DE2746001A1

DE2746001A1 - Verfahren zur reinigung von metallspaenen

Info

Publication number: DE2746001A1
Application number: DE19772746001
Authority: DE
Inventors: Horst Dr Brunn; Michael Dr Poppe; Bernd Dr Stephan; Gerhard Dr Winter
Original assignee: Bayer AG
Current assignee: Bayer AG
Priority date: 1977-10-13
Filing date: 1977-10-13
Publication date: 1979-04-19
Also published as: FR2406003A1; BE871226A; JPS5464023A; GB2006830A; IT7851453A0; AU4058078A

Description

Bei der spanabhebenden Bearbeitung von Metallen fallen Späne an, die in vielen Fällen durch Öl/Wasser-Emulsionen verschmutzt sind. Es ist in der Regel nicht möglich, den Restölgehalt der Späne durch Zentrifugieren auf weniger als 3 bis 4 Gew.-% zu senken. Bei vielen Verwendungszwecken, beispielsweise beim Einschmelzen oder beim Einsatz der Späne als Desoxidationsmittel stört jedoch ein solch hoher ölgehalt. Waschverfahren zum Säubern und Entfetten von Metalloberflächen sind bekannt, beispielsweise aus JOT Journal f. Oberflächentechnik (1974) 7/8, 36-39.

Die besonderen Schwierigkeit beim Waschen von Metallspänen bestehen jedoch darin, daß die Späne in der Regel ein außerordentlich breites Kornspektrum (wenige .um bis zu etwa 10 mm) aufweisen. Um die Späne ausreichend zu entölen, muß man für Turbulenz in der Waschflotte sorgen. Von der turbulenten Strömung wird der Feinanteil jedoch leicht fortgeschwemmt. Er setzt sich dann an Stellen mit niedrigerer Fließgeschwindigkeit im System ab. Aufgrund der großen Oberfläche des Feinanteils reichert sich das öl in ihm an. Der Feinanteil wird dadurch einer Weiterverwendung entzogen, da

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eine Spefcialbefcandlurvq l\ir g

Der Feinanteil macht bei vielen Spänesorten jedoch leicht mehr als 10 Gew.-% aus, ein Verlust dieser Späne verteuert die Reinigung.

Ein weiteres Problem stellt die Aufbereitung der Waschflotte dar. Durch hydrophobe Adsorptionsmittel lassen sich zwar die meisten Emulsionen ohne großen apparativen Aufwand entölen. Die entsprechend wirksamen Adsorptionsmittel, beispielsweise Aktivkohle oder hochdisperse, hydrophobe Kieselsäure sind aber zu teuer, um ständig größere ölmengen auszuschleusen. Das bekannte Ausflocken von öl mit Metallsalzen, wie z.B. Eisen- und Magnesiumchlorid oder Aluminiumsulfat (Literatur Galvanotechnik 64 (1973) 9, 795-805; Mineralöltechnik 19 (1974) 13,1-18) führt zu großen Schlamm-Mengen, die eingeengt und verbrannt werden müssen. Das Spalten von Emulsionen mit Hilfe von Tauchbrennern oder mehrstufigen Verdampfungsanlagen verursacht hohe Anlage- und Energiekosten (Maschinenmarkt 80 (1974) 72, 1403, Industrieanzeiger 96 (1974) 69, 1544-1545).

Ziel der vorliegenden Erfindung ist es, die Nachteile der bekannten Verfahren zu vermeiden und ein einfaches Reinigungsverfahren bereitzustellen.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist somit ein Verfahren zum Reinigen von öl und in der Regel zusätzlich Wasser enthaltenden Eisenspänen, das dadurch gekennzeichnet ist, daß man Eisenspäne intensiv mit einer Waschflotte behandelt, die gewaschenen Späne anschließend zumindest teilweise durch Magnetscheidung von der Waschflotte trennt, die abgetrennten Späne trocknet, aus der verunreinigten Waschflotte die ölhaltigen Bestandteile weitgehend abtrennt und zur Reinigung weiterer Späne rückführt.

