DE19710563C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Betreiben von Aluminium-Fräsbädern - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Betreiben von Aluminium-Fräs­ bädern, bei dem ein zu fräsendes Aluminium-Werkstück in ein ein Fräsmedium enthaltendes Fräsbad eingetaucht wird, durch eine chemische Reaktion zwischen Aluminium und Fräsmedi­ um das Aluminium oxidiert und in einen löslichen Komplex übergeführt wird, das entstandene Gemisch einer Trennung unterzogen wird, durch die überschüssiges Fräsmedium vom Komplex abgetrennt wird, das rückgewonnene Fräsmedium wieder zum Betreiben von Fräsbädern eingesetzt wird, und der Komplex einem Aufbereitungsprozeß unterworfen wird.

Ein derartiges Verfahren ist aus der EP-A-0 465 822 bekannt.

Das dort beschriebene Fräsbad ist ein alkalisches Fräsbad, in dem Werkstücke aus Aluminium mittels Natronlauge nach der folgenden Gleichung aufgelöst werden:

2Al + 2NaOH + 6H₂O → 2NaAl(OH)₄ + 3H₂

Das Aluminium wurde somit oxidiert und in einen wasserlöslichen Aluminatkomplex Al(OH)₄ ^- übergeführt.

Bei dem in der EP-A-0 465 822 beschriebenen Verfahren zur Wiedergewinnung von Natrium­ hydroxid und zur Gewinnung von Aluminiumhydroxid wird das an Metallionkomplex hoch­ konzentrierte Fräsbadgemisch derart behandelt, daß zunächst ein Dialyseschritt durchgeführt wird. In diesem Dialyseschritt wird ein großer Teil des Natriumhydroxids vom Aluminatkomplex getrennt. Die beim Dialyseschritt erhaltene Natronlauge ist noch ausreichend konzentriert, um wieder einem Fräsbad zurückgeführt werden zu können. Die Aluminatlösung ist allerdings durch den Dialyseschritt erheblich verdünnt worden. Die Konzentration wurde etwa halbiert.

Der Aufbereitungsprozeß des Komplexes besteht nun darin, den Aluminatkomplex durch Zuga­ be von Wasser in unlösliches Aluminiumhydroxid und Natronlauge aufzuspalten, was nach folgender Gleichgewichtsreaktion erfolgt:

Das ausgefällte Aluminiumhydroxid stellt einen wertvollen Stoff dar, der beispielsweise der Aluminiumindustrie zugeführt wird, er entspricht in etwa dem Stoff, der nach dem üblichen Bayer-Verfahren entsteht.

Nachteilig an dem eingangs genannten Verfahren ist, daß bei dem Dialyseschritt, also bei der sogenannten diffusionsdialytischen Entfernung der Natronlauge große Wassermengen benötigt werden, um das Konzentrationsgefälle zum Betrieb der Dialyse aufrecht zu erhalten. Die Dialy­ segeschwindigkeiten sind äußerst niedrig und es wird eine sehr hohe Membranfläche benötigt, um entsprechende Mengen umsetzen zu können.

Um überhaupt eine technisch sinnvolle Aufbereitung des Komplexes durchführen zu können, müssen ausgänglich im Fräsbad sehr hohe Aluminatkonzentrationen erzielt werden, denn sonst ist die Lösung durch die Verdünnung während des Dialyseschrittes so wenig konzent­ riert, daß eine sinnvolle Aufarbeitung nicht mehr möglich ist.

Es wurde aber festgestellt, daß es für das Fräsergebnis ungünstig ist, wenn im Fräsbad nach und nach sehr hohe Konzentrationen an Metallkomplex vorhanden sind, da dadurch die Fräs­ geschwindigkeit stark verringert wird. Geht man beim Betrieb nahe an die Sättigungsgrenze des Metallkomplexes in dem Fräsbad heran, besteht die Gefahr, daß bei Fehlsteuerungen schon im Fräsbad Fällvorgänge stattfinden, was keinesfalls erwünscht ist, da die zu behandeln­ den Werkstücke dann kontaminiert werden und aufwendige Reinigungsschritte nachgeschaltet werden müssen.

