WO2000064817A1 - Waste water treatment during phosphation - Google Patents

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WO2000064817A1
WO2000064817A1 PCT/EP2000/003447 EP0003447W WO0064817A1 WO 2000064817 A1 WO2000064817 A1 WO 2000064817A1 EP 0003447 W EP0003447 W EP 0003447W WO 0064817 A1 WO0064817 A1 WO 0064817A1
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rinsing water
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Jan-Willem Brouwer
Peter Kuhm
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Henkel Kommanditgesellschaft Auf Aktien
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    • C02F1/441Treatment of water, waste water, or sewage by dialysis, osmosis or reverse osmosis by reverse osmosis
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    • C23CCOATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
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    • B01D2311/06Specific process operations in the permeate stream

Definitions

  • the invention is in the field of phosphating metal surfaces, as is carried out as a widespread corrosion protection measure in the metalworking industry such as, for example, the automobile industry and the household appliance industry, but also in part in steelworks. It relates to a method for treating the overflow of the phosphating baths and / or the rinsing water after the phosphating. In preferred embodiments, the method enables the recycling of bath ingredients into the phosphating bath, the reuse of active ingredients for the preparation of supplementary solutions for phosphating baths and the use of the solution depleted in metal ions as rinsing water.
  • the phosphating of metals pursues the goal of producing firmly adherent metal phosphate layers that already improve corrosion resistance and, in conjunction with paints and other organic coatings, contribute to a significant increase in adhesion and resistance to infiltration when exposed to corrosion.
  • Such phosphating processes have long been known in the prior art.
  • the low-zinc phosphating processes are particularly suitable, in which the phosphating solutions have comparatively low zinc ion contents of e.g. B. 0.5 to 2 g / 1.
  • An important parameter in these low-zinc phosphating baths is the weight ratio of phosphate ions to zinc ions, which is usually in the range> 12 and can take values up to 30.
  • a phosphating solution contains layer-forming components such as e.g. Zinc and possibly other divalent metal ions and phosphate ions.
  • a phosphating solution contains non-layer-forming components such as alkali metal ions to blunt the free acid and in particular accelerators and their degradation products.
  • the degradation products of the accelerator result from the fact that it reacts with the hydrogen formed on the metal surface by the pickling reaction.
  • the non-layer-forming components such as alkali metal ions that accumulate over time in the phosphating bath, and in particular the degradation products of the accelerator, can only be removed from the phosphating solution by removing and discarding part of the phosphating solution and replacing it continuously or discontinuously with new phosphating solution.
  • Phosphating solution can be discharged, for example, by operating the phosphating bath with an overflow and discarding the overflow. As a rule, however, an overflow is not necessary since the phosphated metal parts discharge a sufficient amount of phosphating solution as an adhering liquid film.
  • the phosphating solution adhering to the phosphated parts, such as automobile bodies, is rinsed off with water. Since the phosphating solution contains heavy metals and possibly other ingredients that must not be released into the environment in an uncontrolled manner, the rinsing water must be subjected to a water treatment. This must be done in a separate step before being discharged into a biological sewage treatment plant, otherwise the functioning of the sewage treatment plant would be endangered.
  • the unpublished German patent application 198 54 431 describes a method for saving rinsing water in the phosphating.
  • the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after the phosphating is subjected to a treatment process such as a reverse osmosis, an unspecified ion exchange process, nanofiltration, electrodialysis and / or heavy metal precipitation and the water phase depleted of metal ions is used as rinsing water for rinsing the phosphating metal parts is used after cleaning.
  • DE-A-42 26 080 discloses the treatment of rinse water after phosphating by ion exchange processes. Strongly acidic cation exchange resins based on sulfonic acid groups are used. These bind all cations non-selectively. The regenerate cannot be used to supplement the phosphating solution since it contains non-layer-forming cations in addition to the layer-forming cations, which would lead to excessive salting of the phosphating solution.
  • the object of the invention is to provide an improved method for treating phosphate bath overflow and / or rinsing water after phosphating. It should at least be ensured that ultimately there is a waste water to be disposed of, the content of zinc and / or nickel ions of which is below the permissible waste water limit values. Instead of being disposed of by a sewage treatment plant, however, the wastewater should also be able to be used to rinse the metal parts to be phosphated after they have been degreased. The process should preferably be able to be operated in such a way that layer-forming components of the phosphating bath, in particular zinc and / or Nickel ions can be recovered and reused for phosphating purposes.
  • the object is achieved by a process for the preparation of a phosphating bath overflow and / or rinsing water after the phosphating, the phosphating being carried out with an acidic aqueous phosphating solution which contains 3 to 50 g / 1 phosphate ions, calculated as P0 4 3 " , 0.2 to Contains 3 g / 1 zinc ions, optionally further metal ions and optionally accelerator, the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after the phosphating being passed after a membrane filtration or without an upstream membrane filtration over a weakly acidic ion exchanger.
  • the zinc contents are preferably in the range from 0.4 to 2 g / 1 and in particular from 0.5 to 1.5 g / l, as are customary for low-zinc processes.
  • the weight ratio of phosphate ions to zinc ions in the phosphating baths can vary within a wide range, provided that it is in the range between 3.7 and 30. A weight ratio between 10 and 20 is particularly preferred.
  • the phosphating bath can contain other components which are currently common in phosphating baths.
  • nickel ions can also be present.
  • the phosphating solution as is customary for trication processes, can contain 0.1 to 4 g / l, in particular 0.5 to 1.5 g / l, of manganese ions.
  • the phosphating solution can also contain as further metal ions:
  • the phosphating solution contains additional ones Cations 0.1 to 4 g / l manganese ions and 0.002 to 0.2 g / l copper ions and not more than 0.05 g / l, in particular not more than 0.001 g / l nickel ions.
  • phosphating baths can be used which, in addition to zinc ions, contain 0.1 to 4 g / l manganese ions and additionally 0.1 to 2.5 g / l nickel ions.
  • the form in which the cations are introduced into the phosphating baths is in principle irrelevant. It is particularly useful to use oxides and / or carbonates as the cation source. Because of the risk of salting up the phosphating baths, salts of acids other than phosphoric acid should preferably be avoided.
  • phosphating baths In addition to the layer-forming divalent cations, phosphating baths generally also contain sodium, potassium and / or ammonium ions to adjust the free acid.
  • Phosphating baths that are used exclusively for the treatment of galvanized material do not necessarily have to contain a so-called accelerator.
  • accelerators which are required for the phosphating of non-galvanized steel surfaces, are also often used in technology for the phosphating of galvanized material.
  • Accelerating phosphating solutions have the additional advantage that they are suitable for both galvanized and non-galvanized materials. This is particularly important when phosphating car bodies, as these often contain both galvanized and non-galvanized surfaces.
  • different accelerators are available for phosphating baths. They accelerate the formation of layers and facilitate the formation of closed phosphate layers, since they react with the hydrogen generated during the pickling reaction. This process is referred to as "depolarization".
  • Degradation products form either water or monovalently charged ions, one
  • Phosphating solution contain one or more of the following accelerators:
  • chlorine ions form chloride ions, nitrite ions nitrate ions and ammonium ions, ammonium ions from nitrate ions, ammonium ions from hydroxylamine and water from hydrogen peroxide.
  • the anions or ammonium ions formed can pass through a nanofiltration membrane, so that in the process according to the invention they are at least partially discharged from the phosphating bath overflow or from the rinsing water after the phosphating.
  • hydrogen peroxide can advantageously be used as the accelerator. This can be used as such or in the form of compounds which form hydrogen peroxide under the conditions of the phosphating bath.
  • polyvalent ions should preferably not be formed as by-products in this case, since these form part of a
  • alkali metal peroxides are particularly suitable as an alternative to hydrogen peroxide.
  • An accelerator which is also preferably to be used in the process according to the invention is hydroxylamine. If this is added to the phosphating bath in free form or in the form of hydroxylammonium phosphates, hydroxylammonium nitrate and / or hydroxylammonium chloride, only degradation or by-products are created which can penetrate a nanofiltration membrane.
  • membrane types are available for nanofiltration or reverse osmosis. Since phosphating baths and also the corresponding rinsing water react acidic, the membrane used should be acid-stable.
  • inorganic membranes such as. B. ceramic membranes.
  • Organic polymer membranes can also be used.
  • a polyamide membrane is particularly suitable as a nanofiltration membrane.
  • the process according to the invention can be operated in such a way that the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after the phosphating is passed directly (optionally after removal of sludge and / or organic constituents) via the weakly acidic ion exchanger.
  • the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after the phosphating (likewise if appropriate after the removal of sludge and / or organic constituents) can be subjected to membrane filtration in the form of nanofiltration or reverse osmosis.
  • the permeate (filtrate) of the membrane filtration used is then passed through the weakly acidic ion exchanger directed.
