DE10338520A1

DE10338520A1 - Verfahren zum Trennen einer Zerspanungssuspension

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Publication number: DE10338520A1
Application number: DE10338520A
Authority: DE
Inventors: Peter Dr. Eisner; Michael Dr. Menner; Andreas Dipl.-Ing. Malberg; Udo Dipl.-Ing. Knauf
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2005-03-24

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen einer Zerspanungssuspension aus einem Kühlschmierstoff, in dem ein Schneidkorn sowie der vom bearbeiteten Material und von der Bearbeitungsmaschine stammende Abrieb dispergiert sind. Bei dem Verfahren wird die Suspension mit einem Gas oder Gasgemisch zur Erzeugung von Turbulenzen vorbehandelt und anschließend mithilfe einer Nassklassierung aufgetrennt, wobei die zur Klassierung verwendete Flüssigkeit dahingehend ausgewählt wird, dass sie mit dem eingesetzten Kühlschmierstoff mischbar ist und die dabei anfallende Mischung insbesondere mit dem vom bearbeiteten Material stammenden Abrieb eine stabile Suspension bildet. Der flüssige Hilfsstoff wird vom Kühlschmierstoff durch ein destillatives Verfahren abgetrennt. DOLLAR A Mit dem Verfahren lässt sich eine scharfe Trennung des Schneidkorns von Abrieb und Kühlschmierstoff erzielen.

Description

Technisches Anwendungsgebiet
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Trennen einer Zerspanungssuspension, bestehend aus einem Kühlschmierstoff, in dem zumindest Schneidkorn sowie Abrieb eines Materials dispergiert sind, bei dem die Zerspanungssuspension unter Einsatz eines flüssigen Hilfsstoffes zur Erniedrigung der Viskosität in einem Nassklassierer nass klassiert wird, wobei ein flüssiger Hilfsstoff eingesetzt wird, der mit dem Kühlschmierstoff eine einphasige Mischung eingeht, die mit dem Abrieb eine Suspension bildet, eine oder mehrere Schneidkorn enthaltende Fraktionen sowie Kühlschmierstoff und Hilfsstoff aus dem Nassklassierer ausgetragen werden und der flüssige Hilfsstoff vom Kühlschmierstoff durch ein destillatives Verfahren abgetrennt wird.
Zerspanungssuspensionen werden beispielsweise bei der Herstellung dünner Scheiben aus Silizium oder Quarz für die Halbleiter- oder Solartechnologie eingesetzt, bei der die dünnen Scheiben mit der Technik des Trennläppens von Einkristallstäben oder Gießblöcken abgetrennt werden. Typischerweise wird hierbei mit so genannten Drahtsägen gearbeitet. Mit diesen lassen sich unter Zugabe der Zerspanungssuspension in einem Arbeitsgang aus einem entsprechend langen Block oder Stab mehrere hundert dünne Scheiben gleichzeitig sägen. Neu angesetzte Zerspanungssuspensionen setzen sich aus einem Kühlschmierstoff – bevorzugt mehrwertige Alkohole oder hoch raffiniertes Mineralöl mit Additiven – mit einem darin suspendierten Schneidkorn, bevorzugt Siliziumkarbid (SiC) in unterschiedlichen Korngrößen, zusammen. Während der mechanischen Bearbeitung des Siliziums oder des Quarzes wird das in der Zerspanungssuspension enthaltene Schneidkorn mit Hilfe der Bearbeitungswerkzeuge, wie beispielsweise Bandsägen oder Drahtsägen, an den Ort transportiert und gedrückt, an dem es seine zerspanende Wirkung entfalten soll.
Die für den Bearbeitungsprozess eingesetzte Suspension, die den anfallenden Abrieb enthält, wird gesammelt und erneut dem Bearbeitungsprozess zugeführt. Mit zunehmender Gebrauchsdauer nimmt allerdings die Wirksamkeit der Zerspanungssuspension ab, so dass sie schließlich ausgetauscht werden muss, weil das gestellte Bearbeitungsziel mit der gebrauchten Zerspanungssuspension nicht mehr zu erreichen ist. Die Ursache hierfür liegt neben dem Verschleiß des SiC vor allem im steigenden Anteil an feinpartikulärem Abrieb aus Silizium oder Quarz sowie an Eisenabrieb der Bearbeitungswerkzeuge. Die Spanne einer typischen Zusammensetzung derartiger gebrauchter Suspensionen ist in Tabelle 1 dargestellt.
Tabelle 1: Typische Zusammensetzung von gebrauchten Zerspanungssuspensionen aus dem Sägeprozess von Siliziumscheiben

