NO138413B - Fremgangsmaate og anlegg for kjemisk overflatebehandling av metallgjenstander i lukket kretsloep med kjemikaliegjenvinning uten avgiftningsanlegg - Google Patents

Description

Foreliggende søknad vedrører en fremgangsmåte og -et anlegg

for kjemisk overflatebehandling av metallgjenstander som etter påføring av kjemikalieløsningen ved dypping eller påsprøyting skylles i flere trinn i motstrøm. Skyllevannet fra første skylletrinn føres gjennom en avdriver og over-

løpet fra denne føres til behandlingstrinnet.

Ved kjemisk overflatebehandling vil. noe av behandlings-

væsken henge igjen på de behandlede gjenstander og må

spyles og/eller skylles vekk og man får et forurenset vann. Vanligvis skylles det i ett eller to trinn, og det første vil hurtig bli sterkt forurenset av kjemikalier med mindre store vannmengder strømmer gjennom skylle-

systemet. Kjemikaliene i skyllevannet er for de fleste prosessers vedkommende et rent tap <p>g utgjør en vesentlig del av forbruket av kjemikalier ved overflatebehandling.

Kravene til rensing av det vann som ledes til kloakk blir . stadig strengere, og det er kjent en rekke måter å-foreta-denne rensing på. Det foreligger også en del prosesser som går ut på å redusere forbruket av kjemikalier ved overflatebehandling av metallgjenstander.

Tysk patent nr. 1.168.737 viser en beiseprosess, hvor man holder spylevannsforbruket lavt ved kun å tilsette rent vann til siste skylletrinn som også tilføres resirkulert skyllevann fra dette via et skyllevannsreservoar. Skyllevannet til de foranliggende skylletrinn tas også fra dette reservoar. Utgående skyllevann fra siste trinn føres så til beisekaret til fortynning av beisevæsken. Brukt beisevæske føres ikke i lukket kretsløp. Selv om denne fremgangsmåte sparer noe spylevann og unngår å kjøre forurenset spylevann til avløp i første omgang, så har man fremdeles problemet med forbrukt beisevæske og avgif-tingen av denne, og man må tilføre rent spylevann fra ledningsnettet kontinuerlig.

Videre er det fra tysk patent nr. 1.101.900 kjent å opp-arbeide brukt beisevæske ved inndampning ved hjelp av en varmgass og derpå skille ut jern som ferrosulfat. Avdrevet vanndamp varmeveksles med rent vann for å gi varmt skylle-

vann. Prosessen krever et høyt vannforbruk, da alt rent vann til skyllingen må tas fra nettet.

Fra BRD off. skrift nr. 2.453.921 er det også kjent en fremgangsmåte og anlegg for overflatebehandling av metaller samt behandling av kjemikalieløsninger og spylevæsken fra dette anlegg. Ved denne fremgangsmåte og anlegg, som kan omfatte et komplisert avgiftningsanlegg, gjenvinnes en vesentlig del av kjemikaliene. Dette oppnås ved hjelp av en inndamper, hvor brukt og fortynnet behandlingsvæske oppkonsentreres før den returneres til behandlingstrinnet. Herved fås en lukket krets for kjemikalieløsningen. Opp-konsentreringen foregår ved hjelp av damp, som sammen med fjernet vann går til atmosfæren. Ulempen ved dette system er at det gir et høyt forbruk av skyllevann samt damp-utslipp. Dertil er både selve inndamperen og anlegget som sådant komplisert og dermed kostbart.

Formålet ved foreliggende oppfinnelse var å komme frem til

en fremgangsmåte og et anlegg som gjorde det mulig å redu-

sere forbruket av spylevann og kjemikalier, samtidig som man unngikk å investere i et avgiftingsanlegg.

Anlegget måtte være enkelt i drift og ikke kreve for

store investeringer i komplisert utstyr.

Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen vedrører altså overflatebehandling av metallgjenstander i en kjemikalieløsning. Det karakteristiske ved fremgangsmåten er at alt vann til skylling av metallgjenstandene utgjøres av avdampene fra avdriveren, idet disse via en kondensator føres til det siste skylletrinnet. Prosessen tilføres kun kjemikalier og vann tilsvarende det netto forbruk av disse.

