DE4322307C2 - Verfahren zur Metallentfernung aus Kühlschmierstoffen - Google Patents
Verfahren zur Metallentfernung aus KühlschmierstoffenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Metallentfernung aus Kühlschmierstoffen.
In der Metallverarbeitung werden derzeit große Mengen sogenannter Kühlschmierstoffe
eingesetzt. Typische Beispiele sind synthetische Lösungen oder Öl-in-Wasser-Emulsionen
beim Drahtziehen. Im Verlaufe des Verarbeitungsprozesses ist zu beobachten, daß sich
Metalle in z. T. fester, aber auch in ionogener Form im Kühlschmierstoff anreichern und
dessen Eigenschaften derart verschlechtern, daß er durch neuangesetzten Kühlschmierstoff
ersetzt werden muß.
Die Aufbereitung der mit Metall angereichterten Kühlschmierstoffe, deren Notwendigkeit
aus der toxischen Wirkung von Metallen auf Lebewesen resultiert, ist gegenwärtig sehr
aufwendig. Lösungen werden z. B. mit Fällungschemikalien behandelt und/oder verbrannt.
Emulsionen werden ebenfalls auf chemisch-thermischem Wege gespalten (vergl.
z. B. Hompf, Dieter; Binzer, Ulrich; Luft, Boden 9/1992 S. 38-42). Eine Zusammenstellung
der chemischen, physikalischen, thermischen und mechanischen Verfahren zur
Emulsionsspaltung ist auch in Hartinger, L.: Handbuch der Abwasser- und Recyclingtechnik,
Hauser Verlag 1991 enthalten. In der Patentschrift DE 33 37 656 wird vorgeschlagen,
nach einem aufwendigen Spaltungsprozeß von Emulsionen die wäßrige Phase einer Elektrolyse
zu unterwerfen. Sämtliche bestehende Verfahren haben weiterhin den Nachteil, daß
bisher keine kontrollierte Metallentfernung aus der Ölphase, in der beträchtliche Metallmengen
angereichert sein können, möglich ist.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, mit dem
Metallasten in ionogener Form aus emulsionsartigen und emulsionsfreien Kühlschmierstoffen
signifikant verringert werden können. Das Verfahren sollte aus einer minimalen Anzahl
von Verfahrensschritten bestehen, der Zusatz von Hilfschemikalien sollte sich im wesentlichen
auf ohnehin im Arbeitsprozeß vorgenommene Korrekturen der Zusammensetzung
wie z. B. pH-Angleichungen beschränken oder ganz entfallen. Bedarfsweise sollte der behandelte,
weitestgehend metallfreie Kühlschmierstoff wieder dem Metallbearbeitungsprozeß
zugeführt werden oder einer weiteren, vorzugsweise biologischen Entsorgung zugeführt werden.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß der zu behandelnde Kühlschmierstoff
in einer Elektrolyse, in Elektrodennähe stofftransportunterstützt
elektrolysiert wird und dabei mindestens ein im Kühlschmierstoff enthaltenes Metall durch
elektrochemische Reaktionen zur Abscheidung gebracht wird. In der Regel wird das Metall
fest haftend oder als Pulver an der oder den Kathoden abgeschieden und im letzten Fall in
einer nachfolgenden Stufe durch Flotation, Sedimentation, Filtration oder Mikrosiebung
aus dem Elektrolyten abgetrennt. Zur Verhinderung von Reoxidationseffekten können
zusätzlich Anodenraum und Kathodenraum durch einen Separator getrennt werden. Zur
Förderung des Stofftransportes werden hydrodynamische Bedingungen mit hohen Turbulenzen
an den Elektroden z. B. durch einen hohen Kreislaufvolumenstrom gewählt.
Der in der Elektrolysezelle behandelte Kühlschmierstoff wird mit einer verringerten
Gelöstmetallkonzentration in die Hauptkühlschmierstoffmenge zurückgeführt. Die Elektrolyse
bleibt in Betrieb bis im Kühlschmierstoff eine unbedenkliche Gelöstmetallkonzentration
erreicht ist, oder wird kontinuierlich mit fixierten Werten des Zellstromes und des
Kühlschmierstoffdurchsatzes durch die Elektrolysezelle betrieben, um ein vorgegebenes
Gelöstmetallkonzentrationsniveau im genutzten Kühlschmierstoff nicht zu unterschreiten.
Zur Steigerung der Metallentfernung oder zur selektiven Abscheidung verschiedener
Metalle aus dem Kühlschmierstoff ist es sinnvoll, mehrere Elektrolysezellen stoffstrommäßig
in Reihe zu schalten.
