JP2019022906A - 圧延オイルおよび表面仕上げオイルの洗浄方法 - Google Patents

Abstract

【解決手段】圧延プロセス／表面仕上げプロセスからのアルミニウムで汚染されたオイルを再生するために、汚染されたオイルが水酸化アルカリ金属水溶液とアルミニウムを洗い流すために集中的に混合され、それに続いて水相と浄化オイル相との間の相分離が引き起こされ、その後水相がオイル相から分離され、再び純オイルとして圧延プロセスまたは表面仕上げプロセスで使用されるために最終的にオイル相から乾燥剤により残留水および場合により存在する懸濁質が取り除かれ、汚染されたオイルと水酸化アルカリ金属水溶液との質量比が少なくとも１：２となる方法を提供。【効果】汚染されたオイルを、熱分離方法無しに非連続プロセスで浄化し、再び純オイルとして使用できる。【選択図】図１

Description

本発明は、圧延プロセス／表面仕上げプロセスからのアルミニウムで汚染されたオイルの再生方法に関する。

圧延オイルおよび表面仕上げオイルは、生産の経済性および製品の品質に大きな影響を及ぼす冷潤滑剤である。圧延および表面仕上げの際動作ローラと圧延材料との間の摩擦値は高過ぎても低過ぎてもならないという。低い摩擦値はローラ間隙内の注油を改善するため、エネルギーの消費、摩擦熱および圧延摩耗が低減される。

アルミニウムストリップの表面仕上げの際、表面仕上げローラの模様がそれぞれ圧延されるストリップの表面に転写され、予め表面仕上げオイルが塗布されており、それは表面仕上げローラ構脚のローラ間隙内に作用する変形力の低減につながる。このようにしてローラ間隙内にそれぞれ作用する変形力の可能な限り正確な調整が、表面仕上げの際に要求される低い変形の度合いを同様に正確に遵守するために達せられるはずである。それと同時に圧延オイル液で湿らせることに基づいて圧延ストリップの表面もその変形のために使用される動作ローラの表面も保護される。

一連の圧延工程後に圧延オイルは金属砕片により激しく汚染されている。汚染は主に圧延材料からの金属砕片および金属石けん、例えばアルミニウムおよびマグネシウム、ならびにローラからの金属砕片（例えば鉄およびクロム）である。表面仕上げローラでは比較的少量の圧延オイルが使用されるが、短時間後には金属砕片で激しく汚染される。すると圧延オイル中のアルミニウムの割合は、オイルの質量に対して２重量％まで、およびそれ以上になり得る。

圧延オイルの状態は圧延または表面仕上げの間絶えず制御されなければならず、それに関連してそれぞれの圧延方法に関するアルミニウムの限界濃度が超過されてはならない。特に非常に薄い箔および金属板では圧延の際の圧延オイル中の高いアルミニウム量が製品品質の問題につながる。圧延オイル中の大量の金属砕片はローラの損傷および圧延材料上の横揺れ線、暗い条痕および穴などの視覚的に目立つ表面汚染を招く。

圧延オイルを長時間使用可能にしておくために、これまで圧延オイルはプレートフィルタを介した沈積濾過によって洗浄されている。その短所は、大量のオイルがフィルタ助剤により運び出されることである。この関連では、アルミニウムを含む残渣が自己点火性の傾向をもつことも考慮される。したがって、アルミニウムを含む残渣のより安全な保管またはより安全な輸送を保証するために特別な予防措置を講じるべきである。さらに大量の廃棄物が使用済みフィルタ助剤および使用済みフィルタ羊毛のために沈積する。同様のことが汚染されたオイルの再浄化フィルタを介した濾過にも当てはまる。