  • the weakly acidic ion exchanger selectively removes metal ions, which are valuable substances from a phosphating solution, from the permeate of the membrane filtration. On the one hand, this increases the certainty that the wastewater limit values for these cations are observed. Furthermore, these cations can be used again for the purposes of phosphating after regeneration of the ion exchanger.
  • the process is preferably carried out in such a way that the retentate of the membrane filtration is returned to the phosphating solution.
  • part of the layer-forming cations present in the overflow of the phosphating bath or in the rinsing water is already returned to the phosphating solution. This leads to a more economical way of operating the phosphating bath, since fewer ingredients have to be added again.
  • the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after the phosphating is passed directly to the ion exchanger or whether one of the membrane filtration processes mentioned is used beforehand, it is preferred to use the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after the phosphating of sludge and / or free organic ingredients. This prevents the filtration membranes or the ion exchanger from blocking. Sludge can be removed, for example, by bag filtration.
  • the filter Lofclear 523 D from Loeffler GmbH is suitable as a filter here. It removes 95% of the particles smaller than 1.5 ⁇ m and 99.9% of the particles smaller than 5.5 ⁇ m.
  • Organic constituents in the phosphating bath can be removed by activated carbon or by synthetic resins.
  • the type Lofsorb LA 40 E-3-01 from Loeffler GmbH is suitable as activated carbon.
  • Lewatit VP 0C 1066 or Dowex OPTL 285, for example, can be used as organic resins to remove organic constituents.
  • a Filmtec SW 30 membrane from Rochem can be used for the step of reverse osmosis.
  • a pressure difference of 25 bar and a temperature of 45 ° C, with a volume ratio of concentrate: filtrate 5: 1, it results in a membrane flow of about 30 l per m 2 and hour.
  • a weakly acidic ion exchanger is preferably a type which is selective for zinc and / or nickel ions. In contrast, monovalent cations should be bound as little as possible. Those weakly acidic ion exchangers which carry chelating iminodiacetic acid groups are particularly suitable for this.
  • a suitable product is Lewatit TP 207 from Bayer.
  • the process is preferably operated in such a way that the weakly acidic ion exchanger is regenerated after loading with a strong acid.
  • the selectively bound cations zinc and / or nickel are eluted here and can be used again for the purposes of phosphating.
  • these cations do not have to be disposed of as sludge containing heavy metals, but can be used again for phosphating, if appropriate after suitable treatment. This saves resources.
  • Phosphoric acid is particularly suitable.
  • Nitric acid can also be used if the phosphating solution is to contain nitrate ions as accelerators or as co-accelerators.
  • the regenerate can then be used again immediately or after supplementation with further active ingredients to supplement a phosphating solution. It is particularly preferred in this case to mix the regenerate with additional zinc and / or To add nickel ions and other active ingredients of a phosphating solution, that a conventional supplementary solution for a phosphating bath is created. This supplementary solution can then be used as usual to supplement the phosphating bath.
  • regenerate is obtained as the first fraction, which contains the main part of the zinc and / or nickel ions. This regenerate is returned to the phosphating solution or used as the starting material for the preparation of a supplementary solution for the phosphating solution. Solutions are obtained as the second fraction and possibly as further fractions which only have comparatively low contents of zinc and / or nickel. These regenerates are preferably collected and used as the first fraction for the regeneration of a further loaded weakly acidic ion exchanger. A solution is then obtained as the first fraction which contains the main part of the zinc and / or nickel ions. The regeneration of the loaded weakly acidic ion exchanger in cascade form is therefore preferably carried out.
  • the solution depleted in cations which leaves the weakly acidic cation exchanger in its loading phase, can, depending on the ingredients, be sent to a simplified wastewater treatment or be fed directly into a biological sewage treatment plant.
  • this solution it is more economical to use this solution as rinse water for the metal parts to be phosphated after they have been degreased.
  • This embodiment of the method according to the invention has the additional advantage that flushing water is saved.
  • Adsorber resin Lewatit TP 207 (40 I) (Bayer): selective for Zn + Ni
  • Waste water limit values for Zn (2 mg / l) and Ni (0.5 mg / l) can be maintained using selective cation exchangers.
  • Ratio Zn + Ni / Cl in the concentrate 1 1, 12 ratio Zn + Ni / Cl in the permeate 1: 122
  • Nanofiltration makes it possible to greatly reduce the excess anion in the regenerate, so that the regenerate can be reused in the phosphating.
  • Rinse water after phosphating contains:
  • Adsorber resin Lewatit TP 207 (Bayer)
  • Fraction 1 can be used to prepare a new supplement. Fractions 2 + 3 can be reused for the next regeneration.

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Abstract

The invention relates to a method for treating the overflow from a phosphating bath and/or rinsing water after phosphation, the phosphation having been carried out with an acidic aqueous phosphating solution containing 3 to 50 g/l phosphate ions, calculated as PO4<3->, 0.2 to 3 g/l zinc ions, optionally other metal ions and optionally, accelerators. After phosphation, the phosphating bath overflow and/or rinsing water is guided over a slightly acidic ion exchanger, after membrane filtration or without upstream membrane filtration. Said ion exchanger is preferably selective for zinc and/or nickel ions. The solution that is produced when the ion exchanger is regenerated can be re-used to supplement the phosphating solution.

Description

"Abwasseraufbereitung bei der Phosphatierung" "Wastewater treatment in phosphating"
Die Erfindung liegt auf dem Gebiet der Phosphatierung von Metalloberflächen, wie sie als verbreitete Korrosionsschutzmaßnahme in der metallverarbeitenden Industrie wie beispielsweise der Automobilindustrie und der Haushaltsgeräteindustrie, jedoch teilweise auch in Stahlwerken durchgeführt wird. Sie betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung des Überlaufs der Phosphatierbäder und/oder des Spülwassers nach der Phosphatierung. Das Verfahren ermöglicht in bevorzugten Ausführungsformen die Rückführung von Badinhaltsstoffen in das Phosphatierbad, die Wiederverwendung von Wirkstoffen zur Herstellung von Ergänzungslösungen für Phosphatierbäder und die Verwendung der an Metallionen abgereicherten Lösung als Spülwasser.The invention is in the field of phosphating metal surfaces, as is carried out as a widespread corrosion protection measure in the metalworking industry such as, for example, the automobile industry and the household appliance industry, but also in part in steelworks. It relates to a method for treating the overflow of the phosphating baths and / or the rinsing water after the phosphating. In preferred embodiments, the method enables the recycling of bath ingredients into the phosphating bath, the reuse of active ingredients for the preparation of supplementary solutions for phosphating baths and the use of the solution depleted in metal ions as rinsing water.
Die Phosphatierung von Metallen verfolgt das Ziel, auf der Metalloberfläche festverwachsene Metallphosphatschichten zu erzeugen, die für sich bereits Korrosionsbeständigkeit verbessern und in Verbindung mit Lacken und anderen organischen Beschichtungen zu einer wesentlichen Erhöhung der Haftung und der Resistenz gegen Unterwanderung bei Korrosionsbeanspruchung beitragen. Solche Phosphatierverfahren sind seit langem im Stand der Technik bekannt. Für die Vorbehandlung vor der Lackierung eigenen sich insbesondere die Niedrig- Zink-Phosphatierverfahren, bei denen die Phosphatierlösungen vergleichsweise geringe Gehalte an Zinkionen von z. B. 0,5 bis 2 g/1 aufweisen. Ein wesentlicher Parameter in diesen Niedrig-Zink-Phosphatierbädem ist das Gewichtsverhältnis Phosphationen zu Zinkionen, das üblicherweise im Bereich > 12 liegt und Werte bis zu 30 annehmen kann.The phosphating of metals pursues the goal of producing firmly adherent metal phosphate layers that already improve corrosion resistance and, in conjunction with paints and other organic coatings, contribute to a significant increase in adhesion and resistance to infiltration when exposed to corrosion. Such phosphating processes have long been known in the prior art. For the pretreatment before painting, the low-zinc phosphating processes are particularly suitable, in which the phosphating solutions have comparatively low zinc ion contents of e.g. B. 0.5 to 2 g / 1. An important parameter in these low-zinc phosphating baths is the weight ratio of phosphate ions to zinc ions, which is usually in the range> 12 and can take values up to 30.
