EP0964942A1 - Verfahren zum aufbereiten eines für eine elektrophoretische lackierung eingesetzten elektrolyten - Google Patents

Verfahren zum aufbereiten eines für eine elektrophoretische lackierung eingesetzten elektrolyten

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EP0964942A1
EP0964942A1 EP98922987A EP98922987A EP0964942A1 EP 0964942 A1 EP0964942 A1 EP 0964942A1 EP 98922987 A EP98922987 A EP 98922987A EP 98922987 A EP98922987 A EP 98922987A EP 0964942 A1 EP0964942 A1 EP 0964942A1
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EP
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electrolyte
ions
reverse osmosis
electrolyte used
circuit
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EP98922987A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Karl Manderscheid
Johannes Lindemann
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Frings Recycling-Anlagen GmbH and Co KG
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    • B01—PHYSICAL OR CHEMICAL PROCESSES OR APPARATUS IN GENERAL
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    • B01D61/00—Processes of separation using semi-permeable membranes, e.g. dialysis, osmosis or ultrafiltration; Apparatus, accessories or auxiliary operations specially adapted therefor
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    • B01D61/025—Reverse osmosis; Hyperfiltration
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    • C25—ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PROCESSES; APPARATUS THEREFOR
    • C25D—PROCESSES FOR THE ELECTROLYTIC OR ELECTROPHORETIC PRODUCTION OF COATINGS; ELECTROFORMING; APPARATUS THEREFOR
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • Y02A20/124—Water desalination
    • Y02A20/131—Reverse-osmosis

Definitions

  • the invention relates to a method for preparing an electrolyte used for electrophoretic painting, the concentration of ions attacking the electrodes is diluted by keeping a portion of the electrolyte and replacing the removed electrolyte with a correspondingly low-ion liquid and kept below an upper limit.
  • the ion concentration, in particular the chlorides must therefore be restricted.
  • part of the electrolyte is withdrawn from the anode area and replaced by demineralized water.
  • the desalting of the water to be supplied to the anode area is complex.
  • the metals contained in the removed part of the electrolyte and released from the body parts cause difficulties in the disposal of this electrolyte.
  • the invention is therefore based on the object of designing a method of the type described above for preparing an electrolyte used for an electrophoretic coating such that the use of demineralized water for diluting the ion concentration in the electrolyte used can be largely reduced.
  • the invention achieves the stated object in that the drawn-off part of the electrolyte is subjected to a reverse osmosis and then at least as part of the replacement liquid is returned to the electrolyte used.
  • the membrane selected is essentially only overcome by the solvent, the ions dissolved in the removed part of the electrolyte can be retained and the permeate can advantageously be returned to the electrolyte as a replacement liquid. It is therefore only necessary to replace the concentrate retained in the reverse osmosis by demineralized water, which significantly reduces the need for demineralized water.
  • the concentration of the pollutants, in particular formed by the heavy metals facilitates their elimination during subsequent processing of the concentrate which has been separated out, so that overall a particularly economical procedure is obtained.
  • the retention capacity of the dissolved ions using reverse osmosis differs. While a good separation of the chloride and metal ions in particular can be ensured, a somewhat lower retention capacity towards the acid ions must be expected. In order to counteract possible acidification of the electrolyte by the recycled permeate, the withdrawn part of the electrolyte can be neutralized before the reverse osmosis.
  • a membrane surface adapted to the volume flow has to be provided, which generally requires several membrane units, each of which has a partial flow of the removed electrolyte is supplied.
