DE4230765A1

DE4230765A1 - Verfahren zur Wiederaufbereitung von gebrauchten ölhaltigen Emulsionen

Info

Publication number: DE4230765A1
Application number: DE4230765A
Authority: DE
Inventors: Hugo Kunz
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1992-09-15
Filing date: 1992-09-15
Publication date: 1994-03-17

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Wiederaufbereitung von gebrauchten ölhaltigen Emulsio nen, insbesondere von Kühlemulsionen für spanabhebende Werkzeugmaschinen.

Bislang wurden gebrauchte ölhaltige Emulsionen, insbeson dere Kühlemulsionen von spanabhebenden Werkzeugmaschinen, die neben Metallspänen vor allem Öl- und Schmutzpartikel aller Art enthalten, aufgefangen und von Spezialfirmen abgeholt und als Sondermüll wegen des Altölbestandteils entsorgt. Für die Neuherstellung der Emulsionen wurde jedesmal Frischwasser verwendet, meist in Trinkwasser qualität, was für diesen Zweck jedoch nicht erforderlich ist und somit eine Frischwasserverschwendung darstellt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit zu schaffen, gebrauchte Emulsionen so aufzubereiten, daß die wäßrigen Anteile zur Neuherstellung von Kühlemissi onen wiederverwendet werden können.

Die gestellte Aufgabe wird mit einem Verfahren der ein gangs genannten Art gelöst, das durch folgende Schritte gekennzeichnet ist:

Aussieben grober Schmutzpartikel aus der gebrauchten Emul sion; Zugabe eines Flotationsmittels in die Emulsion; Elektrolyse der Lösung; Abschöpfen und Entsorgen der dabei durch Flotation an die Oberfläche der Lösung aufsteigenden gebundenen Öl- und Schmutzpartikel; nach Erreichen des ge wünschten Reinheitsgrades Filterung der zurückbleibenden wäßrigen Lösung; Wiederverwendung des Filtrats beispiels weise zur Neuherstellung von ölhaltigen Emulsionen.

Gebrauchte Kühlemulsionen werden zunächst von groben Schmutzpartikeln, wie Metallspänen befreit und anschließend einem Reinigungsprozeß unterzogen, der vor allem den Ölanteil und daran gebundene Schmutzpartikel aus der Emulsion entfernt. Hierzu wird ein Flotationsverfahren eingesetzt, wobei die Wirksamkeit des Verfahrens durch Elektrolyse unterstützt wird. Das der Lösung zugegebene Flotationsmittel wird elektrolytisch getrennt. Einer der dabei entstehenden ionischen Bestandteile dient dann als Kern, an den sich Öltröpfchen und Schmutzpartikel anla gern. Die so gebildeten Flocken steigen infolge ihrer ge ringeren Dichte und/oder unterstützt durch in der Lösung aufsteigendes das - meist Wasserstoff, der ebenfalls bei der Elektrolyse gebildet wird, - an die Oberfläche der Lösung und lagern sich dort als Öl- und Schaumschicht ab. Diese Schichten werden regelmäßig abgeschöpft und ent sorgt. Der wäßrige Anteil der Lösung wird regelmäßig kon trolliert und nach erreichen des gewünschten Reinheits grades gefiltert, um die noch in Lösung befindlichen chemischen Substanzen zu entfernen. Das Filtrat wird an schließend der Wiederverwendung, beispielsweise zur erneu ten Herstellung von Kühlemulsionen zugeführt.

Der Flotationsprozeß kann noch dadurch beschleunigt wer den, daß zusätzlich ein Gas - beispielsweise Luft - wäh rend der Elektrolyse durch die Lösung geleitet wird. Dieses Gas sorgt dafür, daß mehr gebundene Schmutz- und Ölpartikel an die Oberfläche transportiert werden können. Der Reinigungsprozeß kann zudem dadurch beschleunigt wer den, daß der pH-Wert der Lösung aus gebrauchter Emulsion und Flotationsmittel auf einen alkalischen Wert einge stellt wird. Als Flotationsmittel hat sich die Verwendung von FeSO₄ als besonders vorteilhaft herausgestellt. Bei der Elektrolyse bilden sich daraus Fe²⁺ und Feb³⁺ sowie SO₄ ^2--Ionen, wobei die Fe³⁺-Ionen als Kern für die Anlagerung von Öltröpfchen und Schmutzpartikeln dienen.

