DE69103486T2

DE69103486T2 - Zurückgewinnung von Natriumhydroxid und Aluminiumhydroxid aus Ätzabfall.

Info

Publication number: DE69103486T2
Application number: DE69103486T
Authority: DE
Inventors: Thomas A Davis
Original assignee: Graver Co
Current assignee: Marmon Industrial Water LLC
Priority date: 1990-07-06
Filing date: 1991-06-03
Publication date: 1994-12-08
Anticipated expiration: 2011-06-04
Also published as: ES2057668T3; JPH05115871A; EP0465822B1; AU634661B2; ATE110123T1; CA2043717A1; EP0465822A1; DE69103486D1; AU7948091A; MX9100096A

Description

Die Erfindung betrifft die Behandlung des Abwasserstroms aus Prozessen, in denen Aluminium gelöst wird, und insbesondere betrifft sie ein verbessertes Verfahren zum Regenerieren der Alkali-Ätzlösung und zur Wiedergewinnung von Aluminiumhydroxid.
Die Behandlung von Produktionsgegenständen aus Aluminium wird durch bekannte Verfahren, wie Ätzen, Reinigen oder chemisches Mahlen bzw. Abtragen, durchgeführt. Diese Verfahren umfassen typischerweise die Auflösung von Aluminiummetall gemäß der Gleichung:
(1) Al + NaOH + 2H&sub2;O -> NaAlO&sub2; + 2,5 H&sub2;.
Gemäß Reaktion (1) nimmt die Konzentration von NaAlO&sub2; zu, und die Konzentration des Alkali nimmt ab, wenn sich das Aluminiummetall auflöst. Das Aluminat ist in Wasser jedoch nicht stabil und reagiert je nach den vorliegenden Temperaturbedingungen, den Konzentrationen und der Zeit mit Wasser gemäß der folgenden Gleichgewichtsgleichung:
(2) NaAlO&sub2; + 2 H&sub2;O NaOH + Al(OH)&sub3;.
Theoretisch sind weitere Zugaben von NaOH nur erforderlich, um das zu ersetzen, das an den aus dem Bad entfernten Werkstücken physikalisch haften bleibt. Es ist jedoch bereits bekannt, daß, läßt man das Al(OH)&sub3; in dem Ätzbad ausfallen, die Ätzlösung schließlich unwirksam und zum Weiterführen des Verfahrens unbrauchbar wird und verworfen und ersetzt werden muß. Es sind auch bereits Versuche unternommen worden, die zuvor angedeuteten Probleme und den Abfall von Stoffen zu vermeiden.
Im U.S. Patent Nr. 4,372,805 wird ein Verfahren zum Regenerieren von Natriumhydroxid angegeben, in dem Wasser zu der Lösung zugegeben wird, die gelöstes Aluminium enthält, um eine übersättigte Aluminiumhydroxidlösung zu bilden, das Aluminiumhydroxid kristallisiert wird, aus der Ätzabfallösung mittels Zentrifugation entfernt wird und dann die verbleibende Flüssigkeit in den Atztank rückgeführt wird. Beim näheren Betrachten der zuvor genannten Gleichung (2) wird ersichtlich, daß die Zugabe von Wasser zu der Ätzabfalllösung eine Verschiebung des Gleichgewichts nach rechts gemäß dem Prinzip des kleinsten Zwanges nach Le Chatelier verursacht, wodurch die verstärkte Bildung von Aluminiumhydroxid verursacht wird. Dieses Verfahren ist jedoch nicht völlig zufriedenstellend, da das Natriumhydroxid, das recycelt wird, derart verdünnt ist, daß es für die Verwendung im Ätzbad nicht ausreichend konzentriert ist. Diesbezuglich wird darauf hingewiesen, daß das Patent die Verwendung eines Verdampfers lehrt, um die Alkalikonzentration zu erhöhen.
Im U.S. Patent Nr. 4,136,026 ist ein anderes Verfahren angegeben, in dem die Ätzabfallösung zuerst in einen Reaktionsbehälter überführt wird, in dem sie offensichtlich gerührt wird, um etwas Aluminiumhydroxid-Niederschlag zu induzieren. Ein Teil der Flüssigkeit aus dem Reaktorbehälter wird dann in einen Trennbehälter überführt, in dem das Aluminiumhydroxid mit einei Vakuumtrommelfilter aus der Lösung abgetrennt wird. Aufgrund der langsamen Präzipitationsgeschwindigkeit von Aluminiumhydroxid sammelt sich sowohl im Filtermittel als auch im Filterkuchen Präzipitat, und es treten bald Probleme wegen Verstopfung auf.
Es besteht daher ein Bedürfnis nach einem wirksameren Verfahren zur Wiedergewinnung und Rückführung des Alkali aus den Ätzabfallösungen von Prozessen, in denen Aluminium gelöst wird.