Aus dem Patent Abstract zur JP 1-316170 ist ein Verfahren bekannt, bei dem gebrauchte Zerspanungssuspensionen zentrifugiert und die dadurch abgetrennten Schleif- bzw. Schneidkörner in frischem Kühlschmierstoff redispergiert werden.

Nachteiligerweise bleibt jedoch bei diesem Verfahren noch ein hoher Anteil an Abrieb sowie an gebrauchtem Kühlschmierstoff in den abgetrennten Schneidkörnern. Eine scharfe Trennung zwischen dem Schneidkorn und dem Abrieb ist mit diesem Verfahren daher nicht möglich, so dass auch die Möglichkeiten der Wiederverwertung der Bestandteile der Zerspanungssuspension sehr stark eingeschränkt sind.

Aus der EP 0916463 A1 ist ein weiteres Verfahren zum Fraktionieren einer Zerspanungssuspension bekannt. Bei diesem Verfahren wird die Suspension zunächst durch destillative Trocknung in eine Fest- und eine Flüssigkomponente aufgetrennt. Anschließend wird ein Klassier verfahren, insbesondere ein Sieb- oder Sichtverfahren, zur Auftrennung der trockenen Festkomponente in eine Abrieb-Feinfraktion und eine Schneidkorn-Grobfraktion eingesetzt. Im Anschluss an diese Trockenklassierung kann die Schneidkorn enthaltende Fraktion wieder in einer Zerspanungssuspension verwendet werden.

Nachteiligerweise verbleiben bei dem Trocknungsschritt jedoch die schwerflüchtigen Additive des Kühlschmierstoffs in der Festkomponente. Durch Austrag der Feststoffe aus dem Sägeprozess gehen die Additive für den Wiedereinsatz verloren. Außerdem sind auch im bevorzugten Vakuumbetrieb für die erfolgreiche Trocknung des Feststoffes Temperaturen erforderlich, die den Kühlschmierstoff durch Zersetzung schädigen können. Ein Wiedereinsatz des Kühlschmierstoffs ist dann ausgeschlossen. Durch die anschließende trockene Klassierung können zudem unerwünschte Agglomerate aus Feinstpartikeln in die wieder verwertete Grobfraktion überführt werden. Ursache hierfür sind Reste der Kühlschmierstoffe, welche die Partikel verkleben.

Eine scharfe Trennung zwischen den in Zerspanungssuspensionen enthaltenen Fraktionen kann dieses Verfahren daher ebenfalls nicht leisten. Eine erfolgreiche Fraktionierung stellt jedoch die Voraussetzung für eine hochwertige Verwertung und für einen Wiedereinsatz der Komponenten dar Gerade im Falle einer angestrebten Verwertung von verbrauchtem SiC im Bereich der Keramik- oder Schleifkörperherstellung ist eine scharfe Abtrennung von Silizium- und Metallabrieb erforderlich. Mit den bekannten Verfahren nach Stand der Technik lässt sich diese Trennung bisher nicht erreichen.

Bei dem weiterhin bekannten Verfahren der US 3 997 359 zur Abtrennung von einzelnen Bestandteilen aus einer Zerspanungsflüssigkeit erfolgt die Trennung zwischen Abrieb und Schneidkorn erst nach einer Abtrennung des Kühlschmierstoffes durch mehrere Waschvorgänge mit einem anschließenden Trocknungsschritt, so dass die oben beschriebenen Probleme ebenfalls auftreten können.

