DE2048445B2 - Kreislaufverfahren zum Behandeln aluminiumhaltiger Waschlösungen - Google Patents
Kreislaufverfahren zum Behandeln aluminiumhaltiger WaschlösungenInfo
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Description
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Die Erfindung betrifft ein Kreislaufverfahren zum Behandeln von wäßrigen, gelöste Aluminiumverbindungen
enthaltenden alkalischen und sauren Waschlösungen, durch das die Menge an flockenförmigem Material
stark verringert und der Gehalt an trockenem, festem Material, das sich von der Lösung absetzt oder aus
dieser ausgefällt wird, stark erhöht wird. Durch das Verfahren der Erfindung erfolgt ein leistungsfähigeres
und wirksameres Abscheiden von Aluminiumschlamm aus einer wäßrigen verbrauchten Behandlungslösung
unter Beschränkung des Aluminiumschlammvolumens auf ein Minimum.
Nach der Naßverarbeitung von Aluminium müssen lösliche Aluminiumverbindungen aus der wäßrigen
Lösung ausgefällt und von der klaren, oben schwimmenden Flüssigkeit ausgeschieden werden. Aluminiumhydroxid
wurde wegen seiner leichten Absetzbarkeit als flockenförmiger Niederschlag bei der Wasser- und
Abwasserbehandlung verwendet. Jedoch ergab sich bei der Reinigung von Abwässern aus Oberflächenbehandlungen
von Metallen durch das Vorhandensein von Flocken in Form von Aluminiumhydroxid ein bestimmtes
Problem. In Bearbeitungs- oder Behandlungsstraßen von Aluminium wird eine bedeutende Menge des
Metalls von der Oberfläche gelöst, und das ausgefällte Hydroxid wird beim Absetzen nicht zusammengepreßt,
sondern verbleibt in einem flockigen Zustand, nimmt somit einen großen Raum ein und verursacht ein
beträchtliches Gewicht des zu beseitigenden Abfallschlammes.
Das Atomgewicht von Aluminium beträgt 26,97, während das Gewicht von Aluminiumhydroxid 77,99
beträgt, was ein Verhältnis von etwa 1:2,89 darstellt. 1 g
Aluminium, das als metallisches Hydroxid in 1 I Abfallösung entweder aus Aluminiumsulfat oder aus
Natriumaluminat ausgefällt wird, nimmt selbst nach dreistündigem Stehen ein Volumen von etwa 600 ml ein.
Da das Trockengewicht des ausgefällten Aluminiumhy-
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60
65 droxids etwa 3 g beträgt und das Gesamtgewicht der 600 ml Schlamm etwa 600 g, beträgt das Trockengewicht
in dem gesamten Schlamm nur 0,5%. Vom praktischen Standpunkt aus bedeutet dies, daß für jede
Gewichtseinheit, beispielsweise für jedes Kilogramm Aluminium 600 kg Schlamm behandelt werden müssen,
bevor er entwässert oder getrocknet ist. Das Problem wird ferner dadurch kompliziert, daß bei der Oberflächenbehandlung
von Aluminium, beispielsweise bei der anodischen Oxidation, angenommen werden kann, daß
ein Durchschnittsbetrag von 1 bis 2% Aluminium in dem Verfahren weggelöst wird. Somit müssen, bei der
Verwendung derselben Größeneinheiten, in einer Anlage, die 1000 kg Aluminium pro Tag, pro Woche
oder pro Monat verarbeitet, beträchtliche Mengen von schlammigen Abfall beseitigt werden. 2% von 100 kg
verarbeitetem Aluminium schaffen 20 kg Aluminium, welches nach der obigen Rechnung 12 000 kg Schlamm
erzeugt.
Eine große Menge Aluminium wird auch in Metallätzanlagen gelöst, wie sie beispielsweise beim
sogenannten chemischen Fräsen verwendet werden. Flugzeugrahmen werden durch ein chemisches Fräsverfahren
geformt und das entfernte Metall erreicht leicht einen Betrag von 454 kg pro Tag. Die zwei üblichsten
chemischen Verarbeitungslösungen, die hohe Aluminiumkonzentrationen in Oberflächenbehandlungsanlagen
für Aluminium erreichen, sind folgende:
A — Eine sogenannte basische Aluminiumätze, die freies Natriumhydroxid enthält, wird kontinuierlich
und langsam mit Aluminium angereichert, das von der Oberfläche des Metallwerkstückes gelöst
wird und welches aufrechterhalten wird, bis die Aluminiumkonzentration einen relativ hohen
Wert erreicht, zu welchem Zeitpunkt die Lösung verworfen wird und eine neue hergestellt wird.
Eine solche Lösung enthält zu dem Zeitpunkt, an dem sie verworfen wird, Aluminium in einer
Menge von 50 bis 120 g/l mit einem freien Natriumhydroxidgehalt von etwa 30 bis 50 g/l
(NaOH). Das Aluminium liegt in Form von Natriumaluminat, dem basischen Hydroxid von
Aluminium, vor.