Die vorliegende Erfindung stellt ein verbessertes Verfahren zum Wiedergewinnen von Natriumhydroxid aus Ätzabfallösungen bereit, das die zuvor beschriebenen, den Verfahren des Standes der Technik inbärenten Probleme im wesentlichen eliminiert. Das wiedergewonnene Natriumhydroxid weist eine für die Rückfü.hrung und die Verwendung in Ätzprozessen ausreichende Konzentration auf und ist im wesentlichen auch frei von Verunreinigungen durch in der behandelten Abfallösung vorliegendes aufgelöstes Aluminium. Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet auch die Wiedergewinnung von wesentlichen Mengen Aluminiumhydroxid, das ein kommerziell verwendbares Produkt ist.
Die Erfindung weicht von den Verfahren des Standes der Technik ab, bei denen Wasser zu der Ätzabfallösung zugegeben wird, um die Präzipitation von Aluminiumhydroxid und die Bildung von Natriumhydroxid zu induzieren. Bei dem erf indungsgemäßen Verfahren wird statt dessen anfänglich Natriumhydroxid aus der Abfallösung entfernt und direkt in den Ätztank rückgeführt. Die verbleibende aluminiumhaltige Lösung wird in einem Partikel kontaktierenden Kristallisator bebandelt, wobei festes Aluminiumhydroxid wiedergewonnen wird.
Das erfindungsgemäße Vefrahren zum wiedergewinnen von Natriumhydroxid aus einer Abfallösung aus einem Ätztank, die aufgelöstes Aluminium enthält, umfaßt die Stufen: Leiten eines Stroms der Abfallösung in einen Diffusionsdialysator, der eine permeable Membranvorrichtung enthält, die für Natriumhydroxid durchlässig ist und fuhr aufgelöstes Aluminium wesentlich weniger durchlässig ist, auf einer Seite der Membranvorrichtung, gleichzeitiges Leiten eines Wasserstroms auf der gegenüberliegenden Seite der Membranvorrichtung in den Dialysator, wodurch Natriumhydroxid durch die Membranvorrichtung von dem Strom der Abfallösung in den Wasserstrom wandert, und Rückführen des natriumhydroxidhaltigen Stroms zurück in den Atztank.
Eine wichtige Komponente des vorliegenden Verfahrens ist ein Diffusionsdialysator. Der Dialysator umfaßt eine oder mehrere Ionenaustauschmembranen, die im wesentlichen für Natriumhydroxid permeabel sind, aber für Aluminiumsalz wesentlich weniger permeabel sind. Die Ätzabfalllösung wird in einen Diffusionsdialysatorstapel auf einer Seite der Ionenaustauschmembran eingespeist. Gleichzeitig wird auf der gegenüberliegenden Seite der Membran und entgegen der Fließströmung der Abfallösung Wasser in den Stapel eingespeist. Natriumhydroxid diffundiert durch die Membran in den aufnehmenden Wasserstrom, der zu dem Ätztank zurückgeführt wird. Da bei dieser Zufuhr von Natriumhydroxid viele mehrwertige Kationen, die in Leitungswasser vorliegen, zum Ausfallen neigen, ist es nützlich, weiches bzw. enthärtetes Wasser in den Diffusionsdialysator einzuspeisen. Es ist auch bekannt, daß Luft in Natriumhydroxidlösung viel weniger löslich ist als in Wasser, so daß die Diffusion von Natriumhydroxid in Wasser dazu führt, daß Luftblasen entstehen, die in die Lösung freigesetzt werden. Da eine Akkumulation der Luft in den oberen Teilen des abwärts fließenden Stroms zu einer schlechten Verteilung der Fließgeschwindigkeiten zwischen den multiplen parallelen Kompartimenten eines Diffusionsdialysators führen kann, ist es hilfreich, das Speisewasser zu entgasen und den Wasserfluß periodisch umzukehren, um jegliche Gase, die sich in den Wasserkompartimenten akkumulieren, herauszuspülen.
Die aus dem Dialysator austretende Abfallösung wird in eine Absetzbehälter-Vorrichtung geleitet, um daraus Aluminiumhydroxid auszufällen, und vorzugsweise wird die aus dein Dialysator austretende Abfallösung auf eine Temperatur zwischen 18,33 ºC (65 ºF) und 46,11 ºC (115 ºF) gekuhlt, bevor sie in die Absetzbehälter-Vorrichtung geleitet wird.
Die verbleibende verdünnte Abfallösung kann verworfen oder zur Wiederrgewinnung von noch so geringen darin verbliebenen Alkalimengen weiterbehandelt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann darüber hinaus die Schritte umfassen: Leiten eines Stroms der aus der Absetzbehälter-Vorrichtung überfließenden Flüssigkeit in einen zweiten Diffusionsdialysator, der eine permeable Membranvorrichtung enthält, die für Natriumhydroxid permeabel ist und für aufgelöstes Aluminium wesentlich weniger permeabel ist, auf einer Seite der Membranvorrichtung, gleichzeitiges Leiten eines Stroms von entionisiertem Wasser in den zweiten Dialysator auf der gegenüberliegenden Seite der Membranvorrichtung und Leiten des Wasserstromes in den Ätztank.
