EP3404084A1 - Waschverfahren für walz- und dressieröle - Google Patents

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EP3404084A1
EP3404084A1 EP18171973.3A EP18171973A EP3404084A1 EP 3404084 A1 EP3404084 A1 EP 3404084A1 EP 18171973 A EP18171973 A EP 18171973A EP 3404084 A1 EP3404084 A1 EP 3404084A1
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EP
European Patent Office
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oil
rolling
phase
aqueous
aluminum
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EP18171973.3A
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EP3404084B1 (de
EP3404084C0 (de
Inventor
Olaf Güssgen
Thomas Graf
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Speira GmbH
Original Assignee
Hydro Aluminium Rolled Products GmbH
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Publication date
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    • C10M175/00—Working-up used lubricants to recover useful products ; Cleaning
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    • C10M2209/00—Organic macromolecular compounds containing oxygen as ingredients in lubricant compositions
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    • C10N2040/00—Specified use or application for which the lubricating composition is intended
    • C10N2040/20—Metal working
    • C10N2040/244—Metal working of specific metals
    • C10N2040/245—Soft metals, e.g. aluminum

Definitions

  • the invention relates to a process for the recycling of aluminum-contaminated oil from rolling / tempering processes.
  • Rolled oils and tempering oils are coolants that have a major impact on production efficiency and product quality.
  • the coefficient of friction between the work roll and the rolling stock should neither be too high nor too low.
  • a low coefficient of friction improves the lubrication in the nip, so that energy consumption, frictional heat and roller wear are reduced.
  • the rolling oils are heavily contaminated by metal abrasion.
  • the impurities are essentially metal abrasion and metal soaps from the rolling stock, for example aluminum and magnesium, as well as to metal abrasion from the rollers (for example, iron and chromium).
  • metal abrasion from the rollers for example, iron and chromium.
  • temper rolling comparatively small amounts of rolling oil are used, but after a short time they are heavily contaminated with metal abrasion.
  • the proportion of aluminum in the rolling oil can then be up to 2 wt .-% and more, based on the mass of the oil.
  • the condition of the rolling oil must be continuously monitored during rolling or temper rolling, so that the limit concentrations of aluminum for the respective rolling processes are not exceeded.
  • high amounts of aluminum in the rolling oil during rolling lead to problems with the product quality.
  • High levels of metal abrasion in the rolling oil cause damage to the rolls and the formation of visually conspicuous surface contaminants on the rolling stock such as rolls, dark streaks and holes.
  • the DE 15 45 299 A1 proposes that waste oils from waste oils from engines and transmissions of motor vehicles be coagulated by mixing with an aqueous alkali hydroxide solution of a concentration of 10 to 50 wt .-% in a ratio of 2 to 15 wt .-%, based on the mass of waste oil and separating the clarified oil from the coagulating liquid and the suspension of the aging products and then further processing them by the processes of the petroleum industry, for example by refining.
  • the particle sizes are so low and the particle size distribution of the metal abrasion is so unfavorable that a satisfactory separation from the oil by filtration is hardly achievable.
  • the US 2,902,439 describes a process for the purification of lubricants from aluminum processing.
  • the lubricant is mixed with an aqueous cleaning solution.
  • This document further states that only 20 ml of the cleaning solution is sufficient to clean one liter of contaminated oil.
  • the US 2,902,439 makes it clear that treating aluminum fines in oil with caustic soda is dangerous because of the development of high-explosive hydrogen gas. Furthermore, larger amounts of caustic soda foam, which is difficult to control.
  • the invention is therefore an object of the invention to provide a process for the purification and reuse of used rolling oil or casting oil, which avoids the aforementioned disadvantages.
  • This object is achieved by a process for the recycling of aluminum-contaminated oil from rolling or casting processes, in which aluminum-contaminated rolling oil or casting oil is mixed with aqueous alkali metal hydroxide solution, causes a phase separation between the aqueous phase and oil phase, then the aqueous phase of separates the oil phase and the oil phase with a drying agent of residual water and possibly existing suspended matter, wherein the mass ratio of contaminated oil to aqueous alkali metal hydroxide solution is at least 1: 2.
  • the inventive method allows the recycling of the purified oil as rolling or casting oil.
  • the product oil of the process according to the invention has a high quality. Impurities due to thermal treatment of the oil are not present at the time of recycling.
  • a high saving of oil in industrial rolling and skin-pass coating plants is made possible.
  • contaminated oils from rolling / coating processes without waste-producing filtrations and / or thermal separation processes such as distillation or rectification can be purified in a discontinuous process and reused as pure oil.
  • wastewater in relatively small quantities.
  • the resulting aluminum hydroxide can be used in the water treatment.
  • Critical waste is avoided.
  • the ecological footprint is significantly lower than in conventional cleaning processes. The same applies to the investment and operating costs.
  • rolling oils and tempering oils are oils and oil-containing liquids intended for rolling and temper rolling.
  • oil in the context of the invention includes fatty alcohols, fatty acids, fatty acid esters and kerosene cuts, mineral oils, vegetable oils and synthetic oils and mixtures thereof.
  • the hydrocarbon chains of these compounds may have, for example, 8 to 20, preferably 10 to 18, carbon atoms.
  • the boiling end of the aforementioned organic chemical compounds should be below the usual in the aluminum industry lowest annealing temperature of about 320 ° C.
  • the kinematic viscosity of the rolling and tempering oils at 40 ° C. is usually below 10 mm 2 / s, preferably below 6 mm 2 / s.
  • rolling oils and tempering oils may contain conventional rolling additives.
  • the oils to be purified as starting material in the process according to the invention have been previously used in the coating and rolling of films and wires made of aluminum. These oils are highly contaminated by metallic abrasion compared to their first use.