Es hat sich gezeigt, daß durch die Mitverwendung anderer mehrwertiger Kationen als Zink in den Phosphatierbädern Phosphatschichten mit deutlich verbesserten Korrosionsschutz- und Lackhaftungseigenschaften ausgebildet werden können. Beispielsweise finden Niedrig-Zink-Verfahren mit Zusatz von z. B. 0,5 bis 1 ,5 g/l Manganionen und z. B. 0,3 bis 2,0 g/1 Nickeiionen als sogenannte Trikation- Verfahren zur Vorbereitung von Metalloberflächen für die Lackierung, beispielsweise für die kathodische Elektrotauchlackierung von Autokarosserien, weite Anwendung.It has been shown that by using polyvalent cations other than zinc in the phosphating baths, phosphate layers with significantly improved corrosion protection and paint adhesion properties can be formed. For example, find low-zinc processes with the addition of z. B. 0.5 to 1.5 g / l Manganese ions and e.g. B. 0.3 to 2.0 g / 1 nickel ions as a so-called trication process for the preparation of metal surfaces for painting, for example for the cathodic electrocoating of car bodies, wide application.
Eine Phosphatierlösung enthält schichtbildende Komponenten wie z.B. Zink- und ggf. weitere zweiwertige Metallionen sowie Phosphationen. Außerdem enthält eine Phosphatierlösung nichtschichtbildende Komponenten wie Alkalimetallionen zum Abstumpfen der freien Säure und insbesondere Beschleuniger und deren Abbauprodukte. Die Abbauprodukte des Beschleunigers entstehen dadurch, daß dieser mit dem durch Beizreaktion an der Metalloberfläche gebildeten Wasserstoff reagiert. Die sich mit der Zeit im Phosphatierbad anreichernden nichtschichtbildenden Komponenten wie beispielsweise Alkaiimetallionen und insbesondere die Abbauprodukte des Beschleunigers können aus der Phosphatierlösung nur dadurch entfernt werden, daß man ein Teil der Phosphatierlösung austrägt und verwirft und kontinuierlich oder diskontinuierlich durch neue Phosphatierlösung ersetzt. Phosphatierlösung kann beispielsweise dadurch ausgetragen werden, daß man das Phosphatierbad mit einem Überlauf betreibt und den Überlauf verwirft. In der Regel ist ein Überlauf jedoch nicht erforderlich, da durch die phosphatierten Metallteile eine ausreichende Menge Phosphatierlösung als anhaftender Flüssigkeitsfilm ausgetragen wird.A phosphating solution contains layer-forming components such as e.g. Zinc and possibly other divalent metal ions and phosphate ions. In addition, a phosphating solution contains non-layer-forming components such as alkali metal ions to blunt the free acid and in particular accelerators and their degradation products. The degradation products of the accelerator result from the fact that it reacts with the hydrogen formed on the metal surface by the pickling reaction. The non-layer-forming components such as alkali metal ions that accumulate over time in the phosphating bath, and in particular the degradation products of the accelerator, can only be removed from the phosphating solution by removing and discarding part of the phosphating solution and replacing it continuously or discontinuously with new phosphating solution. Phosphating solution can be discharged, for example, by operating the phosphating bath with an overflow and discarding the overflow. As a rule, however, an overflow is not necessary since the phosphated metal parts discharge a sufficient amount of phosphating solution as an adhering liquid film.
Nach der Phosphatierung wird die an den phosphatierten Teilen wie beipsielsweise Automobilkarossen anhaftende Phosphatierlösung mit Wasser abgespült. Da die Phosphatierlösung Schwermetalle und ggf. weitere Inhaltsstoffe enthält, die nicht unkontrolliert in die Umwelt abgegeben werden dürfen, muß das Spülwasser einer Wasserbehandlung unterzogen werden. Dies muß in einem getrennten Schritt vor der Einleitung in eine biologische Kläranlage erfolgen, da sonst die Funktionsfähigkeit der Kläranlage gefährdet würde.After phosphating, the phosphating solution adhering to the phosphated parts, such as automobile bodies, is rinsed off with water. Since the phosphating solution contains heavy metals and possibly other ingredients that must not be released into the environment in an uncontrolled manner, the rinsing water must be subjected to a water treatment. This must be done in a separate step before being discharged into a biological sewage treatment plant, otherwise the functioning of the sewage treatment plant would be endangered.
Da sowohl die Entsorgung des Abwassers (aus Phosphatierbadüberlauf und/oder Spülwasser) als auch die Versorgung der Phosphatieranlage mit Frischwasser Kostenfaktoren sind, besteht ein Bedarf, diese Kosten zu minimieren. Die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung 198 13 058 beschreibt ein Verfahren zur Aufbereitung von Phosphatierbadüberlauf und/oder von Spülwasser nach der Phosphatierung, wobei der Phosphatierbadüberlauf und/oder das Spülwasser einer Nanofiltration unterworfen wird. Das Konzentrat der Nanofiltration kann dem Phosphatierbad wieder zugeführt werden. Das Filtrat der Nanofiltration stellt Abwasser dar, das ggf. vor Einleiten in eine biologische Kläranlage weiter behandelt werden muß. Die nicht vorveröffentlichte deutsche Patentanmeldung 198 54 431 beschreibt ein Verfahren zur Einsparung von Spülwasser bei der Phosphatierung. Dabei wird der Phosphatierbadüberlauf und/oder das Spülwasser nach der Phosphatierung einem Aufbereitungsverfahren wie beispielsweise einer Umkehrosmose, einem nicht näher charakterisierten lonenaustauschverfahren, einer Nanofiltration, einer Elektrodialyse und/oder einer Schwermetallfällung unterworfen und die hierbei jeweils an Metallionen abgereicherte Wasserphase als Spülwasser zum Spülen der zu phosphatierenden Metallteile nach deren Reinigung eingesetzt wird. Aus der DE-A-42 26 080 ist die Aufbereitung von Spülwasser nach der Phosphatierung durch lonenaustauschverfahren bekannt. Dabei werden stark saure Kationenaustauscherharze auf Basis von Sulfonsäuregruppen verwendet. Diese binden unselektiv alle Kationen. Das Regenerat kann nicht für die Ergänzung der Phosphatierlösung verwendet werden, da es außer den schichtbildenden Kationen auch nichtschichtbildende Kationen enthält, was zu einer zu starken Aufsalzung der Phosphatierlösung führen würde.Since both the disposal of the waste water (from the phosphating bath overflow and / or rinsing water) and the supply of the phosphating system with fresh water are cost factors, there is a need to minimize these costs. They don't Pre-published German patent application 198 13 058 describes a method for treating phosphating bath overflow and / or rinsing water after phosphating, the phosphating bath overflow and / or rinsing water being subjected to nanofiltration. The concentrate of the nanofiltration can be returned to the phosphating bath. The filtrate from the nanofiltration represents waste water, which may have to be treated further before being discharged into a biological sewage treatment plant. The unpublished German patent application 198 54 431 describes a method for saving rinsing water in the phosphating. The phosphating bath overflow and / or the rinsing water after the phosphating is subjected to a treatment process such as a reverse osmosis, an unspecified ion exchange process, nanofiltration, electrodialysis and / or heavy metal precipitation and the water phase depleted of metal ions is used as rinsing water for rinsing the phosphating metal parts is used after cleaning. DE-A-42 26 080 discloses the treatment of rinse water after phosphating by ion exchange processes. Strongly acidic cation exchange resins based on sulfonic acid groups are used. These bind all cations non-selectively. The regenerate cannot be used to supplement the phosphating solution since it contains non-layer-forming cations in addition to the layer-forming cations, which would lead to excessive salting of the phosphating solution.
Die Erfindung stellt sich die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur Aufbereitung von Phosphatierbadüberlauf und/oder von Spülwasser nach der Phosphatierung zur Verfügung zu stellen. Dabei soll zumindest gewährleistet werden, daß letztlich ein zu entsorgendes Abwasser entsteht, dessen Gehalte an Zink- und/oder Nickelionen unterhalb der zulässigen Abwassergrenzwerte liegen. Anstelle einer Entsorgung durch eine Kläranlage soll das Abwasser jedoch auch dafür verwendet werden können, die zu phosphatierenden Metallteile nach deren Entfettung zu spülen. Vorzugsweise soll das Verfahren so betrieben werden können, daß schichtbildende Komponenten des Phosphatierbads, insbesondere Zink- und/oder Nickelionen, zurückgewonnen und für Phosphatierzwecke wieder eingesetzt werden können.The object of the invention is to provide an improved method for treating phosphate bath overflow and / or rinsing water after phosphating. It should at least be ensured that ultimately there is a waste water to be disposed of, the content of zinc and / or nickel ions of which is below the permissible waste water limit values. Instead of being disposed of by a sewage treatment plant, however, the wastewater should also be able to be used to rinse the metal parts to be phosphated after they have been degreased. The process should preferably be able to be operated in such a way that layer-forming components of the phosphating bath, in particular zinc and / or Nickel ions can be recovered and reused for phosphating purposes.