En annen måte å utføre oppfinnelsen på, er å føre skyllevannet fra første skylletrinn direkte til avdriveren og la overløpet fra denne gå til behandlingstrinnet via et reservoar.

Vanligvis kan kjemikaliekonsentrasjonen i behandling-trinnet variere noe uten at det går ut over produktets kvalitet. Da forbruket av kjemikalier og vann ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er svært lavt, kan det være praktisk å tilsette kjemikalier og vann diskontinuerlig til behandlingstrinnet.

Oppfinnelsen omfatter også et anlegg for utførelse av fremgangsmåten. Anlegget består av i og for seg kjente enheter, som behandlingskar, skyllekar, fordamper med kondensator og transportanordninger for å føre metallgjenstandene gjennom behandlings- og skylletrinn.

Det spesielle ved anlegget er at en kondensator er til-knyttet avdriveren og at anleggets enheter er koblet slik at det danner et lukket kretsløp, slik at rent skyllevann fra avdriveren via kondensatoren ledes til siste skylletrinn.

I visse tilfeller er det en fordel å plassere fordamperen mellom første skylletrinn og behandlingstrinnet. Da bør det imidlertid plasseres et kjemikaliereservoar mellom fordamper og selve behandlingskaret for å lette regu-leringen av kjemikaliekonsentrasjonen i behandlingskaret.

Oppfinnelsens anlegg og fremgangsmåte vil videre fremgå

av vedføyede tegninger.

Fig. 1 viser prosessens blokkdiagram med fordamperen

plassert etter behandlingstrinnet.

Fig. 2 viser prosessen med fordamperen plassert direkte

etter første skylletrinn.

På de to figurene er tilsvarende enheter betegnet med samme henvisningstall og symboler.

I fig. 1 er behandlings- og gjenvinningsanlegget betegnet med blokken 1 og 6 og skylletrinnene med blokkene 2 til 4. Blokken 7 viser kondensatoren for kondensering av avdampene fra avdriveren 6. Kondensatet føres så til siste skylletrinn. Overløpet av brukt skyllevann fra hvert skylletrinn er vist ved de nederste linjene fra blokkene 2-4 og går mot venstre på figuren. Linjene mot høyre mellom blokken 1, 2, 3 og 4 viser transporten av metallgjenstandene med meddrevet behandlingsvæske/skyllevann. Tilsats av kjemikalier (x) til behandlingstrinnet til erstatning for det netto forbruk av kjemikalier kan om ønskes tilsettes diskontinuerlig. Henvisningstall 5 angir en sirkulasjons-pumpe.

Selve prinsippet for prosessen fremgår klarest av figurene når man betrakter væske- og kjemikaliestrømmene betegnet med bokstaver.

a angir væskevolum i l/h som overføres med metallgjenstandene .

v angir mengde kondensat i l/h og tilsvarer skyllevannet.

cQ angir kjemikaliekonsentrasjonen i g/l i behandlingskaret.

c1_3 angir kjemikaliekonsentrasjonen i g/l i skyllekarene.

b angir tilførsel -av rent vann i l/h til erstatning av tap ved fordampning og det vann som vedhefter metallgjenstandene som føres ut av anlegget.

x angir tilsats av kjemikalier tilsvarende det netto

forbruk av disse.

Mengdene av x og b er begge så små at x og b kan tilsettes diskontinuerlig uten å forstyrre prosessen.

Eig. 2 viser et lignende anlegg som fig. 1, men her er det plassert et kjemikaliereservoar 8 mellom fordamperen 6 og behandlingskaret 1. Fødingen til avdriveren tas altså direkte ut fra første skylletrinn 2 og overløpet fra fordamperen 6 går først til kjemikaliereservoaret 8. Selve behandlingskaret 1 står i direkte kontakt med kjemikaliereservoaret 8. Metallgjenstandene føres altså først ned i behandlingskaret 1 og. derfra til skylletrinnene 2 til 4, på samme måte som beskrevet under fig. 1. Henvisningstall 9 angir reguleringsventiler.

