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Verfahren zum Kühlen von Behandlungsbädern Die Erfindung bezieht
sich auf das Waschen von Gegenständen, die in Oberflächenbehandlungsbädern behandelt
wurden, und insbesondere auf die Verhinderung der Abgabe von toxischen oder giftigen
Abwässern und gleichzeitig auf ein Waschen mit größerer Wirksamkeit, um die erforderliche
Menge an Wasser herabzusetzen, Die charakteristischen Merkmale der Erfindung bestehen
in der Anwendung eines mehrstufigen Waschens, wobei das zum Waschen erforderliehe
Wasser für die Kompensierung von Verdampfungsverlusten in dem Behandlungsbad verwendet
wird und wobei die Verdampfung infolge des Überschusses an gebildeter Hitze in dem
Behandlungsbad in einem sogenannten, itt diesem Bad verbundenen, kühlenden Verdaiapfer
statftindet.
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Bei den meisten Oberfiächenbehandlungsverfahren ist ein Wascheffekt
von 99 bis 99t9 % normalerweise erbrderlich, d.h. die Verdünnung der Rückstände
oder Reste aus dem Behandlungsbad durch Wasser soll das 100- bis iödofache in dem
letzten Waschbad betragen. In einem einstufigen Waschverfahren bedeutet dies, daß
Mengen an Wasser erforderlich sind, die das a00- bis 1000-fache des Volumens der
Behandlungsbadflüssigkeit darstellen, die mit den behandelten Gegenständen bei deren
Entfernung aus dem Behandlungsbad mitgeführt wird.
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Durch die Schaffung eines mehrstufigen Waschens nach dem Gegenstromprinzip
sind beträchtliche Einsparungen von Waschwasser möglich und Jede gewünschte Entfernung
von giftigen oder toxischen Substanzen kann vereinfacht werden. Beispielsweise führt
bei einem 3-stufigen Waschverfahren eine Menge an Waschwazser, die das 10-fache
der Menge an BehandlungsbadflUssigkeit, die von den Gegenständen mitgeschleppt wird,
zu einer nahezu 99,9 zeigen Waschwirkung.
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Bei heißen Behandlungabädern, die bei Temperaturen von 600C oder
darüber in Betrieb genommen werden, ist die Verdampfung in der Regel so groß, daß
sie dem Volumen an Waschwasser, das in einem 2- oder 3- stufi gen Waschverfahren
verwendet werden soll, äquivalent ist. Unter diesen Umständen iSt es möglich, die
Verdampfung in demBehandlungsbad mittels Wasser, das aus dem ersten Waschbad entnommen
wurde, zu kompensieren. Dies führt zu einer vollständigen Rückgewinnung von Chemikalien
in dem Behandlungsbad, beispielsweise von Xetallsalzen in elektrolytischen Plattierverfahren,
wobei gleichzeitig die Abgabe von toxischem Abwasser vermieden wird.
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Derartige Bedingungen bestehen z.B. bei einigen der üblichen elektrolytischen
Plattierverfahren, z.B.
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Ni kelplattier-, Kupferplattier- und Glanzchromplattier verfahren
(lustre chrome plating process).
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Unter diesen Umständen ist eine vollständig abfallfreie (waste free)
Oberflächenbehandlungseinrichtung erforderlich.
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Einige Oberflächenbehandlungsverfahren werden jedoch bei niedrigeren
Temperaturen von nicht oberhalb 300C unter einer sehr geringen Verdampfung ausgefUhrt.
Beispiele für derartige Arbeitsweisen sind elektrolytische Zinkplattierung, elektrolytische
saure Kupferplattierung, anodische Oxydation von Aluminium u.a..
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In diesen Fällen kann die vorstehend beschriebene Wascharbeitsweise
mit einer zufriedenstellenden Rückgewinnung angewendet werden. Dies ist besonders
nachteilig bei Plattierarbeitsweisen unter Verwendung von Cyanid enthaltenden Bädern,
bei welchen die Kosten für die'Entfernung von toxischen Substanzen aus dem Abwasser
sich auf einen beträchtlichen Anteil der Gesamtproduktionskosten belaufen.