  • the impurities contained therein are, for example, aluminum abrasion and other metal abrasion.
  • the content of aluminum particles in the contaminated oil may be, for example, 500 to 4,000 mg / l.
  • High levels of metal abrasion can occur in rolling processes, especially in the Producing very thin ribbons that severely affect product quality.
  • the degree of soiling of the oil with metal abrasion is visually detectable during the rolling or skin-pass coating process and can also be determined gravimetrically by determining the turbidity or by examination with particle counters and particle size analyzers.
  • the contaminated oil described above is mixed with a dilute aqueous alkali metal hydroxide solution with stirring in accordance with the present invention.
  • the amount of washing liquid is determined by the degree of contamination of the oil with aluminum particles.
  • the mass of the aqueous alkali metal hydroxide solution used is generally at least twice the mass of the contaminated oil.
  • the contaminated oil is introduced into the aqueous alkali metal hydroxide solution.
  • Alkalimetallhydroxidnaps in the context of the invention means a solution of alkaline earth metal hydroxide and / or alkali metal hydroxide.
  • Particularly suitable alkali metal hydroxides according to the invention are sodium hydroxide and potassium hydroxide.
  • the concentration of the alkali metal hydroxide in the aqueous solution is preferably so high that the aluminum present in the oil is completely dissolved.
  • the amount of alkali metal hydroxide preferably present is sized to provide an excess of alkali metal hydroxide as compared to the aluminum particles and other metal particles present in the oil.
  • the alkali metal hydroxide solution may contain alkali metal in a concentration of preferably 1 to 9% by weight, more preferably 2 to 7% by weight, based on the weight of the solution.
  • the alkali metal hydroxide solution initially introduced can, for example, have a concentration of from 2 to 5% by weight of alkali metal hydroxide, based on the mass of the alkali metal hydroxide solution.
  • the volumetric proportion of the aqueous alkali metal hydroxide solution may preferably be more than 40% V / V based on the volume of rolling oil and aqueous alkali metal hydroxide solution.
  • the aqueous alkali metal hydroxide solution and the contaminated oil are thoroughly mixed.
  • the aluminum is washed out of the oil phase.
  • Aluminum is thereby converted to aluminum hydroxide and further to aluminate, which are soluble in the alkaline aqueous phase.
  • soaps may also form.
  • the aluminate remains in solution in the alkaline aqueous phase. If present, other metals also go into solution as hydroxides.
  • neither a mixture of sodium hydroxide and sodium aluminate nor a mixture of sodium hydroxide and sodium metasilicate is added to the contaminated oil.
  • a water-soluble polyalkylene glycol may be added.
  • Use is made of a polyalkylene glycol, which is completely soluble in any mixing ratio with water at 20 ° C without phase separation.
  • the addition of a polyalkylene glycol for phase separation is particularly useful when the rolling oil contains additives such as acids. These acids can be fatty acids having 12 to 16 carbon atoms.
  • the polyalkylene glycol is preferably one of viscosity class 140.
  • the kinematic viscosity of the polyalkylene glycol may be 140 mm 2 / s to 160 mm 2 / s, preferably about 150 mm 2 / s.
  • the kinematic viscosity was determined with a rotational viscometer according to ASTM D-7042.
  • the polyalkylene glycol contains ethylene and propylene units. It can be used in an amount of 1 to 10 wt .-%, preferably 3 to 6 wt .-%, based on the mass of alkali metal hydroxide solution and polyalkylene glycol. Surprisingly, it has been found that water-soluble polyalkylene glycol improves the treatment of oils which are present together with acidic additives.
  • the mixing of contaminated oil and aqueous alkali metal hydroxide solution may preferably be carried out in a stirrer-equipped reactor at room temperature (about 20 ° C) take place. There is no heating of the resulting mixture of contaminated oil and aqueous alkali metal hydroxide solution to a temperature of 45 ° C or more.
  • the process according to the invention can be carried out at a temperature of 15 ° C to 30 ° C or even higher. Preferably, the process temperature is 15 ° C to 25 ° C.
  • the reactor may preferably be a conical conical reactor.
  • the stirrer used can be conventional stirrers.
  • an axial stirrer (propeller stirrer) is particularly suitable for allowing intensive mixing of aluminum-containing oil phase and aqueous alkali metal hydroxide phase in the reactor.
  • a tangential stirrer (anchor stirrer).
  • the reactor is vented. By venting the reactor, an increase in the concentration of hydrogen gas during the leaching of the aluminum should be avoided.
  • the mixing of the oil with the aqueous alkali metal hydroxide solution is preferably carried out until the oil phase is free of metallic aluminum. However, it is not mandatory that the oil phase is completely free of metallic aluminum.
  • the intensive mixing of the two phases can take, for example, 30 to 120 minutes, depending on the reactor size and stirring intensity. A visual visual inspection is sufficient. Before cleaning, the oil is dark and not transparent, clear and transparent after cleaning. The oil has a clear to yellowish color after cleaning.
  • a phase separation into an aqueous phase and an oil phase is done.
  • a time of 30 to 120 minutes may be required.
  • the higher density aqueous phase is deposited in the lower part of the reactor.
  • the liberated from aluminum oil with lower density floats on the aqueous phase.
  • the extent of the phase separation or the progress of the separation of the two phases can be monitored during the separation process by measuring the electrical Conductivity of the liquid in the reactor or visually.
  • the aqueous phase is separated after phase separation. This is done, for example, by allowing the aqueous aluminate / aluminum hydroxide-containing phase, which optionally contains further metal hydroxides, to flow out of the lower part of the reactor.
  • water or an aqueous liquid may preferably be fed to the lower part of the reactor so as to drain the purified rolling oil by the rise of the liquid level in the upper part of the reactor.