Die Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Aufbereitung von Phosphatierbadüberlauf und/oder von Spülwasser nach der Phosphatierung, wobei die Phosphatierung mit einer sauren wäßrigen Phosphatierlösung erfolgt, die 3 bis 50 g/1 Phosphationen, berechnet als P04 3", 0,2 bis 3 g/1 Zinkionen, gegebenenfalls weitere Metallionen sowie gegebenenfalls Beschleuniger enthält, wobei der Phosphatierbadüberlauf und/oder das Spülwasser nach der Phosphatierung nach einer Membranfiltration oder ohne vorgeschaltete Membranfiltration über einen schwach sauren Ionenaustauscher geleitet wird.The object is achieved by a process for the preparation of a phosphating bath overflow and / or rinsing water after the phosphating, the phosphating being carried out with an acidic aqueous phosphating solution which contains 3 to 50 g / 1 phosphate ions, calculated as P0 4 3 " , 0.2 to Contains 3 g / 1 zinc ions, optionally further metal ions and optionally accelerator, the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after the phosphating being passed after a membrane filtration or without an upstream membrane filtration over a weakly acidic ion exchanger.
Die Zink-Gehalte liegen vorzugsweise im Bereich von 0,4 bis 2 g/1 und insbesondere von 0,5 bis 1 ,5 g/l, wie sie für Niedrig-Zink-Verfahren üblich sind. Das Gewichtsverhältnis Phosphationen zu Zinkionen in den Phosphatierbädern kann in weiten Grenzen schwanken, sofern es im Bereich zwischen 3,7- und 30 liegt. Ein Gewichtsverhältnis zwischen 10 und 20 ist besonders bevorzugt.The zinc contents are preferably in the range from 0.4 to 2 g / 1 and in particular from 0.5 to 1.5 g / l, as are customary for low-zinc processes. The weight ratio of phosphate ions to zinc ions in the phosphating baths can vary within a wide range, provided that it is in the range between 3.7 and 30. A weight ratio between 10 and 20 is particularly preferred.
Dabei kann das Phosphatierbad außer den Zink- und Phosphationen weitere Komponenten enthalten, wie sie derzeit in Phosphatierbädern üblich sind. Insbesondere können zusätzlich 0,01 bis 2,5 g/l, vorzugsweise 0,3 bis 2,0 g/l Nickelionen anwesend sein. Daneben kann die Phosphatierlösung, wie für Trikation-Verfahren üblich, 0,1 bis 4 g/l, insbesondere 0,5 bis 1 ,5 g/l Manganionen enthalten. Weiterhin kann die Phosphatierlösung zusätzlich zu den Zinkionen und ggf. zusammen mit den Nickel- und/oder Manganionen als weitere Metallionen enthalten:In addition to the zinc and phosphate ions, the phosphating bath can contain other components which are currently common in phosphating baths. In particular, 0.01 to 2.5 g / l, preferably 0.3 to 2.0 g / l, nickel ions can also be present. In addition, the phosphating solution, as is customary for trication processes, can contain 0.1 to 4 g / l, in particular 0.5 to 1.5 g / l, of manganese ions. In addition to the zinc ions and optionally together with the nickel and / or manganese ions, the phosphating solution can also contain as further metal ions:
0,2 bis 2,5 g/l Magnesium(ll),0.2 to 2.5 g / l magnesium (ll),
0,2 bis 2,5 g/I Calcium(ll),0.2 to 2.5 g / l calcium (II),
0,002 bis 0,2 g/l Kupfer(ll),0.002 to 0.2 g / l copper (ll),
0,1 bis 2 g/l Cobalt(ll).0.1 to 2 g / l cobalt (II).
Beispielsweise enthält die Phosphatierlösung außer Zinkionen als zusätzliche Kationen 0,1 bis 4 g/l Manganionen und 0,002 bis 0,2 g/l Kupferionen und nicht mehr als 0,05 g/l, insbesondere nicht mehr als 0,001 g/l Nickelionen. Wünscht man jedoch an der herkömmlichen Trikation-Technologie festzuhalten, können Phosphatierbäder eingesetzt werden, die außer Zinkionen 0,1 bis 4 g/l Manganionen und zusätzlich 0,1 bis 2,5 g/l Nickelionen enthalten. In welcher Form die Kationen in die Phosphatierbäder eingebracht werden ist prinzipiell ohne Belang. Es bietet sich insbesondere an, als Kationenquelle Oxide und/oder Carbonate zu verwenden. Wegen der Gefahr einer Aufsalzung der Phosphatierbäder sollten vorzugsweise Salze anderer Säuren als Phosphorsäure vermieden werden.For example, in addition to zinc ions, the phosphating solution contains additional ones Cations 0.1 to 4 g / l manganese ions and 0.002 to 0.2 g / l copper ions and not more than 0.05 g / l, in particular not more than 0.001 g / l nickel ions. However, if one wishes to stick to the conventional trication technology, phosphating baths can be used which, in addition to zinc ions, contain 0.1 to 4 g / l manganese ions and additionally 0.1 to 2.5 g / l nickel ions. The form in which the cations are introduced into the phosphating baths is in principle irrelevant. It is particularly useful to use oxides and / or carbonates as the cation source. Because of the risk of salting up the phosphating baths, salts of acids other than phosphoric acid should preferably be avoided.
Bei Phosphatierbädern, die für unterschiedliche Substrate geeignet sein sollen, ist es üblich geworden, freies und/oder komplexgebundenes Fluorid in Mengen bis zu 2,5 g/l Gesamtfluorid, davon bis zu 750 mg/l freies Fluorid, jeweils berechnet als F" , zuzusetzen. Bei Abwesenheit von Fluorid soll der Aluminiumgehalt des Bades 3 mg/l nicht überschreiten. Bei Gegenwart von Fluorid werden infoige der Komplexbildung höhere AI-Gehalte toleriert, sofern die Konzentration des nicht komplexierten AI 3 mg/l nicht übersteigt.In phosphating baths which are said to be suitable for different substrates, it has become customary to use free and / or complex-bound fluoride in amounts of up to 2.5 g / l of total fluoride, of which up to 750 mg / l of free fluoride, each calculated as F " , In the absence of fluoride, the aluminum content of the bath should not exceed 3 mg / l. In the presence of fluoride, higher levels of AI in the complex formation are tolerated, provided the concentration of the non-complexed AI does not exceed 3 mg / l.
Außer den schichtbildenden zweiwertigen Kationen enthalten Phosphatierbäder in der Regel zusätzlich Natrium-, Kalium- und/oder Ammoniumionen zur Einstellung der freien Säure.In addition to the layer-forming divalent cations, phosphating baths generally also contain sodium, potassium and / or ammonium ions to adjust the free acid.
Phosphatierbäder, die ausschließlich der Behandlung von verzinktem Material dienen, müssen nicht notwendigerweise einen sogenannten Beschleuniger enthalten. Beschleuniger, die bei der Phosphatierung unverzinkter Stahloberflächen erforderlich sind, werden in der Technik jedoch auch häufig bei der Phosphatierung von verzinktem Material mit eingesetzt. Beschleunigerhaltige Phosphatierlösungen haben den zusätzlichen Vorteil, daß sie sowohl für verzinkte als auch für unverzinkte Materialien geeignet sind. Dies ist besonders bei der Phosphatierung von Automobilkarrosserien wichtig, da diese häufig sowohl verzinkte als auch unverzinkte Oberflächen enthalten. Im Stand der Technik stehen für Phosphatierbäder unterschiedliche Beschleuniger zur Verfügung. Sie beschleunigen die Schichtausbildung und erleichtem die Bildung geschlossener Phosphatschichten, da sie mit dem bei der Beizreaktion entstehenden Wasserstoff reagieren. Dieser Prozeß wird als „Depolarisierung" bezeichnet. Das Entstehen von Wasserstoffblasen an der Metalloberfläche, die die Schichtausbildung stören, wird hierdurch verhindert. Setzt man im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens vor dem lonenaustausch ein Membranverfahren (Umkehrosmose oder Nanofiltration) ein, sind solche Beschleuniger bevorzugt, deren Neben- oder Abbauprodukte (Reaktionsprodukte mit Wasserstoff) die Membran durchdringen können. Hierdurch wird gewährleistet, daß sich diese Neben- und Abbauprodukte des Beschleunigers nicht im Phosphatierbad anreichern, sondern über das Filtrat der Membranfiltration zumindest teilweise aus dem System ausgetragen werden.Phosphating baths that are used exclusively for the treatment of galvanized material do not necessarily have to contain a so-called accelerator. However, accelerators, which are required for the phosphating of non-galvanized steel surfaces, are also often used in technology for the phosphating of galvanized material. Accelerating phosphating solutions have the additional advantage that they are suitable for both galvanized and non-galvanized materials. This is particularly important when phosphating car bodies, as these often contain both galvanized and non-galvanized surfaces. In the prior art, different accelerators are available for phosphating baths. They accelerate the formation of layers and facilitate the formation of closed phosphate layers, since they react with the hydrogen generated during the pickling reaction. This process is referred to as "depolarization". The formation of hydrogen bubbles on the metal surface which disrupt the formation of the layer is thereby prevented. whose by-products or degradation products (reaction products with hydrogen) can penetrate the membrane, thereby ensuring that these by-products and degradation products of the accelerator do not accumulate in the phosphating bath, but are at least partially discharged from the system via the filtrate from the membrane filtration.