Fe²⁺ reagiert mit Wasser zu Fe(OH)₂, wobei H2 ent steht, das in der Lösung nach oben steigt und dabei die an die Eisenkerne gebundenen Öltröpfchen und Schmutzpartikel mitnimmt. Bei Verwendung dieses Flotationsmittels ist es vorteilhaft, den pH-Wert der Lösung entweder durch Zugabe von NaOH oder von H₂SO₄ auf einen Wert von 9 konstant zu halten und die Elektrolyse mit einer Stromstärke von 150 A durchzuführen. Außerdem kann mindestens die Anode aus Eisenblech bestehen. Sie löst sich dadurch während der Elektrolyse auf, wobei noch mehr Fe²⁺- und Fe³⁺-Ionen entstehen und weiterer Wasserstoff gebildet wird, wodurch mehr Kerne zur Anlagerung von Öltröpfchen und Schmutz partikeln zur Verfügung stehen, die durch den zusätzlichen Wasserstoff leicht an die Oberfläche der Lösung transpor tiert werden können.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens der Erfin dung besteht aus einem Elektrolysebehälter, in dem zwei Elektroden angeordnet sind und der einen Abfluß zu einem nachgeschalteten Filter aufweist. Der Elektrolysebehälter kann außerdem zweckmäßigerweise einen Abfluß zu einem Sam melbehälter aufweisen. Dieser Sammelbehälter dient der Elektroden angeordnet sind und der einen Abfluß zu einem nachgeschalteten Filter aufweist. Der Elektrolysebehälter kann außerdem zweckmäßigerweise einen Abfluß zu einem Sam melbehälter aufweisen. Dieser Sammelbehälter dient der Entnahme der Schaum- und Ölschicht sowie eines kleinen Teils der wäßrigen Lösung des Elektrolysebehälters, um einerseits die Schaum- und Ölschicht entsorgen zu können und andererseits eine Untersuchung des bereits erreichten Reinheitsgrades sowie ggf. des ph-Wertes der Lösung zu ermöglichen. Hierzu kann zweckmäßigerweise am Boden des Sammelbehälters ein Abfluß angeordnet sein, über den die wäßrigen Anteile, die sich unten im Behälter ansammeln, aus dem Sammelbehälter entnommen werden können. Der Abfluß des Elektrolysebehälters zum Sammelbehälter kann vorteil hafterweise aus horizontalen Schlitzen im oberen Bereich der Behälterwandung gebildet sein, die in eine auf der Außenseite des Behälters angeordnete V-förmige Rinne mün den, deren Spitze eine Öffnung aufweist, die in den Sam melbehälter mündet. Durch die Schlitze im oberen Bereich des Elektrolysebehälters ist ein schichtweises Abschöpfen der durch Flotation an die Oberfläche der Lösung transpor tierten Öltröpfchen und Schmutzpartikeln möglich, wenn der Spiegel der Lösung bis an die Unterkante der Schlitze reicht. Dieses Abschöpfen kann dadurch erleichtert werden, daß der Elektrolysebehälter oberhalb der Schlitzöffnungen ein horizontal verfahrbares und parallel zur Oberfläche der Lösung ausgerichtetes Rohr mit Luftdüsen aufweisen kann, mit dem die Schaum- und Ölschicht auf die Schlitz öffnungen zugeblasen werden kann.