  • the oil phase is washed once or twice with demineralized water. Even during washing, an intensive mixing of the oil with the water used for washing takes place. Subsequently, a phase separation of oil phase and wash water phase is allowed again. Thereafter, the washing water is separated as before the aqueous alkaline aluminate-containing phase.
  • the duration of the mixing of oil and wash water and the duration of the phase separation can be chosen as well as when washing with and separating from metal hydroxide solution.
  • the purified oil is removed from the reactor.
  • the oil will usually be saturated or almost saturated after washing out the aluminum with water.
  • the amount of water in the oil may be about 100 ppm.
  • the oil is passed through a filter.
  • This filtration device is used to dry the oil. It also serves to remove any suspended in the oil suspended matter.
  • the filtration device may contain one or more substances for the chemical or physical binding of water. Such substances or drying agents include, for example, silica gels, molecular sieves, sodium sulfate and magnesium sulfate. Sodium sulfate is particularly preferred.
  • the filtration device can be designed as a so-called candle filter be filled with the substance for chemical or physical binding of water (drying agent). By drying the oil both water and suspended matter, if any are still present in the oil, separated from the oil. The resulting oil is essentially anhydrous. This means that the water saturation in the oil is between 20 to 70% of the highest possible water saturation, preferably by 50% or less.
  • the water saturation in the oil can be determined with a capacitive water sensor or determined by Karl Fischer titration.
  • the product oil of the process according to the invention is virtually free of metal abrasion.
  • the oil purity can be determined by measuring the turbidity.
  • the oil thus obtained can be reused as a pure oil in skin-pass or rolling processes.
  • the aqueous solution containing aluminum phase can be neutralized.
  • the neutralization can be carried out, for example, by adding sulfuric acid. This fall aluminum hydroxide and optionally further metal hydroxides.
  • the precipitation of aluminum hydroxide suspended solids and residual oil are trapped, precipitated and separated from the water. After separation of water and solid phase, the water thus obtained can often be discharged without further treatment but in accordance with the requirements for direct dischargers into the sewer.
  • the washing out of the aluminum from the oil can also take place in two reactors connected in parallel in the so-called pendulum batch operation, or different process stages of the process according to the invention are carried out in parallel in both reactors.
  • the process according to the invention can be carried out at ambient temperature. There is no need to supply energy in the form of heat.
  • the process can be carried out batchwise or continuously.
  • the tempering of aluminum sheet in a skin pass mill 1 takes place with the addition of a casting oil as cooling lubricant (8 to 10 l / min).
  • a casting oil as cooling lubricant (8 to 10 l / min).
  • the skin-oil is conveyed from a clean oil tank 1 to the temper rolling mill 1.
  • the used enriched with aluminum casting oil is transferred to the storage container 4 for contaminated Dressieröl.
  • the contaminated oil is passed into the reactor 7.
  • Reactor 7 is equipped with a propeller 8 and a pressure aerator 9. By the pressure aerator 9, the enrichment of hydrogen gas in the reactor 7 should be avoided.
  • dilute alkali metal hydroxide solution in the reactor 7 in about 10 times the stoichiometric excess, based on aluminum was presented as 2 to 3% sodium hydroxide solution, before being fed via line 5 contaminated oil in the reactor for washing the aluminum particles.
  • the dilute alkali metal hydroxide solution can be passed into the reactor 7.
  • Alkali metal hydroxide can be stored as a higher concentration solution in a storage tank 10.
  • liquid alkali metal hydroxide solution is transferred from the storage tank 10 via line 11 into a mixer where it is brought to the desired concentration with the addition of water from source 14 via line 13.
  • the conical downwardly formed reactor 7 is an intensive mixing of contaminated with aluminum and used rolling oil with the alkali metal hydroxide with the help of Propellerlickers 8.
  • a phase separation of aqueous alkaline phase and oil phase is brought about in the reactor 7. The extent of phase separation is determined by measuring the electrical conductivity. If the phase separation in the reactor is largely completed, the aqueous alkaline phase is discharged at the bottom of the reactor and passed via line 19 for further treatment 20 such as neutralization. Subsequently, the oil phase is discharged from the reactor 7 and passed via line 15 to a candle filter 16.
  • the drying of the oil takes place. Furthermore, suspended solids are retained in the filter material as it flows through the filter 16.
  • the effluent from the filter oil is transferred via line 17 into the clean oil tank. 1 directed. From there it can be fed back to the skin pass mill 2 for use in a skin pass.

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Abstract

Zur Wiederaufbereitung von mit Aluminium verunreinigtem Öl aus Walz-/DressierProzessen wird das verunreinigte Öl mit wässriger Alkalimetallhydroxidlösung intensiv zum Auswaschen von Aluminium vermischt, anschließend eine Trennung zwischen wässriger Phase und gereinigter Ölphase herbeiführt, dann die wässrige Phase von der Ölphase getrennt und die Ölphase schließlich mit einem Trocknungsmittel von Restwasser und gegebenenfalls vorhandenen Schwebstoffen befreit, um dann wieder als Reinöl in Walz-oder Dressierprozessen eingesetzt zu werden, wobei das Massenverhältnis von verunreinigtem Öl zu wässriger Alkalimetallhydroxidlösung mindestens 1 : 2 beträgt.

Description

    TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Wiederaufbereitung von mit Aluminium verunreinigtem Öl aus Walz-/Dressier-Prozessen.
    • HINTERGRUND DER ERFINDUNG
  • Walzöle und Dressieröle sind Kühlschmierstoffe, die einen großen Einfluss auf die Wirtschaftlichkeit der Produktion und die Qualität der Erzeugnisse haben. Beim Walzen und beim Dressieren soll der Reibwert zwischen Arbeitswalze und Walzgut weder zu hoch noch zu niedrig sein. Ein niedriger Reibwert verbessert die Schmierung im Walzspalt, so dass Energieaufwand, Reibungswärme und Walzenverschleiß verringert werden.
