DE2850694C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Regulieren des Gehalts an gelöstem Aluminium in einer zum Ätzen von Alu­ minium verwendeten wäßrigen Natriumhydroxidlauge unter Ver­ hinderung einer Al(OH)₃-Ausfällung in einem Ätztank, mit den Verfahrensschritten

• a) Füllen des Ätztanks mit einer Natriumhydroxid und Rest Wasser enthaltenden Ätzlauge;
• b) Ätzen des Aluminiums in der Ätzlauge, wobei Alu­ minium gelöst wird;
• c) Einleiten eines Teils der gelöstes Aluminium enthaltenden Ätzlauge in einen Reaktionskessel;
• d) Behandeln der Ätzlauge in dem Reaktionskessel mit Al(OH)₃, wobei der Gehalt an gelöstem Aluminium durch Fällen von Al(OH)₃ gesenkt wird und die ausgefällte Menge im wesentlichen der während des Ätzens gelösten Aluminium­ menge entspricht;
• e) Abtrennen von Aluminiumhydroxid aus der behandel­ ten Ätzlauge; und
• f) Zurückführen dieses Teils der Ätzlauge in den Ätztank.

Scharfes Ätzen wird bei der Aluminiumendherstellung sowohl zu funktionellen als auch zu dekorativen Zwecken angewendet.

So wird z.B. das gesamte zum Zwecke anodischer Oxidation ver­ wendete Aluminium zuerst geätzt, um für eine gleichmäßige Oberfläche zu sorgen. Während des Ätzens löst sich Aluminium und verbindet sich mit Ätznatron, wobei Natriumaluminat ge­ mäß folgender Reaktion gebildet wird:

2 Al + 2 NaOH + 2 H₂O → 2 NaAlO₂ + 3 H₂ ↑.

Während des Vorgangs verringert sich der effektive NaOH-Ge­ halt der Lösung und vergrößert sich die Konzentration von NaAlO₂. Es kann eintreten, daß die Lösung mit NaAlO₂ gesät­ tigt wird, so daß Aluminiumhydroxid gemäß folgender Reaktion ausgefällt wird:

2 NaAlO₂ + 4 H₂O → 2 Al (OH)₃ ↓ + 2 NaOH.

Aus den beiden chemischen Gleichungen ist ablesbar, daß die Gesamtreaktion zwischen Aluminium und Wasser abläuft und Wasserstoff und Aluminiumhydroxid ergibt.

Die Lauge sollte folglich NaOH nur in einer Menge verbrau­ chen, die äquivalent der Menge ist, die von der Werkstücklast herausgezogen wird, da die Ablagerung des Al (OH)₃ wieder Ätz­ natron freisetzt. Es treten jedoch Probleme auf, wenn eine Lauge in dieser Weise eingesetzt wird. Wenn sich Al(OH)₃ absetzt, bildet es z.B. harten Kesselstein an den Wänden des Kessels und des Wärmeaustauschers, der sehr schwer entfernbar ist. Um die Ätzmenge konstant zu halten, muß fri­ sches NaOH zugefügt werden, um das für NaAlO₂ verbrauchte NaOH aufzufüllen. Um bei den herkömmlichen Verfahren der­ artige Probleme zu vermeiden, muß die Lauge vor Auftreten einer Ablagerung weggeschüttet werden. Der Laugenkessel muß folglich häufig entleert werden und gesäubert werden, was sowohl die Produktionskosten beträchtlich erhöht als auch die Verwendung von NaOH ineffektiv macht.

Um die Häufigkeit der Entleerung des Laugenkessels zu ver­ ringern, kann ein chelatbildendes Mittel wie z. B. Natrium­ glukonat zugefügt werden, um eine spontane Ablagerung von Al(OH)₃ zu verlangsamen. Um einen konsequenten Betrieb auf­ rechtzuerhalten, muß NaOH periodisch zugefügt werden. Beim Ätzen vergrößern sich daher fortlaufend der Gesamtgehalt an NaOH und das gelöste Aluminium. Die Lauge kann sehr konzentriert werden, so daß sich eine dickflüssige Lauge ergibt, die nicht gleichmäßig ätzt. Eine solche Lauge muß normalerweise weggeschüttet werden, was wieder einen ineffektiven Einsatz von NaOH und eine Kostenerhöhung der Produktion zur Folge hat.

Um diese Probleme in den Griff zu bekommen, werden die Laugen häufig durch fortlaufendes Ablassen und durch fort­ laufendes Auffüllen z. B. mit unverbrauchtem NaOH, Wasser oder anderen Zusätzen bei einer ausgeglichenen Zusammen­ setzung gehalten. Während durch dieses Verfahren dem Problem der Produktionsausfallzeit vorgebeugt wird, verbraucht es Natriumhydroxid im Verhältnis zum behandelten Aluminium anstatt des minimalen Verlustes infolge des Entfernens des Werkstückes. Das gesamte ineffektiv verwendete NaOH plus das dadurch während des Ätzens gelöste Aluminium geht letzt­ lich an die Abfallbehandlung und -anordnung verloren.