Aus der US-A 5 141 610 ist bekannt geworden, bei der Aufarbeitung von sauren oder alkali­ schen Fräsbädern die Abtrennung des Fräsmediums durch eine Elektrodialyse durchzuführen. Bei der Elektrodialyse wird über die Membran ein elektrisches Feld angelegt, bei der die Dialy­ semembran auf der einen Seite beispielsweise Natronlauge aufnimmt, auf der anderen Seite wieder abgibt. An den Elektroden finden Elektrolysevorgänge statt.

Diese Methode benötigt zwar weniger Membranfläche, erfordert jedoch einen hohen Energie­ aufwand und die für eine Elektrolyse notwendigen Elektroden werden von dem stark ätzenden Badmedium angegriffen. Dieses Verfahren ist nicht dafür geeignet, große Mengen von Fräsbad­ flüssigkeit im Bereich von mehreren Hundert Kubikmetern wirtschaftlich sinnvoll aufzuarbeiten.

Gerade eine großtechnische wirtschaftliche Aufarbeitung ist aber ein wichtiger Aspekt der vorliegenden Erfindung.

In der WO 85/01 670 A1 wird ein Verfahren zur Behandlung von wäßrigen, metallionenhaltigen Abfalllösungen beschrieben. Die Separation der Verfahrensprodukte und ihre Abtrennung vom Lösungsmittel Wasser erfolgt durch eine Kombination von Umkehrosmose und einem "wasserspaltenden" Prozeß, beispielsweise der Elektrodialyse. Mittels der ionenselektiven Elektrodialyse werden die Verfahrensprodukte voneinander separiert und mittels der Umkehr­ osmose wird das Wasser von den Verfahrensprodukten abgetrennt, wobei die Reihenfolge beliebig ist. Die verschiedenen Prozeßströme werden zumindest teilweise recycled.

Die Umkehrosmose ist nicht ionenselektiv und kann daher nur in Kombination mit einem ande­ ren Verfahren wie beispielsweise der Elektrodialyse für die Separation von Verfahrens­ produkten eingesetzt werden. Die Kombination zweier Verfahren bedingt einen erhöhten ver­ fahrenstechnischen Aufwand. Auf die Problematik der Elektrodialyse wurde bereits hingewiesen.

In der US-A-5,587,083 wird ein Verfahren zur Nanofiltration konzentrierter wässriger Salz- Lösungen beschrieben. Dabei wird eine Salz-Lösung unter Überdruck über eine Nanofiltration- Membran geführt, wobei monovalente und multivalente Ionen separiert werden.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung wird unter dem Begriff Fräsen nicht nur ein geringes oberflächliches Anätzen oder Beizen eines Metallstückes verstanden, sondern auch ein ganz definierter erheblicher Materialabtrag, wie er ansonsten nur durch spanabhebende Bear­ beitung erfolgt.

In der Flugzeugindustrie werden große Bauteile aus Aluminium eingesetzt, beispielsweise sind Flugkörper im wesentlichen aus einer Aluminiumhaut aufgebaut. Aufgrund von Ferti­ gungstoleranzen bei den Umformungsprozessen beispielsweise zur Bildung von Flugzeug­ hautverkleidungen ist es notwendig, die bereits vorgeformten Teile einem chemischen Ätzen oder Fräsen zu unterziehen, um ganz definiert, oftmals auch nur in bestimmten Bereichen erhebliche Mengen an Material, also Aluminium, abzutragen. In der Flugzeugindustrie spielt das Gewicht der Bauteile eine erhebliche Rolle, so daß es üblich ist, geformte Bauteile, die aufgrund von Fertigungstoleranzen zu schwer sind, auf ein bestimmtes Gewicht chemisch zu fräsen.

Dementsprechend sind die Fräsbäder sehr groß, Inhalte von 60 m³ sind möglich, um solch große Bauteile behandeln zu können. Demzufolge fallen sehr hohe Mengen an aufzu­ arbeitenden Fräsbädern an.

Hier setzt nun die Erfindung an und es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Aluminium-Fräsbad derart zu betreiben sowie eine geeignete Vorrichtung bereitzustellen, daß jeweils günstige und einfach zu steuernde Fräsbadbedingungen vorliegen, dennoch eine apparativ einfache und energetisch wenig aufwendige Aufbereitung des Fräsbades möglich ist.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß dem Fräsbad ein Gemisch aus gelös­ ten komplexierten Aluminium-Ionen und Fräsmedium bei einer Konzentration an gelösten komplexierten Aluminium-Ionen entnommen wird, die weit unter deren Sättigungsgrenze liegt, daß die Trennung eine Nanofiltration ist, bei der das Fräsmedium unter Anwendung des Prinzips der umgekehrten Osmose vom Gemisch abgetrennt wird, wobei gleichzeitig eine Auf­ konzentration des Rückstandes an komplexierten Aluminium-Ionen stattfindet.