Die EP 0 786 317 A2 beschreibt ein Verfahren zur Aufbereitung von gebrauchten Bearbeitungsflüssigkeiten, wie Kühlschmierstoffen, mit dem das Schneidkorn von der Bearbeitungsflüssigkeit abgetrennt werden kann. Bei dem Verfahren wird der öligen Bearbeitungsflüssigkeit zunächst Wasser zugegeben, um die Viskosität der Bearbeitungsflüssigkeit durch Bildung einer Öl/Wasser-Emulsion zu erniedrigen. Anschließend wird in einer Nassklassierung das Schneidkorn von der flüssigen Phase bestehend aus Öl, Wasser und Abrieb, abgetrennt. Auch mit einem derartigen Verfahren wird jedoch nicht die angestrebte scharfe Trennung des Schneidkorns von Abrieb und Kühlschmierstoff erreicht.

Das Patent Abstract zur JP 09-109144 beschreibt ein Verfahren zum Fraktionieren einer Zerspanungssuspension, bei dem der Zerspanungssuspension zunächst Kerosin als Extraktionsmittel zur Erniedrigung der Viskosität zugeführt wird, um das Schneidkorn vom Kühlschmierstoff in einem Nassklassierverfahren abzutrennen. Bei dieser Druckschrift geht es um die saubere Abtrennung des Schneidkorns vom Kühlschmierstoff, nicht jedoch um die Wiedergewinnung des Kühlschmierstoffes in qualitativ hochwertiger Form, wie sie beispielsweise für die Wiederverwendung beim Sägen erforderlich ist.

In der WO 01/43933 ist ein gattungsgemäßes Verfahren offenbart, bei dem zunächst in Abhängigkeit vom vorliegenden Kühlschmierstoff und Materialabrieb ein flüssiger Hilfsstoff zur Erniedrigung der Viskosität ausgewählt wird, der mit dem Kühlschmierstoff eine einphasige Mischung eingeht, die wiederum mit dem Abrieb eine Suspension bildet. Die Zerspanungssuspension wird in der WO 01/43933 schließlich unter Einsatz des ausgewählten Hilfsstoffes in einem Nassklassierer, beispielsweise einem Aufstromklassierer, aufgetrennt, wobei sich das Schneidkorn als Grobfraktion abziehen lässt. Der überwiegende Teil des Abriebs liegt suspendiert in der Mischung aus Kühlschmierstoff und Hilfsstoff vor und kann als Feinfraktion abgezogen werden. Anschließend wird der flüssige Hilfsstoff vom Kühlschmierstoff durch ein destillatives Verfahren abgetrennt.

Bei verschiedenen Anwendungen des Verfahrens können sich jedoch Feststoffagglomerate ausbilden und die Trennschärfe zwischen Grob- und Feinfraktion dabei verringern.

Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Verfahren zum Trennen einer Zerspanungssuspension zur Verfügung zu stellen, mit dem die Trennschärfe zwischen Grob- und Feinfraktion weiter verbessert wird.

Darstellung der Erfindung

Die Aufgabe wird mit dem Verfahren nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen des Verfahrens sind Gegenstand der Unteransprüche oder lassen sich der nachfolgenden Beschreibung sowie dem Ausführungsbeispiel entnehmen.

Das vorliegende Verfahren basiert auf dem Verfahren der WO 01/43933. Zur Verbesserung dieses Verfahrens wird die Zerspanungssuspension vor der Zugabe des Hilfsstoffes vorbehandelt, indem ein Gas oder eine Mischung aus Gasen in die Zerspanungssuspension eingetragen oder direkt in der Zerspanungssuspension erzeugt und das Gas oder Gasgemisch nachfolgend wieder aus der Zerspanungssuspension ausgetragen wird.

Überraschenderweise zeigt sich dabei, dass eine derartige vorgeschaltete Behandlung der Zerspanungssuspension mit Gas oder mit Mischungen aus Gasen dazu führt, dass der anschließende Vermischungsvorgang zwischen Zerspanungssuspension und Hilfsstoff beschleunigt wird, keine Agglomeratbildung in der Mischung mehr auftritt und damit eine schärfere Trennung zwischen Grobfraktion und Feinfraktion erreicht werden kann.

