DE1093160B - Verfahren und Vorrichtung zur elektrolytischen Behandlung, insbesondere zum Galvanisieren von Metallgegenstaenden - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft elektrolytische Verfahren sowie insbesondere ein geschlossenes, fortlaufendes System von Bädern, welche die Hitze der elektrolytischen Wirkung für die Verdunstungskühlung ausnutzen, und schließlich die Wiedergewinnung des Elektrolyten und des Spülwassers. Die Erfindung wird in Verbindung mit der Verchromung beschrieben-, ist aber auch auf Verfahren zum anodischen Oxydieren und andere elektrolytische Verfahren anwendbar.

Ein Galvanisierbad, das beispielsweise zum Verchromen verwendet wird, muß zuerst auf die richtige Betriebstemperatur gebracht werden, während später die durch die elektrolytische Wirkung erzeugte Hitze abgeführt werden muß, . aie richtige Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten. Die Galvanisiervorrichtungen umfasseni einen oder zwei Spülbehälter, die allmählich mit Chromsäure angereichert werden, weil die zu verchromenden Gegenstände einen Teil des Elektrolyten in die Spülbehälter mitnehmen. Im allgemeinen werden die Spülbehälter mit einem ständig wirksamen Überlauf betrieben,, was eine Vergeudung und Verunreinigung mit sich bringt, oder die Behälter werden mit einer Füllung beschickt, um das mit Chromsäure angereicherte Spülwasser zwecks Wiederverwendung auf die zum Galvanisieren erforderliche Stärke zu bringen. Diese Behandlung wird derart ausgeführt, daß man die Konzentration im ersten Spülbehälter während eines Arbeitstages ansteigen läßt und den, Inhalt abdestilliert.

Die Erfindung betrifft ein, Verfahren, bei dem die durch die elektrolytische Wirkung erzeugte Hitze ausgenutzt wird, um die Galvanisierlösung durch Verdampfen, zu konzentrieren. Diese Verdampfung bewirkt gleichzeitig eine Abkühlung der Lösung. Das bei dem Verfahren destillierte Wasser wird dazu benutzt, einen Gegenstrom durch die Spülbehälter in das Galvanisierbad hervorzurufen, wodurch ein Verlust an Elektrolyt im wesentlichen verhindert wird, insbesondere beispielsweise von Chromsäure oder einer anderen Metallsäure, aus welcher das Galvanisierbad besteht. Die Erfindung betrifft ferner ein geschlossenes System, in welchem der Elektrolyt ständig durch Destillation wieder konzentriert wird und in welchem das destillierte Wasser zurückgewonnen und zum Spülen benutzt wird.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachstehenden Beschreibung einer Ausführungsform der Vorrichtung zur Ausführung des erfindungsgemäßen, Verfahrens an Hand der Zeichnung.

Die Vorrichtung umfaßt ein Galvanisierbad 10, einen ersten Spülbehälter 12 und einen zweiten Spülbehälter 14. Das Spülwasser wird dem zweiten Spülbehälter 14 durch die Leitung 16 und dem ersten Verfahren und Vorrichtung

zur elektrolytischen Behandlung,

insbesondere zum Galvanisieren

von Metallgegenständen

Anmelder:

Pfaudier Permutit Inc.,
Rochester, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dipl.-Ing. H. Kosel, Patentanwalt,
Bad Gandershelm, Braunschweiger Str. 22

Walter F. Swanton, Avon, N. Y. (V. St. A.),
ist als Erfinder genannt worden

Spülbehälter 12 durch das Saugrohr 18 zugeführt, wobei eine Strömung nur erfolgt, wenn der Spiegel im Behälter 12 niedriger ist als im Behälter 14. Auf ähnliche Weise dient das Spülwasser des ersten Spülbehälters 12 dazu, dem Galvanisierbad 10 Wasser durch das Saugrohr 20 zuzuführen, wenn der Spiegel im Galvanisierbad niedriger ist als im Behälter 12. Die zu galvanisierenden Gegenstände werden nacheinander in das Bad 10, dann in den ersten Spülbehälter 12 und hierauf in den zweiten Spülbehälter 14 eingebracht, wie durch den Arbeitsweg 15 angedeutet ist. Obwohl eine bestimmte Menge des Elektrolyten in den ersten, Spülbehälter mitgenommen wird, wird ein Ansteigen der Konzentration in demselben durch den ständigen Gegenstrom aus dem Spülbehälter in das Galvanisierbad verhindert. Ebenso wird der zweite Spülbehälter durch Einführung von destilliertem Wasser und durch den ständigen Gegenstrom in den ersten Spülbehälter im wesentlichen klar, gehalten.