B — Eine Säure als anodische Oxidationslösung, die aus etwa 250 bis 300 g/l Schwefelsäure besteht.
Nachdem der Aluminiumgehalt zugenommen hat, muß die Lösung entweder verworfen und erneuert
werden, oder ein Teil muß verworfen und eine neue Säurelösung zugesetzt werden, um die
Aluminiumkonzentration innerhalb eines Bereiches von etwa 30 bis 45 g/l zu halten.
Waschwasser, das auf ein Werkstück nach einem der Verfahren A oder B aufgebracht wird, enthält den Film,
der aus der Verfahrenslösung auf den Oberflächen der nachher abgewaschenen Werkstücke ausgetragen wird.
Das Waschwasser enthält gewöhnlich eine Konzentration an Verfahrenslösung von beträchtlich weniger und
nicht mehr als etwa 1%. Bei der Neutralisation derartiger gelöstes Aluminium enthaltender verbrauchter
Waschwässer wird das Aluminiumhydroxid als flockenartiger Niederschlag ausgefällt, der nicht leicht
auf bekannte Weise verfestigt, komprimiert oder verdickt werden kann.
Eine l%ige Lösung einer Aluminiumätzlösung, die ursprünglich 120 g/l Aluminium und 30 g/l freies NaOH
enthielt, wies z.B. etwa 1,2g/l Aluminium auf. Das Neutralisieren dieser Lösung auf einen pH-Wert von
etwa 7 bis 7,5 mit einer Mineralsäure, wie beispielsweise Schwefelsäure, erzeugte ein gemessenes ausgefälltes
Schlammvolumen in einem geeichten Zylinder von 1 I, das nach 1 Stunde einen abgesetzten Schlamm von 94%
oder 940 ml schlammiger Flüssigkeit ei gab. Dieser Schlamm setzte sich weiter nach 24 Stunden auf 40%
des Volumens der anfänglichen neutralisierten, verbrauchten Lösung von 1 1. Dies zeigt, daß das
neutralisierte Waschwasser nach einer Aluminium-Ätzbearbeitung
ein Schlammvolumen von 940 g nassem Schlamm erzeugt, der 1,2 g des ursprünglichen Aluminiumgehaltes
enthält. Selbst nach 24stündigem Stehen ergaben sich für jeweils 1,2 g Aluminium im Abwasser
400 g Schlammabfall.
Da die ursprünglichen 1,2 g Aluminium etwa 3,5 g Aluminiumhydroxid, bezogen auf trockenen Feststoff,
gebildet haben, enthalten die 940 g Schlamm 0,37% trockene Feststoffe, und der Schlamm enthält selbst
nach 24stündigem Absetzen weniger als 1% (0,86%) trockene Feststoffe. Ein Absetzzeitraum von 24 Stunden
ist wirtschaftlich nicht erreichbar, und der Schlamm kann beim Absetzen nicht ohne zusätzliches Abpumpen
von Wasser aus der oben schwimmenden Flüssigkeit bei dem Versuch der Trennung entfernt werden.
Aufgrund der Erfindung wurde jedoch festgestellt, daß im Vergleich zu dem großen Schlammvolumen, das
durch Neutralisation von Waschwasser erhalten wird, wenn das Waschwasser mit einer verdünnten Konzentration
der Aluminiumlösung arbeitet, die Lage vollständig verschieden ist, wenn das Konzentrat selbst
neutralisiert wird. Das heißt, es wurde festgestellt, daß durch nur leichtes Verdünnen einer ursprünglichen
Ätzlösung unter Herstellung einer Ätzlösung mit einem Gehalt von 2 Teilen konzentrierter Ätze und 1 Teil
Wasser mit der neuen, etwa 90 g/l Aluminium aufweisenden Lösung und durch Neutralisieren dieser
Lösung mit Schwefelsäure auf einen pH-Wert von 7 bis 7,5 ein Gesamtschlamm von 98% der Lösung von 1 1
erzeugt wurde. Dies ergibt einen Gehalt von etwa 270 g Aluminiumhydroxid in 1 1 Schlammvolumen oder 27%
Trockengewicht in dem behandelten nassen Schlamm. Dies hat sich als ein wichtiger Schlüssel zu einer Lösung
des Problems erwiesen.