  • Beim Dressieren von Aluminiumbändern wird die Textur der Dressierwalze auf die Oberfläche des jeweils zu walzenden Bandes übertragen und zuvor ein Dressieröl aufgebracht, das zu einer Minderung der im Walzspalt des Dressierwalzgerüstes wirkenden Umformkräfte führt. Auf diese Weise soll eine möglichst exakte Einstellung der im Walzspalt jeweils wirksamen Umformkräfte erreicht werden, um die beim Dressieren geforderten geringen Umformgrade ebenso exakt einzuhalten. Gleichzeitig werden aufgrund der Benetzung mit Walzölflüssigkeit sowohl die Oberflächen der gewalzten Bänder als auch die Oberflächen der zu ihrer Umformung eingesetzten Arbeitswalzen geschont.
  • Nach einer Reihe von Walzvorgängen sind die Walzöle durch Metallabrieb stark verunreinigt. Bei den Verunreinigungen handelt es sich im Wesentlichen um Metallabrieb und Metallseifen aus dem Walzgut, beispielsweise Aluminium und Magnesium, sowie um Metallabrieb aus den Walzen (beispielweise Eisen und Chrom). Beim Dressierwalzen kommen vergleichsweise geringe Mengen von Walzöl zum Einsatz, die jedoch nach kurzer Zeit mit Metallabrieb stark verunreinigt sind. Der Anteil an Aluminium im Walzöl kann dann bis zu 2 Gew.-% und mehr, bezogen auf die Masse des Öls, betragen.
  • Der Zustand des Walzöls muss während des Walzens oder Dressierens laufend kontrolliert werden, damit die Grenzkonzentrationen an Aluminium für die jeweiligen Walzverfahren nicht überschritten werden. Insbesondere bei sehr dünnen Folien und Blechen führen hohe Aluminiummengen im Walzöl beim Walzen zu Problemen mit der Produktqualität. Hohe Mengen an Metallabrieb im Walzöl führen zu Beschädigungen an den Walzen und zur Bildung von visuell auffälligen Oberflächenkontaminationen auf dem Walzgut, wie Einwalzungen, dunklen Streifen und Löchern.
  • Damit Walzöle länger gebrauchsfähig bleiben, werden sie bisher durch Anschwemmfiltration über Plattenfilter gereinigt. Nachteilig daran ist, dass eine große Menge Öl durch Filterhilfsmittel ausgetragen wird. Zu berücksichtigen ist in diesem Zusammenhang auch, dass Aluminium enthaltende Rückstände zur Selbstentzündlichkeit neigen. Besondere Vorkehrungen müssten daher für eine sichere Lagerung oder den sicheren Transport für die Aluminium enthaltenden Rückstände getroffen werden. Darüber hinaus fallen große Abfallmengen wegen der gebrauchten Filterhilfsmittel und der gebrauchten Filtervliese an. Das gleiche gilt für eine Filtration des verunreinigten Öls über Rückspülfilter.
  • Man könnte darüber hinaus an destillative Verfahren zur Abtrennung des Öls von den verunreinigenden Feststoffen denken. Auch hier sind die Investitionskosten hoch. Der Energieaufwand ist ebenfalls hoch und durch die thermische Beanspruchung des Öls kann dessen Qualität sinken, weil sich im Öl bei der Destillation Crackprodukte bilden können. Zentrifugale Trennverfahren haben eine unzureichende Partikelabscheiderate bei kleinen Partikeldurchmessern. Für Flockungsverfahren ist ein hoher Energieaufwand erforderlich, und das Gefahrenpotential des ölhaltigen Metallschlamms ist hoch. Darüber hinaus ist der für ein Flockungsverfahren erforderliche Arbeitsaufwand wegen des aufwendigen Handlings des Abfalls groß. Ein solches Verfahren ist beispielsweise in der DE 26 13 878 C2 beschrieben, wo vorgeschlagen wird, Walzöle mit Natriumcarbonatlösung zu koagulieren und das gebildete Koagulat abzuzentrifugieren.
  • Die DE 15 45 299 A1 schlägt vor, Abfallstoffe aus Altöl aus Motoren und Getrieben von Kraftfahrzeugen durch Vermischen mit einer wässrigen Alkalihydroxid-Lösung einer Konzentration von 10 bis 50 Gew.-% im Mengenverhältnis von 2 bis 15 Gew.-%, bezogen auf die Masse des Altöls, zu koagulieren und das geklärte Öl von der Koagulationsflüssigkeit und der Suspension der Alterungsprodukte abzutrennen und anschließend mit den Verfahren der Erdölindustrie weiterzuverarbeiten, beispielsweise durch Raffinieren.
  • In gebrauchten Dressierölen sind die Teilchengrößen so niedrig und die Teilchengrößenverteilung des Metallabriebs ist so ungünstig, dass eine zufriedenstellende Abtrennung aus dem Öl durch Filtration kaum erreichbar ist.
