DE8809526U1 - Vorrichtung zur Trennung und selektivem Abbau von ionischen und nichtionischen Bestandteilen aus wäßrigen und nichtwäßrigen Lösungen - Google Patents
Vorrichtung zur Trennung und selektivem Abbau von ionischen und nichtionischen Bestandteilen aus wäßrigen und nichtwäßrigen LösungenInfo
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Description
VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUT TRENNUNG UND SELEKTIVEM ABBAU VON IONISCHEN UND NICHTIONISCHEN BESTANDTEILEN
AUS WÄSSRIGEN UND NICHT WÄSSRIGEN LÖSUNGEN.
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Trennung von ionischen und nichtionischen Bestandteilen aus wäßrigen und
nichtwäßrigen Lösungen mit Hilfe von metallischen und nichtmetallischen Partikeln sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des
Verfahrens innerhalb einer Schüttschicht,bei Strömungsgeschwindigkeiten,
wie sie einer Schüttschicht, Wirbelschicht oder Flugstromschicht entsprechen, in welcher die zu behandelnden Lösungen unter Einwirkung
von Schall- und Ultraschallschwingungen von bestimmten in ihnen gelösten Metallen durch Zementation getrennt bzw. von nichtionischen
Bestandteilen katalytisch durch Umwandlung befreit werden sollen.
Es ist bekannt. Metalle aus ihren Lösungen mittels Phasentausch
auszufällen, von den Partikeloberflächen durch magnetische Aktivierung zu entfernen und auszutragen. (Europatent EXTRAMET/ACTIMAG,Annemasse)
Zur Aufrechterhaltung einer stets blanken und damit reaktionsfreudigen Oberfläche der Partikel muß in den Lösungen ein pH-Wert
beispielsweise zwischen 0,5 und 5 vorherrschen. Das in Lösung gehende elektrochemisch unedlere Metall muß aber zur Abscheidung
und zur Neutralisation der sauer gestellten Lösung mit entsprechenden Basen versetzt werden, so daß gewöhnlich Metallhydroxide und
unlösliche Schlämme anfallen und entsorgt werden müssen.Hinzu kommt die Aufsalzung des gereinigten Wassers durch die Neutralisationsprodukte.
Dies gilt auch für das vorstehend erwähnte ACTIMAG-Verfahren bei der Umwandlung von sechswertigen in dreiwertige Chromionen.
Weiterhin ist bekannt, reduzierbare Kohlenwasserstoffe aus wäßrigen
Lösungen in nahezu neutralem Milieu (pH 6-8) mit Hilfe von kleinsten reduzierenden Metaliteilchen in ungiftige Bestandteile
zu überführen und mit der ausströmenden Flüssigkeit aus der Schüttschicht zu entfernen. Insbesondere wirken sogenannte
Metallpaare (metal couples wie z.B. Cu-Fe-Granulat, welches sich aus Eisenkügelchen mit teilweise auf ihrer Oberfläche ausgefälltem
metallischem Kupfer zusammensetzt) teilweise als Reagenz (z.B.Fe) und teilweise äis Katalysator (z.B.Cu-Belag), wie im EUROPA-Patent
Nr. 0012 162 vom 14.09.1979 beschrieben.
Es ist ebenfalls bekannt, fließfähige Stoffe stationär innerhalb
eines rohrförmigen Gehäuses, welches eine lockere Schüttschicht aus sich berührenden Füllkörpern enthält, durch Rütteln mittels
eines außen am Gehäuse an zweckmäßiger Stelle angebrachten Vibrators weitestgehend dispergierend zu mischen und gegebenenfalls
so zu homogenisieren, daß z.B. Feststoffe zusammen mit Flüssigkeiten
gleichmäßige plastische Eigenschaften annehmen. Neben Frequenz und Amplitude der von außen erzeugten Schwingungen ist auch
dis Obsrf!MchsrihMr*0 dor<
v/nrTiincu/eiee Lcunplförmiaen Füllkörner
entscheidend für die Schnelligkeit der Reaktionen und den Grad der Zerkleinerung von weniger festen Körpern.
Im Gegensatz zu diesen niederfrequenten (50 - 100 Hz) Schwingungen
vermögen Ultraschallschwingungen, gewöhnlich in der Größenordnung zwischen 20 und 100 kHz, mit ihren Schockwellen, Höchstdrücken
und -temperaturen und der damit auftretenden Kavitation (im Nano
sekundenbereich) Reaktionen wie in einem Hochtemperaturofen
bzw. Hochdruckreaktor hervorzurufen. Hinzu tritt eine Mikro-Düsenwirkung, wenn Gasblasen an der Oberfläche von Körpern zusammenbrechen,
eventuell vorhanden= Oxid- oder andere Schichten entfernen und
damit ständig frische, katalytisch wirksame Oberflächen schaffen,
an denen die Reaktionen fortdauern können im Rahmen ungleichartiger
Katalyse (Chemical Engineering v. 18.03.1985,S.23).