Foreliggende oppfinnelse har et vidt anvendelsesområde, idet den kan anvendes ved kjemisk overflatebehandling av gjenstander av f.eks. aluminium, magnesium, sink og stål, og behandlingen kan bl.a. være kromatering, fosfatering og vanlig beising. Forutsetningen for å kunne anvende foreliggende fremgangsmåte, er at behandlingsvæsken egner seg for oppkonsentrering og gjenvinning av spylevann i én avdriver (fordamper).

Oppfinnelsen vil nå bli nærmere beskrevet i forbindelse med kromatering av magnesiumgjenstander.

Eksempel 1

Dette eksempel viser skylleeffektiviteten når prosessen utføres ifølge oppfinnelsen.

Magnesiumgjenstandene føres inn i kromateringstrinnet ved hjelp av transportbelte og kontakttiden reguleres ved innstilling av beltehastigheten. Behandlingstiden var 10-40 sek. og badtemperaturen var på 20-40°C. Badsammen-setningen som ble brukt, var følgende:

Kromateringsvæsken ble påført gjenstandene via sprøyte-dyser. Overskytende kromateringsvæske rant ned i karet 1. Selve skyllingen foregikk ved at skyllevann fra de respek-tive skyHekar 2 til 4 via spyledyser ble pumpet mot gjenstandene og forbrukt skyllevann rant ned i skyllekaret og via et overløp til foranstående skylletrinn. Forsøket ble altså utført i et anlegg tilsvarende fig. 1. Men skyllingen kan også utføres ved at transportbeltet føres ned i skyllekaret. Rent vann, dvs. kondensat fra avdriveren, føres til det siste skylletrinn og en tilsvarende mengde skyllevann rant ut av dette og inn i neste skylletrinn. Mengden av kjemikalier som ble ført over i skyllesystemet tilsvarte 183 g/l natriumdikromat. Likevektskonsentrasjonene i skyllekarene var følgende: i første 2550 mg/l, i andre 340 mg/l, i tredje 35 mg/l og i fjerde 3,3 mg/l natriumdikromat.

Kondensatmengden tilført siste skyllekar var 74,5 l/h.

Utgående gjenstander var altså fuktet med skyllevann inneholdende neglisjerbare mengder kjemikalier. Skyllingen ga tilstrekkelig rene produkter ved anvendelse av gjen-vunnet skyllevann fra avdriveren. Over lengre tid vil man ha et lite tap av vann på grunn av det vann som hefter ved utgående gjenstander fra siste skylletrinn.

Eksempel 2

Et forsøk tilsvarende det i eksempel 1 ble kjørt, men nå tilsvarte overført kjemikaliemengde 272 g/h natriumdikromat. Kondensat til siste skylletrinn var også nå 74,5 l/h. Dette ga følgende kjemikaliekonsentrasjon i de fire skyllekar: i første 4500 mg/l, i andre 800 mg/l, i tredje 150 mg/l og i fjerde 22 mg/l.

Kjemikaliekonsentrasjon i siste skylletrinn er altså litt høyere enn i første eksempel, men ligger fremdeles på et akseptabelt lavt nivå. Det har overraskende vist seg at kjemikaliekonsentrasjonen i det/de første skylletrinn kan ligge så høyt som eksemplene viser uten at beleggkvaliteten forringes. Det har også vist seg at i visse tilfeller kan utgående gjenstander være fuktet med skyllevann inneholdende en mindre mengde behandlingskjemikalier uten at beleggkvaliteten forringes.

Forsøkene viser at de behandlede gjenstander kan spyles tilstrekkelig rene nesten uten netto forbruk av vann fra ledningsnettet. Dette er overraskende, da vannforbruket ved konvensjonelle anlegg er meget høyt for å få rene nok produkter.

Eksempel 3

Dette forsøket viser kjemikalieforbruket ved en fremgangsmåte ifølge oppfinnelsen.

6060 høyttalerchassis av magnesium med en totalvekt på

758 kg ble kromatert i et anlegg ifølge fig. 1. Det ble da forbrukt følgende mengder kjemikalier: Natriumdikromat 2592 g, HN03 (65%) 8246 g, dvs. henholdsvis 3,4 g/kg og 10,9 g/kg behandlet magnesiumdel. Ved vanlig kromatering uten gjenvinningsanlegg for kjemikalier og

skyllevann, er tilsvarende verdier fra et presstøperi oppgitt å være henholdsvis 20-25 g/kg av dikromat og 25-35 g/kg av HN03-

Eksempel 4

Dette eksempel viser en undersøkelse for mer nøyaktig å fastslå det netto forbruk av kjemikalier til selve kroma-teringen. Det ble utført forsøk under kontrollerte labo-ratoriebetingelser og ved anvendelse av plateprøver med kjent overflate.