  • Die US 2 902 439 beschreibt ein Verfahren zur Aufreinigung von Schmierstoffen aus der Aluminiumverarbeitung. In diesem Verfahren wird das Schmiermittel mit einer wässrigen Cleaning-Lösung vermischt. Diese enthält im Wesentlichen Natriumaluminat und wenigstens eine gleiche Gewichtsmenge Natriumhydroxid. Das Vermischen mit dem Schmiermittel erfolgt bei einer Temperatur von 120 °F (48,9°C) bis 210 °F (98,9 °C). Dieses Dokument führt ferner aus, dass nur 20 ml der Reinigungslösung ausreichen, um einen Liter verschmutztes Öl zu reinigen. Die US 2 902 439 macht deutlich, dass die Behandlung von Aluminiumfeinteilen in Öl mit Natronlauge gefährlich ist, weil sich hochexplosives Wasserstoffgas entwickelt. Ferner entwickelt sich durch größere Mengen Natronlauge Schaum, der schwer zu beherrschen sein soll. Um das Verfahren beherrschbar zu gestalten und um die Bildung von Wasserstoffgas und Schaum zu verringern oder zu unterdrücken, wird gemäß der US 2 902 439 der Zusatz von Natriumaluminat vorgeschlagen. Weil aber dadurch bei der Aufreinigung des Schmiermittels die Reaktionsgeschwindigkeit von Natronlauge und Aluminiumteilchen stark abgebremst wird, ist im Verfahren der US 2 902 439 die Temperatur erhöht, um eine angemessene Verfahrensdauer einzuhalten. Mit derselben Problematik und einer sehr ähnlichen Lösung beschäftigt sich auch die EP 0 030 805 A1 , in der Natriummetasilicat (Wasserglas) gemeinsam mit Natriumhydroxid angewendet wird. Durch den Einsatz von Natriummetasilicat wird die Natronlauge enthaltende Flüssigkeit sehr zähflüssig und die Reaktionsgeschwindigkeit von Natriumhydroxid und Aluminium wird stark reduziert. Auch in diesem Verfahren wird die Temperatur erhöht, um das durch den Einsatz von Wasserglas abgebremste Verfahren wieder zu beschleunigen.
    • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Aufreinigung und Wiederverwendung von gebrauchtem Walzöl oder Dressieröl bereitzustellen, das die zuvor genannten Nachteile vermeidet.
  • Gelöst wird diese Aufgabe durch ein Verfahren zur Wiederaufbereitung von mit Aluminium verunreinigtem Öl aus Walz- oder Dressier-Prozessen, in dem man mit Aluminium verunreinigtes Walzöl oder Dressieröl mit wässriger Alkalimetallhydroxidlösung vermischt, eine Phasentrennung zwischen wässriger Phase und Ölphase herbeiführt, anschließend die wässrige Phase von der Ölphase abtrennt und die Ölphase mit einem Trocknungsmittel von Restwasser und gegebenenfalls vorhandenen Schwebstoffen befreit, wobei das Massenverhältnis von verunreinigtem Öl zu wässrige Alkalimetallhydroxidlösung mindestens 1 : 2 beträgt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht die Wiederverwertung des gereinigten Öls als Walz- oder Dressieröl. Das Produktöl des erfindungsgemäßen Verfahrens hat eine hohe Qualität. Verunreinigungen durch thermische Behandlung des Öls sind zum Zeitpunkt der Wiederverwertung nicht vorhanden. Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine hohe Einsparung an Öl in industriellen Walz- und Dressieranlagen ermöglicht.
  • Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können verunreinigte Öle aus Walz-/Dressier-Prozessen ohne Abfall erzeugende Filtrationen und/oder thermische Trennverfahren wie Destillation oder Rektifikation in einem diskontinuierlichen Prozess gereinigt und wieder als Reinöl eingesetzt werden. Es entstehen leicht aufzubereitende Abwässer in vergleichsweise geringen Mengen. Das erhaltene Aluminiumhydroxid kann in der Wasseraufbereitung verwendet werden. Kritische Abfälle werden vermieden. Der ökologische Footprint ist deutlich geringer als in herkömmlichen Reinigungsverfahren. Ebenso verhält es sich mit den Investitions- und Betriebskosten.
    • BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
  • Walzöle und Dressieröle im Sinne der Erfindung sind Öle und Öl enthaltende Flüssigkeiten, die zum Walzen und Dressieren bestimmt sind. Der Begriff Öl im Sinne der Erfindung umfasst Fettalkohole, Fettsäuren, Fettsäureester und Kerosinschnitte, Mineralöle, Pflanzenöle und synthetische Öle sowie deren Gemische. Die Kohlenwasserstoffketten dieser Verbindungen können beispielsweise 8 bis 20, vorzugsweise 10 bis 18 Kohlenstoffatome aufweisen. Das Siedeende der zuvor genannten organisch chemischen Verbindungen sollte unter der in der Aluminium-Industrie üblichen niedrigsten Glühtemperatur von etwa 320 °C liegen. Die kinematische Viskosität der Walzund Dressieröle bei 40 °C liegt üblicherweise unter 10 mm2/s, vorzugsweise unter 6 mm2/s. Walzöle und Dressieröle können darüber hinaus übliche Walzadditive enthalten.
  • Die als Ausgangsmaterial in dem erfindungsgemäßen Verfahren zu reinigenden Öle sind zuvor beim Dressieren und Walzen von Folien und Drähten aus Aluminium eingesetzt worden. Diese Öle sind im Vergleich zu ihrer ersten Verwendung durch metallischen Abrieb stark verunreinigt. Die darin enthaltenen Verunreinigungen sind beispielsweise Aluminiumabrieb und anderer Metallabrieb. Der Anteil an Aluminiumteilchen in dem verunreinigten Öl kann beispielsweise 500 bis 4.000 mg/l betragen. Hohe Konzentrationen an Metallabrieb können in Walzprozessen, insbesondere bei der Herstellung sehr dünner Bänder, die Produktqualität stark beeinträchtigen. Der Verschmutzungsgrad des Öls mit Metallabrieb ist während der Walz- oder Dressierverfahren visuell feststellbar und kann auch gravimetrisch durch Bestimmung der Trübung oder durch Untersuchung mit Partikelzählern und Partikelgrößenanalysatoren bestimmt werden.