Eigene Versuche mit direkt in Lösungen tauchenden Ultraschallgebern haben ergeben, daß z.B. ein Phasentausch im schwach
sauren Bereich (pH 5) angeregt und beinahe schlagartig zur
Reaktion gebracht werden konnte bei ansonsten nicht sehr förderlichen
Parametern (Kupferniederschlag auf Eisenkügelchen im salzsauren Bereich).
Die bekannten Einrichtungen haben infolge der ihnen anhaftenden
Nachteile nur jeweils begrenzte Anwendungsbereiche: sei es, daß das schwingende Rohrgehäuse nur der Mischung von festen und
flüssigen Stoffen dienen soll, oder sei es, daß der Ultraschall bei Oberflächen nur reinigend und von Oxidschichten befreiend
wirkt, die dann aber darauf zementierte Metallschichten nicht mehr
ablösen kann.
Der vorliegenden Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, einfach
und n\U bekannten Komponenten ein Verfahren zu bieten zur Trennung
und selektivem Abbau von ionischen und nichtionischen Bestandteilen aus wäßrigen und nichtwäßrigen Lösungen und eine Vorrichtung
zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen, dia unkompliziert,
rasch, ökonomisch und besonders umweltbezogen - möglichst in situ - betrieben werden kann.
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung in einem rohrförmigen
und vorzugsweise nahezu waagrecht angeordneten Gehäuse ein
kugelförmigen FUIIkörpern zwischen 0,5 und 6 mm Durchmesser,
welches durch Siebe in den seitlichen Rohrstutzen , im Zu- und im Ablauf so gehalten wird, daß es die zu behandelnden Lösungen
von unterhalb her durchströmen und nach Passieren des Gehäuses
nach oberhalb hin verlassen können. Mit Hilfe eines außen am
Gehäuse an passender Stelle angebrachten elektromagnetisch oder motorisch angetriebenen Rüttlers werden Gehäuse und Inhalt in
niederfrequente Schwingungen zwischen 50 und 100 Hz versetzt; zugleich erzeugt ein mit seinem Horn axial in Lösung und FUIIkörperschicht
hineinragender Ultraschallschwinger, im Winkel zum Zuflußstutzen
stehend, eine höherfrequente Schwingung vorzugsweise zwischen
20 und 50 kh'2, mit welcher er das von der Lösung durchströmte
Fest- oder Bewegtbett - gegebenenfalls in Gegenwart feiner Gasbläschen direkt beschallt.
Im Vergleich zu den bisher bekannten und teilweise angewandten
Verfahren hat diese Aufgabenlösung überraschend mehrere Vorteile erkennen lassen.
Die Durchfiußmenge iäßt sich leicht z.B. durch Neigungsänderung
des Gehäuses, weiches elastisch aufhangt ist, beeinflussen; auch kann man den Angriffswinkel des niederfrequent schwingenden
Rüttlers verstellen und damit die Bewegung der Füllkörper stationär oder umlaufend gestalten. Ein Rückschlagventil im Zuflußstutzen
sorgt für stetige Füllung des Gehäuses mit Flüssigkeit.
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-1V"
Für die Rückgewinnung von Metallen bietet sich sogar ihre Zementation
auch im neutralen end im alkalischen Bereich an; der Einsatz nichtmagnetischer
Fällungsmetalle, rein oder als Legierungsbestandteile wie z.B. Mangan, Aluminium oder Magnesium respektive Ferromangan und
Ferrosilizium, ist nunmehr möqlich. Mit den elektrisch leitenden
Siebelektroden läßt sich die Abscheidung von Metallen galvanisch unterstützen und gleichzeitig eine Gasbläschengeneration verursachen,
wobei am höher gelegenen kathodisch geschalteten Sieb die Metallniederschläge mechanisch abgerUttelt und ausgetragen werden können. Für die
Galvanik- und Leiterplattenindustrie ist diese Abmagerung von Ablösungen und Spülwässern ohne Einsatz von Ionenaustauschern
lohnenswert.