Die anfängliche Erhitzung des Elektrolyten im Galvanisierbad auf die Betriebstemperatiur wird vor Beginn des Galvanisiervorganges dadurch bewirkt, daß Elektrolyt durch die Leitung 22 in den Dampfkessel 24 abgezogen wird, der mit einem Mantel 26 versehen ist. Währen der Erhitzung wird der Elektrolyt durch die Pumpe 28 wieder in das Bad 10 zurückgefördert, wobei die Pumpe den Elektrolyten aus dem Kessel 24 durch das Ventil 30 ansaugt und über das offene Ventil 32 und die Rücklaufleitung 33 in das

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Bad 10 pumpt. Wenn im Galvanisierbad die Betriebstemperatur von etwa 52° C erreicht ist, hat die Lösung im evakuierten Kessel den Siedepunkt erreicht, wodurch ein weiteres Ansteigen der Temperatur der Galvanisierlösung verhindert wird.

Die elektrolytische Wirkung innerhalb des Galvanisierbades erzeugt während des Galvanisierungsvorganges beträchtliche Hitze und trachtet, die Temperatur des Bades über die für eine zufriedenstellende Wirkungsweise geeignete Temperatur zu erhöhen. Es ist daher erforderlich, diese Hitze abzuführen. Um das Bad auf einer optimalen Betriebstemperatur von etwa 52° C zu halten, wird der Kessel 24 als Schnellverdampfer bei unteratmosphärischem Druck betrieben, wobei der Elektrolyt aus dem Bad 10 durch ein Vakuum über die Leitung 22 und die Düse 23 in den Verdampfer abgesaugt wird. Die Düse lenkt den eintretenden Elektrolyten gegen die Seitenwand des Kessels und damit aus der Bahn des aufsteigenden Dampfes. Ein Teil des Wassers wird im Verdampfer verdampft, und der verbleibende konzentrierte Elektrolyt wird aus dem Verdampfer abgesaugt und durch die Rücklaufleitung 33 in das Galvanisierbad zurückgepumpt. Die Verdampfungswärme kühlt den im destillierenden Verdampfer zurückbleibenden konzentrierten Elektrolyten, und derselbe bewirkt daher bei seiner Rückkehr in das Galvanisierbad eine Abkühlung desselben, um die Betriebstemperatur auf 52° C zu halten.

Um den Kessel 24 auf ein Vakuum von etwa 650 mm Quecksilbersäule zu evakuieren, wird im Verdampfer (Destillator) unteratmosphärischer Druck durch eine Vakuumquelle 36 erzeugt, die beispielsweise in Form eines Dampfstrahlgebläses ausgebildet ist. Dadurch wird der Siedepunkt im Verdampfer auf etwa 52° C herabgesetzt. Diese Vakuumquelle ist durch einen Kondensator mit einem Fliehkraftabscheider 40 verbunden, dem der Wasserdampf aus dem Verdampfer durch die Leitung 42 zugeführt wird.

Der Fliehkraftabscheider kann aus dem destillierenden Verdampfer 24 durch den Dampf mitgerissene Flüssigkeitsteilchen ausscheiden, und die im Abscheider gesammelte Flüssigkeit kann dem Erhitzer durch einen Wasserverschluß 44 wieder zugeführt werden. Der Dampf wird dem Kondensator 38, der wassergekühlt sein kann, durch die Leitung 35 zugeführt, und das Kondensat in Form destillierten Wassers wird durch die Leitung 46, die Pumpe 48 und die Spülwasserzuführungsleitung 16 in den zweiten Spülbehälter 14 zurückgeleitet.

