangsamt. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren wird diesem Umstand jedoch dadurch entgegengetreten, dass die Passivschicht 44, die sich auf der Oberfläche 40 der Fe-Körper 34 zu bilden beginnt, aufgrund des Reibkontaktes 36 bei der Rotation der Rotationstrommel 12 um ihre Rotationsachse 14 wieder entfernt wird und aktive Bereiche der Oberflächen 40 der Fe-Körper 34 wieder entstehen und aufgrund des während der Rotation weiter bestehenden Reibkontaktes 36 frei von einer Passivschicht 44 bleiben, so dass die Passivschicht 44 kontinuierlich entfernt wird und genügend aktive Oberfläche 40, die die Cr (VI)-Reduktion erlaubt, zur Verfügung steht.
• Die Cr (VI)-Reduktion wird erfindungsgemäß nicht nur durch die Aufrechterhaltung des Reibkontaktes 36 und der damit einhergehenden Entfernung der Passivschicht 44 an der Oberfläche 40 der Fe-Körper 34 aufrechterhalten, sondern die Cr (VI)-Reduktion wird durch anodische Polarisation der Oberflächen 40 der Fe-Körper 34 auch erheblich beschleunigt. Dazu erfolgt die anodische Polarisation mittels der in 1 dargestellten elektrischen Kontaktierung 24 und der die jeweiligen Minuspole darstellenden ersten Gegenelektrode 48 und der zweiten Gegenelektrode 50. Durch die elektrische Kontaktierung 24 der Schüttung 38 kann ein Stromdichtebereich eingestellt werden, der zwischen 0,05 mA/cm² bis 1,5 mA/cm², insbesondere bevorzugt zwischen 0,2 mA/cm² bis 1,0 mA/cm² liegt.
• Durch die Kombination der Effekte des aufrechterhaltenen Reibkontaktes 36 zwischen den Fe-Körpern 34 einerseits und der damit einhergehenden Vermeidung des Aufbaus der Passivschicht 44 sowie der anodischen Polarisation der Fe-Körper 34 andererseits wird die Cr (VI)-Reduktion aufrechterhalten und beschleunigt, so dass sich eine kontinuierliche Cr (VI)-Abführung 54, wie in 1 dargestellt, aus dem Elektrolyten 52 erreichen lässt. Dadurch wird einerseits eine Aufkonzentration von Cr (VI)-Verbindungen mit gesundheitsschädlichen Folgen innerhalb des Elektrolyten 52 vermieden; andererseits führt die erfindungsgemäß vorgeschlagene Behandlung des Elektrolyten 52 zu keiner relevanten Änderung der Elektrolytzusammensetzung und damit auch zu keiner Beeinträchtigung eines elektrochemischen Metallbearbeitungsprozesses.
• Die elektrische Kontaktierung 24, die in der Ausführungsvariante der Prozesseinrichtung 10 gemäß 1 über eine bewegliche Kontaktfahne 26 erfolgt, liegt im Inneren der Rotationstrommel 12. Da die Rotationstrommel 12 für die Cr (VI)-Abführung 54 im Vergleich zu einem Beschichtungsprozess mit entgegengesetzter Polaritätsrichtung betrieben wird - in der vorliegenden Variante anodisch, bei galvanischen Beschichtungsvorgängen in der Regel kathodisch - kann es zu Auflösungserscheinungen des Materials der Kontaktfahne 26 kommen. Diesen Auflösungserscheinungen kann in vorteilhafter Weise dadurch entgegengewirkt werden, dass die Kontaktfahne 26 an sich als Wechselteil 60 ausgeführt wird. Dieses ein Verschleißteil darstellende Wechselteil 60 kann beispielsweise bei Montage im Bereich der Rotationsachse 14 der Rotationstrommel 12 in Montage- beziehungsweise Demontagerichtung 58 einfach ausgetauscht werden. Die Kontaktfahne 26 kann beispielsweise ebenfalls als (Rein-) Eisenteil gefertigt sein und als Wechselteil 60 ausgeführt sein; alternativ besteht auch die Möglichkeit, die als elektrische Schüttgutkontaktierung 24 eingesetzte, mindestens eine Kontaktfahne 26 mit einer Vergoldung, d. h. mit einer Goldbeschichtung auszustatten.