Ordnet man mindestens zwei Geräte nacheinander an, z.B. für die
Ausfällung von Metallen, so ergibt sich neben der Möglichkeit
erweiterter selektiver Abscheidung eine Neutralisation mit nahezu stöchiometrischen Mengen infolge der durch die Schwingungen
erzielbaren besonders großen Reaktionsflächen kombiniert mit zahllosen Impulskontakten zwischen Chemikalien und Füllkörpern. Besonders
vorteilhaft kann dieses Verfahren zur Entsorgung von Altlasten in kontaminierten Böden herangezogen werden. Man denke hierbei
an die Umwandlung verunreinigter Altöle in Metallchloride, reines Öl und Wasser oder an schadstoff haltige Lösungen, wie sie im
Kreislauf mit oberirdischer Reinigung über Saug- und Schluckbrunntn
bekannter Bauart gefahren werden können.
Weiterhin bieten sich beispielsweise einer solchen Reinigung im Durchlaufverfahren iene Oberflächenwasser zur Entgiftung und
Rückgewinnung von Metallen an, die von Schrott- und Altmetallverarbeitungsplätz
stammen und - besonders bei Regen - sonst unvollständig entsorgt werden können.
Hier wären auch die Grubensickerwässer mit ihren schädlichen
Schwermetallgehalten (z.T. bis 1 g/U; einzuordnen sein, wie sie z.B. bei stillgelegten oder auch noch intakten Erzbergwerken
aus der Wasserhaltung kommen und nicht in die lokale Kanalisation eingeleitet werden dürften.
Durch 12 Unteransprüche soll die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhaft, ausgestattet werden. Erfindungsgemäße Vorrichtungen
sind in den Zeichnungen Fig.1 bis Fig.3 schematisch vereinfacht
dargestellt.
Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Zeichnungen
im Längsschnitt dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben.
Es zeigt
Fig.3 eine erfindungsgemäße Ausgestaltung zweier Haltesiebe,
Fig.H, eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung
mit zwei hintereinander geschalteten Gehäusen,
mäßen Vorrichtung mit zwei diametral gegenüberliegenden und in das Gehäuse eintauchenden Ultraschallgeber hörnern.
In der erfindungsgemäßen AusfUhrungsform nach Fig.1 tritt die
zu behandelnde Lösung (2) durch die Pumpe (3), das Rückschlagventil
(4) und das Sieb (5) !n das Gehäuse (1) ein und strömt durch
die PartikelschUttschicht (6) in Richtung des oberen Siebes (7)
und den Stutzen (8) in ein - nicht eingezeichnetes - Auffangbecken.
Aus einem -ebenfalls nicht eingezeichneten- Vorratsbehälter fallen kugelförmige Füllkörper (6) gesteuert durch Sensoren (15) in
den Stutzen (16) und die Flüssigkeit (2) und bilden eine Füllkörpersäule
im Gehäuse (1), in die der Ultraschallschwinger (9) hineinragt und sie beschallt. Zugleich versetzt der Rüttler (10) das verstellbar
und gedämpft an den Ketten (17) aufgehängte Cehäuse (1) in niederfrequente gerichtete Schwingungen.
Diese kombinierten Schwingungen bewirken nicht nur die Abscheidung
von elementaren Metallen und deren Austragung, sondern auch den Abbau nichtionischer Bestandteile zu ungiftigen Verbindungen
wie zB. Chlorid und den Austrag unlöslicher Reaktionsprodukte
wie z.B. Eisenhydroxid.
Die unlöslichen Reaktionsprodukte liegen in fein verteilter Form
vor und vermögen das Gehäuse über das Sieb (11) und den Syphon (13) zu verlassen und sich am unteren Ende zu sammeln, um periodisch
über den Verschluß (15) entleert zu werden. Die mit ihnen ausgetragene Flüssigkeit verläßt den Syphon über den Stutzen (14) und kann
gesammelt oder in das System zurückgeführt werden.
Schließt man mindestens die beiden Siebe (5) und (7)gemäß Fig.3 so
an eine -hier nur angedeutete- passende Gleichstromquelle an, daß Sieb (5) anodisch und Sieb (7) kathodisch geschaltet sind,
wobei die Siebe aus einem nichtlöslichen Elektrodenmaterial bestehen
müssen, so wird - das entsprechende elektrochemische Potential
vorausgesetzt- das in der Lösung befindliche Metall sich auf dem Sieb (7) niederschlagen, aber zugleich von den vibrierenden FUI!körpern
abgeschlagen und ebenfalls über Sieb (11) und Verschluß (15) zurückgewonnen werden können. Eine dergestalt "abgereicherte"
aber sonst noch unveränderte Lösung ließe sich ohne Schwierigkeiten
mehrfach in den eigenen Produktionsprozeß zurückführen.