Einige Aluminiumätzverfahren, insbesondere chemisches Abtragen bzw. Mahlen, entwickeln genügend Wärme, um beträchtliche Mengen Wasser aus dem Bad verdampfen zu lassen, und dieses Wasser muß ersetzt werden. Da der Überlauf aus dem Kristallisator in dem vorliegenden Verfahren brauchbare Komponenten des Bads enthält, d. h. NaOH und andere Badzusätze, ist er eine bevorzugte Quelle für das Auffüllwasser für das Ätzbad. Darüber hinaus erübrigt sich durch das Ruckführen des Überlaufes in das Bad die Notwendigkeit, den Überlauf zu entsorgen oder weiter zu behandeln. Eine starke Nutzung des Überlaufes aus dem Kristallisator als Auffüllwasser würde jedoch ein Mittel zum Spülen oder Abschlämmen von Verunreinigungen, die mit dem Auffüllwasser hereinkommen, eliminieren. In solch einem Fall ist es zweckmäßig, das Auffüllwasser und das Speisewasser zu dem Diffusionsdialysator zu entionisieren
Das Verfahren ist einfach und effizient, und erfordert nicht viele komplizierte Kontrollen.
Das erf indungsgemäße Verfahren wird mit einer Vorrichtung zum Wiedergewinnen von Natriumhydroxid und Aluminiumhydroxid aus einer Abfallösung aus einem Ätztank durchgeführt, die Diffusionsdialyse-Vorrichtungen mit Kanälen auf den gegenüberliegenden Seiten einer permeablen Membranvorrichtung umfaßt, die für Natriumhydroxid permeabel ist und für gelöstes Aluminium wesentlich weniger permeabel ist, um jeweils einen Strom der Abfallösung und einen Strom Wasser aufzunehmen, Pumpvorrichtungen, um die beiden Ströme in entgegengesetzten Richtungen durch die Dialysevorrichtungen auf den gegenüberliegenden Seiten der Membranvorrichtungen zu leiten, und Absetzbehälter-Vorrichtungen, um die aus den Diffusionsdialyse-Vorrichtungen austretende Abfallösung aufzunehmen und das sich darin abscheidende Aluminiumhydroxid zu sammeln.
Eine solche Vorrichtung kann Vorrichtungen zum Entionisieren und Entgasen umfassen, um das Wasser zu behandeln, bevor es in die Diffusionsdialyse-Vorrichtung gepumpt wird.
In einer weiteren Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Wiedergewinnen von Natriumhydroxid und Aluminiumhydroxid aus einer Natriumaluminatlösung umfaßt das Verfahren die Schritte: Leiten eines Stroms einer Natriumaluminatlösung in einen Diffusionsdialysator, der eine permeable Membranvorrichtung enthält, die für Natriumhydroxid permeabel ist und für Natriumaluminat wesentlich weniger permeabel ist, auf einer Seite der Membranvorrichtung, gleichzeitiges Leiten eines Wasserstroms in den Dialysator auf der gegenüberliegenden Seite der Membranvorrichtung, wodurch Natriumhydroxid aus dem Strom der Natriumaluminatlösung durch die Membranvorrichtung in den Wasserstrom wandert, Leiten des aus dem Dialysator austretenden Wasserstroms in einen mit Natriumhydroxid-Vorratsbehälter und Leiten des aus dem Dialysator austretenden Natriumaluminatstroms in eine Absetzbehälter-Vorrichtung, um daraus Aluminiumbydroxid auszufällen
In solch einem Verfahren können die Ströme der Natriumaluminatlösung und des Wassers im Gegenstrom durch den Dialysator fließen.
Darüber hinaus kann das in den Dialysator geleitete Wasser zuerst enthärtet und entgast werden.
Vorzugsweise wird das enthärtete und entgaste Wasser auf eine Temperatur zwischen 40,5 ºC (105 ºF) und 54,44 ºC (130 ºF) erwärmt.
Die aus dem Dialysator austretende Natriumaluminatlösung kann auf eine Temperatur zwischen 18,33 ºC (65 ºF) und 46,11 ºC (115 ºF) gekühlt werden, bevor sie in die Absetzbehälter-Vorrichtung geleitet wird.
Andere Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung von bevorzugten Ausfübrungsformen, aus den Ansprüchen und aus den beigefugten Zeichnungen ersichtlich.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 ist eine schematische Darstellung der Schritte und der Vorrichtung zum Durchführen des Verfahrens, das die Prinzipien der Erfindung umfaßt; und
Figur 2 ist eine schematische Darstellung des erfindungsgemäßen Verfahrens und der erfindungsgemäßen Vorrichtung anhand einer Verwendung in einer Aufbereitungsanlage.

Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen

In Figur 1 wird ein Verfahren zur Wiedergewinnung und Wiederverwertung von Natriumhydroxid und auch zur Wiedergewinnung von brauchbarem Aluminiumhydroxid angegeben. Die angegebene Ausführungsform wird in Verbindung mit einem herkömmlichen Aluminiumätzprozeß verwendet, bei dem Gegenstände aus Aluminium für relativ kurze Zeitspannen in einen Ätztank 10 eingetaucht werden, der ein Bad aus Natriumhydroxid und Wasser enthält. Dabei tritt Lösung des Aluminiums ein, wie zuvor in Gleichung (1) angegeben wurde.
Die Abfallösung wird aus dem Tank 10 durch die Leitung 12 und in einen Diffusionsdialysator 15 gepumpt. Der Diffusionsdialysator 15 umfaßt einen Durchflußbehälter 16 für die Flüssigkeit, der in zwei Kammern oder Kanäle 18 und 20 an den gegenuberliegenden Seiten einer Ionenaustauschmembran 22 geteilt ist. Wie gezeigt ist, wird die Abfallösung in den Kanal 18 gepumpt und fließt durch diesen aufwärts. Gleichzeitig wird ein Strom enthärtetes und mittels Kochen entgastes warmes Wasser in den Kanal 20 gepumpt und fließt durch diesen abwärts. Vorzugsweise werden das Wasser und die Abfalllösung hier dem Dialysator 15 mit im wesentlichen gleichen Geschwindigkeiten zugeführt.
Die Membran 22 ist im wesentlichen für Natriumhydroxid permeabel und für das gelöste Aluminium oder Aluminiumsalze wesentlich weniger permeabel. Solche Membranen sind aus einem handelsüblichen Typ und werden von Firmen wie Pall/RAI unter der Handelsbezeichnung BDM und von Tokuyama Soda unter der Handelsbezeichnung Neosepta CR-2 hergestellt. Im Innern der Dialysatorsäule 15 wandert Natriumhydroxid durch die Membran 22 und in den Wasserstrom, und das wiedergewonnene Natriumhydroxid wird in den Ätztank 10 ausgetragen, wie durch die Linie 24 angegeben ist. Das wiedergewonnene Natriumhydroxid weist eine ausreichende Konzentration auf, um zum Weiterführen des zugrundeliegenden Ätzprozesses brauchbar zu sein.
Der Abfallstrom, dem Alkali entzogen wurde, tritt aus dem oberen Ende von Kanal 18 durch die Leitung 26 und wird gekühlt, vorzugsweise durch einen Wärmeaustauscher mit einem Wassermantel oder dergleichen, und wird dann in einen Kristallisatorbehälter 28 gepumpt. Es wird angenommen, daß die aus der Dialysatorsäule 15 austretende Abfallösung mit Aluminiumhydroxid übersättigt ist, von dem bekannt ist, daß es unter normalen Bedingungen aus einer wäßrigen Lösung extrem langsam ausfällt. Der Kristallisatorbehälter 28 weist eine bekannte Konstruktion auf und weist Stellen für die Kristallisationskeimbildung auf, um die Bildung und die Präzipitation von Aluminiumbydroxid zu erhöhen, das wie dargestellt vom Boden des Behälters entfernbar ist. Der Überlauf von Behälter 28 ist eine verdünnte Abfallösung 30, die nur wenig zurückgebliebenes Natriumhydroxid und/oder Aluminiumhydroxid aufweist und als Abfall beseitigt werden kann oder in manchen Fällen als Auffüllwasser für den Ätztank verwendet werden kann. Falls erwünscht, kann die Ahfallösung 30 jedoch wie zuvor in einem zweiten Diffusionsdialysator zur Wiedergewinnung zurückgebliebener verwendbarer Komponenten weiter behandelt werden.
Es ist festgestellt worden, daß optimale Ergebnisse erreicht werden, wenn das in den Dialysator einzuspeisende Wasser auf eine Temperatur bei oder oberhalb derjenigen der in den Dialysator eingespeisten Abfallösung erwärmt wird. Die Wassertemperatur sollte daher vorzugsweise zwischen 40,5 ºC (105 ºF) und 54,4 ºC (130 ºF), und am meisten bevorzugt etwa 48,9 ºC (120 ºF) betragen. Das Verhältnis der Fließgeschwindigkeit des Wassers zu der Fließgeschwindigkeit dar Abfallösung beeinflußt ebenfalls die erreichten Ergebnisse. Dieses Verhältnis liegt vorzugsweise im Bereich von 0,5 und 4,0 zu 1 und am meisten bevorzugt etwa 2 zu 1.
