Projekt 13519/01

Membranelektrolytische Regenerierung von metallabtragenden sauren Lösungen

Projektträger

Rudolf Jatzke Galvanik HartchromInh. Günter Holthöfer
Edisonstr. 7
33689 Bielefeld
Telefon: 05205/5288

Zielsetzung und Anlass des Vorhabens

Ziel der Untersuchungen ist die in-Line-Regeneration von metallabtragenden sauren Lösungen. Ein membranelektrolytisches Verfahren soll zur Regenerierung von Beizen und Ätzlösungen eingesetzt werden, da diese die am häufigsten genutzten Lösungen sind. Die Regeneration erfolgt hierbei durch das Entfernen der Kationen. Dieses führt im Idealfall dazu, dass die Beizen und Ätzlösungen, die bisher regelmäßig erneuert werden mussten, eine unendliche Standzeit haben. Die Verunreinigungen werden in metallischer und damit in direkt wiederverwertbarer Form erhalten.
Ziel des Projektes ist es, über chemische und verfahrenstechnische Änderungen eine Optimierung der Regeneration zu erreichen, hierbei sollen die ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkte einen wichtigen Teil einnehmen.


Darstellung der Arbeitsschritte und der angewandten MethodenDie Regeneration soll zunächst an vier verschiedenen Systemen (Schwefelsäure-, Edelstahl- und Aluminium-Beize, Phosphatierung) mit je drei Projektphasen getestet werden.
Für jedes System findet in der ersten Phase zunächst eine Kostenabschätzung anhand von theoretischen und experimentellen Daten unter Berücksichtigung von ökonomischen und ökologischen Gesichtspunkten statt. In der zweiten Phase soll die optimale Katholyt-Zusammensetzung sowie die optimale Anode für die Regeneration der entsprechenden sauren Lösung gefunden werden. Falls es zu einer starken Wanderung von organischen Bestandteilen kommt, müssen zusätzlich noch verschiedene Membranen getestet werden. Nach Beendigung der Vorversuche wird jeweils ein Qualitätstest der regenerierten Beize oder Ätzlösung durchgeführt. In der dritten Phase sollen die im Labor erhaltenen Daten im Versuchsbetrieb über längere Zeit überprüft werden. Während der gesamten Versuchsdauer wird sowohl die Zusammensetzung der Beizen oder Ätzlösungen sowie des Katholyten regelmäßig analysiert. Dieses ist notwendig, um auf eventuelle Störungen direkt reagieren zu können. Zudem findet eine regelmäßige Überprüfung des Niederschlages statt, um den Wirkungsgrad genau bestimmen zu können.


Ergebnisse und Diskussion

Die Versuche wurden mit zwei verschiedenen Anlagen durchgeführt. Bei der Laboranlage handelt es sich um eine Anlage mit einem Inhalt von je 100 l Beize und Katholyt. In diese Anlage wurde noch eine zusätzliche Heizung eingebaut. Die transportable Versuchsanlage kann direkt an jede beliebige Badgröße angeschlossen werden. Das Volumen des Katholyten beträgt hier 600 l.
In der kleinen Anlage wurden zunächst verschiedene Anoden auf Ihre Beständigkeit in der Edelstahlbeize untersucht. Obwohl die keramikbeschichtete Titan-Anode zunächst für die Edelstahlbeize geeignet schien, stellte sich im Betriebsversuch heraus, dass die Beständigkeit hier doch zu gering ist. Für die erste getestete Edelstahlbeize konnte keine beständige Anode gefunden werden. Für einen zweiten Edelstahlbeiz-Typ konnte eine geeignete Anode gefunden werden. Da diese jedoch sehr teuer ist, muss hier noch nach rentableren Alternativen gesucht werden.
Für Phosphatierungen kann sowohl die keramikbeschichtete Titan-Anode als auch die Blei/Zinn 93/7 Anode empfohlen werden. Hier kam es jedoch zu einem Niederschlag auf Grund der elektrolytischen Instabilität des Inhibitors. Hier muss noch nach stabilen Inhibitoren gesucht werden.
Für Aluminiumbeizen eignet sich sowohl die keramikbeschichtete Titan-Anode als auch eine platinierte Titan-Anode. Es konnte gezeigt werden, daß 14 mg Metall pro Ah abgeschieden werden.
Für Schwefelsäurebeizen empfiehlt sich ebenfalls der Einsatz von keramikbeschichteten Titan-Anoden oder platinierten Titan-Anoden.
Bei allen metallabtragenden sauren Lösungen konnte gezeigt werden, dass eine Regeneration prinzipiell möglich ist. Es können verschiedene Metalle gleichzeitig entfernt werden, die Reoxidation von Cr3+ zu Cr6+ ist hier ebenfalls möglich.


Fazit

Die erzielten Ergebnisse zeigen die Eignung des entwickelten Verfahrens sowohl für Aluminium-Beizen als auch für Schwefelsäure-Beizen. Für Edelstahlbeizen und Phosphatierungen hingegen besteht nur eine bedingte Eignung. Prinzipiell ist auch für Beizen und andere metallabtragende saure Lösungen eine in-line Regeneration möglich, sofern eine beständige Anode zur Verfügung steht.
Die Reihe der Metalle, die entfernt werden können, konnte deutlich erweitert werden. So lassen sich sowohl Eisen, Zink, Kupfer, Mangan, Nickel als auch Aluminium abscheiden.Insgesamt hat sich auch bei diesen Versuchen eine Spannung von 20.0 V und ein pH-Wert um 3.0 bewährt. Die Anode muss dem jeweiligen Bad-Typ angepasst werden.