Der Eintrag von Gas oder die Erzeugung von Gas in der Zerspanungssuspension kann dabei mit verschiedenen bekannten Verfahren nach Stand der Technik erreicht werden. Zum einen ist es möglich, Gas mechanisch einzutragen. Dies kann zum Beispiel durch direktes Einleiten und Dispergieren von Gas erreicht werden. Der Vorgang des mechanischen Gaseintrags kann auch durch Anlegen eines Vakuums oder durch Erhöhung der Temperatur unterstützt werden. Dies bewirkt, dass die Gasblasen ein größeres Volumen ausfüllen und dass damit auch die Turbulenz im System während der erfindungsgemäßen Vorbehandlung der Zerspanungssuspension erhöht wird.

Eine weitere Möglichkeit der Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, Gas direkt in der Zerspanungssuspension durch Energieeintrag zu erzeugen. Dies kann ebenfalls mit unterschiedlichen Verfahren erreicht werden. Die Gasblasen können z.B. infolge einer Erhitzung mit dem damit verbundenem Austreiben von gelösten Gasen entstehen. Auch dieser Vorgang kann durch das Anlegen eines Vakuums (Druck unter 10⁵ Pa) unterstützt werden. Als Erhitzungsverfahren kommen alle nach Stand der Technik bekannten Verfahren in Frage, wie die Erhitzung mittels Wärmetauscher oder die Erhitzung mit Energiequellen, bei denen die Wärme direkt in der Zerspanungssuspension erzeugt wird (wie Mikrowelle, Infrarot, Hochfrequenz oder andere). Es ist ebenfalls möglich und ggf. von Vorteil, wenn mittels Ultraschall oder Laserlicht feinste Gasblasen auch in Form kavitierender Blasen in der Zerspanungssuspension erzeugt werden. Auch dieser Vorgang kann durch das Anlegen eines Vakuums unterstützt werden.

Für den Vorbehandlungsschritt kann die Behandlungsdauer beispielsweise zwischen 0,1 und 100 Stunden liegen. Vorzugsweise wird eine Behandlungsdauer gewählt, die lediglich zwischen 0,1 und 1 Stunde beträgt. Da es vorteilhaft ist, wenn sich starke Turbulenzen zwischen der Gasphase und der flüssigen Phase in der Suspension ausbilden, wird die Suspension mit einer möglichst großen Gasmenge behandelt. Vorzugsweise werden daher Gasintensitäten von 1000 bis 100000 Nm³ (Nm³ = Normkubikmeter) Gas pro m³ Suspension und Stunde gewählt.

Beim vorliegenden Verfahren wird nach dem Vorbehandlungsschritt in Abhängigkeit vom jeweiligen Kühlschmierstoff und Materialabrieb ein flüssiger Hilfsstoff zur Erniedrigung der Viskosität ausgewählt, der mit dem Kühlschmierstoff eine einphasige Mischung eingeht (d.h. mischbar ist), die wiederum mit dem Abrieb eine Suspension bildet. Der Fachmann ist in der Lage, aus der Klasse der mit dem Kühlschmierstoff mischbaren Hilfsstoffe die auszuwählen, die eine derartige Mischung bzw. Suspension bilden. Hierzu steht eine Vielzahl von als Extraktionsmittel bekannten Flüssigkeiten zur Verfügung.

Die Zerspanungssuspension wird schließlich unter Einsatz des ausgewählten Hilfsstoffes in einem Nassklassierer, beispielsweise einem Aufstromklassierer, aufgetrennt, wobei sich das Schneidkorn als Grobfraktion abziehen lässt und ein grosser Teil des Abriebs suspendiert in der Mischung aus Kühlschmierstoff und Hilfsstoff als Feinfraktion abgezogen werden kann. Anschließend wird der flüssige Hilfsstoff vom Kühlschmierstoff durch ein destillatives Verfahren abgetrennt.

Für das vorliegende Verfahren wird die Eigenschaft ausgenutzt, dass einige Kühlschmierstoff-Hilfsmittel-Mischungen stabile Suspensionen mit dem vom bearbeiteten Material stammenden Abrieb – also im Falle der Siliziumverarbeitung mit den Siliziumpartikeln – ausbilden. Unter Mischung wird hierbei ein einphasiges System (homogenes Gemisch) verstanden. So ist nach Zugabe von Hilfsstoffen, insbesondere Lösemitteln, die mit dem Kühlschmierstoff mischbar sind, und nach Vermischen derselben mit der Zerspanungssuspension zu erkennen, dass eine Auftrennung der Suspension in ein Sediment und in einen Überstand erfolgt, wobei der Kühlschmierstoff weitgehend in den Überstand überführt ist. Die gebildeten stabilen Suspensionen bestehen hierbei über mehrere Wochen, ohne eine vollständige Sedimentierung des Abriebs zu erhalten.