Je nach Ausmaß und Natur des speziellen Aluminiumauflösungsprozesses (d. h. Atzen, Reinigen oder chemisches Fräsen bzw. Abtragen bzw. Mahlen) kann der Diffusionsdialysator eine Vielzahl von Diffusionsmembranen umfassen, die einen geeigneten Abstand voneinander aufweisen, um einen Stapel mit Abfallösung und Wasserkanälen auf gegenüberliegenden Seiten einer jeden Membran bereitzustellen. Die Natur des Prozesses bestimmt ebenfalls, ob bestimmte Temperatur- und/oder Filtrationskontrollen der in den Dialysator einzuspeisenden Abfallösung erforderlich sind. In einem einfachen Ätzprozeß des bereits beschriebenen Typs wird beispielsweise die Temperatur des Ätzbades nicht wesentlich über Raumtemperatur erhöht. Andererseits erzeugen chemische Mabl- bzw. Abtragprozesse, bei denen größere Metallmengen gelöst werden, Badtemperaturen bei oder nahe dem Siedepunkt von Wasser sowie beträchtliche Mengen anderer Metalle, wie Kupfer. Da Abfallösungen, deren Temperaturen sich 99,9 ºC (212 ºF) nähern, die Membranen in dem Dialysator zerstören würden, ist es zweckmäßig, zunächst die Abfallösung auf Temperaturen nahe Raumtemperatur abzuküblen. Gleichfalls ist es bei Mahlprozessen allgemein üblich, ein Ausfällmittel wie Na&sub2;S zu dem Bad zuzugeben, um das gelöste Kupfer und andere Metalle auszufällen. Die ausgefällten Sulfide bilden einen Schlamm, der zweckmäßigerweise aus der Abfallösung abfiltriert wird, bevor diese in den Dialysator eingespeist wird.
In Figur 2, auf die nun Bezug genommen wird, ist ein chemischer Mahlbzw. Abtragprozeß schematisch dargestellt, bei dein das erfindungsgemäße Verfahren zur Wiedergewinnung des Natriumhydroxids und Aluminiumhydroxids verwendet wird. Der Mahlprozeß umfaßt mehrere Ätztanks 50, 52, 54, aus denen die Abfallösung zunächst in die Absetztanks 56, 58, 60 eingespeist wird, um die Sulfidniederschläge zu entfernen. Die überstehende Lösung wird dann durch Filtervorrichtungen 62, 64 gepumpt, um jeglichen zurückbleibenden Schlamm zu entfernen. Die Temperatur der klaren Abfallösung wird in einer geeigneten Temperaturkontrollvorrichtung 66 auf etwa Raumtemperatur reguliert und dann in einen Diffusionsdialysatorstapel 75 gepumpt, um aufwärts durch diesen zu fließen. Es wird ein Wassertank 68 bereitgestellt, der mit heißer Luft oder einer Dampfvorrichtung zum Entgasen des Wassers verbunden ist. Das entgaste Wasser wird durch eine geeignete Temperaturkontrollvorrichtung 70 gepumpt, um eine bevorzugte Temperatur um 48,89 ºC (120 ºF) zu erreichen, und dann in das obere Ende des Dialysators 75, um abwärts durch diesen zu fließen. In der Ausführungsform von Figur 2 umfaßt der Dialysator 75 mehrere Diffusionsmembranen und enthält eine Entlüftungsvorrichtung 76 zum periodischen Nerausspülen von Luftblasen aus den Fließkanälen im Dialysator. Vorratstanks 78 und 80 werden bereitgestellt, um jeweils das Natriumhydroxid und die Salzlösung, der das Alkali entzogen worden ist, aufzunehmen. Das Natriumhydroxid aus dem Tank 78 wird wiederverwertet und in die Atztanks 50, 52, 54 wie gewünscht zurückgeführt. Die Salzlösung aus Tank 80 wird in herkömmliche Kristallisier- oder Abscheidevorrichtungen eingespeist, in dieser Ausführungsform ein Mischtank 82, in dem die Lösung mit zuvor präzipitiertem Al(OH)&sub3; in Berührung gebracht wird, und ein Absetztank 84, aus dem das ausgefällte Aluminiumhydroxid entfernt wird. Die überstehende Flüssigkeit aus dem Absetztank 84 wird in diesem Prozeß ebenfalls zurück in die Ätztanks geführt, um das verbleibende Natriumhydroxid wieder zu gewinnen und auch um das Wasser zu ersetzen, das aus den beißen Ätztanks verdampft.
Die Erfindung wird darüber hinaus durch die folgenden Beispiele veranschaulicht.