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Durch die erfindungsgemäße Kombination von Maßnahmen können auch Eisenspäne mit hohem Feinanteil, d.h. mit breitem Kornspektrum (etwa von 1 ,um bis 1 mm) praktisch ohne Verlust an Eisen gereinigt werden. Die Waschflotte wird so regeneriert, daß sie im Kreis zu führen ist und nur die Wasserverluste ersetzt werden müssen. Das Waschen der Späne erfolgt vorteilhafterweise in einer unperforierten Schneckentrommel, einer Rohrschnecke oder einer Doppelpaddelschnecke, wobei die Waschflotte vorteilhaft im Gegenstrom zu Spänen geführt wird. Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens können die etwa 10 bis 20 Gew.-% Waschflotte enthaltenden Späne im Anschluß an das Waschen in einer Zentrifuge auf etwa 2 bis 5 Gew.-% Restfeuchte vorgetrocknet werden, wonach man die Späne, die in der Zentrifuge abtrennbar sind, in einem Trommeltrockner oder einer Trockenschnecke bei Temperaturen von etwa 100 bis 300°C trocknet. Den Durchschlag der Zentrifuge, d.h. die Waschflotte und einen gewissen Feinanteil der Späne (Kornspektrum etwa 1 ,um bis 0,5 mm) führt man erfindungsgemäß über einen Magnetscheider. Werden sehr feinteilige Eisenspäne gewaschen (d.h. der Feinanteil an Spänen mit Teilchengrößen zwischen etwa 1,um und 0,5 mm liegt in der Größenordnung von 20 Gew.-%), wird nach einer anderen Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens der Gesamtstrom der Waschflotte über den Magnetscheider geführt, damit sich der Feinanteil nicht in der Waschflotte anreichert. Die Absetzgeschwindigkeit von mit öl überzogenen feinen Eisenspänen ist so gering, daß sie in der Waschflotte schweben. In höherer Konzentration besteht die Gefahr, daß sich Filter zusetzen und übermäßiger Verschleiß in den Pumpen auftritt. Weiter wird die Aufbereitung der Waschflotte erschwert, da die vorgesehene Emulsionstrennung eine von Feststoffen freie Lösung verlangt. Die vom Magnetscheider abgetrennten Späne gibt man mit dem in der Zentrifuge abgetrennten Hauptstrom der Späne in den Trockner.

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Nach einer weiteren Verfahrensvariante verzichtet man auf die Vorentwässerung der gewaschenen Späne in einer Zentrifuge. Es ist hier notwendig, die Waschflotte zusammen mit den Spänen aus der Waschschnecke über einen Magnetscheider zu führen, um die Späne aus der mitgeförderten Waschflotte abzutrennen. Das Zusatzwasser, das die unvermeidlichen Wasserverluste und das im Trockner ausgeschleuste Wasser ersetzt, gibt man bei allen Verfahrensvarianten vorteilhafterweise dem Magnetscheider zu. Hier übt das Wasser eine gewisse Verdrängungswirkung gegenüber der verschmutzten Waschflotte aus. Um ein Aufsalzen der Waschflotte zu verhindern, wird vorzugsweise voll entsalztes Wasser zugesetzt.

Als Waschflotte für die Behandlung der Späne eignen sich waschaktive Substanzen, wie z.B. anion- oder kationaktive oder nichtionogene Tenside wie Sulfonate (Alkansulfonate, Alkylbenzol-Sulfonate), Polyglykol-Äther, Fettalkohol- oder Alkylphenole Äthyloxid-Addukte u.a. gelöst in Wasser. Der pH-Wert der Waschflotte liegt vorzugsweise zwischen 10 und 12.