• Der Darstellung gemäß 2 ist eine perspektivische Ansicht einer Schüttung 38 aus kugelförmigen Fe-Körpern 34 zu entnehmen. Diese häufen sich analog zur Darstellung gemäß 1 auf dem Boden der Rotationstrommel 12, d. h. auf dem untenliegenden Bereich des Trommelmantels 18 der Rotationstrommel 12 an. Mit Bezugszeichen 24, 26 sind die als Kontaktfahnen beschaffenen elektrischen Schüttgutkontaktierungen dargestellt. Aus der perspektivischen Teilansicht gemäß 2 geht hervor, dass sich im Trommelmantel 18, der hier in 2 nur teilweise dargestellten Rotationstrommel 12 ein Öffnungsmuster oder eine beliebige Abfolge von Öffnungen 20 im Trommelmantel 18 befinden, durch welche der zu behandelnde Elektrolyt 52 in den Hohlraum 22 der Rotationstrommel 12 eintritt und diesen auch wieder verlässt.
• Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren sowie die zu dessen Durchführung in einer Ausführungsvariante skizzierte Prozesseinrichtung 10 lässt sich an den Fe-Körpern 34 eine relativ große, dauerhaft für die Cr (VI)-Reduktion zur Verfügung stehende Oberfläche 40 freihalten, ohne dass es auf der Oberfläche 40 zu einem Aufbau einer Passivschicht 44 kommt, welche die Cr (VI)-Reduktion erheblich verlangsamt. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann demgegenüber eine relativ große aktive Oberfläche 40 an den Fe-Körpern 34 dauerhaft freigehalten werden. Es lässt sich ein signifikant verbesserter Stoffaustausch an den Oberflächen 40 durch Umwälzung des Elektrolyten 52 bei dessen Vorhandensein im Hohlraum 22 der Rotationstrommel 12 erreichen und damit eine optimale Zuführung von gelöstem Cr (VI) zur aktiven, frei von einer Passivschicht 44 verbliebenen Oberfläche 40 der Fe-Körper 34 darstellen. Die Rotationstrommel 12, als welche die Prozesseinrichtung 10 ausgebildet sein kann, stellt eine elektrolytische Zelle dar, die Teil eines regelbaren Prozesses ist. Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Behandlungsverfahren des Elektrolyten 52 unterbleibt ein Fremstoffeintrag in den Elektrolyten 52. Die geringen Mengen von angelöstem oder aufgelöstem Eisen, abgelöst von den Fe-Körpern 34, fallen als unlösliches Eisenhydroxid aus, was fachgerecht zu entsorgen ist.
• Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung erfolgt eine kontinuierliche Entfernung von Cr (VI) aus dem für elektrochemische Metallbearbeitung vorgesehenen Elektrolyten 52, bei dem es sich beispielsweise um einen Nitratelektrolyten handelt. Durch die kontinuierliche Cr (VI)-Abführung 54 aus dem Elektrolyten 52 unterbleibt dessen Aufkonzentration, die andernfalls zu einer Gefährdung für den Bediener führen würde. Die Zusammensetzung des Elektrolyten 52 bleibt im Wesentlichen identisch und wird durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Behandlungsverfahren nicht berührt, so dass auch keine Beeinträchtigung bei Einsatz des behandelten Elektrolyten 52 im Rahmen eines elektrochemischen Metallbearbeitungsprozesses zu befürchten ist. Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Behandlungsverfahren des Elektrolyten, insbesondere die Cr (VI)-Abführung 54 aus diesem, wird die Elektrolytstandzeit nicht berührt; ein vorzeitiger Austausch und damit eine Erzeugung von Prozessabfall kann durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren reduziert werden. Des Weiteren wird das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren mittels der Prozesseinrichtung 10, beispielsweise unter Verwendung einer Rotationstrommel 12 einfach und robust durchgeführt, so dass die Prozesseinrichtung 10 zur Behandlung des Elektrolyten 52 jederzeit in bestehende Einrichtungen mittels Nachrüstung integriert werden kann.
• Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims (13)

1. Verfahren zur kontinuierlichen Cr (VI)-Abführung (54) aus einem Elektrolyten (52), insbesondere einem Nitrat-Elektrolyten, bei der elektrochemischen Metallbearbeitung mit zumindest den nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Befüllung einer in den Elektrolyten (52) getauchten Prozesseinrichtung (10) mit einer Schüttung (38) aus Fe-Körpern (34), b) Rotation der Prozesseinrichtung (10) im Elektrolyten (52) und Erzeugung eines Reibkontaktes (36) zwischen Oberflächen (40) der Fe-Körper (34) zur Vermeidung und/oder Verminderung eines Aufbaus einer Passivschicht (44) an den Oberflächen (40), c) Reduktion von Cr (VI) an den Oberflächen (40) der Fe-Körper (34), die frei von der Passivschicht (44) sind und d) Verstärkung der Reduktion von Cr (VI) durch anodische Polarisation an den Oberflächen (40) der Fe-Körper (34).
2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Befüllung gemäß a) mit Fe-Körpern (34), bevorzugt in Kugelform, erfolgt.
3. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Polarisation der Oberflächen (40) gemäß d) in einem Stromdichtebereich von 0,05 mA/cm² bis 1,5 mA/cm², bevorzugt von 0,2 mA/cm² bis 1,0 mA/cm² durchgeführt wird.
4. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Polarisation gemäß d) durch eine elektrische Schüttgutkontaktierung (24) erfolgt.
5. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Polarisation gemäß d) mittels mindestens einer im Hohlraum (22) der Prozesseinrichtung (10) angeordneten Kontaktfahne (26) erfolgt.
6. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Polarisation gemäß d) durch die Prozesseinrichtung (10) erfolgt, die anodisch betrieben wird.
7. Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die anodische Polarisation gemäß d) mittels einer Kontaktfahne (26) erfolgt, die als auswechselbares (Rein-) Eisenteil ausgeführt ist.
8. Prozesseinrichtung (10) zur Durchführung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Rotationstrommel (12) umfasst, die in einen Elektrolyten (52) eingetaucht ist, um eine Rotationsachse (14) in Rotationsrichtung (16) rotiert und die Rotationstrommel (12) eine von einem Trommelmantel (18) mit Öffnungen (20) begrenzten Hohlraum (22) aufweist, der eine Schüttung (38) aus Fe-Körpern (34) aufnimmt, die über eine elektrische Kontaktierung (24) elektrisch kontaktiert ist.
9. Prozesseinrichtung (10) gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass diese außerhalb der Rotationstrommel (12) eine erste und eine zweite Gegenelektrode (48, 50) aufweist, die Minuspole darstellen und eine Kontaktfahne (26) innerhalb der Rotationstrommel (12) einen Pluspol darstellt.
10. Prozesseinrichtung (10) gemäß den Ansprüchen 8 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfahne (26) im Hohlraum (22) der Rotationstrommel (12) als (Rein-) Eisenteil ausgeführt ist.
11. Prozesseinrichtung (10) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfahne (26) als Wechselteil (60) ausgeführt ist und in Montage-/Demontagerichtung (58) im Hohlraum (22) der Rotationstrommel (12) montier- oder demontierbar ist.
12. Prozesseinrichtung (10) gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Seite (30) und/oder eine zweite Seite (32) der Kontaktfahne (26) mit einer Beschichtung versehen oder vergoldet sind.
13. Verwendung des Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 und der Prozesseinrichtung (10) gemäß einem der Ansprüche 8 bis 12 zur Cr (VI)-Reduktion und -Abführung aus einem Elektrolyten (52).

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