Es wird somit entsprechend einem ersten wichtigen Aspekt der Erfindung das Gemisch aus gelösten komplexierten Aluminium-Ionen und Fräsmedium schon bei einer relativ geringen Konzentration an komplexierten Aluminium-Ionen entnommen. Wie bereits erwähnt, wurde festgestellt, daß gut steuerbare und definierte Ätz bzw. Fräsbedingungen bei relativ geringen Konzentrationen an gelöstem Aluminatkomplex erzielt werden können, die bei zunehmender Konzentration immer ungünstiger werden und steuerungstechnisch schwierig zu erfassen sind.

Der zweite wichtige Aspekt der Erfindung eröffnet nun die Möglichkeit einer nachgeschalteten wirtschaftlich sinnvollen Aufbereitung deswegen, da durch die Trennung über eine Nano­ filtration gleichzeitig eine Aufkonzentration des Rückstandes am komplexierten Aluminium- Ionen stattfindet.

Bei der Nanofiltration wird das zu filtrierende Medium mit einem Druck beaufschlagt und es erfolgt eine ionenselektive Membrantrennung. Für den Begriff Nanofiltration existieren auch die Synonyme Hyperfiltration und Niederdruckumkehrosmose. Kleine Moleküle wie beispiels­ weise Natriumhydroxid oder Wasser können die Membran leicht passieren, größere Moleküle, wie beispielsweise der Metallkomplex, können die Membran nur erschwert passieren. Dadurch kann sowohl Wasser als auch das Fräsmedium, beispielsweise Natronlauge, aus dem Fräsbad­ gemisch abgetrennt werden, wodurch dann die Konzentration an Metallkomplex in der verbleibenden Lösung erhöht wird.

Es wird bei der erfindungsgemäßen Betreibung des Fräsbades nicht abgewartet, bis in dem Fräsbad eine solche hohe Konzentration an Metallkomplex entstanden ist, die eine spätere wirtschaftlich sinnvolle Aufbereitung ermöglicht, sondern es wird aus dem Fräsbad bereits bei sehr geringen Konzentrationen entnommen. Bei der nachgeschalteten Nanofiltration wird das Fräsmedium und Wasser abgetrennt und somit gleichzeitig der Metallkomplex so auf­ konzentriert, daß eine wirtschaftlich sinnvolle Aufbereitung des Komplexes durchführbar ist.

Somit wird die Aufgabe vollkommen gelöst.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, bei der bei dem Aufbereiten des Aluminat- Komplexes wieder Fräsmedium freigesetzt wird, wird die dabei resultierende Lösung ebenfalls der Nanofiltration zugeführt.

Greift man wieder auf das Beispiel der Aufarbeitung eines Natriumaluminatkomplexes zurück, so entsteht dabei wieder Natronlauge. Das heißt, im wässrigen Filtrat sind Natronlauge und auch noch Restmengen an Natriumaluminatkomplex enthalten. Durch die Zuspeisung dieser Lösung zu der Lösung, die der Nanofiltration zugeführt wird, kann das Natriumhydroxid, das bei der vorangegangenen Nanofiltration noch im Aluminatkomplex gebunden war, nun ebenfalls abgetrennt werden, und in das Fräsbad zurückgeführt werden. Dadurch es dann möglich, etwa die gesamte notwendige Natronlauge im Kreislauf zu führen, was bei großtechnischen Anlagen einen erheblichen ökonomischen und auch ökologischen Effekt bedeutet.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Aufbereitung des Aluminat- Komplexes durch Verdünnen mit Wasser und Fällen und Abtrennen des Aluminiums als Hydro­ xid erfolgt, wird die Wasserzugabe so gesteuert, daß das bei der Abtrennung resultierende Filtrat den Verdampfungsverlust des Fräsbades ausgleicht.