さらにオイルを汚染された固体から分離するための蒸留法が考えられる。ここでも投資コストは高い。エネルギーの消費は同様に高く、オイルの熱負荷によりその品質が低下する恐れがある。何故なら蒸留の際オイル中に分解生成物が形成され得るからである。遠心分離法は小さい粒径のときには粒子分離率が不十分である。凝集法では高いエネルギーの消費が必要であり、オイル含有金属スラッジの危険性が高い。さらに凝集法では必要な作業コストが廃棄物の手間のかかる取扱いのために大きい。そのような方法は、例えば特許文献１に記載され、そこでは圧延オイルを炭酸ナトリウム溶液で凝固させ、形成された凝固物を遠心分離機で分離することが提案される。

特許文献２は、自動車のエンジンおよび変速装置からの使用済みオイルからの廃棄物を１０〜５０重量％の濃度の水酸化アルカリ水溶液と、使用済みオイルの質量に対して２〜１５重量％の量比で混合することによって凝固させ、透明なオイルを凝集液および老化生成物の懸濁液から分離し、続いて石油工業の方法、例えば精製によって再生することを提案する。

使用済み表面仕上げオイル中では、オイルの濾過による満足できる分離がほとんど達成不能なほど粒径が小さく金属砕片の粒度分布が不利である。

特許文献３は、アルミニウム加工からの潤滑剤の浄化方法を記載する。この方法では潤滑剤がクリーニング水溶液と混合される。これは主にアルミン酸ナトリウムと少なくとも１つの等重量の水酸化ナトリウムとを含む。潤滑剤との混合は華氏１２０度（４８．９℃）〜華氏２１０度（９８．９℃）の温度で行う。さらにこの文献は、１リットルの汚染されたオイルを浄化するために２０ｍｌの洗浄液だけで足りることを述べている。特許文献３は、オイル中のアルミニウム微細部分の苛性ソーダ溶液での処理が危険であると説明している。何故なら高爆発性の水素ガスが発生するからである。さらに比較的多量の苛性ソーダ溶液により制御が困難な泡が発生する。この方法を制御可能に作り上げ、水素ガスおよび泡の形成を低減または抑制するために特許文献３によるとアルミン酸ナトリウムの添加が提案される。しかしそれにより潤滑剤の浄化の際苛性ソーダ溶液とアルミニウム粒子の反応速度が強く抑制されるので、特許文献３の方法では相応なプロセス時間を遵守するために温度が上げられる。これと同じ問題および非常によく似た解決法に特許文献４も携わっていて、そこではメタケイ酸ナトリウム（水ガラス）が水酸化ナトリウムと共に使用される。メタケイ酸ナトリウムの使用により苛性ソーダ溶液を含む液体の粘度が非常に高くなり、水酸化ナトリウムとアルミニウムとの反応速度が激しく低減される。この方法でも、水ガラスの使用により抑制された方法を再び加速するために温度が上げられる。

独国特許発明第２６ １３ ８７８（Ｃ２）号 独国特許出願公開第１５ ４５ ２９９（Ａ１）号 米国特許出願第２ ９０２ ４３９号 欧州特許出願公開第０ ０３０ ８０５（Ａ１）号

したがって本発明は、使用済み圧延オイルまたは表面仕上げオイルを浄化および再利用するための方法を提供するという課題に基づき、この方法は、先に挙げられた短所を回避するものである。

この課題は、圧延プロセスまたは表面仕上げプロセスからのアルミニウムで汚染されたオイルの再生方法によって解決され、そこではアルミニウムで汚染された圧延オイルまたは表面仕上げオイルが水酸化アルカリ金属水溶液と混合され、水相とオイル相との間の相分離が引き起こされ、それに続いて水相がオイル相から分離され、オイル相から乾燥剤により残留水および場合により存在する懸濁質が取り除かれ、汚染されたオイルと水酸化アルカリ金属水溶液との質量比が少なくとも１：２となる。

本発明の方法は、浄化されたオイルを圧延オイルまたは表面仕上げオイルとして再利用することを可能にする。本発明の方法の製品オイルは高い品質を有する。オイルの熱処理による汚染は再利用時には存在しない。本発明の方法によって工業圧延設備および表面仕上げ設備内のオイルの高い節減が可能となる。

