DE3926032A1 - Verfahren zur regenerierung von salzbaedern und salzbad-trennanlage - Google Patents

Description

Auf zahlreichen Gebieten der Technik besteht das Problem der Entsorgung verbrauchter Salzbadlösungen, die aus Gründen des Umweltschutzes nicht in die Kanalisation oder die Flüsse ein­ geleitet werden dürfen. So fallen beispielsweise in Härtereien, in denen die Werkstücke im Salzbad gehärtet werden, große Mengen von Spülwasser an, mit denen die gehärteten Werkstücke abge­ spült werden müssen, und die sich dadurch mit den verwendeten Härtesalzen stark anreichern. Bisher war es üblich, hochkonzen­ triertes Härtereispülwasser Verbrennungsanlagen zuzuführen oder in internen bzw. externen Entgiftungsanlagen chemisch zu ent­ giften, wobei die entstandenen Salze teilweise in Absetzbecken als Sondermüll anfielen bzw. Restmengen über Kläranlagen in Bäche und Flüsse liefen. Es sind auch Verfahren bekannt, welche durch Zuführung von Wärme das Wasser aus der Salzlösung treiben und das eingedickte wasserarme Salzgemisch zur Einlagerung in unterirdische Deponien gegeben wird. Bei bereits bestehenden Anlagen wird der Wasserdampf in die Luft abgegeben. Diese Art der Entsorgung ist wegen der jeweils anfallenden großen Flüssigkeitsmengen sowohl im Transport als auch in der Weiterverarbeitung außerordentlich kostenaufwendig.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die in Salzbad- Härtereien anfallenden, mit Härtesalzen stark angereicherten Spülwasser auf einfache Weise ohne Transportaufwand an Ort und Stelle des Anfalls von den Salzen zu trennen.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe verfahrensmäßig gelöst durch die im Kennzeichnungsteil des Patentanspruchs 1 angegebenen Merkmale. Eine zur Lösung der gestellten Aufgabe geeignete Anlage ergibt sich aus dem Kennzeichnungsteil des Patentan­ spruchs 4.

Durch die Erfindung wird einerseits erreicht, daß nach der Regenerierung das benutzte Salzgemisch wieder zum Härten heran­ gezogen werden kann, und andererseits das Wasser soweit gereinigt ist, daß es wieder als Spülwasser Verwendung finden kann. Beim Destillationsvorgang werden keinerlei Salzemissionen in die Umwelt abgegeben.

Die bei der Trennung entstehenden Verluste sind relativ gering, so daß ein hoher Ausnutzungsgrad erzielt wird und bei jeder Abschreckbadnachfüllung nur noch ca. 50% Frischsalz zugesetzt werden muß. Die Menge der nichtverwendbaren Salze und Aus­ fällungen ist relativ gering und diese Bestandteile, beispiels­ weise Eisenoxid und Salzschlamm, kann auf einfache Weise mechanisch von den wiederverwendbaren Salzen getrennt und einer Entsorgung zugeführt werden, wobei der relativ geringen Mengen wegen eine erhebliche Ersparnis an Transport- und Verarbeitungskosten gegenüber den bisherigen Verfahren erzielt werden kann.

Die Anlage dient hauptsächlich dazu, chemische Salzlösungen wie Härtesalze und Wasser voneinander zu trennen, ohne Emissionen in die Luft abzugeben. Die Anlage ist daher nicht zulassungs­ pflichtig, es entfallen aufwendige Untersuchungen bezüglich der Einhaltung von Emissionsgrenzwerten.

Ein positiver Nebeneffekt ist die Umwandlung von NaCN (Natrium Cyanid) durch Vorhandensein von Abschrecksalz AS 135 und lang­ same Erhitzung auf 400°C in ungiftiges NaCO=Soda (Natrium Carbonat) zu sehen. Ebenso lassen sich durch die Erhitzung auf 400°C aufschmelzende Salze, welche später im Spitztrichter langsam abkühlen, zu einem Anteil von ca. 70% als Abschrecksalz zurückgewinnen. Der Neueinsatz von Abschrecksalz in der Härterei läßt sich daher um ca. 50% reduzieren.

Weitere zweckmäßige Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens bzw. der Anlage ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung ist nicht beschränkt auf die Verwendung in Salz­ bad-Härtereien, sondern kann überall dort Anwendung finden, wo eine unbrauchbar gewordene Lösung durch Aufspaltung in verschie­ dene Phasen regenerierbar ist.

Nachstehend wird ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Salzbad-Trennanlage anhand der Zeichnung beschrieben. Die Zeichnung zeigt eine schematische, perspektivische Ansicht einer derartigen Anlage.