Es ist bekannt, zur Entfernung von Verunreinigungen aus Abwässern Aluminiumsalze als Flockungs- oder
Koaguliermittel zuzusetzen. Auch hat man bereits zur Reinigung von Metallteilen von Verbrennungsmotoren
aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen rauchende Schwefelsäure angewendet, wobei anschließend mit
Schwefelsäure gespült, dann neutralisiert und schließlich gewaschen wurde. Nach einem anderen bekannten
Verfahren wird zum Beizen von Aluminium das entsprechende Werkstück mit NaOH besprüht, mit
Wasser gespült, dann mit Salpetersäure besprüht, mit Wasser gewaschen und mit Heißluft getrocknet, ohne
daß eine Aufbereitung des Waschwassers in Betracht gezogen wird. Bekannt ist auch die Tatsache, daß die
pH-Werte zur Abscheidung verschiedener Metalle beträchtlich schwanken, wobei für die praktisch
vollständige Fällung von Aluminiumhydroxid ein pH-Bereich von 6,5 bis 9 angegeben wird. Andererseits
sind auch die Löslichkeiten der Metallhydroxide in Abhängigkeit vom pH-Wert bekannt. Darüber hinaus
wird in der Literatur beschrieben, daß eine Vereinigung von sauren und alkalischen Abwässern im Höchstfall
dann angebracht ist, wenn es sich lediglich um die gegenseitige Neutralisation von Säuren und Alkalien
handelt, daß jedoch bei Abwässern von verschiedenem Charakter unbedingt dafür zu sorgen ist, daß diese
getrennt aufbereitet werden und erst nach der chemischen Behandlung vereinigt werden dürfen. Die
einfache Kombination von saurem und alkalischem
ι aluminiumhaltigem Abwasser bringt keinen Erfolg, da
der Schlamm nicht ausreichend zusammengepreßt werden kann. Aufgrund der erfindungsgemäßen Maßnahmen ist jedoch eine Kombination von sauren und
alkalischen Abwässern unter Erzielung hervorragender
ίο Schlammabtrennung möglich. Die Kreislaufführung von
Betriebswasser hat man dadurch ermöglicht, daß die Spülwässer insbesondere durch Ionenaustausch gereinigt
wurden und danach wieder einsatzfähig waren. Doch muß dabei der Ionenaustauscher in regelmäßigen
ι ~> Abständen regeneriert werden.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die sich durch das große Aluminiumschlammvolumen in einer
verbrauchten Behandlungslösung im Vergleich zu dessen Feststoffgehalt ergebenden Schwierigkeiten zu
beseitigen. Dabei sollen die aluminiumhaltigen verbrauchten BehandlungswaschJösungen wirtschaftlich
verwendet, konditioniert und wiederhergestellt werden, indem der ausgefällte Ahiminiumgehalt von flockigem
Schlamm unter wirksamer Erhöhung des Trockenfeststoffgehalts der Volumeneinheit des behandelten
Schlammes konzentriert wird und die Waschlösungen bei Waschvorgängen von Aluminiumwerkstücken wirksam
regeneriert und kontinuierlich wiederverwendet werden. Das Verhältnis des flockigen Schlarnmgehaltes
ui zu dem trockenen Feststoffgehalt einer verbrauchten
wäßrigen Aluminiumlösung soll dabei wirksam vermindert werden.
Gegenstand der Erfindung ist ein Kreislaufverfahren zum Behandeln von wäßrigen, gelöste Aluminiumverbindungen
enthaltenden alkalischen und sauren Waschlösungen aus der Oberflächenbehandlung von Aluminiumwerkstücken,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß die verwendeten Waschlösungen aus den jeweiligen
Waschzonen in eine Rekonditionierungszone abgezogen werden, die alkalische Waschlösung auf einen
pH-Wert von 4 bis unter 6 gebracht und mit saurer Waschlösung vermischt wird, falls erforderlich anschließend
der pH-Wert durch Erdalkalihydroxid oder Kalk auf 4,7 bis 7 angehoben wird und das gereinigte
Abwasser vom Niederschlag abgezogen und sowohl zum Abwaschen von alkalischem als auch saurem
Austrag im Kreislauf wieder verwendet wird.
Die Unteransprüche beinhalten Ausgestaltungen des Verfahrens nach Anspruch 1.
Es ist somit wesentlich, daß der pH-Wert des verbrauchten alkalischen Waschwassers zunächst auf
unter 6 bis 4 gebracht wird, da nur dann das günstigere geringere Schlammvolumen erzielt wird. Nach dem
Stand der Technik wird dagegen nur der Neutralpunkt angestrebt und allenfalls noch auf der alkalischen Seite
gearbeitet.
Auch wird gemäß der Erfindung nur eine sehr geringe im Kreislauf geführte Wassermenge benötigt, ohne daß
Ionenaustauscher erforderlich sind, sondern lediglich einfach zugängliche Chemikalien, wie Erdalkalihydroxid
oder Kalk.
Die Erfindung wird anhand der Zeichnung beschrieben, die eine schematische Darstellung einer Behandlungsstraße
wiedergibt, in der das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt wird.
