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Qualitäts- und Ressourcenoptimierung am Beispiel eines Anodisierwerkes Zusammenfassung: Die Wertschöpfung von Anodisierbetrieben verkleinerte sich während den letzten Jahren zunehmend. Dies trotz eines relativ hohen materiellen Umsatzes. Personal konnte nur in einem beschränkten Rahmen abgebaut werden, weil die verschiedenen Prozesse einen Minimalbestand an Mitarbeitern erfordert. Gleichzeitig verteuerten sich die Ressourcen und eine Erhöhung der Automatisierung war nicht möglich. Die Zielsetzung ist es also, das Einsetzen von möglichst optimierten Verfahrensprozessen, die Einsparung von Chemikalien, Wasser, Energie und Mannstunden mit gleichzeitiger Qualitätssicherung sowie die Senkung der laufenden Kosten. Dies erforderte trotz Investitionsschwierigkeiten eine laufende Anpassung der Prozesse an die Marktsituation. Diese Anpassung führt neben Kosteneinsparungen auch zu Qualitätsverbesserungen und auch zu einer Verbesserung der heute vom Staat verlangten Umweltleistung. Einleitung: Unser Kunde, ein Anodisierbetrieb in der Schweiz, ist eine KMU-Unternehmung mit einem Mitarbeiterbestand von ca. 40 – 45 Personen. Er ist auf dem Gebiet der Aluminiumoberflächenveredelung tätig. Der Kundenstamm umfasst hauptsächlich Metallbauer des Fassadenbaus, der Fahrzeugindustrie und der Maschinenindustrie. Im Jahr 1997 konnte er als eine der ersten Anodisierbetriebe in Europa sowohl nach der ISO-Norm 9002 als auch nach der ISO-Norm 14001 kombiniert zertifiziert werden. Die vorhandenen Grössen der Prozessbäder sind je nach Prozess 30 m3, oder 36 m3. Um der Wertschöpfungsminderung und dem steigenden Kostendruck wirksam Einhalt zu gebieten, wurde mit Hilfe der Firma VP-Hottinger in Spreitenbach (Schweiz), die einzelnen Prozessstufen auf eventuell vorhandene Schwachstellen untersucht. Nachfolgend werden die einzelnen Prozessverbesserungen beschrieben. Entfettungsbad: Bei einer vorgelagerten mechanischen Oberflächenbearbeitung des Aluminiums (schleifen, bürsten), ist es besonders wichtig eine effiziente Entfettung zu betreiben. Die dabei gelösten Fette und Öle reichern sich im Entfettungsbad an und müssen kontinuierlich entfernt werden. Dies geschah bis Ende der 80iger Jahre mittels einer Teilerneuerung des Bades, was zeitaufwändig und mit hohen Kosten verbunden war. Als eine der ersten Anodisierbetriebe installierte der Kunde eine Ultrafiltration mit Kunststoffmembranen, welche eine kontinuierliche Entfernung der Fette und Öle gewährleistete. Die Permeatleistung der Membranen war jedoch relativ gering. Ende der 90iger Jahre wurde durch die Firma VP-Hottinger die UF-Anlage umgebaut und neu mit keramischen Membranen ausgerüstet. Dadurch wurde die Permeatleistung beträchtlich erhöht und somit das Bad sauberer und zu einem «Never-Dump»-Prozess. Die investierten Kosten von ca. CHF 80'000.— rechnen sich wie folgt:
Beizbad: Bis 1990 betrieb dieser Anodisierbetrieb eine konventionelle Beize. Die Zusammensetzung der Beize sah folgendermassen aus:
Diese Konzentrationen bewirkten eine grosse Verschleppung von NaOH und Aluminium in die Spülbäder, was einerseits eine kontinuierliche Zudosierung von NaOH in das Beizbad erforderte und andererseits zu einem grossen Aluminiumhydroxid-Anfall in der Neutralisation der betriebseitigen Abwasserreinigungsanlage führte. Der NaOH 30% Verbrauch lag pro Jahr bei ca. 270 t. Der Aluminiumhydroxid-Anfall betrug ca. 370 t 20% TS pro Jahr. Dem Anstieg des gelösten Aluminium im Beizbad musste mit einer Teilerneuerung von 10 m3 pro Woche begegnet werden. Der Na-Aluminat / NaOH-Anfall lag somit bei ca. 675 t welcher sehr kostenintensiv entsorgt werden musste. In Zusammenarbeit mit Herrn Prof. Dr. Platter von der Eidg. Technischen Hochschule in Lausanne wurde 1990 in dieser Firma das von ihm entwickelte Beizverfahren EPAL auf seine Betriebstauglichkeit hin produktionsmässig getestet. Nach einigen technischen Rückschlägen kam das Beizverfahren EPAL Ende 1990 voll zum Einsatz. Der Natronlaugenverbrauch sank von 270 t pro Jahr auf 15 t pro Jahr, das von den Spülbädern erzeugte Aluminiumhydroxid sank von 370 t pro Jahr auf 60 t pro Jahr. Die Aluminatlaugeentsorgung entfiel. Die investierten Kosten von gesamthaft CHF 500'000.— (312'500.—) rechnen sich zum invest. Zeitpunkt wie folgt:
Das von der Beize in situ erzeugte reine, weisse und kristalline Aluminiumhydroxid von ca. 140 t pro Jahr wird über die Zentrifuge chargenweise abgeschieden, gewaschen, getrocknet (80% TS) uns als brandhemmender Rohstoff der Teppichindustrie verkauft. Der Verkaufserlös deckt den Unterhalt der Beize und der Zentrifuge. Aufgrund des Technologiefortschrittes ist es heute möglich, anstelle der teuren Zentrifuge Spezialfilter mit proportional angesteuertem Strömungsverhältnis einzusetzen. Harter Schlammtrockner: Die aus den Spülbädern und der Säureretardation anfallenden Aluminiumsalze werden in der betriebseigenen Abwasserreinigungsanlage neutralisiert, als Aluminiumhydroxid ausgefällt und über eine Filterpresse abgeschieden. Dabei fielen pro Jahr ca. 320 t Filterkuchen mit einer Trockensubstanz von ca. 20% an. Diese mussten als Sondermüll entsorgt werden. Durch die Anschaffung dieses Schlammtrockneres eröffnete sich uns die Möglichkeit, das Aluminiumhydroxid als Bauxitersatz für die Klinkerherstellung in der Zementindustrie kostengünstig wiederzuverwerten. Das investierte Volumen betrug CHF 80'000.— (50'000.—) Die Investitionsrechnung sieht zum Zeitpunkt der Investition folgendermassen aus:
Dekapierbad: Aus Umwelt- und Gesundheitsschutzgründen wurde 1994 das mit Salpetersäure betriebene Dekapierbad durch Schwefelsäure / Wasserstoffperoxyd ersetzt. Somit konnten die schädlichen nitrosen Gase vermieden werden , die Entsorgung der Salpetersäure entfällt und auch qualitativ konnte mit der neuen Dekapierung keine Verschlechterung festgestellt werden. Anodisierbäder: Das sich in den Anodisierbädern während der Anodisation anreichernde Aluminium muss mittels einer Teilerneuerung oder mit einer Säureretardationsanlage auf einem Aluminiumgehalt von 11 – 13 g/l Al gehalten werden. Im Jahr 1990 investierte der Kunde CHF 80'000.— (50'000.—) in eine Säureretardationsanlage, die das gelöste Aluminium aus den Anodisierbädern entfernt. Durch diese Investition konnten pro Jahr 624 t zu entsorgende Schwefelsäure 15% eingespart werden. Säureretardationen eliminieren nicht nur Aluminium, sie besitzen auch einen gewissen «Säureschlupf». Dieser Säureschlupf bewirkte in der betriebseigenen Neutralisation einen Mehrverbrauch an Natronlaufe 30% in der Grössenordnung von 190 t pro Jahr. Durch diesen Ressourcenmehrverbrauch rechnete sich die Investition der Anlage betriebswirtschaftlich nicht. Der wichtigste Aspekt bei der Verwendung dieser Anlage war die Elimination des Sägezahneffekt der Konzentration der Bäder. Durch die gleichbleibende Zusammensetzung ist eine gleichbleibende Qualität der erzeugten Oxidschicht gewährleistet. 