Die Dosierung des Waschmittels muß, um eine optimale Waschwirkung zu erzielen, in Abhängigkeit von der zu waschenden Spänemenge und dem Verschmutzungsgrad erfolgen. Vorzugsweise werden pro kg verschmutzter Späne etwa 0,1 bis 20 g waschaktiver Substanz, enthalten in 0,1 bis 5 1 Waschflotte, zugesetzt. Die Temperatur während der Waschbehandlung liegt bei etwa 20 bis 95°C, vorzugsweise bei Temperaturen oberhalb von 70 C.

Die verschmutzte Waschflotte kann nach verschiedenen Verfah-

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ren, beispielsweise nach einem Koaleszenz- oder ültrafiltrations-Verfahren regeneriert werden. Bevorzugt wird das Koaleszenz-Verfahren. Es hat sich überraschenderweise herausgestellt, daß auch die alkalische Waschlösung durch Koaleszenz bei Temperaturen oberhalb von 90⁰C in eine praktisch ölfreie Wasserphase und eine wenige Prozente Wasser enthaltende ölphase zerlegt werden kann, übliche Koaleszenztrennverfahren nach dem Stand der Technik arbeiten mit sauren tfaschlösungen; hierbei wird die Waschflotte zunächst, z.B. mit Schwefelsäure, angesäuert. Die saure und auf etwa 90°C erhitzte Waschlösung leitet man dann durch eine Koaleszenztrennsäule, die mit einem Festkörper, der von einer der Phasen der Emulsion gut benetzbar ist, z.B. Glas- oder Stahlwolle, Quarz, Kies oder auch Faserpaketen aus Kunststoff, gefüllt ist. Nachteilig bei diesem sauren Verfahren ist die korrosive Wirkung der sauren Waschlösung, die zum Einsatz hochwertiger Behälterbaustoffe, z.B. Edelstahl, zwingt. Ferner muß die weitgehend vom öl befreite saure Waschlösung anschließend neutralisiert werden, z.B. durch Zugabe von Kalk. Hierbei fallen Salze aus, die abfiltriert und beseitigt werden müssen. Anschließend muß man, um die volle Waschkraft der Lösung wieder herzustellen, die Waschlösung alkalisch stellen, z.B. durch Zugabe von Natronlauge.

Gegenüber der Koaleszenztrennung mit einer sauren Waschlösung steigt bei der erfindungsgemäß bevorzugten Koaleszenztrennung der alkalischen Waschlösung zwar der Restölgehalt in der Wasserphase im Mittel um einige ppm an, da aber die Waschlösung im Kreis geführt wird und es nur auf die unveränderte Reinigungswirkung der Waschlösung an-

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kommt, ist dieser Anstieg bedeutungslos. Somit braucht die Waschlösung nicht angesäuert, neutralisiert und filtriert zu werden. Das abgetrennte öl enthält weniger als 10 Gew.-% Wasser, kann also problemlos verbrannt werden.

Nachfolgend werden anhand der Figuren 1 und 2 die Verfahrensvarianten des erfindungsgemäßen Verfahrens beispielhaft in einem Fließschema dargestellt und die vorliegende Erfindung näher erläutert.

Dabei kommt den Zahlen im einzelnen folgende Bedeutung zu:

Dampf oder Verbrennungsgase öl zur Verbrennung Hauptstrom Waschflotte

1	Spänewäsche	15
2	Zentrifuge	16
3	Magnetscheider	17
4	Trockner
5	Lufterhitzer
6	Trockner
7	Absetztank
8	Koaleszenztrennsäule
9	Spänestrom
10	Späneeintritt
11	Späneaustritt
12	Zusatzwasser
13	Zuluft
14	Abluft

Im einzelnen erfolgt die Behandlung der Späne nach dem in Figur 1 dargestellten Verfahren wie folgt:

über 10 werden der Schneckentrommel 1 Späne zugeführt und mit Waschflotte, die aus der Koaleszenztrennsäule und/oder aus dem Absetztank 7 stammt behandelt.Die im Gegenstrom gewaschenen Späne enthalten nach der Wäsche etwa 10 bis 20 Gew.-% Waschwasser je nach Kornspektrum. In der Zentrifuge 2 entwässert man die Späne bis auf 2 bis 5 Gew.-% Restfeuchte. Die Späne

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werden anschließend im Trockner 4 vor - und im Trockner fertiggetrocknet. Als Trockenmedium verwendet man vorteilhafterweise Luft (13), die im Nachtrockner 6 vorgewärmt wird und dabei gleichzeitig die Späne bis auf annähernd Umgebungstemperatur abkühlt. Die Trockenluft wird im Wärmetauscher 5 auf etwa 100 bis 3OO°C erhitzt. Höhere Lufttemperaturen verkleinern das Trockenvolumen 4, sie erhöhen jedoch die Gefahr von Bränden. Als Heizmedium im Wärmetauscher 5 können Verbrennungsgase oder Dampf dienen.

Der Durchschlag der Spänezentrifuge 2 besteht neben der Waschflotte aus bis zu 5 Gew.-% Feststoffen (Metallspäne, Sand usw.). Um den Eisenanteil abzutrennen gibt man den Zentrifugendurchschlag über einen Magnetscheider 3. Eisenspäne werden praktisch vollständig abgeschieden und mit dem Hauptstrom der Späne aus der Zentrifuge 2 dem Trockner zugeführt. Im Magnetscheider 12 gibt man das Zusatzwasser 12 zu, um die unvermeidlichen Wasserverluste zu decken. Das Zusatzwasser verdrängt teilweise die Waschflotte aus den Spänen und führt somit zu einem niedrigeren ölgehalt der gewaschenen Späne 11 .

Die Waschflotte fließt aus der Waschschnecke 1 zusammen mit dem von Spänen befreiten Teilstrom aus Zentrifuge 2 und Magnetscheider 3 in den Absetztank 7 zurück. Vorteilhafterweise ist der Tank 7 beheizt und mit Einbauten versehen, die ein Aufschwimmen von öl begünstigen. Die mit öl angereicherte Waschflotte führt man der Emulsionsspaltanlage zu. Zur Emulsionsspaltung eignen sich Ultrafiltrationsmodule (Chemie-Technik 4 (1975) 8, 289-293)oder Koaleszenztrennapparate (Verfahrenstechnik 9 (1975) 8, 371-372). In Figur ist der vorteilhafterweise anzuwendende Koaleszenztrennapparat dargestellt. Bei Betrieb der Koaleszenz-

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trennsäule bei Temperaturen oberhalb von 90 C gelingt es, die alkalische Waschflotte zu regenerieren und den ölgehalt von einigen Gew.-% auf etwa 100 bis 300 ppm zu senken. Mit diesem Restölgehalt kann das Wasser nicht in Vorfluter eingeleitet werden, für die erneute Spänewäsche reicht die Entölung jedoch aus. Nach Zugabe der erforderlichen Tensidmenge und Nachstellen des pH-Wertes beginnt der Waschzyklus mit der Spänewäsche 1 von neuem.

Nach einer Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens leitet man bei sehr feinteiligen Spänen, Feinanteil mit Teilchengrößen von etwa 1 ,um bis 0,5 mm größer als 20 % Gew.-%, die gesamte Waschflotte über den Magnetscheider 3 zusammen mit dem Durchschlag der Zentrifuge 2, um eine möglichst feststoff-freie Lösung in den Absetztank 7 zu geben. Es besteht sonst die Gefahr, daß sich der Feinanteil im Absetztank 7 absetzt und den Tank verstopft, und daß der Feinanteil bei einer Koaleszenztrennung die Koaleszenzpackung zusetzt oder bei einer Trennung durch Ultrafiltration die Membranen beschädigt.