Bei der Ausführung der Erfindung wurde hinsichtlich einer verbrauchten, wäßrigen, alkalischen Ätzlösung des
Typs A und einer verbrauchten, wäßrigen, sauren
Lösung für die anodische Oxidation des Typs B festgestellt, daß das Verhältnis von trockenem
Schlammgehalt zu feuchtem Schlammvolumen durch Erhöhen der ausgefällten Aluminiumkonzentration
beträchtlich erhöht werden könnte, wenn jede der -, Lösungen neutralisiert wird. Dies ist wichtig, weil
Verarbeitungsstraßen für Aluminium sehr häufig sowohl ein Aluminiumätzbad als auch ein anschließendes Bad
für die anodische Oxidation enthalten (siehe Fig. 1), wobei der Austrag und somit die Waschlösung von κι
jedem Bad einen gelösten Aluminiumgehalt aufweist. Die Ausfällung tritt bei einer verbrauchten wäßrigen
Lösung nach dem Zusatz einer neutralisierenden Chemikalie ein, welche im Fall einer ätzenden
ausgeschleppten Waschlösung eine anorganische Säure ι ■-, sein wird, und im Fall einer sauren ausgeschleppten
Waschlösung ein Erdalkali, wie beispielsweise Kalk oder Calciumhydroxid ist. Ein anderer Vorteil hat sich
daraus ergeben, daß durch Kombination zweier entgegengesetzter Arten von verbrauchten Lösungen
diese unter Neutralisation miteinander reagieren können, wodurch die Notwendigkeit zusätzlicher
Chemikalien auf ein Minimum beschränkt wird. Durch diese Kombination wird auch eine Zunahme der
Konzentration des ausgefällten Aluminiumgehaltes unter Verringerung des Verhältnisses von Schlammvolumen
zu trockenem Feststoffgehalt ermöglicht.
Um den Gehalt an trockenen Feststoffen weiter zu erhöhen, ist es vorteilhaft, die verbrauchten wäßrigen
Waschlösungen zu regenerieren und wieder zu verwen- m den und die Aluminiumkonzentration der wieder
verwendeten Lösung zu erhöhen, die zur Neutralisation zurückgeschickt wird, während gleichzeitig Chemikalien
und Waschwasser eingespart werden. Es erwies sich, daß eine zum Abwaschen des Austrages von den
Oberflächen eines Werkstückes verwendete wäßrige Lösung, die durch Neutralisieren einer vorher verwendeten
wäßrigen, verbrauchten Waschlösung rekonditioniert worden war, nach der Neutralisation angewendet
werden kann, ohne die Oberflächengüte des in Arbeit befindlichen Werkstückes zu beeinträchtigen und das
restliche ausgefällte Aluminiumhydroxid, das durch die rekonditionierte Lösung zurückgetragen wird, nicht
haftet und leicht entfernt werden kann, nachdem das Werkstück gespült worden ist. Das Verfahren kann
kontinuierlich ausgeführt werden, wobei verbrauchtes Waschwasser kontinuierlich entnommen, neutralisiert
und regeneriert wird und rückgeführt und in einem Waschbad oder als eine Waschdusche auf dem
Werkstück wieder verwendet wird, um sowohl ätzenden >o
als auch sauren Austrag zu entfernen.
Zum Beispiel ergab die Verdoppelung des Zusatzes der Aluminiumätzlösung zu 1 I des Gesamtspülwassers
durch langsames Ansammeln von ausgefälltem Aluminium bei konstanter Neutralisation auf einen pH-Wert v-,
von 7 mit Schwefelsäure ein Schlammvolumen nach einstündigem Absetzen von nur 90%. Dies ist
überraschenderweise weniger als das beobachtete Schlammvolumen, wenn nur halb so viel Aluminium auf
die früher angegebene Weise neutralisiert wurde. Nach wi
24 Stunden hatte sich der Abfall weiter auf 63% Schlamm verfestigt, was eine 25%ige Verminderung des
gesamten Schlammvolumens und eine vergleichsweise Zunahme der trockenen Feststoffe in dem Schlamm
anzeigt. Das verwendete Waschwasser schädigt bei μ
Wiederverwendung und ständiger Neutralisierung das Werkstück nicht oder bleibt nachteilig daran haften. Es
dient als Mittel zur Anreicherung der Lösung mil frischem Aluminiumlösungsabfall und zur Herbeiführung
einer Zunahme des trockenen Feststoffgehaltes an ausgefälltem und abgesetztem Schlamm.
