Verfahren zum Härten von Sandformkörpern

Abstract

 Es wird ein Verfahren zum Aushärten von Sandform­körpern, insbesonderen Gießkernen, nach dem Cold-­Box-Verfahren beschrieben, bei dem das aus der Form entweichende, katalysator-haltige Gasgemisch über die Gemischzufuhrseite (5) einer semipermeablen Membran geleitet wird, während auf der Permeatseite (9) der Mem­bran ein Druck aufrechterhalten wird, der geringer ist als der Druck auf der Gemischzufuhrseite, wodurch bevorzugt die Katalysatordämpfe durch die Membrane permeieren und wobei über die Permeatseite der Mem­bran ein Permeat-Trägergasstrom geleitet wird, der, insbe­sondere, 50 bis 300 l, über dem pro m² und Stunde durch die Membran durchtretenden Permeatstrom liegt. Der Kata­lysator, insbesondere ein tertiäres Amin, wird in dem Permeat-Trägergasstrom stark angereichert und kann aus ihm einfach und ohne große Kosten auskon­densiert werden. Mit dem Verfahren ist eine kosten­günstige, fast vollständige Rückgewinnung des teuren Katalysators möglich.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Aushärten von Sandformkörpern, insbesondere Gießkernen, aus kunst­harzgebundenem Sand mittels gas- oder dampfförmigem Katalysator, der einem Trägergas zugegeben wird, wo­nach das Katalysator/Trägergasgemisch durch die den losen Sandformkörper enthaltende Form gepreßt wird, wo­bei das aus der Form entweichende Gasgemisch ohne Ver­mischung mit Umgebungsluft möglichst vollständig auf­gefangen, der Katalysatoranteil des Gasgemisches durch Kondensation möglichst vollständig daraus ausgeschie­den und ggf. nach Abtrennung von Verunreinigungen wie­der verwendet wird.

[0002] Das eingangs geschilderte Verfahren ist in DE-PS 25 50 588 ausführlich beschrieben. Nach diesem Kaltaushärtver­fahren lassen sich Kerne mit guter Biege- und Abrieb­festigkeit, hoher Maßgenauigkeit und Flächengüte sowie guter Lagerfähigkeit aus kalten Formwerkzeugen in sehr kurzen Taktzeiten herstellen. Die Sandmischung für dieses Verfahren besteht aus trockenem Quarzsand und einem flüssigen Zweikomponenten-Kunstharzbindersystem, welches bei Zutritt des Katalysators aushärtet.

[0003] Als Katalysatoren verwendet werden bei Raumtemperatur flüssige, leichtflichtige Amine, am häufigsten Tri­ethylamin, Dimethylethylamin oder Dimethylispropyl­amin.

[0004] Da die Amine übelriechend und giftig sind, dürfen sie nicht an die Umwelt gelangen. Neben der Entfernung der Amine aus dem Abluftstrom einer Kernherstellerei durch Säurewäsche, thermische Nachverbrennung oder Verbren­nung in einem Kupolofen nach Zuführung in den Heißwind­strom, wobei die Amine verloren gehen, ist aus der DE-PS 25 50 588 bekannt, aus dem katalysatorhaltigen Abgas den Katalysator und andere kondensierbare Dämpfe durch Kondensation abzuscheiden. Der Katalysator kann dann, ggf. nach einer Abtrennung von Verunreinigungen, z. Bsp. durch fraktionierte Destillation, wieder ver­wendet werden.

[0005] Einen generellen Nachteil für dieses Verfahren stellt es dar, daß der Katalysator in dem Trägergasgemisch nur in einer verhältnismäßig geringen Konzentration vorhanden ist. Zur Entfernung des Katalysators ist da­her eine starke Abkühlung des gesamten Gasstromes er­forderlich, was mit hohen Kosten verbunden ist. Das Ver­fahren hat sich daher auch trotz des hohen Preises für den Katalysator in der Praxis nicht durchsetzen können.

[0006] Die Aufgabe der Erfindung besteht daher darin, bei einem Verfahren zum Aushärten von Sandformkörpern die Rückge­winnung des Katalysators preiswerter zu ermöglichen. Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren gemäß dem Ober­begriff des Patentanspruchs 1 durch dessen kennzeichnende Merkmale gelöst.