Das Verfahren nach der US-PS 36 07 482 betrifft die Regene­ rierung von alkalischer Ätze. Nach diesem Verfahren wird alkalische Ätzlösung aus dem Ätztank konstant durch eine Dichtemeßvorrichtung zirkuliert. Wenn Ätzung eintritt, wird die Dichte der Lösung zunehmend größer infolge des gelösten Aluminiums, Natriums und Sulfats, die sich in der Lösung bil­ den. Bei einem bestimmten vorgewählten Dichtewert der Lö­ sung fällt die Aktivität der Ätze ab, und erst dann wird ein Teil der Lösung zu einem Schnellmischtank abgezogen. In dem Mischtank wird die Lösung mit einem oder mehreren Erdalkalihydroxiden wie Calcium-, Barium- und Strontium­ hydroxid behandelt, um unlösliche Salze auszufällen und eine Entfernung von unerwünschtem Aluminat, Chromat und Sulfat zu bewirken. Die Lösung mit darin enthaltenen Salzen wird dann durch einen Klärer geleitet, und ein Teil der Lauge, der im wesentlichen frei von Feststoffen ist, wird in den Ätz­ tank zurückgepumpt. Der verbleibende eingedickte Schlamm wird dann über ein Vakuumfilter geschickt, wo man die Feststoffe von der Restlauge abtrennt, die in den Behandlungs­ tank zurückkehrt.

In dieser Druckschrift findet sich kein Hinweis bezüglich eines einzustellenden Konzentrationsspiegels an Feststoff­ salz in dem Reaktormischtank. Trotz der allgemeinen Andeu­ tung, daß das Verfahren kontinuierlich betrieben werden kann, fehlt es an einer konkreten Anweisung, die Lösung durch den Reaktormischer auf konstanter (kontinuierlicher) Basis umzuleiten. Vielmehr ist es hieraus bekannt, daß die Regenerierung entweder mit einer Behandlung in-situ oder vorzugsweise einer Behandlung an einer anderen Stelle er­ folgen kann, während die Metallbehandlung fortgesetzt wird. Diese Angabe legt nahe, daß die Präzipitation mittels einer Batchbehandlung stattfindet. Außerdem wird in dieser Druckschrift darauf hingewiesen, daß die Regenerierung eine schrittweise Prozedur einschließen kann, wodurch Präzipitate selektiv gebildet werden. Auch hier liegt keine Anre­ gung vor, die Präzipitation kontinuierlich auszuführen.

Bei der Beschreibung des bekannten Verfahrens wird ange­ geben, daß die Ätze kontinuierlich durch den Ätztank re­ zirkuliert werden soll, bis die Dichte der Lösung einen bestimmten Wert erreicht. Wenn dieser Wert erreicht ist, wird ein Teil der gesammelten Lösung in den Mischbehälter gepumpt. Die gesammelte Lösung kann sich aber nur auf jene Lösung in dem Überlaufbehälter beziehen. Da angegeben ist, daß nur ein Teil der gesammelten Lösung zum Mischreaktor geleitet wird, bedeutet der Hinweis auf die Behandlung der gesammelten Lösung, daß die Präzipitationsbehandlung der Lösung auf einer Teil-Teil-Basis erfolgt, während die Restlösung wiederum zum Ätztank zurückfließt. Die Tatsache, daß die gleiche Menge an Aluminium gefällt wird, wie sie zu einem gegebenen Zeitpunkt durch die Ätze eingeführt wird, ist nicht notwendigerweise gleichbedeutend mit einer Präzipitation in einer Menge, die der Menge des während des Ätzens eingeführten Aluminiums entspricht.

Das Verfahren nach der US-PS 39 09 405 betrifft Neutrali­ sationslösungen, die verbrauchte Lösungen aus einer Alumi­ niumätze enthalten können. Im Verlaufe des Verfahrens wird eine gelöstes Aluminium enthaltende Lösung in Gegenwart von kristallinen Aluminiumoxid-Körnern hydrolysiert und das Aluminium in der Lösung in nichtkolloidales wasserhal­ tiges Aluminiumoxid und Abscheidungen auf der Oberfläche des kristallinen Aluminiumoxids überführt, welches leicht auszufällen ist und einen niedrigen Wassergehalt aufweist. Die Temperatur wird dort in Verbindung mit der Hydrolysie­ rungstechnik genannt, betreffend die Neutralisierung einer alkalischen, Aluminium enthaltenden Lösung mit einer Säure bzw. das Neutralisieren einer Aluminium enthaltenden sauren Lösung mit einem Alkali. Dabei wird erwähnt, daß die Ätz­ lösung mit einem wasserhaltigen Aluminiumoxid behandelt wird, das kristallines Aluminiumoxid enthält, und das Ge­ misch allmählich abgekühlt wird. Es resultiert ein ortho- Aluminiumhydroxid-Präzipitat, welches durch Filtration ab­ getrennt wird. Die Flüssigkeit wird dann in den Behandlungs­ tank zurückgeleitet.

Erst nach einem solchen üblichen Verfahren greift das be­ kannte Neutralisierungsverfahren ein, indem es alkalische Spülwässer, saure Lösungen etc. verwertet.

