ETCHING PROCESS FOR ALUMINIUM

Abstract: 1. Pickling process for aluminium in an alkali lye bath with simultaneous precipitation of aluminium hydroxide in situ and regeneration of the alkali lye consumed during pickling, wherein a pickling bath is used which contains less than 10 g/l caustic soda or caustic potash solution and also contains sodium gluconate as the complexing agent, and is free of sulphides, sulphates, phosphates and thiosulphates, and wherein the aluminium hydroxide occurring in the pickling bath is precipitated without alteration of the temperature of the pickling bath.

Description: Beschreibung Die Erfindung betrifft ein Beizverfahren für Aluminium in einem Alkalilaugebad. Die meisten Oberflächenveredelungsverfahren für Aluminium, z. B. die Eloxierung, setzen ein chemisches Beizen des Metalls voraus. Zur Durchführung des Beizens;werden die entfetteten Aluminiumstücke z. B. in ein Natrdnlaugebad bei 50"C bis 700C während 5 bis 15 Minuten getaucht. Dabei löst sich das Metall unter Bildung von Natriumaluminat und Wasserstoff auf nach der Gleichung: EMI1.1 Das Lösen von 27 g Aluminium (1 mol) verbraucht 40 g Natronlauge (1 mol) und 18 g Wasser (1 mol) unter Bildung von 82 g gelöstem Natriumaluminat (1 mol) und 3 g Wasserstoff (1,5 mol). Die Badkonzentration an Natriumaluminat himmt dabei zu, die Natronlauge und die entsprechende Beizkraft nehmen ab. Die Badaktivität kann durch periodische Zugabe von zusätzlicher Natronlauge aufrechterhalten werden. Um-die Bildung von festen anhaftenden Krusten von Aluminiumhydroxid zu vermeiden, wird ein Komplexbildner zugegeben. Normalerweise ist ein mit 70 g/l Aluminium beladenes Bad abgenützt und muss durch ein frisches Bad ersetzt werden. Dieser Ersatz ist kostspielig und stellt ein Abwasserproblem dar, dessen Lösung erhebliche Kosten verursachen kann. Die stets sich verändernde Badzusammensetzung und -aktivität führen ausserdem zu einer unregelmässigen Qualität der gebeizten Aluminiumstücke. Die periodische Beseitigung der abgenützten Beizbäder kann vermieden werden, indem man die Konzentration an gelöstem Aluminium bis auf etwa 110 g/l steigen lässt. Bei dieser Konzentration enthält die mit den behandelten Stücken mitgeschleppte Badflüssigkeit so viel gelöstes Aluminium wie durch Beizen der entsprechenden Stücke im Bad entstanden ist. Ein stationärer Zustand wird erreicht; der Natronlauge- und Komplexbildnerverbrauch muss durch Zugabe entsprechender frischer Chemikalien ergänzt werden; die Gesamtmenge an gelöstem Aluminium gelangt mit dem Spülwasser in das Abwasser und muss aus einer verdünnten Lösung entfernt werden. Die praktisch konstante Beizbad Zusammensetzung sorgt zwar für eine konstante Qualität der behandelten Stücke, die hohe Salzkonzentration führt aber oft zu Fleckenbildung auf den gebeizten Stücken während ihres Transports vom Beiz- zum Spülbad (vgl. J.H. Dailey, Plating and surfaces finishing, July 1982 S 44) Ein weiterer Weg, das Problem der abgenützten Beizbäder zu lösen, besteht darin, einen Teil des Beizbades in einen separaten Behälter zu überführen und dort durch Temperaturänderung und Zugabe von beträchtlichen Mengen an Aluminiushydroxid als Impfkeime die Fällung des Aluminiumhydroxids aus der Natronlaugelösung zu bewirken nach der Gleichung: EMI2.1 Dabei wird Natronlauge in gleicher Menge regeneriert wie sie beim Beizen des Aluminiums verbraucht wurde. Nach Filtration und Waschung des Aluminiumhydroxids wird die so erhaltene alkalische Lösung wieder in das Beizbad rezyklisiert. Der Nachteil dieses Verfahrens liegt darin, dass eine aus Fäll- und Dekantierbehältern sowie Filterapparaten bestehende aufwendige Anlage in der Nähe des Beizbades installiert werden muss (vgl. C.J. Brown, Plating and surfaces finishing, June 1982, S 102). Aufgabe der vorliegenden Erfindung war deshalb die Bereitstellung eines Beizverfahrens für Aluminium, das die vorstehend aufgezeigten Nachteile weitestgehend vermeidet und auf einfache und wirtschaftliche Weise zu einem gebeizten Aluminium von möglichst gleichbleibender Qualität führt. Diese Aufgabe wird mit der vorliegenden Erfindung gelöst. Gegenstand der Erfindung ist ein Beizverfahren für Aluminium in einem Alkalilaugebad, das dadurch gekennzeichnet ist, dass man entstehendes Aluminiumhydroxid im Bad in situ unter gleichzeitiger Regenerierung des verbrauchten