Fräsbäder werden oftmals bei hohen Temperaturen, etwa im Bereich von 75-80°C geführt, so daß eine erhebliche Menge des Wassers des Fräsbades nach und nach verdampft. Durch Zugabe eines entsprechend verdünnten Filtrates aus dem Aufbereitungsprozeß des Aluminat- Komplexes können der Nanofiltration entsprechende Wassermengen zugeführt werden, die zusammen mit der Natronlauge durch die Membran der Nanofiltration hindurchtreten und somit für eine ausreichende Nachführung an Wasser zum Fräsbad sorgen.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird dem Fräsbad das Gemisch aus gelösten komplexierten Aluminium-Ionen und Fräsmedium entweder laufend oder chargenweise ent­ nommen. Je nach Größe der Anlage und den steuerungstechnischen Gegebenheiten kann das Gemisch entsprechend entnommen werden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung, nämlich beim Betrieb von alkalischen Fräs­ bädern zum Auflösen von Aluminium, wird das Gemisch aus Lauge und Aluminatkomplex bei Aluminium-Badkonzentrationen im Bereich von 5-20 g/l Aluminium entnommen. Diese Maß­ nahme hat nun den Vorteil, daß das Bad bei äußerst günstigen Konzentrationen an Aluminium betrieben wird. Bei äußerst geringen Aluminiumkonzentrationen im Bad liegt praktisch reine Natronlauge vor, die so konzentriert und aggressiv ist, daß beispielsweise beim Eintauchen von sehr großen Teilen kein gleichmäßiges Ätz- bzw. Fräsergebnis erzielt werden kann, da die zuerst eingetauchten Bereiche länger und damit stärker gefräst werden als die später einge­ tauchten Bereiche. Bei sehr hohen Konzentrationen an Aluminium im Fräsbad nimmt die Fräsgeschwindigkeit stark ab und es besteht die Gefahr an Überkonzentrationsstellen, so daß Ausfällungen stattfinden.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt die Konzentration an Lauge im Fräsbad im Bereich von 110-150 g/l Natriumhydroxid. Es wird das bei der Nanofiltration entstandene Natriumhydroxid laufend so zurückgeführt, daß in diesen günstigen Bereichen die Konzentrati­ on gehalten wird, so daß ein optimales und definiertes, somit einfach steuerbares Fräsergebnis erzielt werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Nanofiltration so durchgeführt, daß eine Aufkonzentration des Aluminiums bis zu 100 g/l erfolgt.

Durch Aufkonzentrationen in diese Größenordnungsbereiche entsteht eine übersättigte Lösung an Aluminat-Komplex, die einer wirtschaftlichen Aufbereitung zugänglich ist. In dieser Lösung finden bereits spontan Auskristallisationsvorgänge statt.

Wenngleich im Vorangegangenen im wesentlichen zur Erläuterung alkalische Fräsbäder zum Auflösung von Aluminium beschrieben wurden, ist selbstverständlich, daß auch andere Metalle gefräst werden können, die mit alkalischen Medien sich auflösen und entsprechende Komple­ xe bilden, wie zum Beispiel Zink.

Desgleichen ist auch ein saurer Betrieb von Fräsbädern möglich, in denen die Komplexierung mit dem Anion der Säure erfolgt, beispielsweise bei der Auflösung mit Salzsäure sogenannte Chloro-Komplexe gebildet werden. Auch solche Komplexe sind einer Aufarbeitung zugänglich, durch Verdünnen mit Wasser bzw. durch Alkalisieren können dann wieder die entsprechenden Metallhydroxide ausgefällt werden.

Es versteht sich, daß die vorstehend genannten und die nachstehend noch zu erläuternden Merkmale nicht nur in den angegebenen Kombinationen, sondern auch in anderen Kombinati­ onen oder in Alleinstellung einsetzbar sind, ohne den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen. Die Erfindung wird nachfolgend an Hand einiger Ausführungsbeispiele im Zusam­ menhang mit den beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 schematisch eine Anlage mit der das erfindungsgemäße Verfahren betrieben wird, und

Fig. 2 ein Diagramm, bei dem die Konzentration an Fräsmedium gegenüber der Kon­ zentration an gelöstem Aluminatkomplex aufgetragen ist, zur Erläuterung der Verfahrensführung.

In Fig. 1 ist ein Fräsbad 10 ersichtlich, in dem als Fräsmedium eine wässrige Lösung von Natriumhydroxid enthalten ist. Das Fräsbad hat ein Volumen von etwa 60 m³ und wird bei einer Temperatur von 75-80°C betrieben, so daß bereits erhebliche Wasserdampfmengen 12 entweichen.