Die Elektroden können jeweils aus mehreren parallelen Blechstreifen gebildet sein, die durch horizontal verlau fende Querstangen miteinander verbunden sind. Auf diese Weise lassen sich große Elektrodenflächen herstellen. Weitere Vorteile ergeben sich, wenn die Elektroden über einander angeordnet und durch ein Kunststoffgitter vonein ander getrennt sind. Dabei kann eine Elektrode einfach auf den Boden des Behälters gestellt, das Kunststoffgitter eingelegt und anschließend darauf die zweite Elektrode ab gestellt werden. Eine gesonderte Aufhängevorrichtung für die Elektroden am Elektrolysebehälter kann damit entfal len. Diese Art der Anordnung ermöglicht außerdem, einen geringen Abstand zwischen den Elektroden herzustellen, wo durch die Feldstärke und damit die Wirksamkeit der Elek trolyse erhöht werden kann. Durch die Gitterstruktur der Kunststoff-Zwischenschicht ist außerdem gewährleistet, daß das Aufsteigen der gebundenen Öltröpfchen und Schmutzpar tikel sowie des bei der Elektrolyse entstehenden oder auch zugeführten Gases nicht behindert wird. Das dem Elektro lysebehälter nachgeschaltete Filter kann zweckmäßigerweise aus einem mit einem Zu- und Abfluß versehenen Behälter mit einer Aktivkohleschüttung bestehen. Aktivkohle stellt ein preiswertes und hochwirksames Filter zur Elimination der noch in Lösung befindlichen chemischen Substanzen dar. Das entstehende Filtrat kann ohne Bedenken wiederverwendet und insbesondere zur Herstellung von neuen Kühlemulsionen ein gesetzt werden. Es entsteht somit weniger zu entsorgendes Abwasser, und gleichzeitig kann Frischwasser zur Herstel lung von Kühlemulsionen eingespart werden.

Nachfolgend wird das Verfahren der Erfindung sowie eine bevorzugte Ausführungsform der Vorrichtung der Erfindung anhand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert.

Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockdiagramm des Ver fahrens;

Fig. 2 eine teilweise geschnittene Gesamtansicht der Vorrichtung;

Fig. 3 eine Detailansicht der Vorderseite der Vorrichtung;

Fig. 4 eine Vorderansicht einer Elektrode;

Fig. 5 eine Seitenansicht der Elektrode nach Fig. 4.

Das Blockdiagramm nach Fig. 1 zeigt in einem ersten, durch ein Kästchen symbolisierten Verfahrensschritt 10 das Aus sieben grober Schmutzpartikel aus einer gebrauchten Emulsion. Im Schritt 11 folgt die Zugabe eines Flotations mittels in die Emulsion und im Schritt 12 die Elektrolyse der Lösung. Dabei steigen durch Flotation gebundene Öl tröpfchen und Schmutzpartikel an die Oberfläche der Lösung, die im Verfahrensschritt 13 abgeschöpft und ent sorgt werden. Während des Reinigungsprozesses erfolgt in regelmäßigen Abständen eine Überprüfung des bereits er reichten Reinheitsgrades der Lösung, was in Fig. 1 durch den Verfahrensschritt 14 angedeutet ist. Bei der Überprü fung des Reinheitsgrades kann gleichzeitig auch der pH- Wert der Lösung überprüft und gegebenenfalls durch Zugabe einer Säure oder einer Base reguliert werden. Nach Errei chen des gewünschten Reinheitsgrades wird im Verfahrens schritt 15 eine Filterung der entstehenden wäßrigen Lö sung vorgenommen, bevor im Verfahrensschritt 16 das Fil trat zur Neuherstellung von Kühlemulsionen eingesetzt wird. Diese Emulsion wird anschließend wieder zur Kühlung einer spanabhebenden Werkzeugmaschine eingesetzt, was durch das Kästchen 17 in Fig. 1 angedeutet ist. Die ge brauchte Kühlemulsion gelangt von dort wieder zum Wieder aufbereitungsprozeß nach den Schritten 10 bis 16, so daß insgesamt ein geschlossener Kühlemulsionskreislauf ent steht.