Bei dem Verfahren nach der US-PS 29 75 041 wird eine Ätz­ lauge mit einer relativ kleinen Menge (16 bis 25 g/l) von festem Al(OH)₃ kontaktiert und die Ätzlauge auf Raumtem­ peratur gekühlt, um hierdurch eine Hydrolysereaktion ein­ zuleiten. Offensichtlich ist von der US-PS 29 75 041 die Bedeutung der Feststoffbeladung nicht erkannt worden, was sich auch darin äußert, daß dort die Verweilzeiten für die Ätzlauge in der zweiten Zone zwischen 5 und 24 Stunden lie­ gen. Andererseits wird dort die Bedeutung der relativen Mengen des Aluminiums, bezogen auf das Gesamt-NaOH in der Ätzlauge, hinsichtlich des Erfolges der Hydrolysereaktion betont. So wird dort das Verhältnis von Alkali (als Na₂O) zu gelöstem Aluminium (als Al₂O₃) größer als 1,1 bzw. größer als 1,5 gewählt. Dieses so ausgedrückte Na₂O/Al₂O₃- Verhältnis ist umgekehrt proportional dem Grad der Alumi­ nium-Übersättigung in der Lösung bzw. dessen Neigung zur Hydrolyse und Ausfällung als Al(OH)₃. Mit anderen Worten, je größer das Na₂O/Al₂O₃-Verhältnis, um so stabiler ist die Lösung und um so geringer ist dementsprechend die Reak­ tionsausbeute. Dieses Na₂O/Al₂O₃-Verhältnis nach den Para­ metern der US-PS 29 75 041 entspricht einem Bereich von 2,6 bis 2,05.

Tatsächlich sind die Lösungen bei den in der US-PS ange­ gebenen Verhältnissen (Na₂O/Al₂O₃ = 1,1 oder 1,5) so instabil, daß die Hydrolysereaktion spontan stattfindet, unge­ achtet des Kühlens und/oder Impfens mit bestimmten Mengen an Al(OH)₃.

Auch unter solchen Umständen einer hohen Übersättigung er­ fordert die Reaktion manchmal eine Induktionsperiode, um dann mit einer erhöhten Geschwindigkeit und nachfolgend mit einer abnehmenden Geschwindigkeit vonstatten zu gehen. Das Kühlen und/oder Zusatz einer kleinen Menge an Impf­ feststoffen, wie in der US-PS ausgeführt, leitet zwar die Reaktion ein, aber diese Reaktion geht dann mit einer rela­ tiv geringen Geschwindigkeit von selbst vonstatten. Dies ist möglich, weil das bekannte Verfahren nicht in kontinuierlicher Weise durchgeführt wird. Bei einem kontinuierlichen Prozeßstrom kann jedoch diese Situation nicht aufrechter­ halten werden, weil dann die Hydrolysereaktion evtl. auch in dem Ätztank stattfindet. Zwar wird dieser Umstand in die­ ser Druckschrift erkannt und dadurch kompensiert, daß man entweder in einer sequenzartigen Batchweise vorgeht oder einen geringen, aber stabilen Übersättigungsgrad in der Ätzlauge vorgibt bzw. nachfolgend deren Stabilität durch Zusetzen von Aluminat zur Ätzlauge herstellt, wenn diese in den Reaktor (Kontaktvorrichtung) geleitet wird. Folglich ge­ staltet sich das bekannte Verfahren sehr kompliziert, wie man auch aus dem Strömungsdiagramm ersieht, und es wird durch Multiplizität von Betriebsbedingungen diktiert.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren der eingangs umrissenen Art so weiterzuent­ wickeln, daß in einem geschlossenen Kreislauf auf der Basis eines relativ hohen Gehaltes an festem Al(OH)₃ in der Reak­ tionsaufschlämmung eine hohe Reaktionsgeschwindigkeit er­ reicht und somit eine sehr geringe Verweilzeit der Ätzlauge in dem Reaktionskessel eingestellt werden kann.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Konzentration von Al(OH)₃ in dem Reaktionskessel im Bereich von 30 bis 600 g/l Lauge gehalten und die mittlere Verweil­ zeit der Ätzlauge in dem Reaktionskessel auf weniger als 5 Stunden, vorzugsweise auf 1 bis 4,5 Stunden eingestellt und die Konzentration von gelöstem Aluminium im Bereich des 0,32- bis 0,40-fachen der Gesamtnatriumhydroxid-Konzentra­ tion im Verfahrensschritt (a) gehalten wird, und daß ein Teil der Ätzlauge, deren Menge im wesentlichen der Menge der eingeleiteten Lauge entspricht, aus dem Reaktionskessel entfernt und hieraus Al(OH)₃ abgetrennt wird.

Zweckmäßig wird die Lauge mit einem Gehalt an gelöstem Alu­ minium - bezogen auf die Natriumhydroxid-Gesamtkonzentra­ tion - gehandhabt, der durch die Fläche zwischen den Linien A-B und C-D der Fig. 2 der Zeichnung bestimmt wird.

Die Temperatur der Ätzlauge liegt vorzugsweise im Verfah­ rensschritt (a) im Bereich von 26,7° C bis 82,2° C und vor­ zugsweise im Bereich von 43,3° C bis 62,8° C.

