Projekt 39178/01

Wassersparendes Verfahren für kobaltfreien Korrosionsschutz in der Oberflächentechnologie

Projektdurchführung

Zielsetzung

Gegenstand des Projektes ist die Erarbeitung neuer Passivierungskomplexe, die über einen größeren pH-Bereich stabil sind. Damit wird zum einen Kobalt ersetzt, und zum anderen wird Spülwasser effizienter genutzt. Im Stand der Technik wird das Konfliktmetall Kobalt verwendet, und die Differenzen der pH-Bereiche in der Oberflächenpassivierung sind so groß, dass zwischen den einzelnen Prozessschritten umfangreiche Spülgänge nötig sind. Dabei kommt es zur Ausschleppung der funktionalen Spezies und wertvolle Metalle gehen verloren.
Aufgrund des hohen Energie- und Wasserbedarfs sowie Ressourceneinsatzes im Abbau und der Verhüttung von Kobalt und den erforderlichen Spülwasservolumina im Stand der Technik weist dieses Verfahren eine verhältnismäßig negative Umweltbilanz auf. Um den Nachhaltigkeitsgedanken auch in diesem Marktsegment konsequent fortzuführen, sind neue Lösungen erforderlich. Der Ersatz von Kobaltkomplexen durch pH-stabilere Komplexe, die auf dem Spülwasser zurückgewonnen werden, weist eine deutlich bessere Umweltbilanz auf.
Marktseitig werden für die Oberflächenpassivierung in Deutschland jährlich unter anderem 100 t Kobalt und 624 Millionen Liter Frischwasser benötigt.

Arbeitsschritte

Die erfolgreiche Umsetzung des geplanten Projektes innerhalb von 30 Monaten gliedert sich in mehrere Arbeitspakete. Erster wesentlicher Meilenstein ist die Entwicklung von kobaltfreien Passivierungsspezies, die auch bei weniger sauren pH-Werten stabil sind.
Damit wird Kobalt eingespart. Zusätzlich werden umfangreiche Spülgänge überflüssig. In der Folge wird mit der neuen Passivierungsspezies ein Passivierungssystem erarbeitet, um einen leistungsfähigen Schutz vor Zink- und Eisenkorrosion für Zink-beschichtete Oberflächen und Zink-Nickel-beschichtete Oberflächen zu gewährleisten. Trotz der angestrebten Stabilität in deutlich neutraleren pH-Bereichen als der Stand der Technik, der Spülgänge wesentlich reduziert, werden nicht alle Metallverbindungen genutzt. Um die Ausschleppung ins Abwasser zu verhindern, sieht der nächste Arbeitsschritt die Rückgewinnung nicht genutzter Verbindungen aus dem Spülwasser vor. Nach der Rückgewinnung werden die Verbindungen aufgereinigt, sodass sie zum Wiedereinsatz geeignet sind. Anhand dieser Funktionalitäten wird eine Prozessstrategie entwickelt, um im industriellen Einsatz Metall und Wasser nachhaltig einzusparen.
Neben der Erarbeitung neuer, in weniger sauren pH-Bereichen stabilen Komplexen durch neue Liganden kommt Osmosetechnologie zur Rückgewinnung der wertvollen Metallverbindungen aus dem Spülwasser zum Einsatz. Membrantechnologien sind hier besonders vielversprechend, weil sie im Gegensatz zu handelsüblichen Vakuumverdampfern 6000-mal weniger Energie benötigen, um verdünnte Lösungen einzuengen.
Ähnliche Anwendungen, die Passivierungskomplexe aus dem Spülwasser zurückgewinnen und direkt in der Passivierung wieder einsetzen, existieren bisher nicht. Das Verhalten der Komplexe im Prozess, sowie die erfolgreiche Oberflächenpassivierung und die Rückführung Spülwasser – Passivierungsbad sind dabei umfassend zu erforschen und vollständig neu auszuarbeiten.
Damit ergibt sich hierfür ein jährliches Einsparpotenzial von rund 4.700 t CO2-Aquivalenten und 500 Millionen m³ Wasser durch den industriellen Ersatz von Kobaltpassivierungskomplexen und eine bessere Spülwassernutzung.