[0007] Das Wesen der Erfindung besteht somit darin, daß das aus der Form entweichende Katalysator/Trägergasgemisch nicht mehr direkt kondensiert wird, sondern daß nach Permeation durch eine semipermeable Membran ein an Katalysator ange­reichertes Gasgemisch erzeugt wird, aus dem dann der Kataly­sator mit geringeren Kosten z.B. durch Kondensation zurück­gewonnen werden kann. Das aus der Form entweichende Gasge­misch wird zu diesem Zweck über die Gemischzufuhrseite einer semipermeablen Membran geleitet, die bevorzugt die Kataly­sator anteile des Gasgemisches durch sich hindurchtreten (permeieren) läßt. Eine solche, in dem vorliegenden Ver­fahren geeignete Membran besteht z.B. aus Polydimethyl­siloxan. Die treibende Kraft für den Durchtritt des Kata­lysators bildet ein Partialdruckgefälle zwischen der Gemisch­zufuhrseite der Membran und der Rückseite, der sogenannten Permeatseite. Dieses Konzentrationsgefälle wird dadurch erzeugt, daß auf der Permeatseite der Membran ein geringerer Druck aufrechterhalten wird, als er auf der Gemischzufuhr­seite herrscht. Zusätzlich wird noch das Partialdruckgefälle auf der Permeatseite dadurch gesteigert, daß über die Per­meatseite der Membran ein Permeatträgergasstrom geleitet wird, der größer ist als der durch die Membrane permeierende Permeatstrom. Bevorzugt wird ein Permeatträgergasstrom, der etwa 50 bis 300 l über dem pro m² und Stunde durch die Membran hindurchtretenden Permeatvolumen liegt. Als Träger­gas wird Luft oder Stickstoff verwendet. Stickstoff wird deshalb bevorzugt, da dadurch mit den durchtretenden Katalysator­dämpfen keine explosiven Gemische entstehen können. Auf der Permeatseite liegt ein in Bezug auf den Katalysatorgehalt stark angereichertes Gasgemisch vor, aus dem die kondensierbaren Anteile in an sich bekannter Weise durch Kühlung entfernt werden können. Ggf. ist vor der Wiederverwendung des Kata­lysators noch ein Reinigungsschritt, z.B. eine fraktionierende Destillation, erforderlich. Die Trennung von Stoffgemischen mit Hilfe von Membranen ist prinzipiell bekannt, z.B. aus der US-PS 4,553,983, in der die Rückgewinnung von Lösemitteln insbesondere aus Lackier­anlagen beschrieben wird. Die dort gemachten prinzi­piellen Aussagen zur Permeation können überraschen­derweise auch auf die Permeation der bei der Form­herstellung als Katalysator benutzten stark polaren, basischen Amine, übertragen werden, obwohl die Lack­lösemittel neutral und im wesentlichen unpolar sind.

[0008] Die Erfindung wird anhand der Abbildung weiter be­schrieben:

[0009] Das aus den Formen der Kernschießmaschine 1 ent­weichende katalysatorhaltige Gasgemisch gelangt über die Leitung 2 in den Filter 3, in der das Gasgemisch von mechanischen Verunreinigungen wie Sand, Staub und dgl. gereinigt wird. Mit Hilfe des Ventilators 4 wird das Gasgemisch dann über die Gemischzufuhrseite 5 des Membranmoduls 25 geleitet. In einem solchen Trennmo­dul sind eine Vielzahl von Trennmembranen auf engstem Raum angeordnet. Als Modul können Rohr-, Platten-, Wickel- und Kapillarsysteme verwendet werden. Die An­ordnung der Trennmembran in Modulen hat den Zweck, auf möglichst engem Raum eine möglichst große Membranfläche unterzubringen. Der Einfachheit halber ist in der Ab­bildung jedoch lediglich eine einzelne Membran darge­stellt. Um eine möglichst gute Trennwirkung zwischen dem Trägergasgemisch und dem Katalysator zu erreichen, soll die Permeabilität der Membran gegenüber dem Kata­lysator möglichst hoch und gegenüber dem Trägergasge­misch möglichst niedrig sein. Um einen möglichst hohen Strom der Katalysator-Dämpfe durch die Membran zu er­reichen, muß diese so dünn wie möglich sein. Da bei dünnen Membranen die mechanische Stabilität stark ab­nimmt, ist es üblich, die Membran auf einem Träger an­zuordnen. Als Träger geeignet sind z.B. mikroporöse Folien, wie sie auch bei der Ultrafiltration Verwen­dung finden. Ein geeignetes Membranmaterial, das eine gute Trennung zwischen dem Trägergas und dem Katalysator ermöglicht, ist z. B. Polydimethylsiloxan. Das an Kata­lysator abgereicherte Gasgemisch verläßt das Trennmo­dul 25 durch Leitung 12 und wird über Leitung 14 mit Hilfe des Kompressors 15 erneut der Kernschießmaschine 1 zugeführt. Im Bedarfsfall kann dem Gasstrom aus dem Be­hälter 16 Stickstoff oder durch die Leitung 17 Preßluft zugegeben werden. Über die Leitung 19 wird mit Hilfe der Pumpe 18 dem Gasstrom frischer Katalysator aus den Behältern 20 oder 21 zudosiert. Mit Hilfe der Temperier­einrichtung 22 kann der katalysatorhaltige Gasstrom auf seine optimale Temperatur gebracht werden. Falls nicht der gesamte durch die Leitung 12 aus dem Membran­trennmodul 25 austretende Gasstrom recycliert wird, kann der Überschuß, ggf. nach einer Aufbereitung 13 (z.B. einer Säurewäsche) durch die Leitung 26 ins Freie geleitet werden. Der durch die Membran 22 auf die Permeatseite 9 des Membrantrennmoduls permeierende Katalysator wird mit Hilfe der Vakuumpumpe 7 über die Leitung 6 abgesaugt und im Kondensator 8 von den kondensierbaren Anteilen befreit. Anschließend gelangt der abgereicherte Gasstrom über die Leitung 10 wieder auf die Permeatseite 9 des Mem­brantrennmoduls 25. Auf der Permeatseite 9 des Trennmoduls wird ein Druck von etwa 0,2 - 98 %,insbesondere 0,2-20% des Druckes auf der Gaszufuhrseite 5 liegt, aufrechterhalten. Zur beschleunigten Abfuhr des Katalysators von der Permeatseite der Membran wird über die Permeatseite 9 ein Permeat-Trägergasstrom ge­leitet, der größer ist als der durch die Membrane per­meierende Permeatstrom. Da durch die Membran ständig ge­ringe Mengen an Trägergas in den Permeatkreislauf gelangen, wird dieser Überschuß über die Leitung 11 in die Leitung 12, die das abgereicherte Katalysator/Trägergasgemisch ent­hält, geleitet. Die Temperatur des Kondensators 8 wird zweckmäßigerweise so eingestellt, daß möglichst wenig Ver­unreinigungen wie Wasser oder andere Lösungsmittel mit abgeschieden werden und so eine hohe Katalysatorqualität entsteht. Es ist mitunter notwendig, das im Kondensator abgeschiedene Kondensat in einer Trennanlage 23 durch Destillation zu zerlegen. In jedem Falle wird der rück­gewonnene Katalysator durch die nur teilweise dargestellte Leitung 24 in das Katalysatorvorratsgefäß 21 zurückgeleitet. Falls die Temperatur des Kondensators 8 so eingestellt ist, daß bei der Kondensation möglichst wenig Verunreinigungen, ins­besondere Wasser, entstehen, so ist eine Anreicherung von Ver­unreinigungen in dem permeatseitigen Kreislauf nicht zu be­fürchten, da durch die Abfuhr von überschüssigem Trägergas durch die Leitung 11 der Gehalt an Verunreinigungen im per­meatseitigen Kreislauf stets verhältnismäßig niedrig bleibt.

[0010] Falls es nicht beabsichtigt ist, das aus dem Membran­trennmodul 25 durch die Leitung 12 austretende, an Kataly­sator verarmte Gasgemisch durch Leitung 14 mit Hilfe des Kompressors 15 im Kreislauf in die Kernschießmaschine 1 zurückzuführen, kann auch mit Stickstoff aus dem Behälter 16 oder Preßluft aus Leitung 17 als Trägergas gearbeitet werden.

[0011] Mit dem Verfahren kann in einfacher und preiswerter Art und Weise der verhältnismäßig teure Katalysator nahezu vollstän­dig zurückgewonnen werden.

Ansprüche

1. Verfahren zum Aushärten von Sandformkörpern, ins­besondere Gießkernen, aus kunstharzgebundenem Sand mittels gas- oder dampfförmigem Katalysator, der einem Trägergas zugegeben wird, wonach das Kataly­sator/Trägergemisch durch die den losen Sandformkörper enthaltende Form gepreßt wird, wobei das aus der Form entweichende Gasgemisch ohne Vermischung mit Umgebungs­luft möglichst vollständig aufgefangen, der Katalysa­toranteil des Gasgemisches durch Kondensation mög­lichst vollständig daraus ausgeschieden und ggf. nach der Abtrennung von Verunreinigungen wieder verwendet wird,
dadurch gekennzeichnet,
daß das aus der Form entweichende Gasgemisch über die Gemischzufuhrseite einer semipermeablen Membran geleitet wird, während auf der Permeatseite der Membran ein Druck aufrechterhalten wird, der geringer ist als der Druck auf der Gemischzufuhrseite, wodurch bevorzugt die Katalysatordämpfe durch die Membrane permeieren wobei über die Permeatseite der Membrane ein Permeat-­Trägergasstrom geleitet wird, der größer ist als der durch die Membrane hindurchgehende Permeatstrom und daß die Katalysatordämpfe aus dem Permeat-Trägergas­strom zurückgewonnen werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Permeat-Trägergasstrom 50 bis 300 l über dem pro Quadratmeter und Stunde durch die Membrane durchtretenden Permeatstrom liegt.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Druck des Trägergasstromes 0,2 bis 20 % des Druckes des Gasstromes auf der Gemischzufuhrseite be­trägt.

Zeichnung