Beispiel 1

Gemäß Figur 1 wurde eine Ätzabfallösung, die etwa 8 % Natriumhydroxid enthielt, in eine Dialysatorsäule eingespeist, die eine einzelne BDM- Ionenaustauschmembran mit etwa 2 dm² exponierter Fläche umfaßte. Die Abfallösung und Wasser wurden in den Dialysator mittels einer doppelköpfigen Masterflexpumpe Größe 13 eingespeist, die bei 28,5 UpM arbeitete, um die Lösungen mit gleichen Geschwindigkeiten zuzuführen. Das System wurde über Nacht betrieben und Proben am folgenden Tag entnommen. Die gemessenen Ausstoßfließgeschwindigkeiten betrugen 0,44 ml/min für die wiedergewonnene Base und 1,22 ml/min für die behandelte Ätzlösung. Eine Analyse der Proben durch Titration mit HCl zeigte, daß die Konzentration der wiedergewonnenen Base (viz, freie Base) wesentlich höher war als in der zugeführten Abfallösung, was nahelegt, daß NaAlO&sub2; zersetzt wird und gebundenes Natriumhydroxid freigesetzt wird. Titration der behandelten Abfallösung zeigte, daß tatsächlich das gesamte freie Natriumhydroxid entfernt worden war und daß das meiste des aufgelösten Aluminiums zurückblieb, obwohl eventuell auch etwas Aluminium durch die Membran durchgedrungen sein kann und mit dem wiedergewonnenen Natriumhydroxid zurückgeströmt sein kann.

Beispiel 2

In ein System gemäß Figur 2 wurde ein Diffusionsdialysestapel mit zehn Lagen Neosepta CR-2-Membran angeordnet, die durch etwa 0,75 mm dicke Spacer vom Vexartyp getrennt wurden. Etwa 175 cm² der Oberfläche einer jeden Membranlage war den Lösungen ausgesetzt. Alternierende Lösungskompartiments wurden mit abwärts fließendem Wasser und einem verbrauchten aufwärts fließenden Aluminiumätzmittel aus einem chemischen Mabl- bzw. Abtragprozeß gespeist. Das Wasser, das entmineralisiert und gehocht worden war, wurde auf etwa 43,33 ºC (110 ºF) erwärmt, indem es durch eine Heizschlange geleitet wurde, bevor es in den Stapel eindringt. Die Analyse wurde mittels Titration mit H&sub2;SO&sub3; durchgeführt. In einem 450-minütigen Experiment wurde eine Charge von 2371 ml Ätzmittel in dem Stapel behandelt. Das Atzmittel enthielt 144 g/1 freie NaOH und 476 g/l NaAlO&sub2;. Eine 2644-ml-Charge der Base wurde zurückgewonnen, die aus 109 g/l freier NaOH und 15 g/l NaAlO&sub2; zusammengesetzt war. Die 4060-ml-Charge der Salzlösung, der die Base entzogen war, enthielt 12 g/l freie NaOH und 272 g/l NaAlO&sub2;. Beim Stehen bei Raumtemperatur bildete sich in der Salzlösung, der die Base entzogen worden war, ein voluminöser weißer Niederschlag von Al(OH)&sub3;.
Die genaue Chemie des Verfahrens ist nicht vollständig bekannt, es wird jedoch angenommen, daß die positiven erhaltenen Ergebnisse eine andere Wirkungsweise des Prinzips von Le Chatelier angeben. Unter nochmaliger Bezugnahme auf die Gleichgewichtsgleichung (2) wird darauf hingewiesen, daß die Entfernung von Natriumhydroxid eine Verschiebung des Gleichgewichts nach rechts mit der Abnahme von Natriumaluminat und der erhöhten Produktion von Aluminiumhydroxid verursacht. Die behandelte Lösung, die aus dem Dialysator austritt, wird offensichtlich mit Aluminiumhydroxid übersättigt, das dann ohne weiteres in dem Keimbildungskristallisator oder einem anderen Absetzbehälter entfernbar ist. Es wird auch angenommen, daß die Differenz in den Fließgeschwindigkeiten und die Zunahme der Konzentration von freiem Natriumhydroxid in der zurückgewonnenen Base durch osmotisches Entfernen des Wassers aus dem Wasserstrom durch die Membran verursacht wurde.
Es ist offensichtlich, daß die hier verwendete Ausdrucksweise lediglich zum Zwecke der Beschreibung verwendet wird und die Erfindung ansonsten nicht einschränken soll. Obwohl in den Illustrationen und Beispielen flache Folienmembranen verwendet werden, können auch andere Anordnungen, wie schlauchförmig oder spiralgewundene Vorrichtungen verwendet werden.