  • Particularly favorable design conditions result in this connection if the withdrawn part of the electrolyte is subjected to a reverse osmosis in several cycles, the permeate of each cycle being part of the replacement liquid being fed to the electrolyte used and the concentrate being at least partially fed to the next cycle. This is possible without worsening of the separation conditions, because the retention capacity, particularly with regard to the chloride ions, remains largely the same over the concentration ranges in question.
  • the higher ion concentration in the subsequent circuits compared to the previous circuit would therefore only result in a reduction in the permeate throughput if there was no compensation by a higher delivery pressure in the individual circuits which was adapted to the higher ion concentration.
  • the concentrate of each circuit can thus also be admixed to the feed formed by the withdrawn part of the electrolyte before the feed branch to this circuit, so that the ion concentration of the feed to the individual circuits gradually increases from circuit to circuit.
  • the immersion bath 1 for the electrophoretic painting for example of body parts 2 connected as cathode, is equipped with anodes 3, which are separated from the actual immersion bath by semipermeable membranes 4, so that the electrolyte used in the anode area is free of lacquer ions remains, which are deposited on the cathode with the binder.
  • the resulting anions dissolved in the electrolyte, especially acid and chloride ions can penetrate the membranes 4, which leads to a corresponding concentration of these anions in the anode area. So that this ion concentration does not cause premature electrode corrosion and thus impair the dip coating, the ion concentration must be diluted.
  • part of the Electrolytes are withdrawn from the anode region and fed to an intermediate store 5, from which the removed electrolyte is pumped out for further treatment with the aid of a reverse osmosis.
  • the membrane assemblies 6 used for this are each connected to a common feed line 8 via a separate pump 7.
  • the permeate of the individual membrane assemblies 6 is fed via a manifold 9 to a permeate container 10, from which the electrolyte in the anode area of the immersion bath 1 is supplemented by the part drawn off to dilute the ion concentration.
  • the concentrate from the membrane assemblies 6 is fed back to the feed line 8 via concentrate lines 11, in the flow direction upstream of the respective feed branch 12, so that a circuit a, b, c, and d results for each membrane assembly.
  • This is possible because the retention capacity of the membrane units 6 is largely independent of the ion concentration, in particular with respect to the chloride ions in the concentration ranges that occur.
  • the reduction in the respective permeate throughput due to the higher ion concentration can be compensated for by a corresponding pressure increase via the pumps 7, which only have to cover the pressure loss in the respective circuit a, b, c, d.
  • the inlet pressure required for the reverse osmosis is ensured via a pre-pressure pump 13 and a subsequent main pressure pump 14.
  • the concentrate from the last cycle d is discarded or processed in a suitable manner, advantageous separation conditions opening up because of the comparatively high concentration of pollutants.
  • the pollutants are the metal ions released from the body parts, which penetrate the membranes 4 around the anodes 3 of the immersion bath 1 despite their positive charge and are retained in the concentrate by the membrane units 6.
  • the discarded volume flow of the concentrate must, however, be taken into account when the permeate is returned to the immersion bath 1. This rejected volume flow is replaced by demineralized water, which is fed to the permeate container 10, as indicated by the supply line 15.
  • the invention is not limited to the exemplary embodiment described, and can advantageously be used wherever excessive ion concentrations occur in electrophoretic painting, which stress the electrodes and thus can impair the painting process. It is only of minor importance whether the lacquer ions are deposited cathodically or anodically on the workpiece.