Dieser Effekt des Suspendierens von Materialabrieb in der Hilfsstoff-Kühlschmierstoff-Mischung wird beim vorliegenden Verfahren für eine effiziente Abtrennung des vom bearbeiteten Material stammenden Abriebs vom Schneidkorn in Verbindung mit einer Nassklassierung ausgenutzt. Die benötigte Flüssigkeitsmenge des Hilfsstoffes im Nassklassierer zur effizienten Abtrennung des Kühlschmierstoffes und des vom bearbeiteten Material stammenden Abriebs von der klassierten Schneidkornfraktion wird dadurch minimiert.

Ein geeigneter Hilfsstoff, vorzugsweise ein Lösemittel, überführt somit bereits in einer einstufigen Immersionsextraktion sowohl den Kühlschmierstoff als auch den vom bearbeiteten Material stammenden Abrieb in den Überstand und belässt dabei das Schneidkorn annähernd vollständig im Sediment.

Somit gelingt bei nur geringem Lösemitteleinsatz in Verbindung mit einem Nassklassierer eine vollständige Abtrennung des vom bearbeiteten Material stammenden Abriebs von der Schneidkornfraktion. Die Schneidkornfraktion kann als Grobfraktion abgezogen, ggf. durch eine weitere Klassierung und/oder durch eine Magnetabscheidung von Metallpartikeln befreit und nach Abtrennung des Lösemittels wieder in den Prozess zurückgeführt werden.

Sollte die Kornform der Schneidkornfraktion, insbesondere bei Fehlen von scharfen Schneidkanten nach mehrfacher Verwendung, einen Einsatz als Schneidkorn nicht mehr zulassen, so kann durch die erfolgte scharfe Trennung zwischen Schneidkorn, Kühlschmierstoff, Abrieb und Metall eine stoffliche Verwertung auf einem anderen Gebiet erfolgen. So bietet sich beispielsweise für ein Schneidkorn aus SiC der Einsatz als hochpreisiger Rohstoff für Industriekeramik oder für spezielle Schleifkörper an.

Ein wesentlicher Vorteil des vorliegenden Verfahrens besteht in der scharfen Abtrennbarkeit des Schneidkorns sowohl von Kühlschmiermittel als auch von Abrieb. Durch das Verfahren gelingt es, Zerspanungssuspensionen, die zur Bearbeitung von Silizium, Quarz oder Keramik nicht mehr nutzbringend verwendet werden können, in die stofflichen Fraktionen Schneidkorn, bearbeitetes Material, Metallabrieb und Kühlschmierstoff sauber aufzutrennen. Erst diese Fraktionierung stellt die Voraussetzung für eine stoffliche Verwertung dar.

Vorteilhafterweise lassen sich in der Regel alle Fraktionen der gebrauchten Zerspanungssuspension verwerten, die durch das vorliegende Verfahren erhalten werden.

Beispiele für Hilfsstoffe mit den für die Durchführung des Verfahrens erforderlichen Eigenschaften sind im Falle von Kühlschmierstoffen auf Basis von Mineralöl lipophile Lösemittel, vorzugsweise Hexan, Heptan o.ä. Bei Kühlschmierstoffen auf Basis von mehrwertigen Alkoholen bilden insbesondere amphiphile Lösemittel, vorzugsweise Aceton o.ä., eine stabile Suspension aus, die überwiegend den vom bearbeiteten Material stammenden Abrieb enthält.

Als Nassklassierer werden vorzugsweise Aufstromklassierer oder Zentrifugalklassierer eingesetzt.

In einer vorteilhaften Weiterbildung des Verfahrens kann ergänzend zur Nassklassierung eine Fe-Metallabscheidung erfolgen, die vorzugsweise mit einer bekannten Vorrichtung zur magnetischen Metallabscheidung in flüssigen Systemen ausgeführt wird. Diese kann sowohl in den Klassierer integriert werden als auch zur Aufreinigung einer abgezogenen Fraktion ausserhalb des Klassierers angebracht sein. Durch diese Zusatzbehandlung kann eine Reinheit von SiC als Schneidkorn erreicht werden, die eine Verwertung des SiC sowohl im originären Prozess als auch für Industriekeramik und Schleifkörper ermöglicht.