Claims

1. Verfahren zum Wiedergewinnen von Natriumhydroxid aus einer Abfalllösung aus einem Ätztank, die gelöstes Aluminium enthält, umfassend:

das Einleiten eines Stroms der Abfallösung in einen Diffusionsdialysator (15), der eine permeable Membranvorrichtung (22) enthält, die für Natriumhydroxid permeabel ist und für gelöstes Aluminium wesentlich weniger permeabel ist, auf einer Seite der Membranvorrichtung (22);

gleichzeitiges Einleiten eines Wasserstroms in den Dialysator (15) auf der gegenüberliegenden Seite der Membranvorrichtung (22), wodurch Natriumhydroxid durch die Membranvorrichtung (22) aus dem Strom der Abfallösung in den Wasserstrom wandert; und

Rückführen des natriumhydroxidhaltigen Stromes zurück in den Ätztank (10).

2. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Ströme von Wasser und Abfalllösung im Gegenstrom durch den Dialysator (15) fließen.

3. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das in den Dialysator (15) geleitete Wasser zuerst entbärtet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das in den Dialysator (15) geleitete Wasser zuerst entgast wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das Verhältnis der Fließgeschwindigkeit des Wassers zu der Abfallösung zwischen 0,5 und 4,0 zu 1 liegt.

6. Verfahren nach Anspruch 1, in dem das in den Dialysator (15) geleitete Wasser auf eine Temperatur zwischen 40,5 ºC (105 ºF) und 54,44 ºC (130 ºF) erwärmt wird.

7. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die aus dem Dialysator (15) austretende Abfallösung in eine Absetzbehälter-Vorrichtung (28) geleitet wird, um daraus Aluminiumhydroxid zu präzipitieren.

8. Verfahren nach Anspruch 7, in dem die aus dem Dialysator (15) austretende Abfallösung auf eine Temperatur zwischen 18,33 ºC (65 ºF) und 46,11 ºC (115 ºF) erwärmt wird, bevor sie in die Absetzbehälter-Vorrichtung geleitet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 7, in dem die Flüssigkeit aus dem Überlauf der Absetzbehälter-Vorrichtung (84) direkt zurück in den Ätztank (50, 52, 54) geleitet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 7, umfassend darüber hinaus das Einleiten eines Stromes der Flüssigkeit aus dem Überlauf der Absetzbehälter-Vorrichtung in einen zweiten Diffusionsdialysator, der eine permeable Membranvorrichtung enthält, die für Natriumhydroxid permeabel ist und für gelöstes Aluminium wesentlich weniger permeabel ist, auf einer Seite der Membranvorrichtung;

gleichzeitiges Einleiten eines Stromes von entionisiertem Wasser in den zweiten Dialysator auf der gegenüberliegenden Seite der Membranvorrichtung; und

Einleiten des Wasserstroms in den Ätztank.

11. Verfahren nach Anspruch 7, in dem die Absetzbehälter-Vorrichtung (28) einen Partikel kontaktierenden Kristallisator umfaßt, der so ausgestaltet ist, daß er Stellen zur Kristallisationskeimbildung für die Präzipitation des Aluminiumhydroxids bereitstellt.