In das Fräsbad 10 werden metallische Werkstücke aus Aluminium eingetaucht, beispielsweise großflächig gebogene Flugzeugverkleidungselemente mit einem Ausmaß von mehreren Me­ tern.

Das Aluminium des Werkstückes reagiert mit der Natronlauge unter Bildung von Wasserstoff und einem löslichen Natriumaluminatkomplex, NaAl(OH)₄.

Im eingefahrenen Zustand der Anlage wird bereits bei einer Badkonzentration von etwa 10 g Aluminium pro Liter Badflüssigkeit diese entnommen und einem Nanofilter 14 zugeführt, in dem eine Nanofiltration durchgeführt wird.

Der Nanofilter 14 ist so aufgebaut, daß ein inneres Rohr eine rohrförmige Stützstruktur auf­ weist, in der eine Membran aufgelegt ist. Dieses Rohr ist von einem weiteren Rohr umgeben.

Solche Nanofilter werden handelsüblich als Moduleinheiten eingesetzt, wie sie beispielsweise unter der Bezeichnung SeIRO Tubula Modul TM 1228 von der Firma Membrane Products Kiryat Weizmann Ltd., Rehovot/Israel angeboten wird. Die eingesetzte Membran hat die Spezifizie­ rung MPT-34.

Das Membranrohr eines Rohrmoduls weist etwa einen Durchmesser von 10 mm auf, der Stützkörper besteht aus einem perforierten, porösen rohrförmigen Stützkörper, auf dem die handelsübliche Membranfolie, z. B. MPT-34, aufgelegt ist.

Ein solches Modul wird im Querstromprinzip geführt, d. h. die Fräsbadlösung wird, über eine hier nicht dargestellte Pumpe mit einem Druck von 1-6 MPa beaufschlagt und in einer Rich­ tung durch das innere Rohr mit einer Geschwindigkeit von 1-2 m/s geführt. Unter diesen Bedingungen treten Natriumhydroxid und Wassermoleküle durch die Membran in radialer Richtung hindurch und werden in das sogenannte NaOH-Permeat übergeführt, das dem Fräsbad 10 rückgeführt wird. Die an Wasser und Natriumhydroxid verarmte Fräsbadlösung ist nach Verlassen des Nanofilters 14 an Aluminatkomplex aufkonzentriert. Die Bedingungen sind so gewählt, daß eine Aufkonzentrierung in den Bereich von etwa 50-100 g/l Aluminium erfolgt.

Diese als Al-Konzentrat bezeichnete Flüssigkeit kann nunmehr einem Aufbereitungsprozeß zugeführt werden, der entweder vor Ort oder bei einem Unternehmen, das Aluminium her­ stellt, durchgeführt werden kann.

Das Al-Konzentrat wird nach dem bekannten Bayer-Verfahren mit Wasser verdünnt, und gege­ benenfalls unter Hinzugabe von entsprechenden Keimen wird das entstandene Aluminium­ hydroxid Al(OH)₃ ausgefällt und abzentrifugiert und als Al-Produkt beispielsweise der Alumini­ umherstellung zugeführt.

Das bei der Abtrennung des ausgefällten Al(OH)₃ durch Filtrieren oder Zentrifugieren verblei­ bende Filtrat enthält die bei der Aufspaltung des Natriumaluminatkomplexes entstandene Natronlauge und gegebenenfalls noch gelösten nicht gespaltenen Natriumaluminatkomplex. Dieses Filtrat kann erneut dem Nanofilter 14 zugespeist werden, dort in das NaOH-Permeat überführt werden und dem Fräsbad 10 rückgeführt werden.

Somit ist es möglich, bei großtechnischen Anlagen vor Ort das Natriumhydroxid (NaOH) in einem geschlossenen Kreislauf zu führen. Bedenkt man, daß bei einem Flugzeughersteller etwa 1.200 t Natriumhydroxid pro Jahr in Fräsbädern verwendet werden, wird die wirtschaft­ liche Dimension der Rückgewinnung und Rückführung von Natronlauge deutlich.