1997 wurde in enger Zusammenarbeit mit der Firma VP-Hottinger ein Projekt entwickelt, das den Schwefelsäureverlust der Säureretardation auf ein Minimum beschränken sollte. Das Projekt wurde im Zusammenhang mit der Diplomarbeit eines Nachdiplomstudiums durch den Verfassser dieses Artikels realisiert. Die Aufgabe bestand darin, mittels einer Nanofiltration das Aluminium im sogenannten Nebenprodukt der Säureretardation aufzukonzentrieren und gleichzeitig den Säureverlust zu minimieren. Nach anfänglich sehr grossen Schwierigkeiten ist es Anfang 2003 gelungen, die Anlage dahingehend so zu optimieren, dass der Säureverlust von rund 70 t H2SO4 100% pro Jahr auf 16 t H2SO4 100% pro Jahr reduziert werden konnte. Diese 16 t 100% H2SO4 liegen als 8% H2SO4 mit ca. 15 g/l Aluminium vor. Dieses aluminiumhaltige Konzentrat wird als Phosphatfällungs- und Flockungsmittel kommunalen Abwasserreinigunsanlagen zugeführt. Für die Neutralisation der überwiegend leicht sauren Spülwässer werden nur noch ca. 60 t NaOH30% benötigt. Um die Leistung der Membranen über längere zeit aufrecht zu erhalten, ist es wichtig die Sauberkeit der Anodisierbäder sicher zu stellen. Dies kann mit sehr gutem Erfolg erreicht werden, indem die Säurebäder über einen rückspülbarem Sandfilter geleitet werden. Dabei werden die kolloidal gelösten Partikel aus dem Elektrolyten entfernt. Die Bäder erscheinen klar und farblos. Auch diese Investition lässt sich gut rechnen:
Nebst dieser ökonomischen Leistung ist auch die ökologische unbedingt zu erwähnen: So werden einerseits grosse Mengen an Ressourcen eingespart und andererseits ist die Aufsalzung unserer Abwassers um ein fünffaches kleiner. So werden im betriebseigenen Abwasser, welches direkt in den Fluss geleitet werden muss, anstelle von ca. 250 mg/l Sulfat noch ca. 50 mg/l Sulfat gemessen. Colinal- und Goldbad: Die in den anorganische Färbebädern durch Hydrolyse ausfallenden Zinn- und Eisensalze, werden kontinuierlich über Plattenfilter abgeschieden. Dadurch können die beiden Bäder sauber und klar geführt werden und garantieren eine Einwandfreie Färbequalität. Die Schlammablagerung am boden beider Bäder ist gering. Diese Reinigung ist selbstverständlich auch über eine Querstromfiltration wie sie die Firma VP-Hottinger anbietet möglich. Sealingbäder: Mit der Zunahme der Standzeit von Sealingbädern nimmt der Verschmutzungsgrad und der elektrische Leitwert zu. Dies bewirkt einerseits eine Zunahme der Verschmutzung des Kundengutes, was zu einem erhöhten Reinigungsaufwand desselben für die Speditionsmitarbeiter führt. Andererseits ist die Standzeit des Bades durch die Zunahme des elektrischen leitwertes zeitlich begrenzt. Aus diesen Gründen investierte der Kunde im Jahr 2003 CHF 75'000.— (46'875.—) in eine Ultrafiltrationsanlage der Firma VP-Hottinger. Die grösse der Anlage ist so ausgelegt, dass die 3 Sealingbäder à 30'000 l in einem verblüffend sauberen und absolut klaren Zustand gehalten werden können. Erstaunlicherweise steigt auch der elektrische Leitwert langsamer an, was fast zu einer Verdoppelung der Standzeit der Sealingbäder führt. Die Rechnung sieht folgendermassen aus:
Wenn man noch die Verminderung des Ärgers durch mühsame Nachreinigungsarbeiten des Kundengutes in Betracht zieht, lohnt sich diese Investition im Besonderen. Schlussbetrachtung: Diese während 15 Jahren durchgeführte Prozessoptimierung war nur möglich durch eine seriöse technische Beratung wie sie die Firma VP-Hottinger in Spreitenbach anbietet. Ihr Prozessengineering ist auf dem neusten Stand der Technik. Die Anlagen sind äusserst bedienungsfreundlich. Die Prozessführung wird visualisiert und signalisiert. |
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