Wie Fig.2 andeutet, könnte der Winkel, mit dem der Rüttler (10)
am Gehäuse (1) angebracht ist, die Stoßrichtung der angelegten Schwingung in der Welse variieren, daß sich die Füllkörper (6)
innerhalb des Gehäuses (1) nicht nur auf der Stelle bewegen,
sondern eine Zirkulation vollführen, bei der sich Lösung und Füllkörper
im Kreuz-, Gleich- und Gegenstrom zueinander bewegen würden.
Pumpe (3) an das Gehäuse (1) mindestens noch ein zweites Gehäuse
gleicher Größe und Bauart elastisch angeschlossen werden soll, um die Selektion bei Trennung und Abscheidung der Metalle und/oder
der Schadstoffe zu verbessern.
gemäße Vorrichtung, in der sich zwei Ultraschallgeber diametral
gegenüberliegen und mit ihren Hörnern zugleich von zwei Seiten in das Gehäuse hineinragen, wobei die Schwinger (9) und (9a)
mit ihren Hörnern auf einer gemeinsamen Mittellinie zu liegen kommen.
erfindungsmäßigen Aufgabe nach Anspruch 1, sondern will zugleich
durch Aufbau einer nach dem Stande der Technik bekannten stehenden Welle Entmischungs- und Trennvorgänge erleichtern.
Claims (1)
- &igr;.:O Schutzansprüche1. Vorrichtung zur Trennung und selektivem Abbau von ionischen und nicht ionischen wäßrigen und nichtwäßrigen Lösungen im Festoder Fließbett gekennzeichnet durch ein beispielsweise rohrförmiges Gehäuse mit seitichen z.B. rohrförmigen Stutzen mit mindestens an drei Stutzen innen angebrachten Sieben, einem Syphon an einem der Stutzen und elastischen Verbindungen aller Stutzen zum Gehäuse, sowie einer das Gehäuse und den Einfüllstutzen ausfüllenden Schüttschicht aus metallischen und nichtmetallischen Partikeln nebst einem am unteren Ende des Gehäuses angebrachten und mit seinem Horn in die Schüttschicht eintauchenden Ultraschallgeber bekannter Bauart und einem an der Außenseite des Gehäuses befestigten Rüttler bekannter Bauart.2. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch einen an der Unterseite des rohrförmigen Gehäuses beweglich mit diesem verbundenen Rohrabschnitt, an dessen Außenseite der Rüttler nach Anspruch 1 befestigt ist.3. Vorrichtung nach Anspruch 1 gekennzeichnet durch Siebe aus elektrisch leitenden Werkstoffen, die mit einer externen Stromquelle2Q verbunden sind.1. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schüttschicht aus einem Gemenge metallischer und nichtmetallischer kugelförmiger Körper im Durchmesser von 0,5 bis 5 mm besteht, wobei die Oberfläche der nichtmetallischen Partikel besonders hart zu sein hat.5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 4,gekennzeichnet durch eine Gemenge möglichst kugelförmiger Metallkörper zwischen 0,5 und 5 mm Durchmesser aus zwei verschiedenen Metallen unterschiedlicher elektrochemischer Potentialdifferenz.6. Vorrichtung nach den Ansprüchen K und 5. dadurch gekennzeichnet, daß das Gemenge möglichst kugelförmiger Körper aus mindestens zwei Metallen unterschiedlicher elektrochemischer Potentialdifferenz und mindestens einer Sorte nichtmetallischer, nichtreagierender Körper mit besonders harter Oberfläche besteht.7. Vorrichtung nach Anspruch 6. gekennzeichnet durch einen metallischen Füllkörperanteil aus Ferromangan.8. Vorrichtung nach Ansprucn b, gekennzeichnet durch einen metallischen Füllkörperanteil aus Ferrosilizium.9. Vorrichtung nach Anspruch 5 , gekennzeichnet durch einen metallischen Füllkörperanteil aus Perrosilizium.
Applications Claiming Priority (1)
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| DE3825319A DE3825319A1 (de) | 1988-07-26 | 1988-07-26 | Verfahren und vorrichtung zur trennung und selektivem abbau von ionischen und nichtionischen bestandteilen aus waessrigen und nichtwaessrigen loesungen |
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| DE8809526U Expired DE8809526U1 (de) | 1988-07-26 | 1988-07-26 | Vorrichtung zur Trennung und selektivem Abbau von ionischen und nichtionischen Bestandteilen aus wäßrigen und nichtwäßrigen Lösungen |
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| DE3825319A Ceased DE3825319A1 (de) | 1988-07-26 | 1988-07-26 | Verfahren und vorrichtung zur trennung und selektivem abbau von ionischen und nichtionischen bestandteilen aus waessrigen und nichtwaessrigen loesungen |
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