  • Das zuvor beschriebene verunreinigte Öl wird erfindungsgemäß mit einer verdünnten wässrigen Alkalimetallhydroxidlösung unter Rühren vermischt. Grundsätzlich bestimmt sich die Menge an Waschflüssigkeit nach dem Grad der Verunreinigung des Öls mit Aluminiumteilchen. Im erfindungsgemäßen Verfahren beträgt die Masse der eingesetzten wässrigen Alkalimetallhydroxidlösung in der Regel mindestens die doppelte Masse des verunreinigten Öls.
  • Vorzugsweise wird das verunreinigte Öl in die wässrige Alkalimetallhydroxidlösung eingebracht. Alkalimetallhydroxidlösung im Sinne der Erfindung bedeutet eine Lösung von Erdalkalimetallhydroxid und/oder Alkalimetallhydroxid. Erfindungsgemäß besonders geeignete Alkalimetallhydroxide sind Natriumhydroxid und Kaliumhydroxid. Die Konzentration des Alkalimetallhydroxids in der wässrigen Lösung ist vorzugsweise so hoch, dass das im Öl vorhandene Aluminium vollständig in Lösung gebracht wird. In der Regel ist die vorzugsweise vorgelegte Menge an Alkalimetallhydroxid so dimensioniert, dass ein Alkalimetallhydroxidüberschuss im Vergleich zu den im Öl befindlichen Aluminiumteilchen und übrigen Metallteilchen vorhanden ist. Die Alkalimetallhydroxidlösung kann erfindungsgemäß Alkalimetall in einer Konzentration von vorzugsweise 1 bis 9 Gew.-%, besonders bevorzugt 2 bis 7 Gew.-%, bezogen auf die Masse der Lösung enthalten. Die vorgelegte Alkalimetallhydroxidlösung kann im erfindungsgemäßen Verfahren beispielsweise eine Konzentration von 2 bis 5 Gew.-% Alkalimetallhydroxid, bezogen auf die Masse der Alkalimetallhydroxidlösung, aufweisen. Der volumetrische Anteil der wässrigen Alkalimetallhydroxidlösung kann vorzugsweise bei mehr als 40% V/V, bezogen auf das Volumen von Walzöl und wässriger Alkalimetallhydroxidlösung liegen.
  • Die wässrige Alkalimetallhydroxidlösung und das verunreinigte Öl werden intensiv durchmischt. Durch das intensive Vermischen der wässrigen Alkalimetallhydroxidlösung mit dem Öl erfolgt ein Auswaschen des Aluminiums aus der Ölphase. Aluminium wird dabei zu Aluminiumhydroxid und weiter zu Aluminat umgesetzt, die in der alkalischen wässrigen Phase löslich sind. In Abhängigkeit von gegebenenfalls im Öl enthaltenen Additiven können sich auch Seifen bilden. Auch das Aluminat bleibt in der alkalischen wässrigen Phase in Lösung. Gegebenenfalls vorhandene andere Metalle gehen auch als Hydroxide in Lösung.
  • Im erfindungsgemäßen Verfahren wird dem verunreinigten Öl weder ein Gemisch von Natriumhydroxid und Natriumaluminat noch ein Gemisch von Natriumhydroxid und Natriummetasilicat zugesetzt.
  • Zur Verbesserung der Phasentrennung an der Phasengrenzfläche zwischen wässriger und öliger Phase kann ein wasserlösliches Polyalkylenglykol zugesetzt werden. Zur Anwendung kommt ein Polyalkylenglykol, das in jedem Mischungsverhältnis mit Wasser bei 20 °C vollständig ohne Phasentrennung löslich ist. Der Zusatz eines Polyalkylenglykols zur Phasentrennung ist insbesondere dann sinnvoll, wenn das Walzöl Additive wie Säuren enthält. Diese Säuren können Fettsäuren mit 12 bis 16 Kohlenstoffatomen sein. Das Polyalkylenglykol ist vorzugsweise ein solches der Viskositätsklasse 140. Die kinematische Viskosität des Polyalkylenglykols kann bei 140 mm2/s bis 160 mm2/s, vorzugsweise bei etwa 150 mm2/s liegen. Die kinematische Viskosität wurde mit einem Rotationsviskosimeter gemäß ASTM D-7042 bestimmt. Vorzugsweise enthält das Polyalkylenglykol Ethylen- und Propyleneinheiten. Es kann in einer Menge von 1 bis 10 Gew.-%, vorzugsweise 3 bis 6 Gew.-%, bezogen auf die Masse von Alkalimetallhydroxidlösung und Polyalkylenglykol eingesetzt werden. Überraschend hat sich gezeigt, dass wasserlösliches Polyalkylenglykol die Aufbereitung von Ölen, die gemeinsam mit sauren Additiven vorliegen, verbessert.
  • Das Vermischen von verunreinigtem Öl und wässriger Alkalimetallhydroxidlösung kann vorzugsweise in einem mit Rührer ausgerüstetem Reaktor bei Raumtemperatur (etwa 20 °C) erfolgen. Es erfolgt kein Erwärmen der erhaltenen Mischung aus verunreinigtem Öl und wässriger Alkalimetallhydroxidlösung auf eine Temperatur von 45 ° C oder mehr. Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei einer Temperatur von 15°C bis 30 °C oder auch darüber durchgeführt werden. Vorzugsweise beträgt die Verfahrenstemperatur 15 °C bis 25°C.
  • Der Reaktor kann vorzugsweise ein zum Boden hin konisch gebildeter Reaktor sein. Als Rührwerk können übliche Rührer eingesetzt werden. So ist beispielsweise ein Axialrührer (Propellerrührer) besonders geeignet, in dem Reaktor eine intensive Vermischung von Aluminium enthaltender Ölphase und wässriger Alkalimetallhydroxidphase zu ermöglichen. Denkbar ist auch ein Tangentialrührer (Ankerrührer). Vorzugsweise ist der Reaktor belüftet. Durch die Belüftung des Reaktors soll ein Konzentrationsanstieg von Wasserstoffgas während des Auswaschens des Aluminiums vermieden werden.