Dabei wird im Verfahrensschritt (a) eine Ätzlauge mit einer Natriumhydroxid-Gesamtkonzentration im Bereich von 15 bis 50 g/l eingesetzt, wobei in dem Reaktionskessel eine AlOH)₃-Konzentration im Bereich von 200 bis 500 g/l aufrechterhalten wird.

Das Al(OH)₃ im Verfahrensschritt (e) wird zweckmäßig von der Lauge durch Filtrieren abgetrennt, wobei vorzugsweise während des Filtrierens diejenige Menge an entferntem Al(OH)₃, die die äquivalente Menge des beim Ätzen einge­ führten Aluminiums übersteigt, wieder in den Reaktionskessel zurückgeführt wird.

Die Ätzgeschwindigkeit des Aluminiums im Verfahrensschritt (b) ist vorzugsweise nicht größer als 1 g pro Liter und Stunde.

Das erfindungsgemäße Verfahren arbeitet mit einem wesentlich geringeren Übersättigungsgrad, d. h. einem höheren Na₂O/Al₂O₃- Verhältnis als das obenerwähnte Verfahren nach der US-PS 29 75 041. Demnach wird eine wesentlich höhere Reak­ tionsgeschwindigkeit und Reaktionsausbeute erreicht, weil die geringere Effektivität aufgrund einer stabileren Lösung dadurch kompensiert wird, daß die obenerwähnte massige Be­ ladung der Reaktionsaufschlämmung mit einer festen Phase vorgenommen wird. Auch verlangt das erfindungsgemäße Ver­ fahren keinerlei Kühlen, um die gewünschte Fällung zu er­ reichen.

Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens be­ steht darin, daß es auf kontinuierlicher Basis ohne die Notwendigkeit der fortgesetzten Verwerfung alter Lösung und ihres Ersatzes mit frischer NaOH, Wasser und anderen Zusätzen arbeitet. Dabei ist wichtig, eine Al(OH)₃-Konzen­ tration in dem Reaktionskessel im Bereich von 30 bis 600 g/l Lösung aufrechtzuerhalten, um eine hohe Fällungsgeschwin­ digkeit einzustellen. Eine hohe Fällungsgeschwindigkeit ist deshalb wichtig, weil dieses Merkmal den flankierenden Faktor zur Durchführung des Verfahrens mit Verweilzeiten der Lösung in dem Reaktionskessel von weniger als 5 Stunden darstellt, was es wiederum ermöglicht, das Verfahren mit einem kleineren Reaktionskesselvolumen und mit dementspre­ chend geringeren Anforderungen an die Ausstattung zu be­ treiben, als im Falle von längeren Verweilzeiten.

Die kontinuierliche Ausführbarkeit des beanspruchten Ver­ fahrens wird außerdem darin deutlich, daß die Fällungs­ geschwindigkeit bzw. Menge im wesentlichen auf die Menge des in die Ätzung eingeschleusten Aluminiums abgestimmt ist und die Lösung kontinuierlich aus dem Reaktionskessel in einer Menge entfernt wird, die im wesentlichen der Menge entspricht, mit der sie eingeleitet wird.

Gemäß der Erfindung werden also die bei der Handhabung der Lauge zum Ätzen von Aluminium auftretenden Probleme gelöst durch ein Verfahren, das den Gehalt des abgelösten Aluminiums in der Lauge reguliert. Das erfindungsgemäße Verfahren be­ seitigt die Notwendigkeit, die Lauge wegen Unwirksamkeit wegzukippen, vermeidet zum einen Ausfallzeiten, die zur Vorbereitung neuer Laugen sonst notwendig wären, und hat zum anderen eine 90%ige Verminderung des Verbrauchs an Ätzna­ tron im Vergleich zu herkömmlichen Verfahren zur Folge. Außerdem kann NaOH freigesetzt oder in einer Menge wieder­ gewonnen werden, die im wesentlichen gleich dem Verbrauch während des Ätzens ist, wodurch ein verhältnismäßig kon­ stantes Niveau an NaOH in der Lauge gewährleistet wird.

Das erfindungsgemäße Verfahren verlängert oder erhält somit die Betriebslebensdauer der Lauge zum Ätzen von Aluminium. Gleichzeitig mit der Ausfällung wird ein Teil der Ätzlösung, der das ausgefällte Aluminiumhydroxid enthält, gefiltert, um das Aluminiumhydroxid bis zu einem Ausmaß zu entfernen, das eine Ausfällung in dem Ätzkessel verhindert. Die ge­ filterte Lösung wird in den Kreislauf des Ätzkessels zu­ rückgeführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren wird nachfolgend anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigt

Fig. 1 eine schematische Darstellung der einzelnen Verfahrensschritte,

Fig. 2 schaubildlich die Bereiche der Konzentrationen der Lauge, bezogen auf die entsprechenden Bereiche des gelösten Aluminiums.