Beispielsweise wurden in einer als Beispiel C bezeichneten Anwendung von 201 chemischer Spüllösung
langsame und regelmäßige Zusätze von Ätzlösung in zunehmenden Mengen ausgeführt. Die Ätzlösung
enthielt 120 g/l Aluminium und 30 g/l freies NaOH, während die Lösung für die anodische Oxidation 30 g/l
Aluminium und 300 g/l Schwefelsäure enthielt. Der Zweck bestand darin, das Verfahren bezüglich der
kombinierten Verwendung der zwei Lösungstypen A und B zu untersuchen. Nach dem jeweiligen Zusatz von
Ätzlösung wurde der pH-Wert unter Verwendung einer Schwefelsäurelösung auf neutral eingestellt, und nach
dem jeweiligen Zusatz der sauren Lösung für die anodische Oxidation wurde der pH-Wert durch den
Zusatz von gelöschtem Kalk geregelt. Der jeweilige Zusatz der Ätzlösung und der Lösung für die anodische
Oxidation erfolgte, um die Menge der Austragslösung nachzuahmen, wie sie für ein chemisches Waschbad von
201 eintreten könnte. Dieses Waschwasser wurde verwendet und sus den beiden Verfahrensstufen im
Kreislauf geführv, um den auf dem Werkstück verbleibenden Film der ausgetragenen Verfahrenslösung
zu entfernen. Die so hergestellte kombinierte Abfallösung wurde mit einer Geschwindigkeit von
300 ml/min als rekonditioniertes Waschwasser für die Werkstücke im Umlauf geführt, jeweils kombiniert aus
einem Behandlungsbad einer Ätzlösung und einem Behandlungsbad einer anodischen Schwefelsäureoxidation
in Umlauf geführt. Ein neutraler pH-Wert von etwa 7 wurde mit den chemischen Zusätzen aufrechterhalten.
Im Beispiel C betrug das der umgepumpten chemischen Spüllösung von 201 zugesetzte gesamte
Aluminium 60 g oder 3 g/l. Nachdem die gesamten Zusätze in einer Menge von 3 g/l Aluminium von der
verbrauchten Ätzlösung und auch zu der verbrauchten Lösung der anodischen Oxidation unter regelmäßigem
Neutralisieren ausgeführt waren, wurde das Schlammvolumen gemessen und betrug 85 Vol.-%. Die somit
gebildete chemische Waschlösung wurde über Nacht umgepumpt. Es wurde festgestellt, daß, obgleich das
ausgefällte flockige Aluminiumhydroxid durch das Umpumpen gerührt wurde, der Schlamm auf 55% des
Gesamtvolumens verdichtet wurde, was etwa 9 g Trockengewicht an Aluminiumhydroxid in jeweils
550 ml Schlammvolumen oder eine Trockengewichtskonzentration von 1,98% (besser als 1,5%) anzeigte. Die
3 g/l Aluminium ahmten den Austrag von einer Ätzlösung nach, der entsteht, wenn ein Werkstück mit
einem daran haftenden Film verarbeitet wird. Austrag wurde auch durch den Zusatz wachsender Mengen einer
Verfahrenslösung für anodische Oxidation nachgeahmt, um somit Bedingungen zu schaffen, die herrschen, wenn
das Werkstück sowohl eine alkalische Ätzlösung als auch eine saure anodische Oxidationslösung durchläuft
und von jeder einen nassen Austragsfilm mitführt, der nicht an das Abwassersystem ausgestoßen werden kann.
Eine weitere Verbesserung hinsichtlich der Verringerung des Schlammvolumens und dadurch der Erhöhung
des Trockengewichts des Aluminiumhydroxids in dem . Schlamm wurde dadurch erreicht, daß die chemische
Spüllösung über eine ungefähre Zimmertemperatur von 24°C (vorzugsweise auf ein Minimum von etwa 38°C)
über einen Bereich von bis zu etwa 820C erhitzt wurde und eine Temperatur von etwa 570C bis 630C
beibehalten wurde, während die Lösung umgepumpt
wurde. Das Schlammvolumen wurde von 55% auf 34,4% des Gesamtvolumens vermindert bei einem
trockenen Feststoffgehalt von 2,71 Gew.-%.
Ferner zeigte sich, daß ein durch Neutralisieren einer (alkalischen) Aluminium-Ätzlösung erzeugtes Schlammvolumen
immer größer war, als das Schlammvolumen, das von der Neutralisierung einer (sauren) anodischen
Oxidationslösung erzeugt wurde, was möglicherweise auf die Tatsache zurückgeht, daß das Aluminiumhydroxid
in verschiedener Form ausfällt oder weil das Aluminiumhydroxid, wenn es ausgefällt wird, etwas
Natriumaluminat absorbiert und kein reines Aluminiumhydroxid ist. Ein wichtiger weiterer Vorteil wurde
erreicht, indem zuerst ein Zusatz zur Waschlösung einer Aluminiumätze für die wieder hergestellte chemische
Waschlösung mit einer Mineralsäure, wie beispielsweise
Schwefelsäure, auf einen pH-Wert von unter 6 bis etwa 4 angesäuert wurde, bevor mit Kalk Ca (OH>2
neutralisiert wurde, woran sich dann das Neutralisieren der Lösung auf einen endgültigen neutralen pH-Wert
von etwa 6 bis 7 als ein Optimum, jedoch versuchsweise auch auf einen höheren endgültigen pH-Wert von etwa
8 bis 9 anschloß.