Von der aus dem Nassklassierer erhaltenen Suspension der Hilfsstoff-Kühlschmierstoff-Mischung wird der flüssige Hilfsstoff durch ein destillatives Verfahren abgetrennt. Die Abtrennung der Feststoffe aus der Flüssigkeit kann beispielsweise durch mechanische Trennverfahren wie Filtration, Separation oder Kombinationen aus diesen Verfahren erfolgen. Es ist aber auch möglich, zunächst den Hilfsstoff bzw. das Lösemittel z.B. destillativ abzutrennen und dann die verbleibende Kühlschmierstoff-Abrieb-Mischung mit einem weiteren Lösemittel zu versetzen, das zwar eine Mischung mit dem Kühlschmierstoff, jedoch keine Suspension mit den Abriebpartikeln ausbildet. Im Falle von Kühlschmierstoff auf Basis von Mineralöl eignet sich hierfür z.B. ein amphiphiles Lösemittel wie Aceton. Der Abrieb kann dann sehr einfach mechanisch abgetrennt werden.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt sich auf alle bekannten Zerspanungssuspensionen zur mechanischen Bearbeitung von sprödhartem Material wie Silizium, Quarz oder Keramik anwenden, in denen das Schneidkorn in einem Kühlschmierstoff dispergiert vorliegt.

Das Verfahren ist jedoch auch auf Zerspanungssuspensionen anwendbar, die bei der mechanischen Bearbeitung von anderen Materialien anfallen. Während eine Abtrennung von ferromagnetischen Materialien in der Regel keine Probleme bereitet, liegt der besondere Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens vor allem in der guten Abtrennbarkeit von nicht ferromagnetischen Materialien vom Schneidkorn. Hierbei ist es selbstverständlich unerheblich, ob der Abrieb vom bearbeiteten Material oder vom Bearbeitungswerkzeug stammt.

Die auf dem Hauptanwendungsgebiet des Verfahrens vorliegenden gebrauchten Zerspanungssuspensionen, die bei der mechanischen Bearbeitung von Silizium, Quarz oder Keramik anfallen, bestehen aus dem Kühlschmier stoff, in dem das Schneidkorn sowie der vom bearbeiteten Material und vom Bearbeitungswerkzeug, beispielsweise einer Drahtsäge, stammende Abrieb dispergiert sind. Als Schneidkorn werden hierbei Hartstoff-Partikel, beispielsweise aus Aluminiumoxid, Silizium- oder Borcarbid verwendet, deren mittlere Korndurchmesser vorzugsweise im Bereich von 3 bis 50 μm liegen.

Im Folgenden wird die Fraktionierung einer Zerspanungssuspension, die beim Trennläppen von Silizium zur Herstellung von Silizium-Wafern für die Halbleiterindustrie anfällt, an einem Beispiel dargestellt.
Die Zerspanungssuspension enthält im vorliegenden Beispiel Dipropylenglykol als Kühlschmierstoff, Siliziumkarbid als Schneidkorn und Silizium und Eisen als Abrieb. Von dieser Zerspanungssuspension wurden zwei Proben von jeweils 100 g entnommen. Eine der Proben wurde bei Raumtemperatur und Umgebungsdruck für 48 h mit ca. 0,1 Nm³ Luft pro Stunde durchströmt, eine Probe wurde nur mit einem Laborrührer gerührt. Nach Abschluss der Behandlung wurde in beide Proben 100 ml Aceton als Hilfsstoff gegeben und die Probengefäße wurden verschlossen. Beide Proben wurden anschließend 30 Sekunden lang kräftig geschüttelt. Die behandelte Probe konnte durch das Schütteln homogen vermischt werden. Es setzte sich anschließend ein Sediment aus Siliziumkarbid mit geringem Anteil an Feinpartikeln (ca. 4 %) von einem Überstand ab. Die nur gerührte Probe zeigte nach Beendigung des Vermischens die Ausbildung eines Sedimentes, das 8 % Feinpartikel enthielt (v.a. in Form von Siliziumpartikeln). Die Trennung mit der erfindungsgemäßen Vorbehandlung zwischen Feinfraktion und Grobfraktion ist demnach schärfer.
Die Grobfraktion des Schneidkorns kann anschließend durch eine Magnetabscheidung in bekannter Weise von Fe-Metallpartikeln befreit und das Aceton destillativ vom Dipropylenglykol getrennt werden.