In Fig. 1 ist ein Verfahren zum Regulieren des Gehaltes an gelöstem Aluminium in einer zum Ätzen von Aluminium verwendeten wäßrigen Natriumhydroxidlauge unter Verhinde­ rung einer Al(OH)₃-Ausfällung in einem Ätztank gezeigt. Eine Lauge, die Ätznatron und Wasser enthält, wird in dem Ätztank 10 gefüllt und Aluminiumgegenstände werden darin geätzt, wodurch Aluminium in der Lauge gelöst wird. Die Lauge kann eine so geringe NaOH-Gesamtkonzentration wie 15 g/l aufweisen. Es wird jedoch bevorzugt, die NaOH-Ge­ samtkonzentration der Lauge in einem Bereich von 35 bis 50 g/l zu halten, da eine Konzentration in diesem Bereich für eine wirkungsvollere Ätzgeschwindigkeit bei niedrigeren Temperaturen sorgt. Durch die niedrigeren Temperaturen wird eine Kostenersparnis bei der Aufheizung der Lauge erzielt. Die Lauge kann zum Ätzen bei einer Temperatur im Bereich von 43,3° C bis 62,8° C gehalten werden. Es können auch höhere Konzentrationen der Lauge verwendet werden. So fin­ den z. B. auch Lösungen mit Konzentrationen in der Nähe von 100 g/l in der Praxis Anwendung. Höhere Konzentrationen haben jedoch größere Verluste hinsichtlich der Menge an NaOH zur Folge, die aus dem Ätztank bei Entfernen des Alu­ miniumwerkstücks entfernt wird. Folglich werden hohe Kon­ zentrationen der Lauge vermieden, da im wesentlichen nur NaOH durch das auszuwechselnde Werkstück entfernt und ersetzt wird.

Beim Ätzen des Aluminiums vergrößert sich die Menge des in der Lauge gelösten Aluminiums. Gemäß der Erfindung wird es bevorzugt, für einen Aluminiumgehalt der Lauge zu sorgen, der sich dem Sättigungspunkt der Lauge nähert. Es hat sich herausgestellt, daß zum Entfernen des gelösten Aluminiums die Lauge mit einer hohen Konzentration an gelöstem Alu­ minium gehandhabt werden soll. Jedoch soll die Lauge mit einer Konzentration an gelöstem Aluminium gehandhabt werden, die fast in der Nähe der Konzentration liegt, die ein spon­ tanes Ausfällen als Al(OH)₃ in dem Ätztank ermöglicht. Das Verhältnis des Gehaltes an gelöstem Aluminium zu dem NaOH-Gesamtgehalt in der Lauge ist in Fig. 2 dargestellt. Die Konzentration an gelöstem Aluminium soll in einem Be­ reich, bezogen auf die NaOH-Gesamtkonzentration liegen, wie er durch die Fläche zwischen den Linien A-B und C-D der Fig. 2 bestimmt ist. Typischerweise wird die Lauge bei Kon­ zentrationen des gelösten Aluminiums gehandhabt, die durch Linie A-B dargestellt werden. Es können auch Konzentra­ tionen des gelösten Aluminiums, bezogen auf die NaOH-Kon­ zentrationen verwendet werden, die geringer als die durch die Linie C-D dargestellte Konzentration sind. Bei Alumi­ niumkonzentrationen, die größer als die durch die Linie A-B dargestellte Konzentration sind, besteht die Gefahr einer spontanen Ausfällung in dem Ätztank. Die Linie E-F kennzeichnet den Punkt, an dem das gelöste Aluminium an­ fängt, sich spontan in dem Ätztank abzusetzen.

Nach Fig. 1 wird ein Teil der Lauge, der gelöstes Alumi­ nium enthält, auf einer mehr oder weniger fortlaufenden Basis vom Tank 10 über eine Leitung 12 zu einem Reaktions­ kessel 20 überführt. Aluminiumhydroxid in Teilchenform wird in der Lauge in dem Reaktionskessel schwebend zum Ausfällen des gelösten Aluminiums gehalten. Gleichzeitig mit der Einführung der Lösung an dem Ätztank wird die Lauge aus dem Reaktionskessel 20 über eine Leitung 22 in einer Menge abgeführt, die der Einführungsmenge entspricht. Die aus dem Reaktionskessel 20 abgeführte Menge weist einen niedrigeren Gehalt an gelöstem Aluminium als die in den Reaktionskessel eintretende Menge durch das Ausfällen von Aluminium als Aluminiumhydroxid auf. So weist z. B. bei einer Lauge, die 35 g/l NaOH und 12 g/l gelöstes Aluminium enthält, der vom Reaktionskessel abführende Strom nach der Ausfällung einen Gehalt an gelöstem Aluminium von ungefähr 7,5 g/l auf. Das als Al(OH)₃ abgelagerte Aluminium in dem Ausgangsstrom des Reaktionskessels wird im Gegensatz zu dem gelösten Aluminium nicht wieder in den Kreislauf des die Lauge enthaltenden Ätztanks 10 zurückgeführt.

Die Leitung 22 führt zu einem Behälter 30, um im wesent­ lichen das ausgefällte Al(OH)₃ von der Lauge abzutrennen.