Innerhalb eines mit Isolation versehenen Stahlgehäuses (10), das auf einem Ofengestell (12) ruht, ist ein Verdampfertiegel (14) getragen, der einen mit einer abschließbaren Einfüllöffnung (16) versehenen Deckel (18) aufweist. Der Tiegel ist von unten her durch eine Gas- oder Elektroheizung (20) beheizbar. Im Deckel (16) ist ein Sicherheitsventil (22) eingebaut, das beim Auftreten eines vorbestimmten Innendrucks öffnet. Ein Abgaskamin (24) auf dem Deckel des Stahlgehäuses (10) führt die bei der Beheizung entstehenden Verbrennungsgase ab.

Durch einen außerhalb des Ofens angeordneten Wärmeaustauscher (26) ist eine Kühleinrichtung (28) geführt, deren Einlaßrohr (30) durch den Deckel (16) des Verdampfertiegels geführt ist, und dessen Auslaß in einem Kondensatbehälter (32) mündet.

Im unteren Teil des Verdampfertiegels (14), der gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel eine kreiszylindrische Form mit stehender Achse besitzt, ist aus der Seitenwand ein Ablaß­ rohr (34) herausgeführt, welches mit einem Ablaßhahn (36) über einem kegelstumpfförmigen Spitztiegel (38) mündet, dessen Bodenfläche den kleineren Durchmesser besitzt.

Die Anlage arbeitet wie folgt:

Das in der Salzbad-Härterei angefallene, mit Salzen angereicher­ te und daher für den Spülvorgang nicht mehr brauchbare Spül­ wasser wird in einer solchen Menge in den Verdampfertiegel (14) eingebracht, daß nach dem Anheizen durch die Volumenvergröße­ rung und Gasbildung kein Überlauf erfolgen kann. Nach Befüllen des Tiegels wird der Einfülldeckel verschlossen und der Kühl­ kreislauf (40, 42) eingeschaltet. Das die im Wärmeaustauscher (26) angeordnete Kühleinrichtung (28) umströmende Kühlmittel, welches bei (42) eintritt und bei (40) austritt, kann Wasser oder auch Luft sein. Die Salzbad-Lösung innerhalb des Ver­ dampfertiegels wird durch die Heizung (20) auf eine vorbestimmte Temperatur erhitzt, die an einem Regler eingestellt wird. Dabei verdampft Wasser aus der Lösung, das über das Einlaßrohr (30) in den Wärmeaustauscher (26) eingeleitet wird. Im Wärmeaustau­ scher wird der Wasserdampf flüssig und in einen darunter an­ geordneten Kondensatbehälter (32) geführt. Dieses Wasser hat bereits nach einmaliger Destillation den Reinheitsgrad, der zum Spülen der gehärteten Werkstücke erforderlich ist. Auf diese Weise kann das Wasser im Kreislauf immer wieder für die Spülung der gehärteten Gegenstände nutzbar gemacht werden, und geht nicht als Emission in die Umwelt.

Das nach der teilweisen Verdampfung im Tiegel (14) verbleibende, mit Salz gesättigte Restwasser kann über den Ablaßhahn (36) in den Altsalzbehälter abgelassen werden.

Wenn der Tiegelinhalt bis auf ca. 400°C aufgeheizt wird, kann bei Vorhandensein oder Zugabe geeigneter Reaktionsmittel vorhandenes giftiges Cyanid-Salz chemisch umgewandelt werden. Aus Natrium Cyanid (NaCN) entsteht ungiftiges Natrium-Carbonat = Soda (Na CO). Die in dem isolierten Altsalzbehälter ausgelassene Salzschmelze läßt man nach Auflegen eines Deckels erkalten. Dabei setzen sich die verschiedenen vorhandenen Salze ihrer unterschiedlichen Dichte wegen stufenweise im Altsalzbe­ hälter ab. Im unteren Teil des Altsalzbehälters setzen sich demgemäß die schwersten, in der geringsten Menge vorhandenen Eisenoxid und Salzschlämme ab und in der nächsten Etage Härte­ salzrückstände aus dem Glühbad und Chloridsalze mittlerer Dichte. Die größte Salzmenge wird von dem Abschrecksalz (Sal­ petersalz (48) gebildet, das das kleinste spezifische Gewicht hat. Die einzelnen Salze und Salzschlämme sind farblich leicht unterscheidbar. Infolge der Spitzkegel-Ausbildung können nach Umkippen und Aufstellen des Salzkegels die Salze (44 und 46) leicht mechanisch abgetrennt werden, so daß dann das wiederverwendbare Abschrecksalz (48) zur Verfügung steht. Dabei beträgt der auf diese Weise rückgewonnene Salzanteil ca. 70% der Salzschmelze.

Das Sicherheitsventil (22) öffnet bei einem Druck von mehr als 1 bar im Ofeninneren.

Die Anlage verfügt über eine Regel- und eine Sicherheits- Temperatureinstellung, wodurch vermieden wird, daß die Salze über ihre Temperaturgrenzen hinaus aufgeheizt werden und verpuffen. Die Zeichnung stellt lediglich eine schematische Darstellung einer solchen Anlage dar, die durch weitere, für die Automatisierung des Vorgangs geeignete Anordnungen vervoll­ ständigt werden kann.