Insbesondere geeignet sind solche Beschleuniger, die als Neben- oderThose accelerators which are used as secondary or
Abbauprodukte entweder Wasser oder einwertig geladene Ionen bilden,-die eineDegradation products form either water or monovalently charged ions, one
Nanofiltrationsmembran durchdringen können. Beispielsweise kann dieCan penetrate the nanofiltration membrane. For example, the
Phosphatierlösung einen oder mehrere der folgenden Beschleuniger enthalten:Phosphating solution contain one or more of the following accelerators:
0,3 bis 4 g/l Chlorationen0.3 to 4 g / l chlorate ions
0,01 bis 0,2 g/l Nitritionen0.01 to 0.2 g / l nitrite ions
0,1 bis 10 g/l Hydroxylamin0.1 to 10 g / l hydroxylamine
0,001 bis 0,15 g/l Wasserstoffperoxid in freier oder gebundener Form0.001 to 0.15 g / l hydrogen peroxide in free or bound form
0,5 bis 80 g/l Nitrationen.0.5 to 80 g / l nitrate ions.
Bei der Depolarisierungsreaktion an der Metalloberfläche entstehen aus Chlorationen Chloridionen, aus Nitritionen Nitrationen und Ammoniumionen, aus Nitrationen Ammoniumionen, aus Hydroxylamin Ammoniumionen und aus Wasserstoffperoxid Wasser. Die gebildeten Anionen oder Ammoniumionen können eine Nanofiltrationsmembran passieren, so daß sie im erfindungsgemäßen Verfahren zumindest teilweise aus dem Phosphatierbadüberlauf oder aus dem Spülwasser nach der Phosphatierung ausgetragen werden. Zusammen mit oder anstelle von Chlorationen kann als Beschleuniger vorteilhafterweise Wasserstoffperoxid verwendet werden. Dieses kann als solches oder in Form von Verbindungen eingesetzt werden, die unter den Bedingungen des Phosphatierbads Wasserstoffperoxid bilden. Als Nebenprodukte sollen hierbei jedoch vorzugsweise keine mehrwertigen Ionen entstehen, da diese bei einerIn the depolarization reaction on the metal surface, chlorine ions form chloride ions, nitrite ions nitrate ions and ammonium ions, ammonium ions from nitrate ions, ammonium ions from hydroxylamine and water from hydrogen peroxide. The anions or ammonium ions formed can pass through a nanofiltration membrane, so that in the process according to the invention they are at least partially discharged from the phosphating bath overflow or from the rinsing water after the phosphating. Together with or instead of chlorine ions, hydrogen peroxide can advantageously be used as the accelerator. This can be used as such or in the form of compounds which form hydrogen peroxide under the conditions of the phosphating bath. However, polyvalent ions should preferably not be formed as by-products in this case, since these form part of a
Rückführung des Konzentrats der Nanofiltration im Phosphatierbad angereichert werden würden. Daher bieten sich als Alternative zu Wasserstoffperoxid insbesondere Alkalimetallperoxide an.Return of the concentrate of the nanofiltration in the phosphating bath would be enriched. Therefore, alkali metal peroxides are particularly suitable as an alternative to hydrogen peroxide.
Ein im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens ebenfalls vorzugsweise zu verwendender Beschleuniger ist Hydroxylamin. Setzt man dieses in freier Form oder in Form von Hydroxylammoniumphosphaten, Hydroxylammoniumnitrat und/oder Hydroxylammoniumchlorid dem Phosphatierbad zu, entstehen ebenfalls nur Abbau- oder Nebenprodukte, die eine Nanofiltrationsmembran druchdringen können.An accelerator which is also preferably to be used in the process according to the invention is hydroxylamine. If this is added to the phosphating bath in free form or in the form of hydroxylammonium phosphates, hydroxylammonium nitrate and / or hydroxylammonium chloride, only degradation or by-products are created which can penetrate a nanofiltration membrane.
Für eine Nanofiltration oder eine Umkehrosmose stehen im Stand der Technik unterschiedliche Membrantypen zur Verfügung. Da Phosphatierbäder und auch die entsprechenden Spülwässer sauer reagieren, sollte die eingesetzte Membran säurestabil sein. Geeignet sind beispielsweise anorganische Membranen wie z. B. Keramikmembranen. Weiterhin können organische Polymermembranen eingesetzt werden. Insbesondere ist eine Polyamid-Membran als Nanofiltrationsmembran geeignet.In the prior art, different membrane types are available for nanofiltration or reverse osmosis. Since phosphating baths and also the corresponding rinsing water react acidic, the membrane used should be acid-stable. For example, inorganic membranes such as. B. ceramic membranes. Organic polymer membranes can also be used. A polyamide membrane is particularly suitable as a nanofiltration membrane.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann so betrieben werden, daß man den Phosphatierbadüberlauf und/oder das Spülwasser nach der Phosphatierung direkt (ggf. nach Entfernung von Schlamm und/oder von organischen Bestandteilen) über den schwach sauren Ionenaustauscher leitet. Alternativ hierzu kann der Phosphatierbadüberlauf und/oder das Spülwasser nach der Phosphatierung (ebenfalls ggf. nach der Entfernung von Schlamm und/oder von organischen Bestandteilen) einer Membranfiltration in Form einer Nanofiltration oder einer Umkehrosmose unterworfen werden. Anschließend wird das Permeat (Filtrat) der eingesetzten Membranfiltration über den schwach sauren Ionenaustauscher geleitet. Durch den schwach sauren Ionenaustauscher werden selektiv Metallionen, die Wertstoffe einer Phosphatierlösung darstellen, aus dem Permeat der Membranfiltration entfernt. Hierdurch wird zum einen die Sicherheit erhöht, daß die Abwassergrenzwerte für diese Kationen eingehalten werden. Weiterhin können diese Kationen nach Regenerierung des Ionenaustauschers wieder für Zwecke der Phosphatierung eingesetzt werden.The process according to the invention can be operated in such a way that the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after the phosphating is passed directly (optionally after removal of sludge and / or organic constituents) via the weakly acidic ion exchanger. As an alternative to this, the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after the phosphating (likewise if appropriate after the removal of sludge and / or organic constituents) can be subjected to membrane filtration in the form of nanofiltration or reverse osmosis. The permeate (filtrate) of the membrane filtration used is then passed through the weakly acidic ion exchanger directed. The weakly acidic ion exchanger selectively removes metal ions, which are valuable substances from a phosphating solution, from the permeate of the membrane filtration. On the one hand, this increases the certainty that the wastewater limit values for these cations are observed. Furthermore, these cations can be used again for the purposes of phosphating after regeneration of the ion exchanger.
Setzt man vor dem lonenaustausch eines der genannten Membranfiltrationsverfahren ein, betreibt man das Verfahren vorzugsweise so, daß das Retentat der Membranfiltration in die Phosphatierlösung zurückgeführt wird. Hierdurch wird bereits ein Teil der im Überlauf des Phosphatierbads oder im Spülwasser vorhandenen schichtbildenden Kationen in die Phosphatierlösung zurückgeführt. Dies führt zu einer wirtschaftlicheren Fahrweise des Phosphatierbads, da weniger Inhaltsstoffe neu zugeführt werden müssen.If one of the membrane filtration processes mentioned is used before the ion exchange, the process is preferably carried out in such a way that the retentate of the membrane filtration is returned to the phosphating solution. As a result, part of the layer-forming cations present in the overflow of the phosphating bath or in the rinsing water is already returned to the phosphating solution. This leads to a more economical way of operating the phosphating bath, since fewer ingredients have to be added again.