Es wurde festgestellt, daß zu einer verbrauchten Waschwasserlösung in einer Menge von 3 g/l zugesetztes
Aluminium, das vor dem Neutralisieren zuerst angesäuert wurde, beträchtlich weniger Schlamm
erzeugte, als durch einfaches Neutralisieren erreichbar ■-> war. Dies ist nicht nur im Hinblick auf eine weitere
Erhöhung des trockenen Feststoffgehaltes des Schlammes in der verbrauchten Ätzwaschlösung, sondern auch
im Hinblick auf die Rekonditionierung und die Wiederverwendbarkeit der Lösung wichtig.
ίο Die Anwendung einer 2-Stufen-Behandlung für eine
ätzende Waschwasserlösung im Vergleich zu der einfachen Art der Behandlung, bei der der alkalische
Gehalt direkt neutralisiert wird, und wo nur 1,2 g/l Aluminium ausgefällt wurden und das Schlammvolumen
r> nach 1 Stunde 94% betrug, führte unter Verwendung
von 3 g/l Aluminium, einem vorherigen sauren pH-Wert von etwa 4 und der Neutralisation über einem pH-Wert
von etwa 6 (etwa 6 bis 7) zu einem Schlammvolumen von nur 95%. Absitzversuche mit dieser Art von
Behandlung und Neutralisierung der chemischen Waschlösung wurden bei verschiedenen Temperaturen
mit den in Tabelle I angegebenen Ergebnissen ausgeführt.
Tabelle I | 15 Min. | 30 Min. | 60 Min. | 90 Min. | 120 Min. | 3 Std. | 24 Std. |
98,5 | 97,5 | 95 | 92 | 88,5 | 82,5 | 44 | |
1) 24°C | — | 92 | 82,5 | 68 | 62 | 56,5 | 42 |
2) 38° C | 97 | 87,5 | 73,5 | 61 | 58 | 53,5 | 39 |
3) 49° C | 86 | 71 | 56 | 53 | 50 | 46,5 | 35 |
4) 60°C | — | 56 | 40,5 | 37 | — | — | 26 |
5) 79°C | |||||||
Ein anderer Satz von Probelösungen wurde unter der Annahme behandelt, daß die chemische Waschwasserlösung
Austrag sowohl von einer Aluminiumätzbehandlung als auch von einer anodischen Oxidationsbehandlung
enthalten würde. Es wurden gleiche Volumen an Austragslösung in Zuwachsraten von 50 ml von der
alkalischen Waschlösung und anschließend von der anodischen Oxidationslösung verwendet. Nach jedem
Zusatz wurde die alkalische Waschwasserlösung mit Schwefelsäure neutralisiert und die Waschwasserlösung
der anodischen Oxidation mit Kalk, um einen endgültigen pH-Wert von 9 herzustellen. Ermittlungen haben
gezeigt, daß die Erhöhung des pH-Wertes auf etwa 6 bis
7 dieselben Ergebnisse liefert. Der gesamte Zusatz zu einer chemischen Behandlungswaschlösung von 31
betrug 7,5 g Aluminium oder 2,5 g/l Aluminium. Die folgende Tabelle II zeigt die Schlammprozentzahlen für
verschiedene Versuchsbedingungen, wobei unter Punkt 1 die umgepumpte Lösung bei Zimmertemperatur
behandelt und für einen angegebenen Zeitraum
4Ί gehalten oder abgesetzt wird und unter Punkt 2 bis 6 die
Verbesserung ersichtlich ist, die durch Verwendung einer minimalen Haltezeit von 10 min bei den
angegebenen Temperaturen und nach solcher Temperaturhaltezeit durch die Verwendung eines ruhigen Halte-
-)0 oder Absetzzeitraumes erzielt wird.
30 Min. | 60 Mm. | 90 N |
u/o | Vo | % |
95,5 | 91 | 87 |
85 | 75,5 | 69,5 |
67,5 | 58 | 53 |
49 | 42,5 | 40 |
49 | 42,5 | 39,5 |
49 | 41,5 | 39 |
1) | 24° | C | 97,5 |
2) | 38° | C | 94,5 |
10 | Min. | ||
3) | 49° | C | 84 |
10 | Min, | ||
4) | 60° | C | 71 |
10 | Min. | ||
5) | 71° | C | 67 |
10 | Min. | ||
6) | 82° | C | 64,5 |
10 | Min. |
83
64
64
49
38
38
42
37,5
37,5
36
32
34
32,5
32
34
32,5
Aufgrund der Feststellung, daß das Waschwasser der chemischen Behandlung am besten arbeitet, wenn der
Austrag von einer Ätzlösung zuerst angesäuert wird, bevor er mit Kalk neutralisiert wird, und daß der
Austrag von der sauren Lösung für die anodische Oxidation nur mit Kalk neutralisiert zu werden braucht,
um vergleichbare verbesserte Ergebnisse zu erhalten, wurde eine zusätzliche Versuchsreihe durchgeführt.