Alkalis ausfällt. Als Alkalilauge wird vorzugsweise Natron- oder Kalilauge verwendet. Zweckmässigerweise wird mit einem verdünnten Beizbad gearbeitet, und vorzugsweise enthält das erfin dungsgemäss eingesetzte Beizbad weniger als 10 g/l, besonders bevorzugt 1 bis 10 g/l und insbesondere 3 bis 6 g/l Natron- oder Kalilauge; die Konzentration an gelöstem Aluminium liegt unter 20 g/l, bevorzugt unter 15 g/l, insbesondere bei 2 bis 20 g/l, vorzugsweise 2 bis 15 g/l, besonders bevorzugt bei 4 bis 8 g/l. Diese geringen Alkalikonzentrationen ermöglichen die Ausfällung eines leicht filtrierbaren Aluminiumhydroxids und eine leichte Laugenregeneration direkt im Beizbad. Die geringe Konzentration des Beizbades an gelösten Stof fen trägt ausserdem dazu bei, den durch Mitschleppen verursachten Chemikalienverlust auf einem geringen Wert zu halten. Der Verlust nimmt noch weiter ab, wenn man die gebeizten Stücke richtig abtropfen lässt und das Spülwasser rezyklisiert. Die Temperatur des Beizbades liegt vorzugsweise zwischen 50 und 75"C. Die Konzentration an gelösten Stoffen bleibt während des Beizens des Aluminiums im wesentlichen konstant, weil das Aluminiumhydroxid laufend ausfällt, und soll vorzugsweise in dem oben als bevorzugt angegebenen Konzentrationsbereich liegen. Dies ermöglicht eine regelmässige Beizgeschwindigkeit von 3 bis 7 g Aluminium pro m2 und Minute bei einer Badtemperatur von 50 bis 75 C. Die Qualität der behandelten Stücke ist gleichbleibend gut. Das während des Beizens gebildete Aluminiumhydroxid reichert sich im Beizbad an, ohne das Beizen zu stören. Es ist aber wünschenswert, den Feststoffgehalt des Bades zwischen 10 und 30 g/l zu halten, indem der Feststoff z. B. durch Dekantieren und/oder Filtrieren abgetrennt wird. Die Feststoffabtrennung kann chargenweise oder kontinuierlich durchgeführt werden, und wird zweckmässigerweise jeweils in einem Teil des Beizbades durchgeführt. Die nach dem erfindungsgemässen Verfahren erhaltene Filtrierform (Filtrationsrückstand) ist gut; der Filtrationskuchen ist leicht zu waschen und enthält mehr als 50 % Feststoff, was die Auswertung des Aluminiumhydroxids erleichtert. Die Ausfällung von Aluminiumhydroxid kann durch Zugabe von Alkalisalzen, z. B. von Natriumcarbonat, vorzugsweise in einer Menge von 5 bis 100 g/l, insbesondere 20 bis 60 g/l, begünstigt werden. Der Aggregatzustand und damit die Filtrierbarkeit des gefällten Aluminiumhydroxids wird auch durch die Anwesenheit von Komplexbildnern, z. B. von Natriumgluconat, beeinflusst. Es ist deshalb zweckmässig, solche Komplexbildner zuzugeben, z. B. Natriumgluconat in einer Menge, dass seine Konzentration im Bad zwischen 0,01 bis 1,0 g/l, insbesondere 0,1 bis 0,5 g/l beträgt. Die Lebensdauer des erfindungsgemässen Beizbades ist praktisch unbegrenzt, wenn die durch Mitschleppen verursach- ten Verluste durch Zugabe der entsprechenden Mengen an frischen Chemikalien ergänzt werden. Diese Verluste und die entsprechenden Chemikalienkosten lassen sich auf einem Minimum halten, wenn man Filtrat und Waschwasser der Aluminiumhydroxid-Filtration sowie das Spülwasser der gebeizten Stücke in das Beizbad ganz oder teilweise zurückführt. Dieses Rückführen des Wasch- und Spülwassers dient ebenfalls zur Ergänzung des durch die Bildung des Aluminiumhydroxids und des durch Verdampfung entstandenen Wasserverlusts. Der Ersatz und die Beseitigung der abgenützten Beizbäder ist nicht mehr erforderlich, wodurch eine beträchtliche Einsparung der Beizkosten erreicht werden kann. Die zur Durchführung des erfindungsgemässen Beizverfahrens nötigen Zusatzinvestitionen sind gering und bestehen im wesentli- chen aus den Kosten für eine Filtrationsanlage. Das nachfolgende Beispiel erläutert die Erfindung näher, ohne sie darauf zu beschränken. Beispiel Herstelluq¯des Beizbades In einem Behälter mit Heizröhren und Drucklufteinleitung (zum Rühren) werden 12 m3 Wasser (40 bis 60"C) vorgelegt, in dem 1000 kg Natriumcarbonat (techn.), 280 kg Äztnatron (oder die äquivalente Menge Natronlauge) und 6 kg Natriumgluconat gelöst werden. Es wird mit Wasser auf ein Volumen von 20 m3 aufgefüllt, durchgemischt und auf etwa 70"C aufgeheizt. Betriebsbedingungen: Badtemperatur 70 bis 75"C Periodisches Durchmischen mittels Druckluft pH-Wert 11,7 + 0,1 (750C) Dichte (Be) 6 + 1 (75"C) Dauer des Beizens 1 bis 10 Minuten (je nach gewünschtem