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 Natrönlaugebad bei 50°C bis 70°C während 5 bis 15 Minuten getaucht. Dabei löst sich das Metall unter Bildung von Natriumaluminat und Wasserstoff auf nach der Gleichung:

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 nimmt 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/1 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/1 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 Aluminiumhydroxid als Impfkeime die Fällung des Aluminiumhydroxids aus der Natronlaugelösung zu bewirken nach der Gleichung:

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 erfindungsgemäß eingesetzte Beizbad weniger als 10 g/l, besonders bevorzugt 1 bis 10 g/1 und insbesondere 3 bis 6 g/1 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 Alkali-Konzentrationen ermöglichen die Ausfällung eines leicht iltrierbaren Aluminiumhydroxids und eine leichte Laugenegeneration direkt im Beizbad.

ie geringe Konzentration des Beizbades an gelösten Stoffen 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/1 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/1, insbesondere 20 bis 60 g/1, 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/1, insbesondere 0,1 bis 0,5 g/1 beträgt.

Die Lebensdauer des erfindungsgemäßen Beizbades ist prak_- tisch unbegrenzt, wenn die durch Mitschleppen verursachten 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 wesentlichen aus den Kosten für eine Filtrationsanlage.

Das nachfolgende Beispiel erläutert die Erfindung näher, ohne sie darauf zu beschränken.

Beispiel

Herstellung 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 (75°C)
• 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 Aluminiumhydroxids 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 Filterkuchen wird mit dem 2-bis 4-fachen seines Gewichts Wasser gewaschen. Der Feststoffgehalt hängt vom Filtertyp ab, beträgt aber mindestens 50 %. Filtrat und Waschwasser werden in das Beizbad zurückgeführt.

Aufrechterhaltung der Badzusammensetzung

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.