Das ausgefüllte Al(OH)₃ kann von der Lauge durch Zentri­ fugieren getrennt werden. Vorzugsweise wird die Abscheidung jedoch durch einen kontinuierlich arbeitenden Filter 32 ausgeführt. Das ausgefällte Al(OH)₃ wird auf der Außen­ seite des Filters 32 gesammelt, abgekratzt und in einem Behälter 40 gesammelt. Die Lauge, aus der das ausgefällte Al(OH)₃ entfernt worden ist, wird über die Leitung 34 in den Ätztank 10 in einer Menge zurückgeführt, die der Ab­ führmenge entspricht. Mit Rücksicht auf das im Behälter 40 gesammelte Al(OH)₃ wird wieder ein Teil davon in den Kreis­ lauf des Reaktionskessels eingeführt, um die Menge an Al(OH)₃ zum Ausfällen des gelösten Aluminiums zu regeln. Nach Ingangsetzen des Verfahrens wird also Al(OH)₃ in einer Menge aus dem System entfernt, die der Menge des von dem Werkstück in dem Ätztank 10 gelösten Aluminiums ent­ spricht.

Wesentlich ist die Zeit, die erforderlich ist, um das ge­ löste Aluminium in dem Reaktionskessel 20 auszufällen. Dabei kann die Ausfällung in einer sehr kurzen Zeitspanne in Gang gesetzt werden. Z. B. Kann die Ausfällung während einer mittleren Verweilzeit von einer Stunde eintreten. Mit der mittleren Verweilzeit ist die Zeitdauer gemeint, während welcher die Flüssigkeit im Durchschnitt im Reak­ tionskessel gehalten wird. Sie wird bestimmt durch den Quotienten aus dem Volumen des Reaktionskessels und der volumetrischen Strömungsgeschwindigkeit in den Reaktionskessel. Jedoch findet die Ausfällung vorzugsweise in einer mittleren Verweilzeit statt, die kürzer als fünf Stunden ist, wobei die Verweilzeit typischerweise im Be­ reich von 2 bis 4,5 Stunden liegt. Um eine Ausfällung des gelösten Aluminiums in der Lauge bei den aufgezeigten Ver­ weilzeiten zu bewirken, ist es wesentlich, daß die Kon­ zentration des gelösten Aluminiums in einem Bereich liegt, der 0,32 bis 0,4 mal der NaOH-Gesamtkonzentration liegt. Vorzugsweise liegt die Konzentration der Lauge für diese Bereiche des gelösten Aluminiums im Bereich von 15 bis 50 g/l NaOH.

Ein anderer wichtiger Faktor zur Erzielung einer hohen Aus­ fällungsmenge an gelöstem Aluminium ist die Konzentration des in dem Reaktionskessel gehaltenen Al(OH)₃. Um für eine Steigerung einer hohen Ausfällreaktionsgeschwindigkeit zu sorgen, kann die Al(OH)₃-Konzentration im Bereich von 30 bis 600 g/l der Lösung im Reaktionskessel liegen. Um jedoch den größten Nutzen aus dieser Konzentration an ge­ löstem Aluminium zu ziehen, werden die besten Ergebnisse erhalten, wenn die Al(OH)₃-Konzentration in dem Reaktions­ kessel in dem Bereich von 200 bis 500 g/l gehalten wird. Typische Konzentrationen an Al(OH)₃ in dem Reaktionskessel liegen bei 300 bis 400 g/l. Geringere Konzentrationen an Al(OH)₃ haben normalerweise unwirtschaftlich langsame Re­ aktionsgeschwindigkeiten zur Folge. Außer den Al(OH)₃- Konzentrationen ist es wesentlich, die Lösung in dem Reaktionskessel bei einer Temperatur von mindestens 48,9° C zu halten, wobei die typische Betriebstemperatur zwischen 54,4° C und 65,6° C liegt. Das Halten der Tempe­ ratur auf diesem Niveau in Kombination mit den oben an­ geführten Steuerungen sorgt für die Erzielung einer großen Ausfällungsmenge des gelösten Aluminiums.

Es wird angenommen, daß kürzere Verweilzeiten zwecks Aus­ fällung des gelösten Aluminiums sich aus einem größeren Grad an Instabilität der Lösung sowie aus einer größeren verfügbaren Menge Aluminium ergeben, die eine Reaktion mit einer stärkeren Konzentration an Al(OH)₃ in dem Reaktions­ kessel ermöglicht. Vergleichsweise läßt sich feststellen, daß geringe Konzentrationen an gelöstem Aluminium eine viel längere Zeitdauer erfordern, um eine äquivalente Ausfällung zu erhalten, wobei das Gesamtverfahren verzögert wird.

Die Zeitdauer für die Ausfällung des gelösten Aluminiums ist sehr wichtig für ein kontinuierliches Verfahren. Wenn z. B. eine Zeitdauer von rund 8 Stunden oder mehr für die Aus­ fällung erforderlich ist, sind mehrere Reaktionskessel oder ein extrem großer Reaktionskessel erforderlich, was die Wirtschaftlichkeit des Verfahrens nachteilig beeinflußt. Weiterhin ist es für ein kontinuierliches Verfahren erfor­ derlich, das Aluminium ungefähr so schnell zu entfernen, wie es gelöst worden ist, um eine Akkumulation des gelösten Aluminiums und seine Ausfällung als Al(OH)₃ in dem Ätz­ tank und damit verbundene Probleme zu verhindern.