本発明の方法により、圧延プロセス／表面仕上げプロセスからの汚染されたオイルを、廃棄物を生成する濾過および／または蒸留もしくは精留などの熱分離方法無しに非連続プロセスで浄化し、再び純オイルとして使用できる。容易に処理されるべき廃水が比較的少量発生する。得られる水酸化アルミニウムは水処理に使用されることができる。危険な廃棄物は回避される。エコロジカル・フットプリントは従来の浄化方法より明らかに低い。投資コストおよび運転コストについては同様である。

本発明による実施形態を例示する。

本発明において圧延オイルおよび表面仕上げオイルは、圧延および表面仕上げを目的とするオイルおよびオイルを含む液体である。本発明においてオイルという概念は、脂肪アルコール、脂肪酸、脂肪酸エステルおよび平均的な灯油フラクション、鉱油、植物油および合成油ならびにそれらの混合物を含む。これらの化合物の炭化水素鎖は、例えば８〜２０、好ましくは１０〜１８の炭素原子を有することができる。先に挙げられた有機化合物の最終沸点は、アルミニウム産業で慣例のおよそ３２０℃の最も低い焼き鈍し温度以下にあるという。圧延オイルおよび表面仕上げオイルの動粘性率は４０℃で通常１０ｍｍ^２／ｓ以下、好ましくは６ｍｍ^２／ｓ以下である。圧延オイルおよび表面仕上げオイルはさらに慣例の圧延添加剤を含むことができる。

出発物質として本発明の方法で浄化されるオイルは、それ以前にアルミニウム製の箔および針金の表面仕上げおよび圧延のときに使用される。これらのオイルはその第１の使用に比べて金属摩擦により激しく汚染される。その中に含まれる不純物は、例えばアルミニウム砕片およびその他の金属砕片である。汚染されたオイル中のアルミニウム粒子の割合は、例えば５００〜４０００ｍｇ／ｌとなる。金属砕片の高濃度が圧延プロセスで、特に非常に薄いストリップの製造の際に製品品質を著しく損なう恐れがある。オイルの金属砕片での汚染度は圧延方法または表面仕上げ方法の間目視で確認でき、重量測定でも濁りの算定または粒子カウンタおよび粒径分析器での検査によって算定されることができる。

先に説明された汚染されたオイルは、本発明にしたがって希釈水酸化アルカリ金属水溶液と撹拌のもとで混合される。基本的に洗浄液の量は、オイルのアルミニウム粒子での汚染の度合いに応じて決定される。本発明の方法では、使用される水酸化アルカリ金属水溶液の質量が通常汚染されたオイルの少なくとも２倍の質量となる。

好ましくは汚染されたオイルが水酸化アルカリ金属水溶液中に取り込まれる。本発明において水酸化アルカリ金属溶液は、水酸化アルカリ土類金属および／または水酸化アルカリ金属の溶液を表す。本発明による特別に適した水酸化アルカリ金属は水酸化ナトリウムおよび水酸化カリウムである。水酸化アルカリ金属の水溶液中の濃度は、好ましくはオイル中に存在するアルミニウムが完全に溶液中に取り込まれるほど高い。通常好ましくは仕込まれる水酸化アルカリ金属の量は、オイル中に存在するアルミニウム粒子およびその他の金属粒子に比べて過剰の水酸化アルカリ金属が存在するように決められる。水酸化アルカリ金属溶液は、本発明にしたがって溶液の質量に対して好ましくは１〜９重量％、特に好ましくは２〜７重量％の濃度で含まれることができる。仕込まれた水酸化アルカリ金属溶液は、本発明の方法では水酸化アルカリ金属溶液の質量に対して例えば２〜５重量％の水酸化アルカリ金属の濃度を有することができる。水酸化アルカリ金属水溶液の体積による割合は、圧延オイルおよび水酸化アルカリ金属水溶液の体積に対して好ましくは４０％Ｖ／Ｖ以上であることができる。