Gleiche Volumen Ätzlösung und Anodisierungslösung wurden in 50 ml Anteilen jeweils einer chemischen
Waschwasserlösung der vorher erwähnten Art von 3 I zugesetzt. Dann wurde der pH-Wert der kombinierten
Lösung nach jedem Zusatz von Waschwasserlösung der Aluminiumätze auf etwa 2,5 herabgesetzt, worauf
ίο
sowohl die Ätzlösung als auch die Lösung der anodischen Oxidation mit Kalk jeweils auf einen
pH-Wert von 9 neutralisiert wurde. Es wurde festgestellt, daß keine besseren Ergebnisse erzielt werden als
dann, wenn der pH-Wert auf etwa 4, eher als darunter, herabgesetzt wird. Auch wurde ermittelt, daß das
Heraufbringen des Neutralisations-pH-Wertes auf etwa 8 oder 9 keine weitere Verbesserung gegenüber einem
pH-Wert von etwa 6 bis 7 ergibt. In Anbetracht dessen, daß das gesamte Aluminium in den 31 chemischer
Spüllösung 7,5 g Aluminium oder 2,5 g/l Aluminium betrug, wurden aufgrund von Versuchen folgende
Schlammvolumen erhalten:
15 Min.
30 Min.
60 Min.
90 Min.
120 Min.
3Std.
24 Std.
1) | 24° C | 45 | 27 | 26 | 26 | 26 |
2) | 38° C | 22 | 18 | 17,5 | 17,5 | 17 |
10 Min. | ||||||
3) | 49° C | 25 | 18 | 17,5 | 17 | 17 |
4) | 60° C | 26 | 18,5 | 17 | 17 | 17 |
5) | 71°C | 32 | 22 | 19,5 | 19 | 19 |
6) | 82° C | 48 | 29 | 24,5 | 23 | 22 |
Anwendungsbeispiel
In der in F i g. 1 gezeigten Anlage ist ein Werkstück 9
dargestellt, das der Reihe nach von links nach rechts durch ein kaustisches (oder saures) Ätzlösungsbad oder
eine Ätzzone 10 und dann in und durch ein Waschbad einer Behandlungslösung oder eine Waschzone 11
bewegt werden kann. Der Überlauf von der Waschzone 11 wird durch eine Rückführleitung 12 in einen
Behandlungsbehälter 13 einer Rekonditionierungszone gebracht, in der eine anorganische Säure, wie beispielsweise
Schwefelsäure, durch eine Leitung 14 und ein Regelventil 15 zugeführt wird, um zuerst den Überlauf,
der die verwendete wäßrige Abfallwaschlösung von der Zone 1 darstellt, auf einen sauren pH-Wert von weniger
als 6, für bessere Ergebnisse von weniger als 4,7 und für optimale Ergebnisse auf einen pH-Wert von etwa 4
einzustellen. Ein elektrischer Mischer 16 erstreckt sich in den Behandlungsbehälter 13, und eine pH-Sonde ist
vorgesehen, um den erreichten pH-Wert zu prüfen.
Der Überlauf aus dem Behandlungsbehälter 13 wandert durch Leitung 17 in einen zweiten Behandlungsbehälter
18, in welchem vollständige Neutralisation herbeigeführt werden kann, obwohl für die
Abfallbehandlung ein pH-Wert von 4,7 ausreicht, der eine vollständige Ausfällung von Aluminium ermöglicht.
Da der zweite Behälter 18 saures Waschwasser von einer Waschzone 27 durch eine Rückführleitung 28
erhält, wird durch eine Leitung 20 und ein Regelventil 21 ein Erdalkalihydroxid, wie beispielsweise Calciumhydroxid,
zugeführt. Der Behälter 18 weist ebenfalls ein Mischgerät 16 und eine pH-Sonde auf und ist geeignet,
den Überlauf aus dem Behandlungsbehälter 13 und aus der Waschzone 27 aufzunehmen und zu mischen.
Nach der Waschbehandlung in der Zone 11 bewegt sich das Werkstück 9 dann durch ein Spülbad 25 und
dann in und durch einen Behälter 26 für die anodische Oxidation, der Schwefelsäure enthält. Beim Verlassen
des Behälters 26 wird das Werkstück A in und durch 26
17
17
16,5
16
17,5
20
16
17,5
20
jo eine Waschzone 27 bewegt, welche ähnlich der Waschzone U kontinuierlich mit rekonditionierter,
verwendeter, wäßriger Waschlösung versorgt wird, die mittels einer Pumpe 36 durch eine Hauptrückführleitung
37 bewegt wird. Eine Zweigleitung 37a liefert die verwendete, wäßrige Waschlösung durch ein Regelventil
38a an die Waschzone 11 und eine Zweigleitung 376 und ein Regelventil 386 liefern die verwendete wäßrige
Lösung an die Waschzone 27. Das Werkstück wird dann von der Waschzone 27 in einen Spülbehälter 29 bewegt.