Claims

Verfahren zum Trennen einer Zerspanungssuspension, bestehend aus einem Kühlschmierstoff, in dem zumindest Schneidkorn sowie Abrieb eines Materials dispergiert sind, mit folgenden Schritten: – Nassklassieren der Zerspanungssuspension unter Einsatz eines flüssigen Hilfsstoffes zur Erniedrigung der Viskosität in einem Nassklassierer, wobei ein flüssiger Hilfsstoff eingesetzt wird, der mit dem Kühlschmierstoff eine einphasige Mischung eingeht, die mit dem Abrieb eine Suspension bildet; – Austragen einer oder mehrerer Schneidkorn enthaltender Fraktionen sowie von Kühlschmierstoff und Hilfsstoff aus dem Nassklassierer; und – Abtrennen des flüssigen Hilfsstoffes vom Kühlschmierstoff durch ein destillatives Verfahren, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Nassklassieren folgende Schritte durchgeführt werden: – Einbringen oder Erzeugen eines Gases oder Gasgemisches in die/der Zerspanungssuspension derart, dass in der Zerspanungssuspension Turbulenzen entstehen, und – Austragen des Gases oder Gasgemisches aus der Zerspanungssuspension.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen des Gases oder Gasgemisches durch direktes Einleiten des Gases oder Gasgemisches in die Zerspanungssuspension erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Einleiten des Gases oder Gasgemisches durch Anlegen eines Unterdrucks unterstützt wird.
Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Temperatur des Gases oder Gasgemisches und/oder der Zerspanungssuspension erhöht wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas oder Gasgemisch durch Erhitzung der Zerspanungssuspension direkt in der Zerspanungssuspension erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Gas oder Gasgemisch durch Einwirkung von Ultraschall oder Laserlicht direkt in der Zerspanungssuspension erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass gleichzeitig ein Unterdruck angelegt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen oder Erzeugen des Gases oder Gasgemisches mit einer Intensität von 1000 bis 100000 Nm³/h Gas pro m³ Zerspanungssuspension erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Einbringen oder Erzeugen des Gases oder Gasgemisches über einen Zeitraum von 0,1 bis 1 h erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines aus Alkoholen gebildeten Kühlschmierstoffes eine amphiphile Flüssigkeit als flüssiger Hilfsstoff eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Vorliegen eines auf Basis von Kohlenwasserstoffen gebildeten Kühlschmierstoffes eine lipophile Flüssigkeit als flüssiger Hilfsstoff eingesetzt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Metallabrieb eines Bearbeitungswerkzeuges enthaltende Fraktionen aus dem Nassklassierer ausgetragen werden.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Metallabrieb mit einem Magnetabscheider abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass Metallabrieb eines Bearbeitungswerkzeuges in der bzw. den abgetrennten Schneidkorn enthaltenden Fraktionen durch eine Nachbehandlung dieser Fraktionen durch ein Klassierverfahren und/oder ein Magnetabscheideverfahren abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass die abgetrennte(n) Schneidkorn enthaltende(n) Fraktion(en) und/oder Metallabrieb enthaltende Fraktionen getrocknet werden, und bei der Trocknung verdampftes flüssiges Hilfsmittel kondensiert und gegebenenfalls in den Nassklassierer zurückgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass Feststoffe mechanisch aus der Mischung aus Kühlschmierstoff und Hilfsstoff mit dem darin suspendierten Abrieb abgetrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der durch ein destillatives Verfahren vom Kühlschmierstoff abgetrennte flüssige Hilfsstoff in den Nassklassierer zurückgeführt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Nassklassieren über eine Aufstrom- oder Zentrifugaltechnik erfolgt.