Von Wichtigkeit ist ferner, die Lauge in einem solchen Zu­ stand zu halten, daß die Aluminiumgegenstände mit gesteu­ erter Geschwindigkeit geätzt werden. D. h. die Lauge muß in einem solchen Zustand gehalten werden, daß sich die Ätzgeschwindigkeit nicht wesentlich ändert und maximal ist. Die Lauge kann so gehandhabt werden, daß Aluminium mit einer Geschwindigkeit von 1 g pro Liter und Stunde vor einer spontanen Ausfällung in dem Ätztank gelöst wird. Das ge­ löste Aluminium kann jetzt in einer Menge abgeführt werden, die der eingeführten Menge entspricht.

Normalerweise ist die Ausfällungsgeschwindigkeit in dem Reaktionskessel größer als die Geschwindigkeit, mit der das Aluminium in die Lauge durch Ätzen gelöst werden kann. Hierdurch kann der Reaktionskessel viel kleiner ausge­ legt werden als der Ätztank. Bei einer bevorzugten Ausfüh­ rungsform der Erfindung kann der Reaktionskessel eine Größe zwischen 25% und 50% der Größe des Ätztanks aufweisen.

Im Betrieb des Verfahrens sammeln sich sehr feine, unlösliche Teilchen in dem Ätztank an, die als Schmutz bezeichnet werden. Die Lauge wird daher vorzugsweise gefiltert, um solche feinen Teilchen zu entfernen. Dieser Hilfsfilter kann in der Leitung zwischen dem Ätztank und dem Reaktions­ kessel angeordnet werden. Auch kann die Lauge unabhängig vom Reaktionskessel gefiltert werden. In Fig. 1 ist der Reaktionskessel unabhängig von dem Filtervorgang darge­ stellt. Der Filter kann einfach in der Lösung des Reak­ tionskessels eingetaucht werden.

Nachfolgende Beispiele beschreiben das erfindungsgemäße Ver­ fahren.

Beispiel 1

Eine Lauge, die 49,8 g/l Gesamt-NaOH und 18 g/l gelöstes Aluminium enthält, wurde in einen Ätztank gefüllt. Die Lauge wurde bei einer Temperatur von 48,9° C behandelt, und Aluminium wurde darin mit einer Geschwindigkeit von 1 g pro Liter und Stunde gelöst. Ein Reaktionskessel mit einem Vo­ lumen, das 36% des Volumens des Ätztanks ausmachte, wurde mit einer Aufschlämmung gefüllt und bei einer Temperatur von 60° C gehalten. Die Aufschlämmung bestand aus 25,5 Gew.-% Al(OH)₃, wobei der Rest die zuvor genannte Lauge aus­ machte. Die Strömungsgeschwindigkeit vom Ätztank zum Reak­ tionskessel betrug 2,08 l/min bei einem Volumen des Ätz­ tanks von 1000 l. Ein Drehwalzenfilter mit einer Filter­ fläche von 0,0872 m² pro Einheit Strömungsgeschwindigkeit (l/min) wurde bei einem Vakuum von 25,4 cm Quecksilbersäule und einer Drehgeschwindigkeit der Walze von 0,75 Umdrehun­ gen pro Minute verwendet. Es stand eine Filterfläche von 0,654 m² pro Minute zur Abscheidung des ausgefällten Al(OH)₃ und der Lauge aus der Aufschlämmung des Reaktions­ kessels zur Verfügung. Ein klares Filtrat, d. h. eine Lauge, die im Vergleich mit der Lauge im Ätztank kein ge­ löstes Aluminium aufwies, wurde in den Ätztank zurückge­ führt. Ebenso wurde ungefähr 94% des Al(OH)₃-Filterkuchens in den Reaktionskessel zurückgeführt. Die Verweilzeit be­ trug ungefähr 2,9 Stunden. Die Anordnung wurde fortlaufend 17 Stunden betrieben, um zu gewährleisten, daß Beharrungs­ zustände erzielt wurden. Die Gleichgewichtskonzentration an gelöstem Aluminium der Lauge in dem Reaktionskessel be­ trug 11,8 g/l. Eine Wasseraufschlämmung wurde für den Fil­ terkuchen hergestellt; es ergab sich eine Verdünnung von 1,8 g/l und ein Rückfluß zu dem Ätztank, der 10 g gelösten Aluminiums pro Liter Lösung aufwies. Die Gleichgewichtskon­ zentration des gelösten Aluminiums der Lauge in dem Ätz­ tank betrug 18,0 g/l. Die Aluminiumkonzentration in der Lauge wurde daher während einer fortlaufenden Entfernung des Aluminiums mit einer Menge von 1 g/l und Stunde kon­ stant gehalten, was gleich der Aluminiumeingabemenge ist.

Beispiel 2

Die Bedingungen waren die gleichen wie beim Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß die Lauge 35 g/l Gesamt-NaOH und 12,3 g/l gelösten Aluminiums enthielt und bei einer Temperatur von 52° C gehandhabt wurde. Der Reaktionskessel hatte ein Volumen von ungefähr 44% des Volumens des Ätztanks und wurde bei einer Temperatur von 62° C betrieben. Die Strö­ mungsgeschwindigkeit zu dem Reaktionskessel betrug 3,12 Li­ ter pro Minute und pro 1000 Liter Volumen des Ätztanks, wo­ bei die mittlere Verweilzeit 2,35 Stunden betrug. Die Ana­ lyse der Rückströmung zum Ätztank vom Reaktionskessel er­ gab eine Lösung, die 7 g gelöstes Aluminium pro Liter ent­ hielt. Folglich wurden 5,3 g gelöstes Aluminium pro Liter der Lösung, die jede Stunde durch den Reaktionskessel zir­ kulierte, ausgefällt. Das Aluminium wurde in einer Menge entfernt, die äquivalent der in den Ätztank eingeführten oder gelösten Menge war. Die Anordnung wurde unter diesen Bedingungen zehn Stunden betrieben, ohne daß eine merkbare Akkumulation des gelösten Aluminiums in dem Ätztank auf­ trat.