Die Erfindung hat den Vorteil, daß zum einen eine Metallentfernung aus dem Kühlschmierstoff
bis zu Konzentrationswerten möglich ist, die eine direkte Einleitung in biologische
Reinigungsstufen erlauben. Andererseits kann eine deutliche Standzeitverlängerung von
Kühlschmierstoffen erreicht werden, ohne die Kühlschmiereigenschaften zu verschlechtern,
da die Zusammensetzung des Kühlschmierstoffes durch die Elektrolyse nur unwesentlich
beeinflußt wird.
Die Ausführung der Erfindung wird mit Hilfe zweier Beispiele näher erläutert.
- 1. In einem Laborversuch wurden 100 ml abgearbeitetes synthetisches Ziehmittel 8003 der Fa. Fimitol/Hagen elektrolysiert. Die Zelle mit kreisrundem Querschnitt war durch eine perforierte PVC-Platte in zwei Räume geteilt. Der Anodenraum (Durchmesser 0,03 m, Tiefe 0,03 m) war mit schaumartigen Kohlenstoffmaterial der Fa. Sigri ausgefüllt. Der Kathodenraum (Bettiefe 0,02 m), durch den der Kühlschmierstoff mit einem Durchsatz von 1,5 · 10-3 m³ · min-1 gepumpt wurde, bestand aus Kupferkugeln (Durchmesser 0,003 m, Füllungsgrad 55%). Bei einer Betriebstemperatur von 303 K wurde die mittlere (auf den inneren Zellenquerschnitt bezogene) Stromdichte von 14 bis 42 A · m-2 variiert. Fig. 1 zeigt entsprechende Abreicherungskurven. Die Analyse ergab, daß z. T. eine Kupferkonzentrationsabnahme bis 1 ppm erfolgte.
- 2. Aus dem Sammelbehälter (Volumen: 1,8 m³ synthetisches Ziehmittel 8003) einer sich in Betrieb befindlichen Drahtziehanlage wurde ein Teil des Ziehmittels ausgekreist und durch eine Elektrolysezelle geführt. Die Zelle - eine Wälzkathodenzelle - besaß eine kathodische Schüttung von 1,8 · 10-3 m³ (Kupferkugeln mit einem Durchmesser von 0,003 m). Die Trommeldrehzahl betrug 4,6 min-1. Der Lochplattenseite der Trommel war eine Graphitanode gegenübergestellt. Ein Separator wurde nicht verwendet. Bei einem Zellenstrom von 3 A bzw. bei einer mittleren Stromdichte von ca. 50 A · m-2 wurde die Elektrolyse über einen Zeitraum von 11 Tagen betrieben. Dabei gelang es, eine nahezu konstante Kupferkonzentration von 400 ppm im Ziehmittel einzustellen. Nachdem die Elektrolyse beendet wurde, stieg die Kupferkonzentration erneut an. Fig. 2 illustriert das beschriebene Verhalten.
Claims (7)
1. Verfahren zur Metallentfernung aus Kühlschmierstoffen unter Erhalt
der Kühlschmiereigenschaften, dadurch gekennzeichnet,
daß der zu behandelnde Kühlschmierstoff in einer Elektrolysezelle, in
Elektrodennähe stofftransportunterstützt elektrolysiert und mindestens ein im Kühlschmierstoff
enthaltenes Metall durch elektrochemische Reaktion zur Abscheidung ge
bracht wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens ein im Kühlschmierstoff
enthaltenes Metall durch kathodische Abscheidung aus dem Kühlschmierstoff
entfernt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kühlschmierstoff in
einer Elektrolysezelle elektrolysiert wird, die einen Separator in Form eines Diaphragmas
bzw. einer Ionenaustauschermembran enthält.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Elektrode
der Elektrolysezelle eine sogenannte dreidimensionale Struktur in Form eines Netzes,
Streckmetalls, einer Partikelschüttung, eines faser- bzw. wollähnlichen Gebildes
aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden aus Metall,
leitfähigem Kunststoff, Graphit, Kohlenstoff bzw. einem leitfähigen Verbundmaterial
bestehen.
6. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Beschleunigung des
Stofftransportes durch verstärkte Bewegung des Elektrolyten wie erhöhte Konvektion,
Rührung, Gaseinblasung und/oder durch Bewegung der gesamten Elektrolysezelle
oder von Teilen der Elektrolysezelle und/oder durch Verwendung spezieller
Einbauten wie Strombrecher und/oder durch Einsatz speziell strukturierter Elektroden
und/oder durch spezielle physikalische Verfahren wie Ultraschall erfolgt.
7. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Elektrolyse mit gepulster
Spannung bzw. Stromstärke betrieben wird.
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| DE4322307A1 DE4322307A1 (de) | 1995-03-30 |
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|---|---|---|---|---|
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1993
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