Sauberes Wasser: Lösungen für die metallverarbeitende und ...

3.1. REGENERATION SAURER
PROZESSLÖSUNGEN
Soweit saure Prozesslösungen nicht zu hohe
Wasserstoffionenkonzentrationen aufweisen, lassen
sich angereicherte kationische Fremdstoffe wie
beispielsweise Fe 2+ , Zn 2+ , Al 3+ etc. mithilfe stark
saurer Kationenaustauscher in der H-Form
entfernen. Wird ein solches Prozessbad kontinuierlich
über einen Ionenaustauscher gefahren,
kann der Fremdstoffgehalt auf einen tolerierbaren
Konzentrationsbereich gehalten werden, sodass die
Standzeit des Bades erheblich verlängert wird.
Die hier relevante Austauschreaktion bewirkt
dabei eine echte Regeneration, da mit der
Aufnahme der Fremdmetalle gleichzeitig ein
Äquivalent Wasserstoffionen an die Lösung abgegeben
wird.
Ein Beispiel für eine Standzeitverlängerung
eines sauren Prozessbades stellt die Entfernung von
kationischen Metallionen aus einem Phosphorsäurebad
dar. Hier kann der Ionenaustauscher
Lewatit ® MonoPlus SP 112 in der H-Form Kationen
wie Fe 2+ , Zn 2+ , und/oder Al 3+ entfernen.
Ein weiteres Beispiel stellt das Beizen von
Stahl mittels Salzsäure dar. Hier reichern sich mit
der Zeit Fe 2+ -Ionen an. Durch Zugabe von H 2 O 2 im
Seitenstrom kann dieses Fe 2+ zu Fe 3+ oxidiert
werden, welches in der Säure den anionischen und
stark dunkel gefärbten [FeCl 4 ] - -Komplex bildet.
Dieser Komplex bindet außergewöhnlich selektiv an
stark basische Anionenaustauscher wie zum
Beispiel Lewatit ® K 6362.
Durch Überleiten der Säure über den
Anionenaustauscher lässt sich das Eisen bis auf
weniger als 1 ppm Restkonzentration entfernen. Die
Regeneration erfolgt in diesem Fall einfach durch
Überleiten von Wasser. Unter diesen Bedingungen
zerfällt der zuvor aufgenommene Eisen-Chloro-
Komplex. Das kationische Eisen wird vom
Anionenaustauscher abgestoßen und vom Wasser
ausgewaschen. Dieses Verfahren ist so effizient,
dass es auch zur Feinreinigung von Salzsäure
eingesetzt werden kann.
3.2. RECYCLING VON
CHROMBÄDERN
Chrom(VI)elektrolyte können sich je nach zu
behandelndem Grundmaterial (Eisen, Messing)
beziehungsweise vor dem Verchromen
aufgalvanisierter Metallschichten (Nickel, Kupfer) mit
Fremdmetallen wie Kupfer, Zink, Eisen und mit
Chrom (III) anreichern. Chrom (III) kann bei diesen
Prozessen durch kathodische Reduktion gebildet
werden.
Während sich geringe Mengen Chrom (III)
und insbesondere ein Eisengehalt von 2-3 g/L
positiv auf die Stromausbeute auswirken, führen
höhere Mengen an Fremdmetallen zu schlechterer
Leitfähigkeit des Elektrolyten, sinkender Stromausbeute
sowie schlechterem optischen
Erscheinungsbild der Chrombeschichtung.
Für das Recycling wird das Bad daher auf
eine Konzentration von circa 100 g/L CrO 3 verdünnt
und auf Raumtemperatur abgekühlt, da es sonst zu
einer oxidativen Schädigung am Ionenaustauscher
kommt. Für die Entfernung von Eisen-, Chrom- und
anderen Schwermetallkationen wird ein stark saurer
Kationenaustauscher des Typs Lewatit ® MonoPlus
SP 112 H verwendet. Dieser lässt sich unter den
gegebenen Bedingungen mit bis zu 20 g Fe/Cr pro
Liter Harz beladen. Die Regeneration wird mit
10%iger Schwefelsäure vorgenommen. Der
behandelte Chrom(VI)elektrolyt wird nach der
Reinigung durch Eindampfen wieder auf die
ursprüngliche Konzentration gebracht und dem Bad
zugefügt.
3.3. RECYCLING VON
SCHWEFELSÄURE
Schwefelsäure wird in großen Mengen beim
Anodisieren von Aluminium nach dem Eloxal-
Verfahren eingesetzt. Im Prozessbad reichert sich
Aluminium zunehmend an und wird hier nur bis zu
einer bestimmten Konzentration toleriert.
Die Aufbereitung eines solchen Bades
erfolgt nach dem sogenannten Säure-Retardations-
Verfahren. Das Verfahren beruht im Prinzip darauf,
dass ein stark basischer Ionenaustauscher Säuren
absorbieren kann, während Metallsalze abgestoßen
werden. Das Phänomen wird durch die Wirkung von
Ladung hervorgerufen, auch Donnan-Effekt genannt.
Die Säure tritt in der Regel von unten in eine
schlanke, mit Spezialharz – zum Beispiel Lewatit ® K
6387 -- gefüllte Kolonne ein. Am Kopf der Kolonne
treten nacheinander verschiedene Fraktionen aus.
Zuerst wird sauberes Wasser, welches sich aus dem
vorangegangenen Zyklus noch in der Kolonne
befindet, abgegeben. Es kann zwischengespeichert
und im nächsten Zyklus wiederverwendet werden.
Dann folgt die Fraktion mit den salzförmigen
Verunreinigungen, in diesem Fall Aluminiumsulfat.
Diese Fraktion wird über das Abwasser entsorgt.
Schließlich folgt eine Phase, in welcher die Säure
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