Die in Fig. 2 dargestellte Vorrichtung besteht aus einem Sicherheitsbehälter 20, auf dem ein weiteres Gestell 21 mit einem Vorratsbehälter 22 für gebrauchte Emulsionen 23 angeordnet ist. Der Vorratsbehälter 22 weist einen ver schließbaren Ausfluß. 24 auf, durch den Kühlemulsion 23 in einen eben falls auf dem Sicherheitsbehälter 20 angeordne ten Elektrolysebehälter 25 abgegeben werden kann. Dabei passiert die Kühlemulsion 23 ein in Fig. 2 nicht dar gestelltes und vor dem Ausfluß 24 angeordnetes Sieb, in dem grobe Verschmutzungen wie Metallspäne zurückgehalten werden. Im Elektrolysebehälter 25 sind zwei Elektroden 26 und 27 angeordnet, die jeweils mit dem Pluspol bzw. Minus pol einer Gleichspannungsquelle verbunden sind. Die Elektroden 26 und 27 sind dabei aus in Fig. 4 und 5 deut licher ersichtlichen, vertikal ausgerichteten, leitfähigen Blechstreifen 28 zusammengesetzt, die durch horizontale Querstangen 29 miteinander verbunden sind. Dadurch läßt sich eine sehr große Elektrodenfläche erzielen. Die Blech streifen 28 der Anode bestehen dabei aus Eisenblech, das sich im Verlaufe der Elektrolyse auflöst. Die Elektroden 26 und 27 sind übereinanderliegend im Elektrolysebehälter 25 angeordnet, wobei die Katode 27 auf dem Boden 30 des Elektrolysebehälters 25 aufsitzt und auf ihrer Oberseite ein Kunststoffgitter 31 trägt, auf dem die zweite Elektro de 26 aufgestellt ist. In den Elektrolysebehälter 25 wird außerdem ein Flotationsmittel gegeben, so daß eine Lösung 32 aus Kühlemulsion 23 und Flotationsmittel im Behälter 25 vorhanden ist. Die Lösung 32 kann zudem Säuren oder Basen enthalten, mit denen der pH-Wert der Lösung 32 eingestellt wird. Nach Anlegen einer Spannung an die beiden Elektroden 26 und 27 beginnen Gasblasen im Behälter 25 nach oben zu steigen, die gebundene Öltröpfchen und Schmutzpartikel mit an die Oberfläche 33 der Lösung 32 transportieren. Dort setzen sie sich als Schicht ab, die durch zwei Fenster 33 und 34 aus dem Behälter 25 entfernt werden und entsorgt werden kann. Hierzu ist, wie aus Fig. 3 ersichtlich ist, unterhalb der Fenster 33 und 34 auf der Außenseite des Be hälters 25 eine V-förmige Rinne 35 angeordnet, die an ihrer Spitze einen Auslaß 36 aufweist, der in einen Sam melbehälter 37 mündet. In diesem Behälter 37 findet eine Phasentrennung statt, indem sich eine Ölschicht 38 und eine Schaumschicht 39 bilden, die auf dem wäßrigen Teil 40 aufschwimmen. Die Schichten 38 und 39 werden entnommen und entsorgt, während vom wäßrigen Anteil 14 über einen Hahn 41 Proben entnommen werden, um den erreichten Reini gungsgrad sowie den pH-Wert der Lösung 32 im Elektrolyse behälter 25 bestimmen zu können. Nach Erreichen des ge wünschten Reinheitsgrades werden die gesamten noch im Be hälter 25 befindlichen Öl- und Schaumschichten über die Fenster 33 und 34 und die Rinne 35 in den Behälter 37 ab geführt und anschließend entsorgt, während die wäßrigen Bestandteile der Lösung 32 über einen Ausfluß 42 im Boden bereich des Behälters 25 in ein Filter 43, das aus einem Gehäuse 44 mit Aktivkohleschüttung 45 besteht, gegeben werden. Nach dem Filtriervorgang kann das gereinigte Was ser über einen Hahnen 46 aus dem Filter 43 entnommen und zur erneuten Herstellung von Kühlemulsionen eingesetzt werden.