Angriff) Diese Bedingungen bewirken eine Lösegeschwindigkeit von 6,5 + 0,5 g Al/m2/min. Filtration des Aluminiumhydroxids Nach einer gewissen Betriebszeit, entsprechend der Behandlung von z. B. 5000 m2 Aluminium, ist das Bad mit etwa 120 kg gelöstem Aluminium beladen. Die Fällung des Alumi niushydroxids setzt ein und wird entsprechend der Behandlung weiterer. Aluminiumstücke fortgesetzt. Man lässt den Feststoffgehalt bis auf etwa 350 kg steigen (entsprechend der Behandlung von weiteren 5000 m2 Aluminium) und hält ihn zwischen 250 und 500 kg durch kontinuierliche oder chargenweise Filtration eines Teils des Bades. Der Fil terkuchenwird mit dem 2-bis 4-fachen seines Gewichts Wasser gewaschen. Der Feststoffgehalt hängt vom Filtertyp ab, beträgt aber mindestens 50 t. Filtrat und Waschwasser werden in das Beizbad zurückgeführt. Aufrechterhaltung der Badzusarnrnensetzung Die während des Betriebs aufgetretenen Verluste (chemischer Wasserverbrauch, Verdampfung, Mitschleppen der Beizflüssigkeit) werden durch periodische Zugabe von Wasser, 100 kg Natriumcarbonat, 50 kg Ätznatron (oder äquivalenter Mengen an Natronlauge) und 2 kg Natriumgluconat ergänzt. Der obige Verbrauch bezieht sich auf das Beizen von etwa 5000 m2 Aluminium, entsprechend der Bildung von 350 kg Aluminiumhydroxid. Es handelt sich um maximale Werte, die in einer Anlage ohne Rückführung des Wasch- und Spülwassers gemessen wurden.

Claims: Patentansprüche 1. Beizverfahren für Aluminium in einem Alkalilaugebad unter gleichzeitiger Ausfällung von Aluminiumhydroxid und Regenerierung der beim Beizen verbrauchten Alkalilauge, dadurch g e k e n n z e i c h n e t , dass das Beizbad weniger als 10 g/l Natron- und/oder Kalilauge enthält und das im Beizbad entstehende Aluminiumhydroxid in situ ohne Änderung der Temperatur ausgefällt wird. 2. Verfahren nach Anspruch 1, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das Beizbad 1 bis 10 g/l insbesondere 3 bis 6 g/l Natronlauge oder Kalilauge und weniger als 20 g/l, bevorzugt weniger als 15 g/l, insbesondere 2 bis 20 g/l, vorzugsweise 2 bis 15 g/l, besonders bevorzugt 4 bis 8 g/l gelöstes Aluminium enthält. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man dem Beizbad ein Alkalisalz zusetzt. 4. Verfahren nach Anspruch 3, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man als Alkalisalz Natriumcarbonat zusetzt. 5. Verfahren nach Anspruch 4, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man das Natriumcarbonat in einer Menge von 5 bis 100 g/l, insbesondere 20 bis 6.0 g/l zusetzt. 6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man dem Beizbad ein komplexbildendes Mittel zusetzt. 7. Verfahren nach Anspruch 6, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man als komplexbildendes Mittel Natriumgluconat zusetzt. 8 Verfahren nach Anspruch 7, d a d u r c h g e k e n n z e 1 c h n e t , dass man das Natriumgluconat in einer Menge von 0,01 bis 1,0 g/l, insbesondere 0,1 bis 0,5 g/l zusetzt. 9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Temperatur des Bades 50 bis 75"C beträgt. 10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass das ausgefällte Aluminiumhydroxid kontinuierlich oder chargenweise aus dem Beizbad entfernt wird. 11. Verfahren nach Anspruch 10, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man das Aluminiumhydroxid entfernt, wenn der Feststoffgehalt des Beizbads 10 bis 30 gl übersteigt. Verfahren nach Anspruch 10 oder il, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man die Entfernung des Aluminiumhydroxids aus einem Teil des Bades vornimmt. 13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man die Abtrennung durch Dekantieren und/oder Filtrieren vornimmt. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche; d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass man das bei der Abtrennung des Aluminiumhydroxids anfallende Filtrat und Waschwasser sowie das Spülwasser der gebeizten Aluminiumstücke in das Beizbad ganz oder teilweise zurückführt. 15. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die Chemikalienverluste des Beizbades durch Zugabe der entsprechenden Mengen an frischen Chemikalien ergänzt werden.

Inventors: PLATTNER, PROF. DR. E., COMNINELLIS, CH., DR.
Applicants: COMNINELLIS, CH., DR., PLATTNER, PROF. DR. E.
Application year: 1985
Main classification: C23F1
IPC codes: C23F1, C23G1