Da das Wasser von den Spülbehältern 25 und 29 verhältnismäßig wenig Verunreinigungen aufweist,
kann es, wie dargestellt, aus Überläufen durch eine Rohrleitung 30 an einen Fluß oder die Kanalisation
abgegeben werden.
Die behandelte Lösung von dem zweiten Behälter 18 wandert durch ein Überlaufrohr 32 in einen Heizbehälter
33, der mit einer Dampfheizschlange 33a versehen ist, um ihn auf eine Temperatur von wenigstens 38° C zu
bringen. Nach etwa lOminütigem Erwärmen in dem Behälter 33 läuft die erwärmte Lösung dann über einen
Überlauf in einen Absitzbehälter 34, wo sie abkühlen kann und wo sie bezüglich des Absetzens und der
Entfernung des aluminiumhaltigen Schlammes vollständig rekonditioniert wird. Die wiederhergestellte, verwendete
Waschlösung wandert dann in einen Vorratsbehälter 35, von wo aus sie der Bearbeitungsstraße
zugeführt wird. F i g. 1 zeigt ein typisches Kreislaufsystem, das die wäßrigen Waschlösungen sowohl von
alkalischen als auch sauren Behandlungsstationen der Verarbeitungsstraße kombiniert, rekonditioniert und
wieder verwendet, und eine kontinuierliche Zuführung wieder ergänzter Lösung ohne Schwankungen der
Zufuhr oder des pH-Wertes ermöglicht. Schwankungen des pH-Wertes werden durch Zuführung ausreichender
Mengen an Chemikalien ausgeschaltet, um chemische Schwankungen der zurückkehrenden Abfallwaschlösungen
zu überwinden. Vorzugsweise erfolgt die Trennung nicht nur in einer Art, um eine Wiederver-
Wendung der gelöste Aluminiumverbindungen enthaltenden
Waschlösungen zu bewirken, sondern auch um in erster Linie die Lösung vor der Neutralisation
anzusäuern, wenn sie von einer ätzenden oder alkalischen Station kommt, um einen maximalen Gehalt -3
an trockenen Feststoffen oder ein maximales Verhältnis von trockenen Feststoffen zu Flocken herbeizuführen.
Wenn in der Anodisierungszone 26 eine schwefelhaltige Säure verwendet wird, gelangt Sulfat in den
Austrag auf die Oberfläche des Werkstückes und wird ι ο somit bei 27 durch die Behandlungswaschlösung
abgewaschen und aufgenommen. Es wurde festgestellt, daß die Verwendung von Calcium bei der Konditionierung
einer sulfathaltigen Waschwasserlösung zur Wiederverwendung den maximalen Wert der Sulfat- r>
konzentration, die darin aufgebaut werden kann,
automatisch begrenzt. Es ist somit möglich, die Waschlösung ohne eine zu starke Anreicherung an
Sulfat ständig wieder zu verwenden. Die maximale Sulfatkonzentration beträgt somit eiv-a 2,3 g/l. Obwohl
Aluminiumsulfat der Hauptbestandteil des Austrages ist, fällt das Calcium das Sulfat aus, und das Aluminium
schlägt sich als Hydroxid nieder (siehe Behälter 34 der Zeichnungen).
Obwohl das Verfahren der Erfindung eine kontinuierliche Verwendung und Wiederverwendung einer gegebenen
Menge Waschwasserlösung ermöglicht, ist offensichtlich, daß Frischwasser periodisch oder mit
einer langsamen kontinuierlichen Rate zugesetzt werden kann, um aufgrund von Verdampfung, Schlammentfernung
etc. entstehende Verluste aufzufüllen.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen
Claims (3)
1. Kreislaufverfahren zum Behandeln von wäßrigen, gelöste Aluminiumverbindungen enthaltenden
alkalischen und sauren Waschlösungen aus der Oberflächenbehandlung von Aluminiumwerkstükken,
dadurch gekennzeichnet, daß die verwendeten Waschlösungen aus den jeweiligen Waschzonen in eine Rekonditionierungszone abge- ι ο
zogen werden, die alkalische Waschlösung auf einen pH-Wert von 4 bis unter 6 gebracht und mit saurer
Waschlösung vermischt wird, falls erforderlich, anschließend der pH-Wert durch Erdalkalihydroxid
oder Kalk auf 4,7 bis 7 angehoben wird und das gereinigte Abwasser vom Niederschlag abgezogen
und sowohl zum Abwaschen vcn alkalischem als auch saurem Austrag im Kreislauf wieder verwendet
wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die abgezogene alkalische Waschlösung mit einer Mineralsäure, insbesondere Schwefelsäure,
auf einen pH-Wert unter 6 eingestellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die alkalische Waschlösung mit saurer
Waschlösung auf einen pH-Wert unter 6 eingestellt wird.
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