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Bei den elektrolytischen Arbeitsweisen wird jedoch elektrische Energie
zur Abscheidung von. Metallüberzügen zugeführt. Ein Hauptanteil dieser Energie geht
als Wärme aufgrund des Spannungsabfalls in dem Elektrolyten verloren. Für die elektrolytische
Abscheidung von Zink werden tiDO Ampbre-Minuten Je Mikron der Abscheidungsdicke
und je m² von einem Oberflächenbereich des Gegenstandes
verbraucht.
Eine normale Spannungsabgabe in dem Elektrolyten beträgt 10 Volt, was für eine normale
Uberzugsdicke von 10 Mikron zu einem Energieverbrauch van etwa 1 kW je m2 behandeltem
Oberflächenbereich führt. Um die Arbeitstemperatur bei optimalen Werten während
einer kontinuierlichen Arbeitsweise zu halten, muß der Elektrolyt gekühlt werden,
was normalerweise mit Hilfe von Kühlwasser in einem Wärmeaustauscher erreicht wird.
Dies umfaßt die Verwendung von beträchtlichen Mengen an Kühlwasser.
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Gemäß der Erfindung wird das Behandlungsbad durch direkte Verdampfung
in einem sogenannten Kühlturm gekühlt.
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Die Badflüssigkeit wird in einem geschlossenen Kreislauf durch den
Kühlturm gepumpt, worin die Flüssigkeitsoberfläche durch Fülikörper vergrößert wird
und die Verdampfung mit Hilfe-eines Aufwärtsstromes von Luft erreicht wird.
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Das Ausmaß der Verdampfung hängt von der Menge an zugeführter Energie
und von dem Taupunkt der Luft ab.
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Normalerweiee werden etwa 1,5 bis 2 1 Wasser Se zugeführter Kilowattstunde
verdampft.
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Beim elektrolytischen Zinkplattieren bedeutet dies, daß etwa 1,2
l Wasser je m2 behandelte Oberfläche des Gegenstandes verdampft werden. Da die Menge
an Behandlungsbadflüssigkeit, die mit den Gegenständen entfernt wird, etwa 0,05
bis 0,1 l/m2 Oberflächenbereich des Gegenstandes beträgt, wird ein Verhältnis zwischen
dem Ausmaß der Verdampfung und dem Ausmaß der Entfernung von Behandlungsbadflüssigkeit
erreicht, das angemessen und geeignet ist, um einen zufriGenstellenden Wascheffekt
zu ergeben, wenn das verdampfte Wasser durch Waschwasser, das aus einem
2-Stufen-
oder 3-Stufen-Wascharbeitsgang entnommen wurde, kompensiert wird.
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Selbst bei Arbeitsweisen, die bei erhöhten Temperaturen ausgeführt
werden, ist es möglich, daß das Energiezuführungsausmaß größer ist als das Wärmeverlustausmaß
an die Umgebung, so daß eine zwangsweise Kühlung herangezogen werden muß. Beispiele
hierfür sind u.a. eine Hartchromplattierung, die bei etwa 50°C ausgeführt wird und
die gebräuchlichen Arbeitsweisen für eine Halbglanznickelplattierung, wobei die
maximale Arbeitstemperatur bei 55 0C liegt.
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Für diese Arbeitsweisen ist die Kühltechnik gemäß der Erfindung besonders
gut geeignet und es ist möglich, ablauffreie Installationen-oder Einrichtungen bei
einer vollständigen Rückgewinnung von Behandlungschemikalien zu bauen.
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Die Kühlkapazität wird hauptsächlich durch den Verdampfungsoberflächenbereich
des kühlenden Verdampfers bestimmt. Sie kann jedoch innerhalb weiter Grenzen durch
Änderung der Menge an Luft und der Pumpkapazität variieren. Die letzteren Faktoren
können bei der praktischen Betriebsweise zweckmäßig durch in den Behandlungsbädern
angeordnete Thermostaten geregelt werden.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert,
die in schematischer Darstellung die Oberflächenbehandlungs- und Waschstufen einer
Einrichtung, die gemäß der Erfindung betrieben wird, veranschaulicht.