Die vorbeschriebene Salzbad-Trennanlage ist nicht nur für Salz­ bad-Härtereien, sondern auch für ähnliche Anlagen geeignet, wo das Problem einer Verunreinigung von Bädern durch irgendwelche Bestandteile, insbesondere Salzbestandteile, auftritt.

Ausführungsbeispiel 1. Problemstellung

In einer Salzbadhärterei fielen im Zwei-Monats-Rhythmus 2000 ltr hochkonzentrierte Salzwasserlösung als Spülwasser an. Im Spül­ wasser waren 750 g/l Salze enthalten, welche sich aufteilen in

500 gr/l Natrium-Nitrit NaNO2
 50 gr/l Chlorid
180 gr/l Nitrat
 25 gr/l Soda
 50 mg/l Natrium-Cyanid NaCN

Da diese wäßrige Lösung nicht wie Festsalze in Deponien ein­ gelagert werden kann, muß sie auf andere Weise entsorgt werden. Für diese Salzlösungen entstanden erhebliche Lohnkosten sowie oftmals erhebliche Nacharbeiten. Es werden z. B. ca. 14 t Spül­ wasser im Hause gelagert.

Zur Lösung des Problems wurde eine innerbetriebliche Salzwasser- Entsorgungslösung (Salzwasser-Trennanlage) geschaffen, die

• - Kosten erheblich senkt,
• - die Umwelt nicht belastet,
• - verschleppte Salze wieder verwendbar macht,
• - langfristig, auch bei gesteigertem Umweltbewußtsein, ein ideales Härteverfahren für C-Stähle ermöglicht.

2. Anlage 2.1 Systemablauf

Härterei-Salzwasserlösungen werden in möglichst hoher Konzen­ tration in einen Chromstahltiegel eingefüllt. Dieser wird verschlossen und langsam erwärmt. Die aufsteigenden Dämpfe werden in einen Wärmetauscher durch Energieentzug zu Wasser und danach erneut ins Hauptspülbecken der Härterei eingeleitet.

Bei ca. 180-200°C Salzschmelzetemperatur ist die Lösung so wasserarm, daß die Salzreste wie bisher in Entsorgungsfässer abgelassen werden können und deponierfähig sind. Erhitzt man die Salze im Anlagentiegel auf 400°C, so baut man den Rest Cyanidgehalt, so lange Nitrit vorhanden ist, auf annähernd cyanfrei ab. Das so hoch erhitzte Salzgemisch wird in einen Spitztiegel abgelassen und langsam ausgekühlt. Bedingt durch unterschiedliche Dichte der Salze setzen sich diese in drei Phasen ab.

Die erkalteten Salze werden aus dem Spitztrichter gekippt. Es gibt drei deutlich erkennbare Farbzonen:

• - Spitze - schwarz und grau/braun (ca. 30% wird entsorgt)
• - Mittelteil - hellgrün (ca. 30% wird entsorgt)
• - Oberer Teil - weiß, ca. 70% (reines Abschrecksalz, ist nach mechanischem Abtrennen voll wiederverwendbar).

Die Anlage ist nicht zulassungspflichtig, da sie keine Salz­ emissionen in die Luft abgibt.

Claims (8)

1. Verfahren zur Regenerierung von Salzbädern, dadurch gekennzeichnet, daß das Lösungsmittel in einem Verdampfertiegel (14) teilweise verdampft und der kondensierte Dampf der weiteren Verwendung zugeführt wird, während die durch die Verdampfung konzentrierte Lösung in ein Erstarrungsgefäß (38) abgelassen wird, in dem sich die unterschiedlichen gelösten Stoffe ihrer unterschiedlichen Dichte wegen in diskreten Etagen absetzen, die nach Erstarren mechanisch voneinander getrennt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Lösung in Salzbad-Härtereien anfallendes Spülwasser ist, welches mit den verwendeten Härte­ salzen angereichert ist.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß in das Salzbad verschlepptes Natrium Cyanid (NaCN) durch Aufheizen der Salzlösung auf ca. 400°C unter Verwendung von Nitritsalz ausgefällt wird.

4. Trennanlage zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein beheizter Verdampfertiegel (14) im oberen Teil ein nach einem Wärmetauscher (26) führendes Dampfablaßrohr (30) aufweist und im unteren Teil ein Ablaß (34, 36) für die gesättigte konzentrierte Lösung aufweist.

5. Trennanlage nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß dem Ablaß (36) ein Spitztiegel (38) zum Absetzen der Salze nach dem Abkühlen nachgeschaltet ist.

6. Trennanlage nach den Ansprüchen 4 und 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Verdampfertiegel (14) in einem Ofengestell (12) von einer isolierten Stahlblechverkleidung (10) umschlossen ist.

7. Trennanlage nach den Ansprüchen 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Tiegeldeckel (18) ein Sicher­ heits-Überdruckventil (22) aufweist.

8. Trennanlage nach den Ansprüchen 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß eine Regel- und eine Sicherheits­ temperatureinstellung vorgesehen sind.