Forsøkenes resultat med hensyn på netto kjemikalieforbruk var: . Omregnet på vektbasis fikk man da henholdsvis 1,0 g/kg og 6,4 g/kg. Dette viser at ved å anvende fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen slik det fremgår av eksempel 3, vil man altså få et netto forbruk av kjemikalier som ligger nær opp til det som fås under ideelle forhold og hvor belagt overflate kan utregnes nøyaktig.

Disse forsøk viser altså at det ved fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen er mulig å komme ned på et kjemikalieforbruk som er vesentlig lavere enn ved konvensjonelle anlegg..

Reguleringen av avdriveren kan gjøres ut fra målinger av kjemikaliekonsentrasjonen i siste skylletrinn. Derved kan man kjøre med minimal mengde kondensat til siste skylletrinn, idet fordamperen bare kobles inn når kjemi-kaliekonsentras jonen i dette kommer over en viss verdi.

Selv om foreliggende fremgangsmåte krever mer energi enn anlegg uten gjenvinningsanlegg, kan mye av energien til-ført avdriveren gjenvinnes i kondensatoren, idet kjøle-vannet fra denne har en temperatur som gjør det mulig å benytte kjølevannet til tørking av de ferdigbehandlede gjenstander.

De vesentligste fordeler ved foreliggende oppfinnelse er at man får et lavt vann- og kjemikalieforbruk, samtidig som man slipper å investere i renseanlegg. Man får altså et slutt t kretsløp hvor skyllevannet regenereres og kjemikaliene i skyllevannet gjenvinnes. Driften av anlegget er enklere og krever ikke så høyt teknisk kvalifiserte operatører som et renseanlegg vil gjøre, r' issbehovet for et renseanlegg er dertil større enn for gjenvinningsanlegget anvendt ved oppfinnelsen.

Claims (4)

1. Fremgangsmåte ved kjemisk overflatebehandling av metallgjenstander som i et behandlingstrinn påføres en kjemikalieløsning ved sprøyting eller dypping og hvor metallgjenstandene derpå skylles i flere trinn, idet skyllevannet føres i motstrøm til metallgjenstandene og hvor skyllevannet fra første skylletrinn føres gjennom en avdriver og overløpet fra denne føres til behandlingstrinnet, karakterisert ved at alt vann til skylling av metallgjenstandene utgjøres av avdampene fra avdriveren, idet disse via en kondensator føres til det siste skylletrinnet og at prosessen kun tilføres kjemikalier og vann tilsvarende netto forbruk av disse, kontinuerlig eller diskontinuerlig til behandlingstrinnet.

2. Fremgangsmåte ifølge krav 1, karakterisert ved at skyllevannet fra første skylletrinn føres direkte til avdriveren og overløpet fra denne føres til et reservoar for kjemikalieløsning og videre til behandlingstrinnet, hvortil også tilsettes kjemikalier og vann tilsvarende forbruket av disse.

3. Anlegg for utførelse av fremgangsmåten ifølge krav 1 og 2 omfattende behandlingsanordninger og flere skylletrinn som er koblet etter hverandre og transportanordninger for å føre metallgjenstandene gjennom behandlingstrinnet og skylletrinnene, og at det i tilknytning til behandlingsanordningene er et gjenvinningsanlegg omfattende en avdriver, karakterisert ved at en kondensator er til-knyttet avdriveren og at anleggets enheter er koblet slik at det danner et lukket kretsløp, slik at rent skyllevann fra avdriveren via kondensator ledes til siste skylletrinn.

4. Anlegg ifølge krav 3, karakterisert ved at fordamperen er plassert mellom første skylletrinn og ±>ehandlingstrinnet og at det mellom fordamper og selve behandlingskaret er plassert et kjemikaliereservoar, hvortil overløpet fra fordamperen føres og derfra videre til selve behandlingskaret.