  • Das Durchmischen des Öls mit der wässrigen Alkalimetallhydroxidlösung erfolgt vorzugsweise solange bis die Ölphase frei von metallischem Aluminium ist. Es ist aber nicht zwingend, dass die Ölphase vollständig von metallischem Aluminium befreit ist. Die intensive Durchmischung der beiden Phasen kann je nach Reaktorgröße und Rührintensität beispielsweise 30 bis 120 Minuten dauern. Eine visuelle Sichtkontrolle ist dazu ausreichend. Vor der Reinigung ist das Öl dunkel und nicht transparent, nach der Reinigung klar und transparent. Das Öl weist nach der Reinigung eine wasserklare bis gelbliche Färbung auf.
  • Anschließend belässt man die Flüssigkeit im Reaktor bis eine Phasentrennung in eine wässrige Phase und eine Ölphase erfolgt ist. Dazu kann in Abhängigkeit vom Flüssigkeitsvolumen eine Zeit von 30 bis 120 Minuten erforderlich sein. Die wässrige Phase mit höherer Dichte lagert sich im unteren Teil des Reaktors ab. Das von Aluminium befreite Öl mit geringerer Dichte schwimmt auf der wässrigen Phase auf. Das Ausmaß der Phasentrennung oder der Fortschritt der Trennung der beiden Phasen kann während des Trennungsprozesses überwacht werden durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit der Flüssigkeit im Reaktor oder visuell. Die wässrige Phase wird nach Phasentrennung abgetrennt. Das erfolgt beispielsweise dadurch, dass man die wässrige Aluminat/Aluminiumhydroxid enthaltende Phase, die gegebenenfalls weitere Metallhydroxide enthält, aus dem unteren Teil des Reaktors abfließen lässt. Alternativ kann vorzugsweise im unteren Teil des Reaktors Wasser oder eine wässrige Flüssigkeit zugeführt werden, um so das gereinigte Walzöl durch den Anstieg des Flüssigkeitsspiegels im oberen Teil des Reaktors abfließen zu lassen. Vorteilhaft an dieser Verfahrensführung ist, dass sich eventuell noch vorhandene Schwebstoffe durch ein Gitter leichter zurückhalten lassen.
  • Gegebenenfalls wird die Ölphase noch einmal oder zweimal mit entsalztem Wasser gewaschen. Auch beim Waschen erfolgt eine intensive Durchmischung des Öls mit dem zum Waschen eingesetzten Wasser. Anschließend lässt man wiederum eine Phasentrennung von Ölphase und Waschwasserphase zu. Danach wird das Waschwasser wie zuvor die wässrige alkalische Aluminat enthaltende Phase abgetrennt. Die Dauer des Durchmischens von Öl und Waschwasser und die Dauer der Phasentrennung können genauso gewählt werden wie beim Waschen mit und Abtrennen von Metallhydroxidlösung.
  • Nach Abtrennen der wässrigen Metallhydroxidlösung oder nach Abtrennen des Waschwassers wird das gereinigte Öl aus dem Reaktor entfernt. Das Öl wird nach dem Auswaschen des Aluminiums in der Regel mit Wasser gesättigt oder nahezu gesättigt sein. So kann der Anteil an Wasser im Öl beispielsweise etwa 100 ppm betragen. Zur Verringerung des Restwassers im Öl wird das Öl über eine Filtriereinrichtung geführt.
  • Diese Filtriereinrichtung dient der Trocknung des Öls. Sie dient ferner dem Entfernen von gegebenenfalls im Öl noch vorhandenen Schwebstoffen. Die Filtriereinrichtung kann eine oder mehrere Substanzen zur chemischen oder physikalischen Bindung von Wasser enthalten. Solche Substanzen oder Trocknungsmittel umfassen beispielsweise Kieselgele, Molekularsiebe, Natriumsulfat und Magnesiumsulfat. Natriumsulfat wird besonders bevorzugt. Die Filtriereinrichtung kann als sogenannter Kerzenfilter ausgebildet sein, der mit der Substanz zur chemischen oder physikalischen Bindung von Wasser (Trocknungsmittel) befüllt ist. Durch die Trocknung des Öls werden sowohl Wasser als auch Schwebstoffe, falls solche im Öl noch vorhanden sind, aus dem Öl abgetrennt. Das erhaltene Öl ist im Wesentlichen wasserfrei. Das bedeutet, die Wassersättigung im Öl liegt zwischen 20 bis 70 % der höchstmöglichen Wassersättigung, vorzugsweise um 50 % oder weniger. Die Wassersättigung im Öl kann mit einem kapazitiven Wassersensor bestimmt oder durch Titration nach Karl Fischer bestimmt werden. Das Produktöl des erfindungsgemäßen Verfahrens ist nahezu frei von Metallabrieb. Die Ölreinheit kann durch Messung der Trübung bestimmt werden. Das so erhaltene Öl kann als Reinöl in Dressier- oder Walzverfahren wiederverwendet werden.
  • Die wässrige gelöstes Aluminium enthaltende Phase kann neutralisiert werden. Die Neutralisation kann beispielsweise durch Zugabe von Schwefelsäure erfolgen. Dabei fallen Aluminiumhydroxid und gegebenenfalls weitere Metallhydroxide aus. Bei der Fällung von Aluminiumhydroxid werden Schwebstoffe und restliches Öl eingeschlossen, mitgefällt und vom Wasser getrennt. Nach Trennung von Wasser und Festphase kann das so erhaltene Wasser oftmals ohne weitere Behandlung aber in Einklang mit den Anforderungen für Direkteinleiter in die Kanalisation geleitet werden.