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Abstract

Es wird ein Verfahren zum Aufbereiten eines für eine elektrophoretische Lackierung eingesetzten Elektrolyten beschrieben, dessen Konzentration an die Elektroden (3) angreifenden Ionen durch einen Abzug eines Teiles des Elektrolyten und Ersatz des abgezogenen Elektrolyten durch eine entsprechend ionenarme Flüssigkeit verdünnt und unter einem oberen Grenzwert gehalten wird. Um eine wirtschaftliche Verfahrensführung zu ermöglichen, wird vorgeschlagen, daß der abgezogene Teil des Elektrolyten einer umgekehrten Osmose (6) unterworfen und dann zumindest als Teil der Ersatzflüssigkeit wieder dem eingesetzten Elektrolyten zugeführt wird.

Description

Verfahren zum Aufbereiten eines für eine elektrophoretische Lackierung eingesetzten Elektrolyten
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Aufbereiten eines für eine elektrophoretische Lackierung eingesetzten Elektrolyten, dessen Konzentration an die Elektroden angreifenden Ionen durch einen Abzug eines Teiles des Elektrolyten und Ersatz des abgezogenen Elektrolyten durch eine entsprechend ionenarme Flüssigkeit verdünnt und unter einem oberen Grenzwert gehalten wird.
Zum Tauchlackieren von Karosserieteilen mit Hilfe der Elektrophorese ist es bekannt, die Karosserieteile als Kathode zu schalten, an der sich in einem geeigne- ten Elektrolyten dispergierte, positive Lackionen abscheiden, die durch eine elektrochemische Aufspaltung eines Lackgrundstoffes bereitgestellt werden. Bei der elektrochemischen Aufspaltung des Lackgrundstoffes gehen Säureanionen und Chloridionen in Lösung. Obwohl die Anoden im allgemeinen gegenüber dem eigentlichen Tauchbad durch semipermeable Membranen abgegrenzt sind, die die dispergierten Lackionen zurückhalten, können die gelösten Säure- und Chloridionen, aber auch andere Salzionen und von den Karosserieteilen gelöste Metallionen durch diese Membranen diffundieren, so daß sich die negativen Ionen im Anodenbereich anreichern und die Anoden durch die Säure- und Chloridionen korrosiv belastet werden. Um einer vorzeitigen Alterung der Anoden und einer Beeinträchtigung der Tauchlackierung vorbeugen zu können, muß daher die lonenkonzentration, insbesondere der Chloride, beschränkt werden. Zu diesem Zweck wird jeweils ein Teil des Elektrolyten aus dem Anodenbereich abgezogen und durch entsalztes Wasser ersetzt. Das Entsalzen des dem Anodenbereich zuzuführenden Wassers ist jedoch aufwendig. Außerdem bereiten die im abgezogenen Teil des Elektrolyten enthaltenen, aus den Karosserieteilen gelösten Metalle Schwierigkeiten bei der Entsorgung dieses Elektrolyten. Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs geschilderten Art zum Aufbereiten eines für eine elektrophoreti sehen Lackierung eingesetzten Elektrolyten so auszugestalten, daß der Einsatz von entsalztem Wasser zur Verdünnung der lonenkonzentration im eingesetzten Elektrolyten weitgehend verringert werden kann.
Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, daß der abgezogene Teil des Elektrolyten einer umgekehrten Osmose unterworfen und dann zumindest als Teil der Ersatzflüssigkeit wieder dem eingesetzten Elektrolyten zugeführt wird.
Da bei einer umgekehrten Osmose die entsprechend ausgewählte Membran im wesentlichen nur vom Lösungsmittel überwunden wird, können die im abgezogenen Teil des Elektrolyten gelösten Ionen zurückgehalten und das Permeat in vorteilhafter Weise dem Elektrolyten als Ersatzflüssigkeit wieder zugeführt werden. Es braucht daher lediglich das bei der umgekehrten Osmose zurückgehaltene Konzentrat durch entsalztes Wasser ersetzt zu werden, was den Bedarf an entsalztem Wasser entscheidend verringert. Außerdem erleichtert die Konzentrierung der insbesondere durch die Schwermetalle gebildeten Schadstoffe deren Ausscheidung bei einer nachfolgenden Aufbereitung des ausgeschiedenen Konzentrats, so daß sich insgesamt eine besonders wirtschaftliche Verfahrensführung ergibt.
Das Rückhaltevermögen der gelösten Ionen mit Hilfe der umgekehrten Osmose ist unterschiedlich. Während eine gute Abtrennung vor allem der Chlorid- und Metallionen sichergestellt werden kann, muß mit einer etwas geringeren Rückhaltefähigkeit gegenüber den Säureionen gerechnet werden. Um aus diesem Grunde einer möglichen Übersäuerung des eingesetzten Elektrolyten durch das rückgeführte Permeat entgegenzuwirken, kann der abgezogene Teil des Elektrolyten vor der umgekehrten Osmose neutralisiert werden.