Nach einer weiteren Variante des Verfahrens, dargestellt in Figur 2, die sich empfiehlt, wenn man nur von Zeit zu Zeit besonders ölreiche Späne waschen will, verzichtet man auf die Entwässerung der Späne in einer Zentrifuge. Man gibt vielmehr Späne und Waschflotte direkt in den Magnetscheider 3, trennt die Eisenspäne von Waschflotte und Verunreinigungen und führt die Späne in den Trockner 4. Aufgrund der dann sehr hohen Restfeuchte der Späne, etwa 10-20 Gew.-%, muß man mit hohen Energiekosten rechnen, die Anlagekosten sind dagegen geringer als beim Verfahren mit Zentrifuge. Die Regenerierung der Waschflotte erfolgt wie beim oben beschriebenen Verfahren.

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Nachstehend wird das erfindungsgemäße Verfahren beispielhaft erläutert:

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Beispiel

Nach dem in Figur 1 dargestellten Verfahren wurden 520 kg verschmutzte Graugußspäne gewaschen, die etwa 20 kg öl enthielten. Die Wäsche erfolgte in einer Doppelpaddelschnecke mit 512 1 Waschflotte, deren pH-Wert auf pH 10 eingestellt war und die 2,5 kg Nonylphenol-Äthylenoxid enthielt. Die Temperatur der Waschflotte betrug 80°C.

Nach dem Zentrifugieren der Späne mit etwa 10Ox g (g = Erdbeschleunigung) , wiesen sie einen Restwassergehalt von 4 Gew.-% auf. Aus dem Durchschlag der Zentrifuge trennte ein Trommel-Magnetscheider die Eisenteilchen ab. Das vom Mag netscheider ablaufende Wasser enthielt noch 0,2 Gew.-% Feststoff. Die Späne aus dem Magnetscheider wurden zusammen mit der Hauptmenge der Späne aus der Zentrifuge bei 160⁰C in einem Trommeltrockner getrocknet. Der anfängliche Feuchtigkeitsgehalt der Späne betrug 5,3 Gew.-%. Die getrockneten Späne enthielten praktisch kein Wasser jedoch etwa 0,5 Gew.-% öl.

Die Waschflotte mit etwa 3,3 Gew.-% öl wurde durch eine Koaleszenzsäule mit Quarzkiesfüllung gepumpt, dabei hielt eine elektrische Beheizung die Temperatur in der Säule auf 9 5°C. Die ablaufende Waschflotte enthielt etwa 300 ppm organisch gebundenen Kohlenstoff. Durch Nachstellen des pH-Wertes mit Natronlauge und Zugabe des genannten Tensids entstand eine Waschlösung, die sich in ihrer Reinigungswirkung nicht von der Ausgangslösung unterschied. Das in der Koaleszenztrennsäule abgeschiedene öl wies einen Wassergehalt von etwa 5 Gew.-% auf, es ließ sich problemlos verbrennen.

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Claims

Patentansprüche

1. Verfahren zum Reinigen von öl und in der Regel zusätzlich Wasser enthaltenden Eisenspänen, dadurch gekennzeichnet, daß man Eisenspäne intensiv mit einer Waschflotte behandelt, die gewaschenen Späne anschließend zumindest teilweise durch Magnetscheidung von der Waschflotte trennt, die abgetrennten Späne trocknet und aus der verunreinigten Waschflotte die ölhaltigen Bestandteile weitgehend abtrennt und zur Reinigung weiterer Späne rückführt.

2. Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß etwa 10 bis 20 Gew.-% Waschflotte enthaltende Späne im Anschluß an das Waschen auf etwa 2 bis 5 Gew.-% Restfeuchte mechanisch vorgetrocknet werden.

3. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Waschflotte mit einem pH-Wert von 10 bis 12 eingesetzt wird.

4. Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die verunreinigte Waschflotte über ein Koaleszenzverfahren regeneriert wird.

5. Verfahren gemäß Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Koaleszenztrennung im alkalischen pH-Bereich durchgeführt wird.

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