  • Das Auswaschen des Aluminiums aus dem Öl kann auch in zwei parallel geschalteten Reaktoren im sogenannten Pendel-Chargenbetrieb erfolgen, oder es werden unterschiedliche Verfahrensstufen des erfindungsgemäßen Verfahren parallel in beiden Reaktoren durchgeführt.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann bei Umgebungstemperatur durchgeführt werden. Es ist keine Zufuhr von Energie in Form von Wärme erforderlich. Das Verfahren kann batchweise oder kontinuierlich durchgeführt werden.
  • Nachfolgend wird eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens unter Berücksichtigung von Fig. 1 beispielhaft erläutert.
  • Das Dressieren von Aluminiumblech in einem Dressierwalzgerüst 1 erfolgt unter Zusatz eines Dressieröls als Kühlschmierstoff (8 bis 10 l/min). Dazu wird das Dressieröl aus einem Reinöltank 1 zum Dressierwalzgerüst 1 gefördert. Über die Leitung 3 wird das gebrauchte mit Aluminium angereicherte Dressieröl in den Staubehälter 4 für verunreinigtes Dressieröl überführt. Durch Leitung 5 wird das verunreinigte Öl in den Reaktor 7 geleitet. Reaktor 7 ist mit einem Propellerrührer 8 und einem Druckbelüfter 9 ausgerüstet. Durch den Druckbelüfter 9 soll die Anreicherung von Wasserstoffgas im Reaktor 7 vermieden werden. In einem Batchverfahren ist verdünnte Alkalimetallhydroxidlösung im Reaktor 7 im etwa 10fachen stöchiometrisch Überschuss, bezogen auf Aluminium als 2 bis 3%ige Natronlauge vorgelegt worden, bevor über Leitung 5 verunreinigtes Öl in den Reaktor zum Auswaschen der Aluminiumpartikel geführt wird. Über die Leitungen 5 und 6 kann auch die verdünnte Alkalimetallhydroxidlösung in den Reaktor 7 geleitet werden. Alkalimetallhydoxid kann als höher konzentrierte Lösung in einem Vorratstank 10 gelagert werden. Zur Einstellung der gewünschten Alkalimetallhydroxid-Konzentration wird flüssige Alkalimetallhydroxidlösung aus dem Vorratstank 10 über Leitung 11 in einen Mischer überführt und dort unter Zugabe von Wasser aus Quelle 14 über Leitung 13 auf die gewünschte Konzentration gebracht. Im nach unten konisch ausgebildeten Reaktor 7 erfolgt eine intensive Durchmischung des mit Aluminium verunreinigten und gebrauchten Walzöls mit der Alkalimetallhydroxidlösung mit Hilfe des Propellerührers 8. Durch das Durchmischen von Alkalimetallhydroxidlösung und Walzöl oder Dressieröl soll eine weitgehende Überführung des metallischen Aluminiums in Aluminiumhydroxid erfolgen. Anschließend führt man im Reaktor 7 eine Phasentrennung von wässriger alkalischer Phase und Ölphase herbei. Das Ausmaß der Phasentrennung wird durch Messung der elektrischen Leitfähigkeit bestimmt. Ist die Phasentrennung im Reaktor weitgehend abgeschlossen, wird die wässrige alkalische Phase am Boden des Reaktors abgelassen und über Leitung 19 zur weiteren Behandlung 20 wie der Neutralisation geführt. Anschließend wird die Ölphase aus dem Reaktor 7 abgelassen und über Leitung 15 zu einem Kerzenfilter 16 geführt. Im Kerzenfilter 16 erfolgt die Trocknung des Öls. Ferner werden Schwebstoffe beim Durchströmen des Filters 16 im Filtermaterial zurückgehalten. Das aus dem Filter abfließende Öl wird über Leitung 17 in den Reinöltank 1 geleitet. Von dort kann es wieder dem Dressierwalzgerüst 2 zur Verwendung in einem Dressierverfahren zugeführt werden.

Claims (6)

  1. Verfahren zur Wiederaufbereitung von mit Aluminiumabrieb verunreinigten Ölen aus Walz-/Dressier-Prozessen, dadurch gekennzeichnet, dass man das mit Aluminium verunreinigtes Walz- oder Dressieröl mit wässriger Alkalimetallhydroxidlösung vermischt, eine Trennung zwischen wässriger Phase und Ölphase herbeiführt, anschließend die wässrige Phase von der Ölphase abtrennt und die Ölphase mit einem Trocknungsmittel von Restwasser und gegebenenfalls vorhandenen Schwebstoffen befreit, wobei das Massenverhältnis von verunreinigtem Walz- oder Dressieröl zu wässriger Alkalimetallhydroxidlösung mindestens 1 : 2 beträgt.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass man als verunreinigtes Öl ein Walz- oder Dressieröl mit einem Gehalt an metallischem Aluminium von 0,01 bis 5 g/L einsetzt.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die wässriger Alkalimetallhydroxidlösung eine wässrige Natriumhydroxidlösung oder wässrige Kaliumhydroxidlösung ist.
  4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Behandlung des Aluminiums mit Alkalimetallhydroxid in Gegenwart eines wasserlöslichen Polyalkylenglykols erfolgt, wobei Alkylen für Ethylen und/oder Propylen steht.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass man die Trennung der wässrigen Phase und der Walzölphase durch Zusatz eines Polyalkylenglykols der Viskositätsklasse 140 erleichtert, das in jedem Mischungsverhältnis mit Wasser bei 20 °C vollständig ohne Phasentrennung löslich ist.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass man die gereinigte Walzölphase aus dem oberen Teil des Reaktors abfließen lässt, in dem man im unteren Teil des Reaktors Wasser oder eine wässrige Flüssigkeit zuführt.
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