水酸化アルカリ金属水溶液と汚染されたオイルは集中的に混合される。水酸化アルカリ金属水溶液のオイルとの集中的混合によってアルミニウムがオイル相から取り除かれる。その際アルミニウムは水酸化アルミニウムおよびさらにアルミン酸塩へと変換され、それらはアルカリ性の水相に溶解する。場合によりオイル中に含まれる添加剤に関連して石けんも形成されることができる。アルミン酸塩もアルカリ性の水相中に溶解し続ける。場合により存在するその他の金属も水酸化物として溶解する。

本発明の方法では、汚染されたオイルに水酸化ナトリウムとアルミン酸ナトリウムの混合物も水酸化ナトリウムとメタケイ酸ナトリウムの混合物も添加されない。

水相とオイル相との間の相境界面における相分離を改善するために水溶性ポリアルキレングリコールが添加されることができる。２０℃で水とそれぞれの混合比において完全に相分離することなく溶解しているポリアルキレングリコールが使用される。相分離のためのポリアルキレングリコールの添加は、特に圧延オイルが酸などの添加剤を含むときに有効である。この酸は１２〜１６の炭素原子をもつ脂肪酸であり得る。ポリアルキレングリコールは、好ましくは粘度等級１４０のものである。ポリアルキレングリコールの動粘性率は、１４０ｍｍ^２／ｓ〜１６０ｍｍ^２／ｓ、好ましくはおよそ１５０ｍｍ^２／ｓである。動粘性率はＡＳＴＭ Ｄ−７０４２の回転粘度計により決定された。好ましくはポリアルキレングリコールはエチレン単位およびプロピレン単位を含む。水酸化アルカリ金属溶液およびポリアルキレングリコールの質量に対して１〜１０重量％、好ましくは３〜６重量％の量で使用されることができる。驚くことに、水溶性ポリアルキレングリコールが酸性添加剤と共に存在するオイルの処理を改善することが示された。

汚染されたオイルと水酸化アルカリ金属水溶液との混合は、好ましくは撹拌機を装備した反応器内で室温（およそ２０℃）で行われることができる。汚染されたオイルと水酸化アルカリ金属水溶液から得られる混合物は４５℃またはそれ以上の温度に加熱されない。本発明の方法は、１５℃〜３０℃またはそれ以上の温度でも実施されることができる。好ましくはプロセス温度が１５℃〜２５℃である。

反応器は、好ましくは底に向けて円錐形に成形された反応器であり得る。撹拌装置として通常の撹拌機が使用できる。したがって例えば軸向き撹拌機（プロペラ撹拌機）が特に適しており、これは反応器内でアルミニウムを含むオイル相と水酸化アルカリ金属の水相との集中的混合を可能にする。接線撹拌機（アンカー撹拌機）も考えられる。好ましくは反応器は通気される。反応器の通気によってアルミニウム洗い出し中の水素ガスの濃度の上昇が回避されるはずである。

オイルと水酸化アルカリ金属水溶液との混合は、好ましくはオイル相に金属アルミニウムが存在しなくなるまで行われる。しかし必ずしもオイル相に完全に金属アルミニウムが存在しなくならなくてもよい。２つの相の集中的混合は、それぞれ反応器のサイズおよび撹拌強度に応じて例えば３０分〜１２０分間継続できる。それには視覚的な目視検査で十分である。浄化前のオイルは暗く不透明であり、浄化後は明るく透明である。オイルは浄化後、水のように透明な色から黄色がかった色を有する。