Der Kessel 24 kann mit Temperatur-, Vakuum- und Druckmessern 50, 52, 54 versehen werden sowie zusätzlich mit einer vom Flüssigkeitsspiegel abgängigen Steuerung 56 zur Betätigung des Ventils 32 während der Tätigkeit des Kessels 24 als Schnellverdampfer oder Erhitzer, so daß in demselben ein entsprechender Flüssigkeitsspiegel aufrechterhalten werden kann. Da nur ein Teil des in den Verdampfer gesaugten Elektrolyten verdampft wird, ändert sich die Temperatur des im Bad befindlichen, im Verdampfer umlaufenden und in das Bad zurückgeführten Elektrolyten nur in sehr geringem Maße, so daß die Temperatur der den Verdampfer durch das Ventil 30 verlassenden Flüssigkeit zur Steuerung der Badtemperatur verwendet werden kann, wie bei 31 angegeben ist. Die Temperatur in der Rücklaufleitung kann daher zur Steuerung und Betätigung des Ventils 39 in der Vakuumzuführungsleitung 37 verwendet werden, wobei eine temperaturabhängige Steuerung 57 vorgesehen ist.

Wenn daher die Temperatur in der Rücklaufleitung bei 31 zunimmt, wird das Ventil 39 durch die Steuerung 57 geöffnet, um das Vakuum im Verdampfer und die Verdampfungsgeschwindigkeit des Elektrolyten im Verdampfer zu erhöhen. Wenn die Temperatur in der Rücklaufleitung abnimmt, werden das Vakuum und die Verdampfungsgeschwindigkeit verringert. Durch Steigerung der Verdampfung wird dem Elektrolyten im Verdampfer mehr Verdampfungswärme entzogen, und die Temperatur des in das Bad zurückgeführten Elektrolyten wird herabgesetzt, wodurch auch die Temperatur des Galvanisierbades herabgesetzt wird. Eine Zunahme der Temperatur des Bades ergibt eine erhöhte Temperatur im Verdampfer und eine Zunahme der Verdampfungsgeschwindigkeit für ein bestimmtes Vakuum, wodurch die Kühlwirkung erhöht und die Temperatur des in das Bad zurückgeführten Elektrolyten herabgesetzt wird. Die einer Zunahme der Temperatur der den Verdampfer

ao verlassenden Rücklaufflüssigkeit entsprechende Erhöhung des Vakuums steigert die Strömungsgeschwindigkeit des Elektrolyten im Verdampfer und die Verdampfungsgeschwindigkeit, um einer Herabsetzung der Temperatur des in das Bad zurückgeführten Elektrolyten zu bewirken. Unter diesen Umständen wird sich das den Flüssigkeitsspiegel steuernde Ventil 32 weiter öffnen und die Rücklaufgeschwindigkeit zum Galvanisierbad erhöhen, wodurch die Umlaufgeschwindigkeit und die Abkühlung des Galvanisierbades gesteigert werden.

Aus dem Vorstehenden ergibt sich, daß die Vorrichtung ein geschlossenes System umfaßt, in welchem das Wasser, das zur Erzielung einer Kühlwirkung verdampft wird, gleichzeitig den Elektrolyten zwecks Wiederverwendung konzentriert. Der bei der Rückführung gekühlte Elektrolyt bewirkt eine Abkühlung des Bades, um die gewünschte Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten. Das System erfordert daher zusätzliches Wasser nur zum. Ausgleich von Verlusten, die auf Verdampfung und Zersetzung im Galvanisierbad zurückzuführen sind, wobei die Verdampfung in den Spülbehältern erfolgen kann. Das System erfordert nur den Zusatz von Säure in geringer Dosierung, um das Galvanisierbad auf die richtige Stärke zu bringen und Metallverluste durch elektrolytische Ablagerung bei der Ausführung des Verfahrens auszugleichen, da der Elektrolyt zwar durch den Gegenstrom aus den Spülbehältern verdünnt, aber ständig wieder konzentriert und in das Galvanisierbad zurückgeführt wird. Der durch das aus dem Kondensator zugeführte Wasser bewirkte ständige Gegenstrom durch die Spülbehälter hält dieselben wirksam und auf hinreichend niedriger Konzentration, um eine zufriedenstellende Spülung zu erzielen. Der von den galvanisierten und abzuspülenden Gegenständen mitgenommene Elektrolyt wird durch den ständigen Gegenstrom wieder in das Galvanisierbad zurückgeführt. Durch das geschlossene System wird die Möglichkeit, daß Verunreinigungen in das System gelangen, auf ein Mindestmaß herabgesetzt.