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In der Zeichnung ist ein Verfahrens- oder Behandlungsbad 11 gezeigt,
aus welchem die behandelten Gegenstände nach einer ausreichenden Zeitdauer für die
Erzielung der gewünschten Oberflächenbehandlung entfernt werden, um durch die Waschbäder
12,13 und 14 in der angegebenen Reihenfolge geführt zu werden. Frisches Wasser wird
dem Waschbad 14 durch die Leitung 22 zugeführt und das Waschwasser wird dann im
Gegenstrom zu den Gegenständen durch die Bäder: 14,13 und 12 geleitet, wie dies
durch die Leitungen 19 und 20 angezeigt ist. Aus dem Bad 12 wird Wasser durch eine
Leitung 21 dem Behandlungsbad 11 zugeführt, um die durch Verdampfung entfernte Flüssigkeit,
wie nachstehend erläutert, zu ersetzen und um auch die vondGn Gegenständen entfernten
Remikalien in den Waschbädern 12,13 und 14 dem Behandlungsbad 11 zurückzuführen.
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Das Behandlungsbad 11 kann z.B. ein elektrolytisches Zinkplattierbad
sein, das beispielsweise bei 25°C arbeitet und gekühlt werden muß, um die Temperatur
bei diesem Wert zu halten, wie vorstehend erläutert wurde.
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Zu diesem Zweck wird die Behandlungsbadflüssigkeit durch einen kühlenden
Verdampfer, der schematisch bei 15 angezeigt ist, mittels einer Pumpe 16 und den
Leitungen 17 und 18 im Kreislauf geführt.
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Der kühlende Verdampfer 15 besteht aus einem gepaclcten Ton, in welchen
die Flüssigkeit am oberen Ende eingeführt und huber die Packung oder die Füllkörper
zu dem Boden imGegenstrom zu einem Aufwärts strom von Luft fließt.
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Die Einrichtung wird vorzugsweise so betrieben, daß die Menge an
verdampftem Wasser in dem Verdampfer 15 im wesentlichen gleich der Menge an durch
die Leitung 22 zugeführtem Wasser ist, so daß kein Abwasser aus der Einrichtung
abfließt.
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Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen näher erläutert.
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Beispiel 1 Dieses Beispiel betrifft eine elektrolytische Zinkplattierung,
und eine Einrichtung für die Ausführung dieseiBehandlung kann zweckmäßig die folgenden
Bäder umfassen, durch welche die behandelten Gegenstände nacheinander in der angegebenen
Reihenfolge geführt werden: a) Alkalische Entfettung b) Waschen c) Elektrolytische
Entfettung d) Waschen e) Waschen f) Elektrolytische Zinkplattierung
| g) Waschen |
| h) Waschen > Dreistufenwaschen im Gegenstrom |
| i) Waschen |
j) Saures Abbeizen k) Chromatbehandlung 1) Waschen m) Waschen mit heißem Wasser
Die
Bäder f bis i entsprechen den Bädern 11 bis 14 in der Zeichnung und die Arbeitsbedingungen
im Bad f (oder 11) sind z.B die nachstehend angegebenen: Elektrolyt Zn 30 g/l NaCN
(gesamt) 80 g/l NaOH 75 g/l Temperatur 25°C Stromdichte (Kathode) 5 A/dm2 Spannung
10 Volt Gesamtfläche des Gegenstandes 2 m2 Gesamt strom 1000 A Uberzugsdicke 12-15
Mikron Entfernung aus Behandlungsbad <D) 500 ml/h Gesamtenergie 10 kW Verdampfung
im Kühler (V) 15 l/h Verhältnis V/D = 30 Beispiel 2 Dieses Beispiel bezieht sich
auf eine Hartchromplattierung und die Einrichtung hierfür umfaßt ein Chromplattierbad,
2 Waschbäder mit kaltem Wasser und 1 Waschbad mit heißem Wasser, wobei die genannten
Bäder den Bädern 11 bis 14 der Zeichnung entsprechen.Die Arbeitsbedingungen der
Chromplattierungsbäder können wie folgt sein: Elektrolyt CrO3 200 g/l H2S04 2 g/l
Temperatur 55°C Stromdichte 35 A/dm2
Spannung 12 Volt Überzugsdicke
30 Mikron Behandlungsdauer 60 min Gesamtfläche des Gegenstandes 1 m2 Gesamtstrom
3500 A Ge samtenergi e 40 kW Verdampfung im Kühler (V) 60 l/h Entfernung von Behandlungsflüssigkeit
(D) 200 ml/h Verhältnis V/D 300 Die Verdünnung in dem letzten Waschbad beträgt dabei
10-5, was etwa 2 mg/l CrO3 entspricht.