Zur Erleichterung des Abschöpfens der Öl- und Schmutz partikelschicht aus dem Elektrolysebehälter 25 kann ober halb der Fenster 33 und 34 ein nicht dargestelltes, paral lel zur Oberfläche der Lösung 32 ausgerichtetes Rohr mit Luftaustrittsdüsen vorgesehen sein, das längs der Ober fläche 32′ der Lösung 32 verfahrbar ist und mit dem Luft auf die Oberfläche 32′ der Lösung 32 gerichtet werden kann, um die dort aufschwimmenden Schmutzschichten den Fenstern 33 und 34 zutreiben zu können.

Claims

1. Verfahren zur Wiederaufbereitung von gebrauchten öl haltigen Emulsionen, insbesondere von Kühlemulsionen für spanabhebende Werkzeugmaschinen, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

- Aussieben grober Schmutzpartikel aus der gebrauch ten Emulsion (10),
- Zugabe eines Flotationsmittels in die Emulsion (11),
- Elektrolyse der Lösung (12),
- Abschöpfen und Entsorgen der dabei durch Flotation an die Oberfläche der Lösung aufsteigenden gebunde nen Öltröpfchen und Schmutzpartikel (13),
- nach Erreichen des gewünschten Reinheitsgrades Fil terung (15) der zurückbleibenden wäßrigen Lösung (32),
- Wiederverwendung des Filtrats beispielsweise zur Neuherstellung von ölhaltigen Emulsionen (16).

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich ein Gas während der Elektrolyse (13) durch die Lösung (32) geleitet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich net, daß der pH-Wert der Lösung (32) aus gebrauchter Emulsion (23) und Flotationsmittel auf einen alkali schen Wert eingestellt wird.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß als Flotationsmittel FESO₄ ein gesetzt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der pH-Wert der Lösung entweder durch Zugabe von NaOH oder von H₂SO₄ auf einen Wert von 9 konstant ge halten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeich net, daß die Elektrolyse mit einer Stromstärke von 150 A durchgeführt wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens die Anode (26) aus Eisenblech besteht.

8. Vorrichtung zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 7, mit einem Elektrolyse behälter (25), in dem zwei Elektroden (26, 27) ange ordnet sind und der einen Abfluß (42) zu einem nachge schalteten Filter (43) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolysebehälter (25) außerdem einen Abfluß (33 bis 36) zu einem Sammelbehälter (37) aufweist.

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Abfluß des Elektrolysebehälters (25) zum Sammelbehälter (37) aus einem oder mehreren horizonta len Schlitzen (33, 34) im oberen Bereich der Behälter wandung gebildet ist, die in eine auf der Außenseite des Behälters (25) angeordnete V-förmige Rinne (35) münden, deren Spitze eine Öffnung (36) aufweist, die in den Sammelbehälter (37) mündet.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß der Elektrolysebehälter (25) oberhalb der Schlitz öffnungen (33, 34) ein horizontal verfahrbares und parallel zur Oberfläche (32′) der Lösung (32) aus gerichtetes Rohr mit Luftdüsen zur Erleichterung des Abschöpfens der Öl- und Schaumschicht aufweist.

12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß am Boden des Sammelbehälters (37) ein Abfluß (41) angeordnet ist.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (26, 27) jeweils aus mehreren parallelen Blechstreifen (28) gebildet sind, die durch horizontal verlaufende Querstangen (29) miteinander verbunden sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (26, 27) übereinander angeordnet und durch ein Kunststoffgitter (31) voneinander ge trennt sind.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Filter (43) aus einem mit einem Zu- und Abfluß (42, 46) versehenen Behälter (44) mit einer Aktivkohleschüttung (44) besteht.