In der Praxis werden die Rohrleitungen, der Verdampferkessel und andere dem korrodierenden Angriff von Chromsäure unterworfene Teile vorzugsweise aus säurefestem, mit einer Schicht aus Glas versehenem Stahl hergestellt, während die reinem Wasserdampf ausgesetzten Teile, wie der Abscheider und der Kondensator, aus nichtrostendem Stahl bestehen können. Obwohl das Verfahren unter besonderer Bezugnahme auf das Verchromen beschrieben wurde, ist das System selbstverständlich in gleicher

Weise für jedes elektrolytische Verfahren wirksam, bed welchem Hitze abgeführt werden muß, um die Betriebstemperatur aufrechtzuerhalten, bei welchem das Bad zur Galvanisierung od. dgl. durch eine Verdampfungsvorrichtung konzentriert werden kann, wobei 5 sich gleichzeitig eine Verdunstungskühlung ergibt, und bei welchem das dabei zurückgewonnene Wasser zur Auffüllung der Spülbehälter benutzt wird. Statt das Bad zum Galvanisieren, anodischen Oxydieren od. dgl. durch Spülwasser aus dem ersten Spülbehälter zu verdünnen, kann das System auch so ausgebildet sein, daß Lösung aus dem Bad und dem ersten Spülbehälter in entsprechenden Mengen getrennt abgezogen wird, bevor die abgezogenen Lösungen in einem gemeinsamen Verdampfer verdampft werden, Der Umlauf der Galvanisierlösung durch den Verdampfer, der eine Verdunstungskühlung zur Steuerung der Badtemperatur ergibt, wobei diese Hitze vorteilhaft angewendet werden kann, statt vergeudet zu werden, sowie die Wiedergewinnung des in die Spülbehälter gelangten Elektrolyten stellen die kennzeichnenden Merkmale des Systems dar.

Claims (8)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur elektrolytischen Behandlung, insbesondere zum Galvanisieren von Metallgegenständen, dadurch gekennzeichnet, daß zum Konstanthalten von Temperatur und Konzentration des Elektrolyten dem Bad Lösung entzogen wird, daß ein Teil des Wassers der entzogenen Lösung unter Vakuum verdampft wird, daß einerseits der konzentrierte und gekühlte Rückstand in das Bad zurückgeführt und andererseits der Dampf kondensiert und das Kondensat über ein oder mehrere nachgeschaltete Spülbehälter im Gegenstrom in das Bad zurückgeführt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das zur Verdampfung erforderliche Vakuum in Verbindung mit der dem Bad entzogenen und in dieses zurückgeführten Elektrolytmenge in Abhängigkeit von der Temperatur des Elektrolyten geregelt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der für das Konzentrieren der Lösung benutzte Erhitzer auch für das Aufheizen des Bades bei Inbetriebnahme der Anlage verwendet wird.

4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Abkühlung und Konzentration des Elektrolyten ein als Verdampfer wirkender Kessel (24) vorgesehen ist, der über eine Zuführleitung (22) und eine Rückführleitung (33) mit dem Bad in Verbindung steht, daß der Kessel (24) mit einer Vakuumquelle (36), vorzugsweise einem Dampfstrahlgebläse, verbunden ist und daß zwischen der Vakuumquelle (36) und dem Verdampferkessel (24) ein Kondensator (38) angeordnet ist, dessen Rückführleitungen (46,16) mit dem Bad in Verbindung stehen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Saugleitung (37) ein von der Temperatur des Elektrolyten durch ein Steuerglied (57) betätigtes Ventil (39) zur Regelung des Vakuums im Verdampferkessel (24) vorgesehen ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß in der Rückführleitung (33) für den Elektrolyten vom Kessel (24) in das Bad (10) ein vom Flüssigkeitsspiegel im Kessel (24) durch ein Steuerglied (56) betätigtes Ventil (32) angeordnet ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Verdampferkessel (24) eine dem eintretenden Elektrolyten gegen die Seitenwand des Kessels lenkende Düse (23) angeordnet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen der Vakuumquelle (36) und dem Verdampferkessel (24) außer dem Kondensator (38) ein Fliehkraftabscheider (40) angeordnet ist, dessen Rückführleitung (44) mit dem Verdampferkessel (24) in Verbindung steht.

In Betracht gezogene Druckschriften:
USA.-Patentschrift Nr. 2 529 762.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

I 009 648/357 11.60