Damit der abgezogene Teil des Elektrolyten unter Einhaltung eines vorteilhaften Permeatdurchsatzes einer umgekehrten Osmose unterworfen werden kann, ist für eine an den Volumenstrom angepaßte Membranfläche zu sorgen, was im allgemeinen mehrere Membranbaueinheiten erfordert, denen jeweils ein Teilstrom des abgezogenen Elektrolyten zugeführt wird. Besonders günstige Konstruktionsverhältnisse ergeben sich in diesem Zusammenhang, wenn der abgezogene Teil des Elektrolyten einer umgekehrten Osmose in mehreren Kreisläufen unterworfen wird, wobei das Permeat jedes Kreislaufes als Teil der Ersatzflüssigkeit dem eingesetzen Elektrolyten und das Konzentrat zumindest teilweise dem nächsten Kreislauf zugeführt werden. Dies ist ohne Verschlechterung der Trennbedingungen möglich, weil die Rückhaltefähigkeit insbesondere gegenüber den Chloridionen über die in Frage kommenden Konzentrationsbereiche weitgehend gleich bleibt. Die im Vergleich zum jeweils vorhergehenden Kreislauf höhere lonenkonzentration in den nachfolgenden Kreisläufen würde daher lediglich eine Verminderung des Permeatdurchsatzes bedingen, wenn kein Ausgleich durch einen an die höhere lonenkonzentration angepaßten, größeren Förderdruck in den einzelnen Kreisläufen erfolgte. Das Konzentrat jedes Kreislaufes kann somit auch dem durch den abgezogenen Teil des Elektrolyten gebildeten Zulauf vor der Zulaufabzweigung zu diesem Kreislauf zugemischt werden, so daß sich die lonenkonzentration des Zulaufes zu den einzelnen Kreisläufen stufenweise von Kreislauf zu Kreislauf erhöht.
Anhand der Zeichnung wird das erfindungsgemäße Verfahren zum Aufbereiten eines für eine elektrophoretische Lackierung eingesetzten Elektrolyten näher erläutert, und zwar wird der Verfahrensablauf in einem Blockschaltbild einer Anlage zur Durchführung des Verfahrens gezeigt.
Gemäß dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist das Tauchbad 1 für die elek- trophoretische Lackierung, beispielsweise von als Kathode geschalteten Karosserieteilen 2, mit Anoden 3 ausgerüstet, die gegenüber dem eigentlichen Tauchbad durch semipermeable Membranen 4 abgetrennt sind, so daß der eingesetzte Elektrolyt im Anodenbereich frei von Lackionen bleibt, die mit dem Bindemittel an der Kathode abgeschieden werden. Die anfallenden, im Elektrolyten gelösten Anionen, vor allem Säure- und Chloridionen, können jedoch die Membranen 4 durchdringen, was zu einer entsprechenden Konzentration dieser Anionen im Anodenbereich führt. Damit diese lonenkonzentration nicht eine vorzeitige Elektrodenkorrosion bedingt und damit die Tauchlackierung beeinträchtigt, muß die lonenkonzentration verdünnt werden. Zu diesem Zweck wird ein Teil des Elektrolyten aus dem Anodenbereich abgezogen und einem Zwischenspeicher 5 zugeführt, aus dem der abgezogene Elektrolyt zur Weiterbehandlung mit Hilfe einer umgekehrten Osmose abgepumpt wird. Die dafür eingesetzten Membranbaueinheiten 6 sind jeweils über eine gesonderte Pumpe 7 an eine gemeinsame Zulaufleitung 8 angeschlossen. Das Permeat der einzelnen Membranbaueinheiten 6 wird über eine Sammelleitung 9 einem Permeatbehälter 10 zugeführt, aus dem der Elektrolyt im Anodenbereich des Tauchbades 1 um den zur Verdünnung der lonenkonzentration abgezogenen Teil ergänzt wird. Das Konzentrat aus den Membranbaueinheiten 6 wird über Konzentratleitungen 11 wieder der Zulaufleitung 8 zugeführt, und zwar in Strömungsrichtung vor der jeweiligen Zulaufabzweigung 12, so daß sich für jede Membranbaueinheit ein Kreislauf a, b, c, und d ergibt. Dies ist möglich, weil die Rückhaltefähigkeit der Membranbaueinheiten 6 insbesondere gegenüber den Chloridionen in den auftretenden Konzentrationsbereichen von der lonenkonzentration weitgehend unabhängig ist. Die Verminderung des jeweiligen Permeatdurchsatzes zufoge der höheren lonenkonzentration kann durch eine entsprechende Druckerhöhung über die Pumpen 7 ausgeglichen werden, die lediglich den Druckverlust im jeweiligen Kreislauf a, b, c, d abzudecken haben. Der für die umgekehrte Osmose erforderliche Zulaufdruck wird über eine Vordruckpumpe 13 und eine anschließende Hauptdruckpumpe 14 sichergestellt.