Unabhängig davon, ob der Phosphatierbadüberlauf und/oder das Spülwasser nach der Phosphatierung direkt auf den Ionenaustauscher geleitet wird oder ob zuvor eines der genannten Membranfiltrationsverfahren eingesetzt wird, ist es bevorzugt, den Phosphatierbadüberlauf und/oder das Spülwasser nach der Phosphatierung von Schlamm und/oder von organischen Bestandteilen zu befreien. Hierdurch wird ein Verblocken der Filtrationsmembranen oder des Ionenaustauschers verhindert. Schlamm kann beispielsweise durch Beutelfiltration entfernt werden. Als Filter ist hier beispielsweise der Filter Lofclear 523 D der Firma Loeffler GmbH geeignet. Er entfernt 95 % der Teilchen einer Größe unterhalb von 1 ,5 μm und 99,9 % der Teilchen einer Größe unterhalb 5,5 μm. Organische Bestandteile im Phosphatierbad (beispielsweise organische Beschleuniger und/oder deren Abbauprodukte oder evtl. im Phosphatierbad vorhandene organische Polymere) können durch Aktivkohle oder durch synthetische Harze entfernt werden. Als Aktivkohle eignet sich beispielsweise der Typ Lofsorb LA 40 E-3-01 der Firma Loeffler GmbH. Als organische Harze können zum Entfernen organischer Bestandteile beispielsweise Lewatit VP 0C 1066 oder Dowex OPTL 285 verwendet werden. Für den Schritt der Nanofiltration ist beispielsweise eine Desal DK-Membran geeignet. Bei einer Druckdifferenz von 7 bar und einer Temperatur von 35 °C liefert sie bei einem Volumenverhältnis Konzentrat : Filtrat = 1 : 1 einen Membranfluß der Größenordnung 35 bis 40 I pro m2 und Stunde. Für den Schritt der Umkehrosmose kann beispielsweise eine Filmtec SW 30-Membran der Firma Rochem eingesetzt werden. Bei einer Druckdifferenz von 25 bar und einer Temperatur von 45 °C ergibt sie bei einem Volumenverhältnis Konzentrat : Filtrat = 5 : 1 einen Membranfluß von etwa 30 I pro m2 und Stunde.Regardless of whether the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after the phosphating is passed directly to the ion exchanger or whether one of the membrane filtration processes mentioned is used beforehand, it is preferred to use the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after the phosphating of sludge and / or free organic ingredients. This prevents the filtration membranes or the ion exchanger from blocking. Sludge can be removed, for example, by bag filtration. The filter Lofclear 523 D from Loeffler GmbH is suitable as a filter here. It removes 95% of the particles smaller than 1.5 μm and 99.9% of the particles smaller than 5.5 μm. Organic constituents in the phosphating bath (for example organic accelerators and / or their decomposition products or organic polymers possibly present in the phosphating bath) can be removed by activated carbon or by synthetic resins. The type Lofsorb LA 40 E-3-01 from Loeffler GmbH is suitable as activated carbon. Lewatit VP 0C 1066 or Dowex OPTL 285, for example, can be used as organic resins to remove organic constituents. For example, a Desal DK membrane is suitable for the nanofiltration step. At a pressure difference of 7 bar and a temperature of 35 ° C and a volume ratio of concentrate: filtrate = 1: 1, it delivers a membrane flow of the order of 35 to 40 l per m 2 and hour. For example, a Filmtec SW 30 membrane from Rochem can be used for the step of reverse osmosis. At a pressure difference of 25 bar and a temperature of 45 ° C, with a volume ratio of concentrate: filtrate = 5: 1, it results in a membrane flow of about 30 l per m 2 and hour.
Als schwach sauren Ionenaustauscher setzt man vorzugsweise einen solchen Typ ein, der selektriv ist für Zink- und/oder Nickelionen. Demgegenüber sollen einwertige Kationen möglichst wenig gebunden werden. Hierfür sind insbesondere solche schwach sauren Ionenaustauscher geeignet, die chelatbildende Iminodiessigsäuregruppen tragen. Ein geeignetes Produkt ist Lewatit TP 207 der Firma Bayer.A weakly acidic ion exchanger is preferably a type which is selective for zinc and / or nickel ions. In contrast, monovalent cations should be bound as little as possible. Those weakly acidic ion exchangers which carry chelating iminodiacetic acid groups are particularly suitable for this. A suitable product is Lewatit TP 207 from Bayer.
Vorzugsweise betreibt man das Verfahren so, daß der schwach saure Ionenaustauscher nach Beladung mit einer starken Säure regeneriert wird. Die selektiv gebundenen Kationen Zink und/oder Nickel werden hierbei eluiert und können für Zwecke der Phosphatierung wieder verwendet werden. Durch Verwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens müssen diese Kationen nicht als schwermetallhaltiger Schlamm entsorgt werden sondern können - ggf. nach geeigneter Aufbereitung - wieder zur Phosphatierung eingesetzt werden. Hierdurch werden Ressourcen geschont. Besonders bevorzugt ist es, für die Regenerierung des beladenen schwach sauren Ionenaustauschers eine solche Säure zu verwenden, die einen Wertstoff für die Phosphatierlösung darstellt. Insbesondere ist Phosphorsäure geeignet. Salpetersäure kann ebenfalls verwendet werden, wenn die Phosphatierlösung Nitrationen als Beschleuniger oder als Co-Beschleuniger enthalten soll.The process is preferably operated in such a way that the weakly acidic ion exchanger is regenerated after loading with a strong acid. The selectively bound cations zinc and / or nickel are eluted here and can be used again for the purposes of phosphating. By using the method according to the invention, these cations do not have to be disposed of as sludge containing heavy metals, but can be used again for phosphating, if appropriate after suitable treatment. This saves resources. It is particularly preferred to use such an acid for the regeneration of the loaded weakly acidic ion exchanger which is a valuable substance for the phosphating solution. Phosphoric acid is particularly suitable. Nitric acid can also be used if the phosphating solution is to contain nitrate ions as accelerators or as co-accelerators.
Das Regenerat kann dann unmittelbar oder nach Ergänzung mit weiteren Wirkstoffen zur Ergänzung einer Phosphatierlösung wieder verwendet werden. Dabei ist es besonders bevorzugt, das Regenerat so mit weiteren Zink- und/oder Nickelionen sowie mit weiteren Wirkstoffen einer Phosphatierlösung zu ergänzen, daß eine konventionelle Ergänzungslösung für ein Phosphatierbad entsteht. Diese Ergänzungslösung kann dann wie üblich zur Ergänzung des Phosphatierbads verwendet werden.The regenerate can then be used again immediately or after supplementation with further active ingredients to supplement a phosphating solution. It is particularly preferred in this case to mix the regenerate with additional zinc and / or To add nickel ions and other active ingredients of a phosphating solution, that a conventional supplementary solution for a phosphating bath is created. This supplementary solution can then be used as usual to supplement the phosphating bath.
Besonders bevorzugt ist es, die Regenerierung des beladenen schwach sauren Ionenaustauschers in 2 oder mehreren Fraktionen durchzuführen. Dabei wird als erste Fraktion ein Regenerat erhalten, das den Hauptteil der Zink- und/oder Nickelionen enthält. Dieses Regenerat führt man in die Phosphatierlösung zurück oder verwendet man als Ausgangsmaterial zur Herstellung einer Ergänzungslösung für die Phosphatierlösung. Als zweite Fraktion und ggf. als weitere Fraktionen werden Lösungen erhalten, die nur noch vergleichsweise geringe Gehalte an Zink und/oder Nickel aufweisen. Vorzugsweise sammelt man diese Regenerate und setzt sie als erste Fraktion zur Regenerierung eines weiteren beladenen schwach sauren Ionenaustauschers ein. Als erste Fraktion wird dann wiederum eine Lösung erhalten, die den Hauptteil der Zink- und/oder Nickelionen enthält. Man betreibt also vorzugsweise die Regenerierung des beladenen schwach sauren Ionenaustauschers in Kaskadenform.It is particularly preferred to carry out the regeneration of the loaded weakly acidic ion exchanger in two or more fractions. A regenerate is obtained as the first fraction, which contains the main part of the zinc and / or nickel ions. This regenerate is returned to the phosphating solution or used as the starting material for the preparation of a supplementary solution for the phosphating solution. Solutions are obtained as the second fraction and possibly as further fractions which only have comparatively low contents of zinc and / or nickel. These regenerates are preferably collected and used as the first fraction for the regeneration of a further loaded weakly acidic ion exchanger. A solution is then obtained as the first fraction which contains the main part of the zinc and / or nickel ions. The regeneration of the loaded weakly acidic ion exchanger in cascade form is therefore preferably carried out.