それに続いて水相とオイル相へ相分離が行われるまで反応器内の液体が放置される。それには液体容積に関連して３０分〜１２０分間の時間が必要であろう。比較的高い密度の水相は反応器の下方部分に沈積する。比較的低い密度のアルミニウムの無いオイルは水相の上方に浮上する。相分離の程度または両相の分離の進行は、分離プロセス中、反応器内の液体の導電性測定によってまたは視覚的に監視される。水相は相分離後に分離される。それは、例えばアルミン酸塩／水酸化アルミニウムを含む、場合によりその他の水酸化金属を含む水相を、反応器の下方部分から流出させることによって行われる。代替的に好ましくは反応器の下方部分に水または水性液体が供給され、そのことで浄化された圧延オイルを反応器内の上方部分の液面の上昇によって流出させることができる。このプロセスの実施では、場合によりまだ存在する懸濁質が格子によって容易に引き止められることが有利である。

場合によりオイル相はさらに一度または二度脱塩水で洗浄される。洗浄のときにもオイルと洗浄に使用される水との集中的な混合が行われる。それに続いて再びオイル相と洗浄水相の相分離が行われる。その後洗浄水は、先にアルカリ性アルミン酸塩を含む水相のように分離される。オイルと洗浄水の混合時間および相分離時間は、水酸化金属溶液での洗浄およびその分離のときと同様に選択されることができる。

水酸化金属水溶液の分離後または洗浄水の分離後に、浄化されたオイルが反応器から取り除かれる。オイルはアルミニウムの洗い流し後通常水で飽和されているかほぼ飽和されている。したがってオイル中の水の割合は例えばおよそ１００ｐｐｍであり得る。オイル中の残留水を減らすためにオイルが濾過装置を介して運ばれる。

この濾過装置はオイルの乾燥に使用される。それはさらに、場合によりオイル中にまだ存在している懸濁質の除去に使用される。濾過装置は水の化学的または物理的結合のための１つまたは複数の物質を含むことができる。そのような物質または乾燥剤は、例えばシリカゲル、モレキュラーシーブ、硫酸ナトリウムおよび硫酸マグネシウムを含む。硫酸ナトリウムがとりわけ好ましい。濾過装置はいわゆる筒形フィルタとして形成されることができ、これは水の化学的または物理的結合のための物質（乾燥剤）で充填される。オイルの乾燥により、水も、オイル中にまだ存在している場合には懸濁質もオイルから分離される。得られたオイルはほぼ無水である。これは、オイル中の水飽和が最大可能な水飽和の２０〜７０％、好ましくは５０％またはそれ以下であることを表す。オイル中の水飽和は、容量水センサで算定されるかまたはカールフィッシャー法による滴定によって算定されることができる。本発明の方法の製品オイルは金属砕片をほとんど含まない。オイル純度は濁りの測定により算定されることができる。そのようにして得られたオイルは純オイルとして表面仕上げ法または圧延法に再利用されることができる。

溶解アルミニウムを含む水相は中和されることができる。中和は例えば硫酸の添加によって行われることができる。その場合水酸化アルミニウムおよび場合によりその他の水酸化金属が沈殿する。水酸化アルミニウムの沈殿のときに懸濁質および残りのオイルが混ざり込み、共に沈殿して水から分離する。水と固相の分離後に、しかしながらそのようにして得られた水はしばしば更なる処理なく直接排出器の要求と一致して下水網へ運ばれることができる。

アルミニウムのオイルからの洗い流しは、２つの並列接続した反応器内でもいわゆる振り子式装入操作で行われることができ、または本発明の方法の異なるプロセス段階が両反応器内で並行して実施される。