Das Konzentrat aus dem letzten Kreislauf d wird verworfen bzw. in geeigneter Weise aufbereitet, wobei sich wegen der vergleichsweise hohen Schadstoffkonzentration vorteilhafte Trennbedingungen eröffnen. Als Schadstoffe sind vor allem die aus den Karosserieteilen herausgelösten Metallionen zu werten, die die Membranen 4 um die Anoden 3 des Tauchbades 1 trotz ihrer positiven Ladung durchdringen und von den Membraneinheiten 6 im Konzentrat zurückgehalten werden. Der verworfene Volumenstrom des Konzentrates muß allerdings bei der Rückführung des Permeats in das Tauchbad 1 berücksichtigt werden. Dieser verworfene Volumenstrom wird durch entsalztes Wasser ersetzt, das dem Permeatbehälter 10 zugeführt wird, wie dies durch die Versorgungsleitung 15 angedeutet ist.
Da die Rückhaltefähigkeit der Membranbaueinheiten 6 gegenüber Säureionen geringer als gegenüber den Chlorid- und Metallionen ist, besteht die Gefahr, daß der Elektrolyt im Tauchbad 1 durch das rückgeführte Permeat übersäuert wird. Aus diesem Grund wird der aus dem Tauchbad 1 abgezogene Teil des Elektrolyten neutralisiert, indem dem abgezogenen Elektrolyten im Zwischenspeicher 5 ein Neutralisationsmittel, z. B. Natronlauge, über die Zuleitung 16 zugeführt wird. Die Neutralisation vor der umgekehrten Osmose ist wegen der begrenzten Säurebelastbarkeit der Membranbaueinheiten vorteilhaft.
Bei einer Anlage zum Tauchlackieren von Karosserieteilen mit Hilfe eines elek- trophoretischen Abscheidens der Lackionen auf den als Kathode geschalteten Karosserieteilen konnten für den eingesetzten Elektrolyten im Anodenbereich tägliche Frachten von 200 kg Säure (davon ca. 160 kg Amidosulfonsäure, 30 kg Essigsäure und 10 kg Milchsäure), 1280g Chloride, 400 g Fe3+, 200 g Ni2+ und Crvι sowie ca. 40 g Pb2+ ermittelt werden. Aus der Chloridfracht läßt sich errech- nen, daß der zur Verdünnung der lonenkonzentration aus dem Anodenbereich täglich abzuziehende Teil des Elektrolyten etwa 40 m3 ausmacht. Durch das erfindungsgemäße Aufbereitungsverfahren konnten 95 % dieses Volumenstromes durch das in das Tauchbad rückfließende Permeat ersetzt werden, weil durch die umgekehrte Osmose ein Rückhalt an Chloriden von etwa 90 % und an Metallen von etwa 99 % erzielt wurde. Der Särerückhalt belief sich auf ca. 65 %. Der tägliche Bedarf an entsalztem Wasser konnte demnach von den bisher erforderlichen 40 m3 auf 2 m3 verringert werden.
Es braucht wohl nicht besonders hervorgehoben zu werden, daß die Erfindung nicht auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist, und überall dort vorteilhaft zur Anwendung kommen kann, wo bei einer elektrophoretischen Lackierung überhöhte lonenkonzentrationen auftreten, die die Elektroden belasten und damit das Lackierverfahren beeinträchtigen können. Es ist dabei nur von untergeordneter Bedeutung, ob die Lackionen kathodisch oder anodisch auf dem Werkstück abgeschieden werden.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e :
1. Verfahren zum Aufbereiten eines für eine elektrophoretische Lackierung eingesetzten Elektrolyten, dessen Konzentration an die Elektroden angreifenden Ionen durch einen Abzug eines Teiles des Elektrolyten und Ersatz des abgezogenen Elektrolyten durch eine entsprechend ionenarme Flüssigkeit verdünnt und unter einem oberen Grenzwert gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, daß der abgezogene Teil des Elektrolyten einer umgekehrten Osmose unterworfen und dann zumindest als Teil der Ersatzflüssigkeit wieder dem eingesetzten Elektrolyten zugeführt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der abgezogene Teil des Elektrolyten vor der umgekehrten Osmose neutralisiert wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der abgezogene Teil des Elektrolyten einer umgekehrten Osmose in mehreren Kreisläufen unterworfen wird, wobei das Permeat jedes Kreislaufes als Teil der Ersatzflüssigkeit dem eingesetzen Elektrolyten und das Konzentrat zumindest teilweise dem nächsten Kreislauf zugeführt werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Konzentrat jedes Kreislaufes dem durch den abgezogenen Teil des Elektrolyten gebildeten
Zulauf vor der Zulaufabzweigung zu diesem Kreislauf zugemischt wird.
EP98922987A 1997-06-12 1998-06-10 Verfahren zum aufbereiten eines für eine elektrophoretische lackierung eingesetzten elektrolyten Withdrawn EP0964942A1 (de)

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