Die an Kationen abgereicherte Lösung, die den schwach sauren Kationenaustauscher in dessen Beladungsphase verläßt, kann je nach Inhaltsstoffen einer vereinfachten Abwasserbehandlung zugeführt oder direkt in eine biologische Kläranlage eingeleitet werden. Wirtschaftlicher ist es jedoch, diese Lösung als Spülwasser für die zu phosphatierenden Metallteile nach deren Entfettung zu verwenden. Diese Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens hat den zusätzlichen Vorteil, daß Spülwasser eingespart wird. AusführungsbeispieleThe solution depleted in cations, which leaves the weakly acidic cation exchanger in its loading phase, can, depending on the ingredients, be sent to a simplified wastewater treatment or be fed directly into a biological sewage treatment plant. However, it is more economical to use this solution as rinse water for the metal parts to be phosphated after they have been degreased. This embodiment of the method according to the invention has the additional advantage that flushing water is saved. Embodiments
Beispiel 1example 1
Spülwasser nach der Phosphatierung enthältContains rinse water after phosphating
Zn2+ : 115 mg/lZn 2+ : 115 mg / l
Mn2+ : 59 mg/lMn 2+ : 59 mg / l
Ni2+ : 57 mg/lNi 2+ : 57 mg / l
H2P04 ": 1500 mg/l
Figure imgf000013_0001
er 300 mg/l
H 2 P0 4 " : 1500 mg / l
Figure imgf000013_0001
he 300 mg / l
Na+ : 430 mg/l organische Bestandteile: 10 mg C/lNa + : 430 mg / l organic components: 10 mg C / l
Schlamm 0,05 g/lSludge 0.05 g / l
Aufbereitung Spülwasser: 400 l/hTreatment of rinsing water: 400 l / h
A. Schlammentfernung durch Beutelfiltration Filter: Lofclear 523 D der Firma Loeffler GmbH Teilchengröße SchlammentfernungA. Sludge removal by bag filtration Filter: Lofclear 523 D from Loeffler GmbH Particle size sludge removal
< 1,5 Mikron 95 %<1.5 micron 95%
< 2,5 Mikron 99 %<2.5 micron 99%
< 5,5 Mikron 99,9 %<5.5 micron 99.9%
ß. Entfernung organischer Bestandteile durch A-Kohle oder synthetische Harze (z.B. Lewatit VP 0C 1066 oderDowex OPTL 285)ß. Removal of organic components by activated carbon or synthetic resins (e.g. Lewatit VP 0C 1066 or Dowex OPTL 285)
A-Kohle: Lofsorb LA 40 E-3-01: 22 Filterkerzen der Firma Loeffler GmbH Rückhalt organischer Bestandteile: 35-45 % C. Nanofiltration SpülwasserCharcoal: Lofsorb LA 40 E-3-01: 22 filter cartridges from Loeffler GmbH retention of organic components: 35-45% C. Nanofiltration rinse water
Betriebsbedingungen:Operating conditions:
Desal DK-MembranDesal DK membrane
Druckdifferenz: 7 barPressure difference: 7 bar
Temperatur: 35°CTemperature: 35 ° C
Membranfluß: 35-45 l/m2 ■ hMembrane flow: 35-45 l / m 2 ■ h
Volumenverhältnis: Konzentrat/Filtrat: 1:1Volume ratio: concentrate / filtrate: 1: 1
Ergebnis:Result:
Konzentrat FiltratConcentrate filtrate
Zn2+ (mg/l) 330 (mg/l) 2,4 (mg/l)Zn 2+ (mg / l) 330 (mg / l) 2.4 (mg / l)
Mn2+ (mg/l) 118 (mg/l) 0,6 (mg/l)Mn 2+ (mg / l) 118 (mg / l) 0.6 (mg / l)
Ni2+ (mg/l) 114 (mg/l) 0,6 (mg/l)Ni 2+ (mg / l) 114 (mg / l) 0.6 (mg / l)
Na+ (mg/l) 470 (mg/l) 390 (mg/l)Na + (mg / l) 470 (mg / l) 390 (mg / l)
H2PO4-(mg/l) 2160 (mg/l) 840 (mg/l)H 2 PO 4 - (mg / l) 2160 (mg / l) 840 (mg / l)
ClO3 ' (mg/l) 250 (mg l) 150 (mg/l)ClO 3 ' (mg / l) 250 (mg l) 150 (mg / l)
Cr (mg/l) 375 (mg l) 225 (mg/l)Cr (mg / l) 375 (mg l) 225 (mg / l)
D. Restentfernung Zn und Ni durch SelektivkationenaustauscherD. Residual removal of Zn and Ni by selective cation exchangers
Selektivkationenaustauscher:Selective cation exchanger:
Adsorberharz: Lewatit TP 207 (40 I) (Fa. Bayer): selektiv für Zn + NiAdsorber resin: Lewatit TP 207 (40 I) (Bayer): selective for Zn + Ni
Filtrat: NanofiltrationFiltrate: nanofiltration
Aufbereitung Filtrat Nanofiltration durch Lewatit TP 207 (Mono-Natrium-Form)Preparation of filtrate nanofiltration by Lewatit TP 207 (mono-sodium form)
(siehe C) Filtrat Nanofiltration nach Aufbereitung mit TP 207 pH 3,6 3,6(see C) Filtrate nanofiltration after processing with TP 207 pH 3.6 3.6
Zn 2,4 mg/l < 0,1 mg/lZn 2.4 mg / l <0.1 mg / l
Ni 0,6 mg/l < 0,1 mg/lNi 0.6 mg / l <0.1 mg / l
Durch Selektivkationenaustauscher können Abwasser-Grenzwerte für Zn (2 mg/l) und Ni (0,5 mg/l) eingehalten werden.Waste water limit values for Zn (2 mg / l) and Ni (0.5 mg / l) can be maintained using selective cation exchangers.
E. Regeneration Selektivkationenaustauscher TP 207(beladen mit Zn + Ni) durch HCI,E. Regeneration of selective cation exchanger TP 207 (loaded with Zn + Ni) by HCI,
Regeneration HCI, 5 %: 2 Bettvolumen (80 I)Regeneration HCI, 5%: 2 bed volumes (80 I)
Zn-Konz. Regenerat: 20 g/l Ni-Konz. Regenerat: 5 g/lZn Conc. Regenerate: 20 g / l Ni conc. Regenerate: 5 g / l
F. Aufbereitung Regenerat Selektivkationenaustauscher TP 207 durch NanofiltrationF. Preparation of regenerate selective cation exchanger TP 207 by nanofiltration
Rückführung Regenerat (E) in Konzentrat Nanofiltration (C)Recycle regenerate (E) in concentrate nanofiltration (C)
Konzentrat Konzentrat FiltratConcentrate concentrate filtrate
Nanofiltration (C) Nanofiltration NanofiltrationNanofiltration (C) Nanofiltration Nanofiltration
(I m3) nach Zugabe nach Zugabe(I m 3 ) after addition after addition
Regenerat E (801) Regenerat E (801)Regenerate E (801) Regenerate E (801)
Zn2+ (mg/l) 330 1787 12,0Zn 2+ (mg / l) 330 1787 12.0
Mn2+ (mg/l) 118 109 0,6Mn 2+ (mg / l) 118 109 0.6
Ni2+ (mg l) 114 476 2,5Ni 2+ (mg l) 114 476 2.5
Na+ (mg l) 470 435 370Na + (mg l) 470 435 370
H2PO4-(mg/l) 2160 2000 820H 2 PO 4 - (mg / l) 2160 2000 820
ClO3 " (mg/l) 250 231 135
Figure imgf000015_0001
Überschuß CI" wird in Permeat überführt Verhältnis Zn + Ni/Cl im Regenerat 1 :2 Verhältnis Zn + Ni/Cl im Konzentrat 1 :1 ,79 Verhältnis Zn + Ni/Cl im Permeat 1 :167
ClO 3 " (mg / l) 250 231 135
Figure imgf000015_0001
Excess CI " is converted into permeate ratio Zn + Ni / Cl in the regenerate 1: 2 ratio Zn + Ni / Cl in the concentrate 1: 1.79 ratio Zn + Ni / Cl in the permeate 1: 167
Nach Aufkonzentrierung 1 :1After concentration 1: 1
Konzentrat FiltratConcentrate filtrate
+ Regenerat+ Regenerate
Zn2+ (mg/l) 3570 21,0Zn 2+ (mg / l) 3570 21.0
Mn2+ (mg/l) 220 1,1Mn 2+ (mg / l) 220 1.1
Ni2+ (mg/l) 950 4,0Ni 2+ (mg / l) 950 4.0
Na+ (mg/l) 470 400Na + (mg / l) 470 400
H2PO4-(mg/l) 2837 1276H 2 PO 4 - (mg / l) 2837 1276
ClO3 " (mg/l) 292 169ClO 3 " (mg / l) 292 169
CI" (mg/l) 5063 3038CI " (mg / l) 5063 3038
Verhältnis Zn + Ni/Cl im Konzentrat 1 :1 ,12 Verhältnis Zn + Ni/Cl im Permeat 1 :122Ratio Zn + Ni / Cl in the concentrate 1: 1, 12 ratio Zn + Ni / Cl in the permeate 1: 122
Durch Nanofiltration ist es möglich, den Anionenüberschuß im Regenerat stark zu reduzieren, sodaß eine Wiederverwendung des Regenerats in der Phosphatierung ermöglicht wird. Nanofiltration makes it possible to greatly reduce the excess anion in the regenerate, so that the regenerate can be reused in the phosphating.