本発明の方法は周囲温度で実施されることができる。熱の形のエネルギー供給は必要ない。この方法はバッチによるかまたは連続して実施されることができる。

以下に本発明の方法の実施形態が図１を考慮して例示的に説明される。

表面仕上げローラ構脚１内でのアルミニウム薄板の表面仕上げは冷潤滑剤としての表面仕上げオイルの添加（８〜１０ｌ／分）のもとで行われる。そのために表面仕上げオイルが純オイルタンク１から表面仕上げローラ構脚１へ運ばれる。配管３を介してアルミニウムが蓄積した使用済み表面仕上げオイルが汚染された表面仕上げオイル用の澱み容器４へ移される。配管５を通じて汚染されたオイルが反応器７内へ運ばれる。反応器７はプロペラ撹拌機８および強制通風機９を具備する。強制通風機９により反応器７内の水素ガスの蓄積が回避されるはずである。バッチ法では、アルミニウム粒子を洗い流すために配管５を介して汚染されたオイルが反応器内へ運ばれる前に、反応器７内に希釈された水酸化アルカリ金属溶液がアルミニウムに対して２〜３％の苛性ソーダ溶液よりおよそ１０倍化学量論的に過剰に仕込まれる。配管５および配管６を介して希釈された水酸化アルカリ金属溶液も反応器７内に運ばれることができる。水酸化アルカリ金属は高濃縮溶液として貯蔵タンク１０に保管されることができる。所望の水酸化アルカリ金属濃度に調整するために、液体の水酸化アルカリ金属溶液が貯蔵タンク１０から配管１１を介して混合機内へ移され、そこで水源１４から配管１３を介して水を添加することで所望の濃度にされる。下方へ向けて円錐形に形成された反応器７内でアルミニウムで汚染された使用済み圧延オイルと水酸化アルカリ金属溶液との集中的混合がプロペラ撹拌機８を用いて行われる。水酸化アルカリ金属溶液と圧延オイルまたは表面仕上げオイルとの混合により金属アルミニウムの水酸化アルミニウムへの更なる移行が行われるはずである。それに続いて反応器７内でアルカリ性の水相とオイル相の相分離が引き起こされる。相分離の程度は導電性の測定によって決定される。反応器内の相分離が充分に完了すると、アルカリ性の水相が反応器の底から抜き取られ配管１９を介して中和などの更なる処理２０へ運ばれる。それに続いてオイル相が反応器７から抜き取られ配管１５を介して筒形フィルタ１６へ運ばれる。筒形フィルタ１６内でオイルの乾燥が行われる。さらに懸濁質がフィルタ１６を通る際にフィルタ物質内に引き止められる。フィルタから流出したオイルが配管１７を介して純オイルタンク１内へ運ばれる。そこからそれは再び表面仕上げ法で使用されるために表面仕上げローラ構脚２に供給される。

Claims (6)

1. 圧延プロセス／表面仕上げプロセスからのアルミニウム砕片で汚染されたオイルの再生方法であって、
   アルミニウムで汚染された前記圧延オイルまたは表面仕上げオイルが水酸化アルカリ金属水溶液と混合され、水相とオイル相との間の分離が引き起こされ、それに続いて前記水相が前記オイル相から分離され、前記オイル相から乾燥剤により残留水および場合により存在する懸濁質が取り除かれ、汚染された圧延オイルまたは表面仕上げオイルと水酸化アルカリ金属水溶液との質量比が少なくとも１：２となることを特徴とする方法。
2. 汚染されたオイルとして０．０１〜５ｇ／Ｌの金属アルミニウム含有量を有する圧延オイルまたは表面仕上げオイルが使用されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記水酸化アルカリ金属水溶液が水酸化ナトリウム水溶液または水酸化カリウム水溶液であることを特徴とする、請求項１または２に記載の方法。
4. 前記アルミニウムの水酸化アルカリ金属での前記処理が水溶性ポリアルキレングリコールの存在下で行われ、アルキレンがエチレンおよび／またはプロピレンであることを特徴とする、請求項１〜３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記水相と前記圧延オイル相の前記分離が、２０℃で水とそれぞれの混合比において完全に相分離することなく溶解している粘度等級１４０のポリアルキレングリコールの添加により容易になることを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項に記載の方法。
6. 前記反応器の下方部分に水または水性液が供給され、前記浄化された圧延オイル相が前記反応器の上方部分から流出されることを特徴とする、請求項１〜５の何れか一項に記載の方法。

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