12. Verfahren nach Anspruch 1, in dem die Membranvorrichtung (22) mindestens eine Ionenaustauschmembran umfaßt.

13. Verfahren nach Anspruch 12, in dem der Dialysator (15) einen Stapel aus einer Mehrzahl von Ionenaustauschmembranen (22) umfaßt, die Kanäle (18, 20) zum Durchfließen von Flüssigkeit auf gegenüberliegenden Seiten von jeder der Membranen (22) bereitstellen und periodisches Herausspülen von Gasblasen aus dem Dialysator (15), die in den Kanälen (18, 20) durch Diffusion von Natriumhydroxid in den Wasserstrom gebildet werden.

14. Vorrichtung zur Wiedergewinnung von Natriumhydroxid und Aluminiumhydroxid aus einer Abfallösung aus einem Ätztank, umfassend:

eine Diffusionsdialysevorrichtung (l5) mit Kanälen (18, 20) auf den gegenüberliegenden Seiten einer permeablen Membranvorrichtung (22), die für Natriumhydroxid permeabel ist und für gelöstes Aluminium wesentlich weniger permeabel ist, um jeweils einen Strom der Abfallösung und einen Strom Wasser aufzunehmen;

eine Pumpvorrichtung, um die beiden Ströme in entgegengesetzte Richtungen durch die Dialysevorrichtung (15) an den gegenüberliegenden Seiten (18, 20) der Membranvorrichtung (22) zu leiten; und

eine Absetzbehälter-Vorrichtung (28) zum Aufnehmen der aus der Diffusionsdialysevorrichtung (15) austretenden Abfallösung und Sammeln des darin abgeschiedenen Aluminiumhydroxids.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, in der die Membranvorrichtung (22) eine Ionenaustauschmembran umfaßt.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, in der die Diffusionsdialysevorrich tung einen Dialysator mit einem Stapel aus einer Mehrzahl von Ionenaustauschmembranen (22) und einer Vorrichtung zum Herausspülen von Gasblasen umfaßt, die in den Kanälen (18, 20) gebildet werden, während die Flüssigkeitsströme durch diese fließen.

17. Vorrichtung nach Anspruch 14, umfassend eine Entionisier und eine Entgasungsvorrichtung zum Behandeln des Wassers, bevor es in die Diffusionsdialysevorrichtung gepumpt wird.

18. Vorrichtung nach Anspruch 14, in der die Absetzbehälter-Vorrichtung (28) einen Partikel kontaktierenden Kristallisator zum Bereitstellen von Stellen zur Bildung von Kristallisationskeimen für die Präzipitation von Aluminiumbydroxid umfaßt.

19. Verfahren zur Wiedergewinnung von Natriumhydroxid und Aluminiumhydroxid aus einer Natriumaluminatlösung, umfassend:

das Einleiten eines Stromes einer Natriumaluminatlösung in einen Diffusionsdialysator, der eine permeable Membranvorrichtung (22) enthält, die für Natriumhydroxid permeabel ist und für Natriumaluminat wesentlich weniger permeabel ist, auf einer Seite (18) der Membranvorrichtung (22) ;

gleichzeitiges Einleiten eines Wasserstromes in den Dialysator auf der gegenüberliegenden Seite (20) der Membranvorrichtung (22), wobei Natriumhydroxid durch die Membranvorrichtung aus dem Strom der Natriumaluminat lösung in den Wasserstrom wandert;

Einleiten des aus dem Dialysator austretenden Wasserstroms in einen Natriuinhydroxid-Vorratsbehälter (78); und

Einleiten des aus dem Dialysator (75) austretenden Natriumaluminatstroms in eine Absetzbehälter-Vorrichtung (84), um daraus Aluminiumhydroxid auszufällen.

20. Verfahren nach Anspruch 19, in dem die Ströme der Natriumaluminatlösung und des Wassers im Gegenstrom durch den Dialysator (75) fließen.

21. Verfahren nach Anspruch 19, in dem das in den Dialysator (75) geleitete Wasser zuerst enthärtet und entgast wird.

22. Verfahren nach Anspruch 21, in dem das enthärtete und entgaste Wasser auf eine Temperatur zwischen 40,5 ºC (105 ºF) und 54,44 ºC (130 ºF) erwärmt wird.

23. Verfahren nach Anspruch 19, in dem die aus dem Dialysator austretende Natriumaluminatlösung auf eine Temperatur zwischen 18,33 ºC (65 ºF) und 46,11 ºC (115 ºF) abgekühlt wird, bevor sie in die Absetzbehälter-Vorrichtung (84) geleitet wird.