Produkt und Verfahren der Spiraltec GmbH bieten umweltfreundliche wertvolle Rohstoffe in der industriellen Produktion
Neben der Einsparung von Energie zählt der sparsame Umgang mit Rohstoffen derzeit zu den wichtigsten Herausforderungen der Industrie. Überall dort, wo metallhaltige wässrige Lösungen zum Einsatz kommen, stellt die Diffusionsdialyse eine sehr umweltfreundliche Technologie dar, die einerseits Metalle und andererseits freie Säuren beziehungsweise Laugen separiert und sie dadurch recyclingfähig macht. Die Diffusionsdialyse ist ein physikalisches Verfahren; es werden keine Chemikalien zugesetzt.
Freie Säuren beziehungsweise Laugen können ohne zusätzliche Bearbeitung direkt in den Produktionsprozess rückgeführt werden. Metalle werden in Kombinationsverfahren zum Beispiel elektrolytisch abgeschieden oder als Metallsalzlösung einer Wiederverwertung zugeführt.
Als eine der wichtigsten Kenngrößen für die Effizienz der Diffusionsdialyse, bei der spezielle Membrane zum Einsatz kommen, gilt die Größe der semipermeablen Dialysemembran. Bei den Membranspiralwickelmodulen der Spiraltec GmbH kommt das Verfahren der Diffusionsdialyse im Gegenstrombetrieb in einer Zylindergeometrie zum Einsatz. Grundsätzlich basiert das Verfahren auf der Durchströmung zweier Kanäle mit zwei verschiedenen Fluiden, die durch eine semipermeable Membran getrennt sind. Der Stofftransport erfolgt von konzentrierten zu verdünnten Fluiden bis der vorhandene Konzentrationsunterschied ausgeglichen ist. So werden, mit einer selektiven Membran, gezielt bestimmte Bestandteile aus dem konzentrierten Fluid entfernt, womit im chemischen Verständnis eine Stofftrennung vorgenommen wird. Durch den gewickelten Aufbau weist das Membranspiralwickelmodul (Abb. 1) eine hohe Packungsdichte auf, so dass bei gleichem Platzbedarf wesentlich mehr Metall aus der Prozesslösung entfernt werden kann als bei konventionellen Membranmodulen.
Abb. 1: Spiralwickelmodul zur Anwendung der Diffusionsdialyse
Im Vergleich zu einer konventionellen Bauweise der Diffusionsdialyse als Plattenmodul hat das Membranwickelmodul (Abb. 1) aufgrund der hohen Packungsdichte der Membrane eine wesentlich höhere Leistung bezogen auf den jeweiligen Platzbedarf der Anlagen. Ein weiterer Vorteil ist das geschlossene System der Modulbauweise und dadurch der Ausschluss von Dichtigkeitsproblemen wie sie häufig bei der Plattenbauweise auftreten.
Mit der Überführung von der Geometrie einer Flachmembran in eine Rohr- oder Hohlfaser können alle Membrantrennverfahren (Umkehrosmose, Ultrafiltration, Dialyse) in großem Maße wirtschaftlich industriell umgesetzt werden. Die standardisierten Wickelmodule von Spiraltec sind modular aufgebaut und leistungsbezogen in kompakter, bedien- und wartungsfreundlicher Bauweise lieferbar.
Industrielle Anwendung findet die Diffusionsdialyse in der Oberflächentechnik, der Leiterplattenindustrie und der Halbleiterindustrie. Das Membranspiralwickelmodul WD wird zur kontinuierlichen und stationären Prozesslösungs- beziehungsweise Abwasseraufbereitung eingesetzt.
Die Diffusionsdialyse ermöglicht höchste Recyclingraten von freien Säuren und freien Laugen. Optimal geeignet ist die Technologie zur Abtrennung der Metallsalze von freien Säuren und freien Laugen in Prozessen mit wässrigen Lösungen. Die Module erreichen eine deutliche Kostenreduktion gegenüber konventionellen Verfahren. Spiraltec bietet Anwendern der Diffusionsdialyse somit eine wirtschaftlich lukrative und umweltfreundliche Lösung zur Regenerierung von Prozesslösungen und zur Rückgewinnung von Wertstoffen an.
Anwendungsbeispiel Eloxal
Mit sehr guten Ergebnissen kann die Diffusionsdialyse bei dem Einsatz in Eloxalverfahren aufwarten. Wird die Aluminiumkonzentration von etwa 10 g/l überschritten, muss die Lösung bei gleichzeitig noch erhaltener freier Schwefelsäure von etwa 200 g/l verworfen werden. Durch den Einsatz der Diffusionsdialyse wird kontinuierlich Aluminiumsulfat von freier Säure getrennt und ausgeschleust, während die Säure zum Elektrolyten zurückgeführt wird (Abb. 2). Somit werden erhebliche Kosten der Entsorgung vermieden sowie durch Konstanz der Badparameter die Qualität der Eloxalschicht gewährleistet.
Abb. 2: Diffusionsdialyseprinzip bei der der Rückgewinnung von Säuren bei Eloxalverfahren
Weitere Anwendungsbereiche sind die Rückgewinnung von Salzsäure aus Eisenbeizen, von Salpetersäure aus Edelstahlbeize sowie von Säuren, die zur Metallsalzgewinnung eingesetzt werden.
Anwendungsbeispiel Elektronikindustrie
Im Bereich der Elektronikindustrie wird Salzsäure (Abb. 3) zum Beizen von Kupfer eingesetzt, zum Beispiel in der Leiterplattenproduktion. Durch ein kombiniertes Verfahren unter Anwendung der Diffusionsdialyse werden sowohl freie Salzsäure als auch Kupfer in metallischer Form zurückgewonnen. Derzeit sind im technischen Maßstab kombinierte Verfahren zur Rückgewinnung von Chromsäure (Abb. 4) verfügbar als auch zur Rückgewinnung zum Beispiel von Natronlauge, die für das Beizen von Aluminium zum Einsatz kommt.
Abb. 3: Prozessschema für die Rückgewinnung von Salzsäure, zum Beispiel beim Feuerverzinken
Abb. 4: Prozessschema zur Rückgewinnung von Chromsäure
Die Spiraltec GmbH verfügt über weitreichende Kenntnisse zur Behandlung von metallhaltigen, wässrigen Lösungen für die unterschiedlichsten Anwendungsfälle; hinzu kommt eine langjährige Erfahrung aus Entwicklung und Praxis. Dieses umfangreiche Know-how versetzt das Unternehmen aus dem baden-württembergischen Sachsenheim in die Lage, den Kunden für die unterschiedlichsten Verfahren die jeweils optimale Ausstattung an Dialysemodulen zur Verfügung zu stellen und so ein optimales Recycling von Wertstoffen in den Prozessen zu erzielen.
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