Beispiel 3

Die Bedingungen waren die gleichen wie im Beispiel 1 mit der Ausnahme, daß die Lauge 20 g NaOH pro Liter und 8 g gelöstes Aluminium pro Liter der Lauge aufwies. Die Tempera­ tur der Lauge in dem Ätztank betrug 55,6° C und 67° C in dem Reaktionskessel. Das Volumen des Reaktionskessels war 50% des Volumens des Ätztanks. Die Strömungsgeschwindigkeit vom Ätztank zum Reaktionskessel betrug 4,16 Liter pro Minute und pro 1000 Liter Ätztankvolumen, wobei die mittlere Verweilzeit 2 Stunden betrug. Die Analyse der aus dem Re­ aktionskessel abgeführten Lösung ergab gelöstes Aluminium von 4,0 g/l Lösung. Folglich wurden 4,0 g gelöstes Aluminium pro Liter Lösung, die jede Stunde durch den Reaktionskes­ sel zirkulierte, abgeschieden. Das gelöste Aluminium wurde also im wesentlichen in der gleichen Menge entfernt, wie es in den Ätztank eingeführt wurde. Die Anordnung wurde über eine Dauer von 7 Stunden betrieben. Eine Akkumulation des gelösten Aluminiums in dem Ätztank wurde nicht beobachtet.

Claims (8)

1. Verfahren zum Regulieren des Gehalts an gelöstem Aluminium in einer zum Ätzen von Aluminium verwendeten wäßrigen Natriumhydroxidlauge unter Verhinderung einer Al(OH)₃-Ausfällung in einem Ätztank, mit den Verfahrens­ schritten

• a) Füllen des Ätztanks mit einer Natriumhydroxid und Rest Wasser enthaltenden Ätzlauge:
• b) Ätzen des Aluminiums in der Ätzlauge, wobei Aluminium gelöst wird:
• c) Einleiten eines Teils der gelöstes Aluminium enthaltenden Ätzlauge in einen Reaktionskessel:
• d) Behandeln der Ätzlauge in dem Reaktionskessel mit Al(OH)₃, wobei der Gehalt an gelöstem Aluminium durch Fällen von Al(OH)₃ gesenkt wird und die ausgefällte Menge im wesentlichen der während des Ätzens gelösten Aluminium­ menge entspricht:
• e) Abtrennen von Aluminiumhydroxid aus der behan­ delten Ätzlauge; und
• f) Zurückführen dieses Teils der Ätzlauge in den Ätztank,

dadurch gekennzeichnet, daß die Konzentration von Al(OH)₃ in dem Reaktionskessel im Bereich von 30 bis 600 g/l Lauge gehalten und die mitt­ lere Verweilzeit der Ätzlauge in dem Reaktionskessel auf weniger als 5 Stunden, vorzugsweise auf 1 bis 4,5 Stunden eingestellt und die Konzentration von gelöstem Aluminium im Bereich des 0,32- bis 0,40-fachen der Gesamtnatriumhy­ droxid-Konzentration im Verfahrensschritt (a) gehalten wird, und daß ein Teil der Ätzlauge, deren Menge im wesent­ lichen der Menge der eingeleiteten Lauge entspricht, aus dem Reaktionskessel entfernt und hieraus Al(OH)₃ abge­ trennt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lauge mit einem Gehalt an gelöstem Aluminium - bezogen auf die Natriumhydroxid-Gesamtkonzentration - gehandhabt wird, der durch die Fläche zwischen den Linien A-B und C-D der Fig. 2 der Zeichnung bestimmt wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Temperatur der Ätzlauge im Verfahrens­ schritt (a) im Bereich von 26,7° C bis 82,2° C und vorzugs­ weise im Bereich von 43,3° C bis 62,8° C liegt.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Verfahrensschritt (a) eine Ätzlauge mit einer Natriumhydroxid-Gesamtkonzentration im Bereich von 15 bis 50 g/l eingesetzt wird.

5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Reaktionskessel eine Al(OH)₃- Konzentration im Bereich von 200 bis 500 g/l aufrechterhalten wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das Al(OH)₃ im Verfahrensschritt (e) von der Lauge durch Filtrieren abgetrennt wird und daß vorzugsweise während des Filtrierens diejenige Menge an entferntem Al(OH)₃, die die äquivalente Menge des beim Ätzen eingeführten Aluminiums übersteigt, wieder in den Re­ aktionskessel zurückgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Ätzgeschwindigkeit des Aluminiums im Verfahrensschritt (b) nicht größer ist als 1 g pro Liter und Stunde.