An Hand des Diagramms von Fig. 2 ist die vorteilhafte Verfahrensführung noch deutlicher ersichtlich. Das Fräsbad 10 von Fig. 1 wird so betrieben, daß die Konzentration an Natronlauge bei etwa 120 g/l liegt, die Konzentration an gelöstem Aluminium etwa im Bereich von 10 g/l liegt. Durch die Nanofiltration und die ständige Rückführung an entstandenem NaOH-Permeat können diese Badbedingungen andauernd aufrecht erhalten werden. In diesem Bereich sind optimale Ätz- bzw. Fräsergebnisse zu erzielen, d. h. die Fräsgeschwindigkeit ist nicht so hoch, daß große Teile während des Eintauchvorganges unterschiedlich gefräst werden, die Fräsge­ schwindigkeit ist aber noch ausreichend und wünschenswert hoch.

Bei der Nanofiltration wird die Konzentration an Aluminium erhöht, wie das durch den horizon­ talen Pfeil nach rechts angedeutet ist. Man landet in dem dargestellten Ausführungsbeispiel bei einer Aluminiumkonzentration von etwa 75 g/l. In diesem Zustand ist bereits etwa 70-80 % der im Fräsbad enthaltenen Natronlauge entnommen worden und in das NaOH-Permeat übergeführt worden.

Es wird zunächst ein Verdünnungsschritt mit Wasser durchgeführt, so daß diese Lösung ent­ sprechend relativ an Natrium und Aluminium (in Form des gelösten Aluminatkomplexes) verarmt.

Anschließend wird durch Hinzugabe von Keimen das Aluminiumhydroxid ausgefällt und das ausgefällte Aluminiumhydroxid abfiltriert oder beispielsweise abzentrifugiert. Das entstandene Filtrat enthält neben Restmengen des noch ungespaltenen Natriumaluminatkomplexes Nat­ ronlauge, die bei der Spaltung des Komplexes entstanden ist, das heißt, es wird wieder zuvor gebundene Natronlauge frei.

Dieses Filtrat wird wieder der Nanofiltration zugeführt, es wird dabei so gesteuert, daß das Natriumhydroxid-Permeat so weit verdünnt wird, daß die Verdampfungsverluste des Fräsbades ausgeglichen werden.

Der beschriebene Verdünnungsschritt wird deswegen zunächst ausgeführt, da ein direktes Aufspalten der hochkonzentrierten Aluminatlösung zu einer Natriumhydroxidkonzentration im Filtrat führen würde, die wesentlich höher ist als die im Bad gewünschte Lösung.

Durch die Rückführung des Filtrats nach der Fällung des Aluminiumhydroxides können die restlichen 20-30% der im Fräsbad enthaltenen Natronlauge rückgewonnen und dem Kreislauf zurückgeführt werden, so daß letztendlich keine Natronlauge verbraucht wird.

Es ist einleuchtend, daß dieses Verfahren steuerungstechnisch sehr einfach zu erfassen ist, es braucht lediglich die Aluminiumkonzentration gemessen werden und dann entweder laufend oder batchweise das Gemisch aus dem Fräsbad abgeführt werden.

In Fig. 2 ist mit der gestrichelten Sägezahnkurve eine konventionelle Badführung dargestellt.

Beginnt man am linken oberen Ende der Sägezahnkurve, so ist ersichtlich, daß bei Badkon­ zentrationen mit etwa 150 g Natriumhydroxid pro Liter Lösung ausgegangen wird. Durch Reaktion mit dem Aluminiumwerkstück nimmt die Konzentration an Natronlauge ab und die Konzentration an gelöstem Aluminium zu, bis beispielsweise auf einen Wert im Bereich von 20 g/l Aluminium. Durch äußere Hinzugabe von Natriumhydroxid zum Fräsbad steigt dessen Konzentration wieder sprunghaft an und es geht der Fräsprozeß weiter, wobei wieder Natron­ lauge verbraucht wird und laufend die Konzentration an Aluminium im Fräsbad ansteigt. Bei Erreichen einer Konzentration von 30 g Aluminium pro Liter Fräsbad wird erneut Natronlauge hinzugegeben, in diesem Zustand wird ein solches Bad bereits als ein schlechtes Bad bezeich­ net. Es kann dann bis an die Sättigungskurve herangefahren werden und dadurch bei diesen Bedingungen etwa maximal eine Konzentration von knapp 50 g/l Aluminium erreicht werden. Hier besteht aber schon die Gefahr, daß Ausfällungen stattfinden, da schon sehr nahe im Grenzbereich der Sättigung gearbeitet wird. Es ist ersichtlich, daß die Steuerung über die Sägezahnkurve erhebliche meßtechnische Apparaturen notwendig macht, die wesentlich aufwendiger sind als bei der Erfassung entsprechend dem erfindungsgemäßen Verfahren.