Beispiel 2Example 2
Spülwasser nach der Phosphatierung enthält:Rinse water after phosphating contains:
Zn2+ 1 10000 mmgg//ll organische Bestandteile: 10 mg C/lZn 2+ 1 10000 mmgg // ll organic components: 10 mg C / l
Mn2+ 50 mg/lMn 2+ 50 mg / l
Ni2+ 49 mg/lNi 2+ 49 mg / l
Na+ 130 mg/lNa + 130 mg / l
H2P04 " 1500 mg/lH 2 P0 4 " 1500 mg / l
N03- 300 mg/lN0 3 - 300 mg / l
Aufbereitung Spülwasser (400 l/h)Treatment of rinsing water (400 l / h)
A. Schlammentfernung durch BeutelfiltrationA. Sludge removal by bag filtration
Filter: Lofclear 523 D de Firma Loeffler GmbHFilter: Lofclear 523 D from Loeffler GmbH
Teilchengröße SchlammentfernungParticle size sludge removal
< 1 ,5 Mikron 95 %<1.5 micron 95%
< 2,5 Mikron 99 %<2.5 micron 99%
< 5,5 Mikron 99,9 %<5.5 micron 99.9%
B. Entfernung Zn und Ni durch SelektivkationenaustauscherB. Removal of Zn and Ni by selective cation exchangers
Selektivkationenaustauscher:Selective cation exchanger:
Adsorberharz: Lewatit TP 207 (Fa. Bayer)Adsorber resin: Lewatit TP 207 (Bayer)
Mono-Natrium-Form: selektiv für Zn + Ni 2 Säulen mit 40 I Harz in Serie Mono-sodium form: selective for Zn + Ni 2 columns with 40 I resin in series
Figure imgf000018_0001
Figure imgf000018_0001
Nach Aufbereitung von 10 m3 Spülwasser (1000 g Zn2+ / 490 g Ni2+) wurde Säule 1 regeneriert mit 120 I H3P04 - 40 % (= ca. 160 kg H3PO4 - 40 %) (= ca. 64 kgAfter treating 10 m 3 of rinsing water (1000 g Zn 2+ / 490 g Ni 2+ ), column 1 was regenerated with 120 IH 3 P0 4 - 40% (= approx. 160 kg H 3 PO4 - 40%) (= approx. 64 kg
Figure imgf000018_0002
Figure imgf000018_0002
n.n. = nicht nachgewiesen
Figure imgf000019_0003
nn = not proven
Figure imgf000019_0003
Fraktion 1 kann verwendet werden für die Herstellung einer neuen Ergänzungslösung. Fraktion 2 + 3 können wiederverwendet werden für die nächste Regeneration.Fraction 1 can be used to prepare a new supplement. Fractions 2 + 3 can be reused for the next regeneration.
C. Herstellung ErgänzungslösungC. Preparation of Supplementary Solution
Fraktion 1 enthält (1 kg):Fraction 1 contains (1 kg):
Zn 15,0 gZn 15.0 g
Ni 7,5 g
Figure imgf000019_0001
Ni 7.5 g
Figure imgf000019_0001
H20 744,5 gH 2 0 744.5 g
Zugabe:Encore:
1) 5,0 % ZnO wird gelöst im Regenerat; danach Abkühlung bis 40°C
Figure imgf000019_0002
1) 5.0% ZnO is dissolved in the regenerate; then cooling to 40 ° C
Figure imgf000019_0002
3) 2,3 % MnC03 3) 2.3% MnC0 3
4) 2,0 % H2SiF6 - 34 % Zusammensetzung der neuen Ergänzungslösung (1,25 kg):4) 2.0% H 2 SiF 6 - 34% Composition of the new supplement solution (1.25 kg):
Zn 55,0 g = 44,0 g/kgZn 55.0 g = 44.0 g / kg
Mn 11 ,0 g = 8,8 g/kgMn 11.0 g = 8.8 g / kg
Ni 7,5 g = 6,0 g/kgNi 7.5 g = 6.0 g / kg
H3PO4 291 ,5 g = 233,2 g/kgH3PO4 291.5 g = 233.2 g / kg
H2SiF6 6,8 g = 5,4 g/kgH 2 SiF 6 6.8 g = 5.4 g / kg
H20 878,2 g = 702,5 g/kg 1250 g H 2 0 878.2 g = 702.5 g / kg 1250 g

Claims

Patentansprüche claims
1. Verfahren zur Aufbereitung von Phosphatierbadüberlauf und/oder von Spülwasser nach der Phosphatierung, wobei die Phosphatierung mit einer sauren wäßrigen Phosphatierlösung erfolgt, die 3 bis 50 g/l Phosphationen, berechnet als P0 3", 0,2 bis 3 g/l Zinkionen, gegebenenfalls weitere Metallionen sowie gegebenenfalls Beschleuniger enthält, wobei der Phosphatierbadüberlauf und/oder das Spülwasser nach der Phosphatierung nach einer Membranfiltration oder ohne vorgeschaltete Membranfiltration über einen schwach sauren Ionenaustauscher geleitet wird.1. Process for the preparation of phosphating bath overflow and / or rinsing water after phosphating, the phosphating being carried out with an acidic aqueous phosphating solution which contains 3 to 50 g / l phosphate ions, calculated as P0 3 " , 0.2 to 3 g / l zinc ions , optionally contains further metal ions and optionally accelerator, the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after the phosphating being passed after a membrane filtration or without an upstream membrane filtration over a weakly acidic ion exchanger.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphatierbadüberlauf und/oder das Spülwasser nach der Phosphatierung einer Membranfiltration in Form einer Nanofiltration oder einer Umkehrosmose unterworfen wird und das Permeat der Membranfiltration über einen schwach sauren Ionenaustauscher geleitet wird.2. The method according to claim 1, characterized in that the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after the phosphating is subjected to a membrane filtration in the form of a nanofiltration or a reverse osmosis and the permeate of the membrane filtration is passed over a weakly acidic ion exchanger.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Phosphatierbadüberlauf und/oder das Spülwasser nach der Phosphatierung von Schlamm und/oder von organischen Bestandteilen befreit wird, bevor der Phosphatierbadüberlauf und/oder das Spülwasser nach der Phosphatierung nach einer Membranfiltration oder ohne vorgeschaltete Membrafiltration über einen schwach sauren Ionenaustauscher geleitet wird.3. The method according to claim 1 or 2, characterized in that the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after phosphating is freed of sludge and / or organic components before the phosphating bath overflow and / or the rinsing water after phosphating after membrane filtration or without upstream membrane filtration is passed over a weakly acidic ion exchanger.
4. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der schwach saure Ionenaustauscher selektiv ist für Zink- und/oder Nickelionen. 4. The method according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the weakly acidic ion exchanger is selective for zinc and / or nickel ions.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der schwach saure Ionenaustauscher chelatbildende Iminodiessigsäuregruppen trägt.5. The method according to claim 4, characterized in that the weakly acidic ion exchanger carries chelating iminodiacetic acid groups.
6. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der schwach saure Ionenaustauscher nach Beladung mit einer starken Säure regeneriert wird.6. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the weakly acidic ion exchanger is regenerated after loading with a strong acid.
7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß das Regenerat unmittelbar oder nach Ergänzung mit Wirkstoffen zur Ergänzung einer Phosphatierlösung wiederverwendet wird.7. The method according to claim 6, characterized in that the regenerate is reused immediately or after supplementation with active ingredients to supplement a phosphating solution.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Regenerierung in zwei oder mehreren Fraktionen erfolgt, wobei das als erste Fraktion erhaltene Regenerat unmittelbar oder nach Ergänzung mit Wirkstoffen zur Ergänzung einer Phosphatierlösung wiederverwendet wird und das als zweite und/oder folgende Fraktion erhaltenen Regenerat als erste Fraktion zur Regenerierung eines weiteren im Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5 beladenen schwach sauren Ionenaustauschers verwendet wird.8. The method according to claim 6 or 7, characterized in that the regeneration takes place in two or more fractions, wherein the regenerate obtained as the first fraction is reused immediately or after addition with active ingredients to supplement a phosphating solution and that as a second and / or subsequent fraction Regenerate obtained is used as the first fraction for the regeneration of a further weakly acidic ion exchanger loaded in the process according to one or more of claims 1 to 5.
9. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die nach Passieren des schwach sauren Ionenaustauschers erhaltene Lösung als Spülwasser für die zu phosphatierenden Metallteile nach deren Entfettung verwendet wird.9. The method according to one or more of claims 1 to 5, characterized in that the solution obtained after passing the weakly acidic ion exchanger is used as rinsing water for the metal parts to be phosphated after their degreasing.
10. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Retentat der Membranfiltration in die Phosphatierlösung zurückgeführt wird.10. The method according to claim 2, characterized in that the retentate of the membrane filtration is returned to the phosphating solution.
11. Verfahren nach einem oder mehreren der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Phosphatierlösung zusätzlich 0,01 bis 2,5 g/l Nickelionen enthält. 11. The method according to one or more of claims 1 to 10, characterized in that the phosphating solution additionally contains 0.01 to 2.5 g / l of nickel ions.
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