Mit der beschriebenen Badführung kann durch Arbeiten bei jeweils optimalen Fräs­ bedingungen eine Verdoppelung der Abtragsleistung von etwa 1 mm pro Stunde auf etwa 2 mm pro Stunde Materialstärke erzielt werden.

Ferner wird eine erhebliche Verminderung der Ausfallzeiten zur Baderneuerung festgestellt, bei dem Betrieb entsprechend der Sägezahnkurve bestehen etwa 30% Ausfallzeiten, um nämlich das komplette Bad auszutauschen und durch ein frisches zu ersetzen, den Bodenkörper aus bereits angefallenem Al(OH)₃ zu entfernen und um zyklisch Natronlauge zuzugeben.

Aufgrund der exakten Betriebsweise bei idealen Bedingungen ist es möglich, sehr nahe an die optimale Frästiefe steuerungstechnisch heranzugeraten, vorher waren allenfalls 90% der optimalen Frästiefe zu erreichen, wobei iterative Meßverfahren durchgeführt werden mußten.

Claims (9)

1. Verfahren zum Betreiben von Aluminium-Fräsbädern,

• a) bei dem ein zu fräsendes Aluminium-Werkstück in ein ein Fräsmedium enthaltendes Fräsbad eingetaucht wird,
• b) durch eine chemische Reaktion zwischen Aluminium und Fräsmedium das Aluminium oxidiert und in einen löslichen Aluminat-Komplex übergeführt wird,
• c) das entstandene Gemisch einer Trennung unterzogen wird, durch die über­ schüssiges Fräsmedium vom Aluminat-Komplex abgetrennt wird,
• d) das rückgewonnene Fräsmedium wieder zum Betreiben von Fräsbädern eingesetzt wird, und
• e) der Aluminat-Komplex einem Aufbereitungsprozeß unterworfen wird,

dadurch gekennzeichnet,

• a) daß dem Fräsbad ein Gemisch aus gelösten komplexierten Aluminium-ionen und Fräsmedium bei einer Konzentration an gelösten komplexierten Aluminium-Ionen entnommen wird, die weit unter deren Sättigungsgrenze liegt,
• b) daß die Trennung eine Nanofiltration ist, bei der das Fräsmedium unter Anwendung des Prinzips der umgekehrten Osmose vom Gemisch abgetrennt wird,
• c) wobei gleichzeitig eine Aufkonzentration des Rückstandes an komplexierten Aluminium-Ionen stattfindet.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
bei dem beim Aufbereiten des Aluminat-Komplexes wieder Fräsmedium freigesetzt wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß die resultierende Lösung ebenfalls der Nanofiltration zugeführt wird

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Aufbereitung des Aluminat-Komplexes durch Verdünnen mit Wasser und Fällen sowie Abtrennen des Aluminiums als Hydroxid erfolgt, und die Wasserzugabe so gesteu­ ert wird, daß das bei der Abtrennung resultierende Filtrat Verdampfungsverluste des Fräsbades ausgleicht.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, dadurch gekennzeichnet, daß dem Fräsbad das Gemisch aus gelösten komplexierten Aluminium-Ionen und Fräs­ medium laufend oder chargenweise entnommen wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gemisch aus Lauge und Aluminatkomplex bei Al-Badkonzentrationen im Bereich von 5-20 g/l entnommen wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration von Lauge im Bereich von 110-150 g/l gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-6, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofiltration so durchgeführt wird, daß eine erhebliche Aufkonzentration des Aluminiums bis zu 100 g/l erfolgt.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-7, dadurch gekennzeichnet, daß die Nanofiltration bei Drücken im Bereich von 1-6 MPa durchgeführt wird.

9. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1-8,
mit einem Fräsbad (10),
mit einer Vorrichtung zum Entnehmen und Trennen des im Fräsbad (10) entstandenen Gemisches,
mit einer Vorrichtung zur Rückführung des abgetrennten Fräsmediums in das Fräsbad,
mit einer Vorrichtung zur Aufbereitung des abgetrennten Gemischrestes,
wobei die Vorrichtung zum Trennen ein Nanofilter (14) ist, in dem das Fräsmedium vom Gemisch abtrennbar ist,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Nanofilter (14) derart gestaltet ist, daß er Natrium-Aluminat zurückhält.